[發明專利]一種離子液體催化制取糠醛的方法

有效

• 申請號: 201910514763.0
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110256377B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 王樹榮;趙源;朱玲君;王凱歌;周勁松;駱仲泱;倪明江;岑可法
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C07D307/48
• 分類號: C07D307/48;B01J31/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種離子液體催化制取糠醛的方法，涉及糠醛的制備領域。將碳水化合物、復合溶劑和酸雙功能離子液體催化劑混合；混合物在120～200℃條件下，催化反應60～300min，合成糠醛。碳水化合物為富含五碳糖單體的單糖、雙糖、多糖或生物質；復合溶劑為水和酮類有機溶劑組成的復合溶劑；酸雙功能離子液體催化劑為由顯Lewis酸性的金屬鹵化物陰離子和顯酸性的咪唑基陽離子組成的化合物。該反應體系經濟環保，且操作條件溫和，有效簡化了五碳糖單體源碳水化合物制備糠醛技術的復雜性，在與現有技術制備效率相當的條件下大幅降低了糠醛制備成本。

技術領域

本發明涉及糠醛的制備領域，尤其是一種離子液體催化制取糠醛的方法。

背景技術

生物質作為唯一可再生的碳基資源，可用于生產多種精細化學品或燃料，從而減少對石油和煤炭資源的依賴，這對中國的能源安全和環境保護具有重要的意義。生物質種類廣泛，其中木質纖維素類生物質在分布和儲量上均占據主要地位，也是目前研究的主要對象。

對于木質纖維素類生物質，纖維素、半纖維素和木質素是生物質的三大主要組分，也是植物細胞壁的主要組分。纖維素與半纖維素或木質素分子間的結合主要依賴于氫鍵，而半纖維素與木質素之間除氫鍵外，還存在著化學鍵的結合。

糠醛是一種可由木質纖維素類生物質碳水化合物中的半纖維素制取的平臺化合物，通過糠醛可進一步合成一系列化學品或新型液體燃料。因此，糠醛是連接生物質資源和化學品、燃料的重要橋梁。

在生物質碳水化合物轉化為糠醛過程中，采用水做溶劑具有較好的經濟性和環保性，但水是一種強極性質子溶劑，很容易導致其他副反應的發生，并可能產生不溶性固體副產物humin，使糠醛產率降低。采用離子液體作為反應溶劑也可達到較高的糠醛產率，但是離子液體昂貴的價格、高粘度以及產物難以分離的缺點限制了它的規模化應用(Bioresource.Technology.,2016,202:181-191.)。

近年來，采用純有機溶劑或水-有機溶劑組成的單相/兩相溶劑體系越發受到重視，尤其是可再生有機溶劑的引入，更促進了綠色反應體系的發展(Green Chemistry,2014,16:2015-2026.RSC Advances,2015,5:84014-84021.)。有研究表明(Chemsuschem,2011,4:535-541.Green Chemistry,2016,18:2985-2994.)，采用非質子極性有機溶劑單相反應體系(如N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜，γ-戊內酯等)和雙相溶劑體系(水-甲基異丁基酮，水-丁醇)，均能有效提高糠醛的產率。

除了反應介質，催化劑則是糠醛制取過程中另一個需要重點關注的因素。均相酸(有機酸，無機酸，鹽)、固體酸(酸性樹脂，分子篩，金屬氧化物等)和酸性離子液體均可作為碳水化合物制取糠醛的催化劑，然而這些酸性催化劑均存在一定的不足，比如均相酸的回收和腐蝕問題和固體酸由于humin積聚造成的失活問題。因此，有必要開發更為經濟和環境友好的催化體系，而離子液體作為催化劑具有良好的穩定性和低腐蝕性的優勢。

專利公開號為CN107954954A公開了一種以殼聚糖為原料制備5-羥甲基糠醛的方法，該方法以殼聚糖為原料，雙酸性離子液體作為催化劑，水作為反應溶劑，在聚四氟乙烯水熱反應釜中降解殼聚糖，得到5-羥甲基糠醛。其中以水為反應溶劑，很容易導致其他副反應的發生，并可能產生不溶性固體副產物humin，使糠醛產率降低。而且其使用的金屬離子液體雜多酸催化劑,在極性反應體系中，金屬離子極易脫落，致使催化劑結構坍塌，不利于催化反應。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用富含五碳糖單體的單糖、雙糖、多糖或生物質等碳水化合物，在簡單、經濟的反應體系下，高效制備糠醛的方法。

一種離子液體催化制取糠醛的方法，包括：