[發(fā)明專利]一種瓊脂糖轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)5-羥甲基糠醛和乙酰丙酸的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811037716.3
• 申請(qǐng)日: 2018-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN109111414B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈松巖;何欣駿;馬嬌;王康軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C07D307/46
• 分類號(hào): C07D307/46;C07C51/00;C07C59/185
• 代理公司: 沈陽(yáng)技聯(lián)專利代理有限公司 21205
• 代理人: 張志剛

一種瓊脂糖轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)5?羥甲基糠醛和乙酰丙酸的方法，涉及一種生物質(zhì)替代能源的開發(fā)與利用方法，本發(fā)明公開了一種瓊脂糖在液相體系中催化轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)5?羥甲基糠醛（5?HMF）和乙酰丙酸（LA）的方法，內(nèi)容涉及碳水化合物催化轉(zhuǎn)化制備具有高附加值的化學(xué)品，屬生物質(zhì)替代能源的開發(fā)與利用領(lǐng)域。本方法包括：以瓊脂糖為原料，由催化劑在一定溶劑中以及一定反應(yīng)溫度下催化原料轉(zhuǎn)化為5?HMF和LA。本方法可采用的催化劑種類多樣，廉價(jià)易得，能夠比較快速的獲取5?HMF和LA，產(chǎn)物總收率較高。本方法提供的信息為有效利用富含瓊脂糖的生物質(zhì)，尤其是海生藻類生物質(zhì)提供了有用的參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)替代能源的開發(fā)與利用方法，特別是涉及一種瓊脂糖轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)5-羥甲基糠醛和乙酰丙酸的方法。

背景技術(shù)

石油、煤炭和天然氣等傳統(tǒng)能源在支撐全球發(fā)展方面起到了重要的作用。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類在大幅使用傳統(tǒng)能源的同時(shí)也發(fā)現(xiàn)這些資源是不可再生的，且在使用過程中又會(huì)引起環(huán)境污染等問題。因此，開發(fā)清潔和可再生的新型能源日益受到世界各國(guó)的關(guān)注。生物質(zhì)是一類儲(chǔ)量豐富、無(wú)污染或低污染、成本低、可再生的資源。生物質(zhì)還是目前自然界中唯一一種可再生的碳源，顯示其作為一種替代能源的巨大潛力。以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)化學(xué)品可在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)于傳統(tǒng)能源的替代，有助于支撐社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

近年來，5-羥甲基糠醛（5-HMF）和乙酰丙酸（LA）吸引了廣泛的研究關(guān)注，這兩種化合物能夠通過可再生的碳水化合物經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化而得，符合可持續(xù)發(fā)展的原則（Biomass Bioenergy 2015, 72, 143; Sci. China Chem. 2015, 58, 29.）。5-HMF是一種重要的化工中間體，通過對(duì)其進(jìn)行氧化、加氫、氨基化、縮合等工藝處理可得到多種下游產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在高分子加工、燃油制備、醫(yī)藥中間體合成等領(lǐng)域顯示出了良好的應(yīng)用價(jià)值（Renew. Sust. Energ. Rev. 2017, 74, 230.）。LA一般被認(rèn)為是5-HMF經(jīng)過酸催化水合反應(yīng)而得的一種五碳有機(jī)酸。LA在美國(guó)能源部公布的報(bào)告中被列為是TOP 12的生物基平臺(tái)化合物之一，利用其也可以生產(chǎn)多種下游產(chǎn)品，對(duì)于相關(guān)化工領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用（ChemCatChem 2012, 4, 1230.）。

目前，關(guān)于制備5-HMF和LA的研究主要采用果糖、葡萄糖以及他們的聚合物作為原料。其中，果糖的反應(yīng)活性較高，可以被許多種催化劑催化轉(zhuǎn)化制得5-HMF，可選用的催化劑包括無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、金屬鹽、分子篩、酸性樹脂、離子液體以及各種功能化材料等。相比于果糖而言，葡萄糖在自然界中的儲(chǔ)量更為豐富，但利用葡萄糖轉(zhuǎn)化制5-HMF比較困難，這是因?yàn)槠咸烟切枰紫犬悩?gòu)化為果糖，生成的果糖再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化制得5-HMF。因此，對(duì)于葡萄糖的轉(zhuǎn)化而言，通常需要加入特殊的催化劑，例如氯化鉻、氯化錫、氯化鍺等，這些催化劑能夠同時(shí)催化葡萄糖異構(gòu)化與生成的果糖轉(zhuǎn)化。采用諸如菊粉、淀粉、纖維素等果糖和葡萄糖的聚合物為原料時(shí)，通常仍會(huì)沿用相應(yīng)單糖轉(zhuǎn)化的催化劑，但在體系中需加入適量水用以實(shí)現(xiàn)聚合物水解為單糖的環(huán)節(jié)。5-HMF經(jīng)過酸催化水合作用可以獲取LA。因此，不論以果糖還是葡萄糖為原料制備LA時(shí)，都需要在體系中引入足夠的水，并且通常采用較高的反應(yīng)溫度。由于采用菊粉、淀粉、纖維素等聚合物轉(zhuǎn)化為5-HMF的過程中需要加入足夠量的水，因此在這些原料轉(zhuǎn)化的過程中LA將會(huì)聯(lián)產(chǎn)獲得。

雖然以果糖、葡萄糖、菊粉、淀粉、纖維素等為代表的生物質(zhì)制備5-HMF和LA等產(chǎn)品為化學(xué)工業(yè)發(fā)展提供了重要支持，但地球上的生物質(zhì)種類繁多，儲(chǔ)量巨大，如何實(shí)現(xiàn)多種生物質(zhì)有效轉(zhuǎn)化是支撐能源需求和未來發(fā)展的關(guān)鍵之一。