[發明專利]一種低溫合成5-羥甲基糠醛方法

有效

• 申請號: 202111281376.0
• 申請日: 2021-11-01
• 公開（公告）號: CN113845497B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 賈松巖;姜玉坤;紀婷婷;蔣萬東
• 申請（專利權）人: 沈陽化工大學
• 主分類號: C07D307/46
• 分類號: C07D307/46
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司 21205
• 代理人: 張志剛

一種低溫合成5?羥甲基糠醛方法，涉及一種生物質替代能源技術方法，本發明為一種以果糖基生物質為原料，低溫條件下，在液相體系中催化合成5?羥甲基糠醛（5?HMF）的方法。本發明內容涉及生物質資源催化轉化合成具有高附加值的呋喃化學品，采用一種金屬鹽作為催化劑，在有機溶劑中，低溫條件下，能夠將果糖基生物質原料有效地轉化為5?HMF。本方法采用的操作溫度較低，獲得5?HMF的產率較高。本方法提供的信息可為六碳糖高效轉化提供有價值的參考。

技術領域

本發明涉及一種生物質替代能源技術方法，特別是涉及一種低溫合成5-羥甲基糠醛方法。

背景技術

傳統化石類能源（煤炭、石油、天然氣）的需求大幅攀升，然而，這些能源不可再生，并且在使用這些化石類能源的過程中會產生大量的二氧化碳，對生態環境產生不利的影響。世界各國非常重視能源和生態環境問題。2015年12月，《巴黎氣候協定》正式簽署，其核心目標是將全球氣溫上升控制在遠低于工業革命前水平的2攝氏度以內，并努力控制在1.5攝氏度以內。要實現這一目標，全球溫室氣體排放需要在2030年之前減少一半，在2050年左右達到凈零排放，即“碳中和”。我國承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長，達到峰值之后逐步降低，即“碳達峰”。因此，開發和利用新型清潔的可再生能源是緩解上述問題的有效舉措。

生物質資源被視為一種可再生的能源，其具有儲量豐富、分布廣泛、污染低、價格低廉、可再生等一系列優點。在使用生物質資源的過程中雖有二氧化碳產生，但這些二氧化碳可通過光合作用在生物質的再生過程中得到吸收。因此，從大的循環角度分析，生物質資源也被認為是一種“碳中和”的資源，符合降低碳排放的要求。

近年來，通過化學轉化的方法將生物質資源轉化為各類化學品是熱門的研究課題。這些合成的化學品可用于燃料、高分子、精細化工、醫藥等領域，對傳統的石油化工、煤化工、天然氣化工領域來說具有較好的替代前景。

5-羥甲基糠醛（5-HMF）是一種重要的化工中間體，并且在進入21世紀以來，關于合成5-HMF的研究報道呈幾何式增長。5-HMF能夠通過六碳糖選擇性脫水轉化而得，尤以果糖和葡萄糖為主要的研究原料。此外，采用上述兩種六碳糖的聚合物作為原料也得到了一定的關注。5-HMF通過選擇性加氫、氧化、醚化、氨基化等工藝處理可合成多種下游呋喃化學品，這些呋喃化學品可應用于液體燃料、高分子化合物、醫藥中間體合成等諸多領域，對傳統的石油化工行業具有重要的補充、拓展甚至替代的作用。值得注意的是，用于合成5-HMF的糖原料是典型的生物質資源，這使得5-HMF成為了一種非常具有代表性的替代能源化工產品。因此，開發生物質資源合成5-HMF的工藝對于未來化工行業的可持續發展具有重要的指導作用。

葡萄糖和果糖是用于合成5-HMF的重要糖原料。兩種原料各具有一些優勢，但也有相應的不足。葡萄糖的優勢是在自然界中儲量巨大。葡萄糖作為構成纖維素的基本單元，廣泛存在于自然界的植物中。因此，利用葡萄糖作為原料在生產成本方面具有明顯的優勢。然而，葡萄糖通常以吡喃六元環形式結構存在，這使其轉化為5-HMF的活性不高，獲得5-HMF的產率偏低。對于葡萄糖的轉化而言，目前需要使用適當的催化劑將其首先異構化為果糖，再進而轉化為5-HMF。以果糖作為原料合成5-HMF的優勢是該反應相對容易。根據研究報道，由果糖轉化為5-HMF的產率一般都比較高，并且從溶劑到催化劑，可選擇的范圍較廣。根據上述介紹，葡萄糖需要首先異構化為果糖，之后再進行轉化，這說明果糖確實比葡萄糖的轉化活性更高。然而，果糖在自然界中的儲量相比葡萄糖偏低，這也會造成以果糖為原料合成5-HMF的工藝成本升高。除葡萄糖和果糖之外，以他們的聚合物例如纖維素、菊糖等作為原料直接轉化合成5-HMF也是一種降低工藝成本的辦法，但這些聚合物的轉化活性較葡萄糖和果糖偏低。