[發明專利]一種路易斯酸催化木質素高效轉化制備愈創木酚的方法

有效

• 申請號: 202010030719.5
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN113105314B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 孟慶磊;沈曉駿;韓布興;嚴江;劉會貞
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C07C41/01
• 分類號: C07C41/01;C07C41/18;C07C43/23;C08H7/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙靜

本發明公開了一種路易斯酸催化木質素轉化為單一化學品愈創木酚的方法。該方法是在惰性氣氛下，以路易斯酸作為催化劑，催化木質素轉化為愈創木酚，且愈創木酚為唯一液體產物。所述路易斯酸包括三氟甲磺酸鐵，三氟甲磺酸鐿，三氟甲磺酸鑭中的至少一種。該方法催化體系組成簡單、綠色，液體產物收率高，并且只有愈創木酚一種液體產物，其他殘留物為固體。本發明為制備愈創木酚提供了新的途徑，為木質素定向轉化制備高附加值平臺分子，尤其是來自傳統化石資源路線的重要化學品，提供了新的方法，同時也為木質素資源化利用提供了新的思路。該方法是一種綠色、可持續的木質素碳資源催化轉化策略，有助于降低化學工業對化石資源的依賴性。

技術領域

本發明屬于生物質催化轉化為高附加值化學品的領域，具體涉及一種路易斯酸催化木質素高效轉化制備愈創木酚的方法。

背景技術

現代化學工業中，愈創木酚是合成多種高附加值化學品的重要原料，如香料(香草醛，藜蘆醛以及丁香酚)、農藥、藥物(愈創木酚甘油醚，愈創木酚鉀，愈創木酚磺酸鉀，黃連素，異丙腎上腺素)、植物生長調節劑等。根據全球市場調查，這些高附加值化學品的需求量在逐年增加。其中，愈創木酚甘油醚，香草醛，以及丁香酚每年的需求量大概在37000噸/年、16000噸/年、7300噸/年，這三種化學品主要由愈創木酚制備合成得到。因此，愈創木酚的全球市場年需求量非常高。目前，愈創木酚工業制備路線主要來自鄰苯二酚甲基化過程。而鄰苯二酚是由化石資源制備得到的昂貴化學品，同時在甲基化過程中還需加入甲醇、一氯甲烷、碳酸二甲酯或者硫酸二甲酯等甲基化試劑。眾所周知，木質素是自然界分布最為廣泛的芳香性可再生碳資源，尤其富含愈創木基結構單元。因此，理論上可以利用木質素結構中的愈創木基制備愈創木酚，此法潛力巨大，可降低對化石資源的依賴性。另外，若能由木質素高效定向催化轉化制備愈創木酚，則愈創木酚可作為木質素平臺分子而廣泛應用于多種高附加值化學品的制備。同時也為全球范圍內每年造紙行業所產生的木質素廢液提供了一種處理方法。然而，木質素由大量惰性碳氧鍵、碳碳鍵鏈接而成，其高異質性，低反應活性，提高了木質素催化轉化的難度。目前，一些催化方法，如加氫降解、氧化降解，水解等廣泛應用于催化轉化木質素制備小分子單體芳香化合物，然而，上述方法所降解產物主要為酚類、芳烴以及芳香酸等一系列混合產物，愈創木酚往往僅是這些混合產物中的一種產物，且收率非常低。若以上述方法制備愈創木酚需要經過復雜的產物分離、純化過程，這為木質素工業轉化為高附加值化學品帶來了極大的挑戰。因此，高選擇性催化轉化木質素制備單一高附加值化學品，如愈創木酚，是極有前景的，同時也是非常具有挑戰性的研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種路易斯酸催化木質素轉化為單一化學品愈創木酚的方法。

本發明所提供的木質素催化轉化方法包括下述步驟：在惰性氣氛下，以路易斯酸作為催化劑催化木質素轉化為愈創木酚，且愈創木酚為唯一液體產物。

所述惰性氣氛具體可為氬氣氣氛。

本發明中所述木質素原料包括從松木、桉木以及竹材中提取得到的木質素中的一種或一種以上。

所述木質素提取方法為酶解溫、酸水解法或有機提取法。

具體的所述木質素原料包括從松木和竹材中經酶解溫和酸水解得到的木質素以及從桉木中經異丙醇/水體系有機提取得到的有機木質素。

本發明中所述催化劑為路易斯酸，包括三氟甲磺酸鐵，三氟甲磺酸鐿，三氟甲磺酸鑭中的至少一種，催化劑用量為木質素投料量的10-40wt％，優選為20-40wt％，具體可為10wt％、20wt％、40wt％。

本發明所述催化反應的條件為：氬氣為0.1-1.0Mpa；溫度為200-300℃，優選為250-275℃，更優選為265-275℃，具體可為250℃、265℃、270℃；反應時間為18-30h，優選為24h；攪拌速度為600rpm。

所述催化轉化反應在溶劑中進行，所用溶劑為甲醇，且甲醇與木質素的質量比為10-100：1，優選為50-70：1，具體可為60：1。