[發(fā)明專利]水-離子液體混合體系中催化碳水化合物選擇性制備5-羥甲基糠醛的方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110056354.8 | 申請日： | 2021-01-15 |
| 公開（公告）號： | CN112812081A | 公開（公告）日： | 2021-05-18 |
| 發(fā)明（設計）人： | 王晨光;宋向波;馬隆龍;陳倫剛;朱妤婷;劉琪英 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學院廣州能源研究所 |
| 主分類號： | C07D307/46 | 分類號： | C07D307/46 |
| 代理公司： | 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001 | 代理人： | 蔣歡妹;莫瑤江 |
| 地址： | 510640 廣*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 離子 液體 混合 體系 催化 碳水化合物 選擇性 制備 甲基 糠醛 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種水?離子液體混合體系中催化碳水化合物選擇性制備5?羥甲基糠醛的方法，將少量的離子液體作為添加劑，加入至水相反應溶劑中，不僅可有效提高5?羥甲基糠醛的選擇性、減少副產(chǎn)物及胡敏素的生成，同時也能夠降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)生物質(zhì)基碳水化合物的綠色、高效轉(zhuǎn)化。
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及生物質(zhì)能源利用技術(shù)領域，具體涉及一種水-離子液體混合體系中催化碳水化合物選擇性制備5-羥甲基糠醛的方法。
背景技術(shù)：
5-羥甲基糠醛因其分子結(jié)構(gòu)特殊，化學性質(zhì)活潑，能夠衍生出大量高附加值化學品，被認為是一種介于生物質(zhì)基化學和石油基工業(yè)之間的關鍵中間體，同時也是實現(xiàn)生物質(zhì)資源綜合利用的一種極為重要的平臺化合物。現(xiàn)有技術(shù)中，通過化學法制備5-羥甲基糠醛大多以生物質(zhì)基碳水化合物(如果糖、葡萄糖、蔗糖、纖維二糖、淀粉及纖維素等)為原料，采用均相催化劑(無機酸、有機酸、金屬鹽等)或非均相催化劑(氧化物、固體酸、分子篩以及酸性離子交換樹脂等)在有機溶劑體系、水-有機雙相體系以及純離子液體體系中催化底物脫水制得。非均相催化體系雖然具有產(chǎn)物易分離、催化劑可回收重復利用等優(yōu)點，但其制備工藝復雜、成本昂貴且催化活性位易中毒、流失等因素限制了其工業(yè)化應用。在均相催化體系中，傳統(tǒng)的無機酸、有機酸具有較高的催化活性，但存在腐蝕設備、操作危險、回收困難等缺點限制了其進一步的發(fā)展。因此，已商業(yè)化、性能穩(wěn)定的金屬鹽催化劑受到了研究者們的廣泛關注。
近年來隨著離子液體作為一種綠色、新型溶劑的廣泛興起，極大地推動了金屬鹽在離子液體介質(zhì)中催化生物質(zhì)基碳水化合物脫水制備5-羥甲基糠醛的研究進程，并獲得了較為理想的5-羥甲基糠醛收率。雖然金屬鹽在純離子液體溶劑中顯現(xiàn)出了優(yōu)越的催化性能，但離子液體高昂的價格導致生產(chǎn)成本急劇增加，不利于5-羥甲基糠醛的工業(yè)化生產(chǎn)。因此，探索和構(gòu)建一種綠色、高效、價格低廉的催化反應體系催化生物質(zhì)基碳水化合物選擇性制備高附加值平臺分子—5-羥甲基糠醛具有重要的現(xiàn)實意義。
發(fā)明內(nèi)容：
本發(fā)明的目的是提供一種水-離子液體混合體系中催化碳水化合物選擇性制備5-羥甲基糠醛的方法，將少量的離子液體作為添加劑，加入至水相反應溶劑中，不僅可有效提高5-羥甲基糠醛的選擇性、減少副產(chǎn)物及胡敏素的生成，同時也能夠降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)生物質(zhì)基碳水化合物的綠色、高效轉(zhuǎn)化。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：
一種水-離子液體混合體系中催化碳水化合物選擇性制備5-羥甲基糠醛的方法，該方法包括以下步驟：將生物質(zhì)基碳水化合物、金屬鹽催化劑、純水溶劑以及少量離子液體添加劑加入至高壓反應釜中，在氮氣氛圍中并保持氮氣壓力為0.1-5MPa，溫度維持在120-180℃條件下攪拌反應10-300min，反應結(jié)束后迅速將反應釜冷卻至室溫，得到含有5-羥甲基糠醛產(chǎn)物的反應溶液；所述的離子液體用量為水溶劑質(zhì)量的1-30wt％；優(yōu)選，離子液體用量為15wt％，優(yōu)選，所述的氮氣壓力為5MPa，反應溫度為140℃；所述的生物質(zhì)基碳水化合物包括果糖、葡萄糖、蔗糖、纖維二糖、菊粉、淀粉；優(yōu)選為果糖；所述的金屬鹽催化劑為金屬氯鹽、硝酸鹽、硫酸鹽中的至少一種；優(yōu)選為硫酸鐵。
所述的離子液體包括為鹵素陰離子和咪唑基陽離子、吡啶基陽離子、吡咯基陽離子、季銨鹽類陽離子，或為上述陰離子與陽離子的不同組合，或至少一種上述離子液體；優(yōu)選，離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體([Bmim]Cl)。
上述方法中可通過延長或縮短反應時間來獲得最優(yōu)的水相體系中催化生物質(zhì)基碳水化合物制備5-羥甲基糠醛的結(jié)果。
本發(fā)明的有益效果如下：
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