[發(fā)明專利]一種微波加熱下木糖制備糠醛的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110086303.X
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112625013A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊萬明;袁坤;黃婷;聶旭亮;陳靜;黃建平;張曉華
• 申請（專利權(quán)）人: 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C07D307/50
• 分類號: C07D307/50;B01J31/02
• 代理公司: 江西省專利事務(wù)所 36100
• 代理人: 張文

本發(fā)明公開了一種微波加熱下木糖制備糠醛的方法，該方法是以木糖為原料，水為溶劑，以樟腦磺酸和雙咪唑六氟磷酸鹽為催化劑，在微波加熱的方式下，高效率地轉(zhuǎn)化成糠醛，高效液相檢測糠醛的產(chǎn)率最高可達(dá)55%左右法，本發(fā)明能在水相中轉(zhuǎn)化，避免使用二甲亞砜、四氫呋喃等有毒有害的有機(jī)溶劑，綠色環(huán)保；通過微波加熱，反應(yīng)時間由常規(guī)加熱方式的6 h左右縮減到8 min左右，省時高效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物質(zhì)基木糖的化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，尤其是涉及一種微波加熱方式中樟腦磺酸耦合離子液體催化木糖制備糠醛的方法。

背景技術(shù)

糠醛，又稱2-呋喃甲醛（Furfural，F(xiàn)A），被廣泛應(yīng)用于合成橡膠、樹脂、涂料、醫(yī)藥、農(nóng)藥等產(chǎn)品。現(xiàn)今，中國每年糠醛產(chǎn)量已在60萬噸以上，占據(jù)了全球糠醛產(chǎn)量的70％左右，已成為世界上最大的糠醛產(chǎn)地。生產(chǎn)糠醛的原料主要來自富含木聚糖的生物質(zhì)材料和農(nóng)產(chǎn)品廢料，這能夠大大地減少合成工業(yè)對石油資源的依賴，也可以為生物質(zhì)資源的加工和利用開辟新途徑，緩解我國能源緊張的現(xiàn)狀，利于社會的可持續(xù)發(fā)展。

目前，糠醛的制備仍依賴于傳統(tǒng)工藝，多采用傳統(tǒng)質(zhì)子酸為催化劑，如硫酸、磷酸、鹽酸、醋酸等（化學(xué)工業(yè)與工程，2007，24：525-527）。這些催化方式雖然對糠醛生產(chǎn)起到一定的促進(jìn)作用，但對設(shè)備要求高，且稀酸水解會產(chǎn)生大量的酸性糠醛廢水，治理起來也非常麻煩。針對這些問題，許多研究人員開始尋找更為綠色環(huán)保的新型催化劑來制備糠醛。孫潤倉等發(fā)明了一種過渡金屬氧化物催化木糖制備糠醛的方法（申請?zhí)?201910238118.0）；潤俊麗等發(fā)明了一種無機(jī)鹽復(fù)合催化木糖制備糠醛的方法（申請?zhí)?201310469769.3）。這些方式在一定程度上解決了上述問題，但糠醛的轉(zhuǎn)化效率還不理想。

樟腦磺酸是一種由樟腦和硫酸一步合成的綠色環(huán)保的固體酸，回收方便，對設(shè)備的酸腐蝕影響較小，因此受到研究人員的關(guān)注。另外，為了提高催化效率，添加助催化劑是較好的選擇之一。溫控型離子液體（或離子鹽）因其在水相中具有“高溫均相、低溫分相”的特點(diǎn)被關(guān)注（合成化學(xué)，2016，24:63-66.），其在高溫下呈液態(tài)，形成的離子結(jié)構(gòu)能更好地與木糖結(jié)合，促使木糖發(fā)生轉(zhuǎn)化，低溫下容易形成固態(tài)分離出來，是集均相催化劑催化活性高和非均相催化劑容易分離回收于一體的新型催化劑。雙咪唑六氟磷酸鹽是一種典型的溫控型離子鹽，其具有結(jié)構(gòu)可調(diào)、催化效率高、條件溫和、環(huán)境友好及可循環(huán)使用的優(yōu)點(diǎn)，較好地解決了傳統(tǒng)制備法中產(chǎn)物不易分離、后處理困難等問題。

此外，微波加熱是內(nèi)部引起的體加熱，實(shí)現(xiàn)了分子水平上的攪拌，溫度梯度小，加熱均勻，能量利用率高，能夠較好地解決傳統(tǒng)加熱方式時間長、耗能大等問題。近年來，微波技術(shù)在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化方面也有相應(yīng)的應(yīng)用，部分研究人員使用微波輔助果糖轉(zhuǎn)化為5-羥甲基糠醛（Applied Catalysis A: General， 2011， 409: 133- 139.），有很好的效果。

利用樟腦磺酸和雙咪唑六氟磷酸鹽為共同催化劑，在微波加熱下實(shí)現(xiàn)木糖轉(zhuǎn)化成糠醛的方法還沒有報道過。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種微波加熱下，以樟腦磺酸耦合雙咪唑六氟磷酸鹽為催化劑、實(shí)現(xiàn)反應(yīng)時間短、綠色環(huán)保的木糖制備糠醛的方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種微波加熱下木糖制備糠醛的方法，特征是：向反應(yīng)瓶內(nèi)加入以質(zhì)量比計(jì)的木糖、水、樟腦磺酸、雙咪唑六氟磷酸鹽，即：木糖:水:樟腦磺酸:雙咪唑六氟磷酸鹽=0.03∽1.5：2∽15：0.05∽0.5：0.25∽1.5；然后將反應(yīng)瓶置于微波加熱設(shè)備中進(jìn)行加熱反應(yīng)，在攪拌的條件下，將加熱溫度調(diào)節(jié)到120∽180℃，反應(yīng)時間為4∽14min，待反應(yīng)結(jié)束后，收集產(chǎn)物，采用高效液相色譜（HPLC）檢測糠醛的產(chǎn)率，通過外標(biāo)定量分析，糠醛的產(chǎn)率為22.1∽54.5%。

優(yōu)選的，所述木糖:水:樟腦磺酸:雙咪唑六氟磷酸鹽的質(zhì)量比= 0.05∽0.5：5∽10：0.1∽0.15：0.25∽1.0。