一种利用木糖酸催化果糖制备5-羟甲基糠醛的方法技术

本发明专利技术属于有机合成技术领域，公开了一种利用木糖酸催化果糖制备5-羟甲基糠醛的方法。所述方法是以果糖为原料，在木糖酸的催化作用下反应得到5-羟甲基糠醛。所述方法包含如下制备过程：(1)将木糖酸催化剂加入到装有有机溶剂的反应器中，搅拌使木糖酸催化剂充分溶解；(2)将果糖加入步骤(1)中的反应器中，70～150℃温度下反应1～24h，脱除有机溶剂，得到5-羟甲基糠醛。本发明专利技术所用的催化剂为木糖酸，是一种安全的可再生催化剂，而且木糖酸自身转化的产物无害，减少了催化剂与产物分离的过程。本发明专利技术的制备方法5-羟甲基糠醛得率和果糖转化率高，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机合成
，具体涉及一种利用木糖酸催化果糖制备5-羟甲 基糠醛的方法。
技术介绍
5-羟甲基糠醛作为十大平台化合物之一，化学性质活泼，可替代石油制备一系列 重要化工产品，例如乙酰丙酸，2, 5-呋喃二羧酸（FDCA)，羟甲基糠醛基二醇。与此同时， 5-羟甲基糠醛在医药，农业，化妆品等方面的应用也十分广泛。 目前5-羟甲基糠醛的制备还主要停留在实验室阶段，主要由六碳糖类原料经过 催化脱水制得。其中催化剂包括：无机酸，金属化合物，固体酸。无机酸（盐酸，硫酸等）对 设备具有腐蚀性，且易造成环境污染；具有较高催化活性的金属化合物普遍价格高昂且有 毒性；而固体酸催化剂虽然很好的解决了催化剂的分离及回用问题，但其稳定性及催化活 性较差；因此寻找环境友好且具有较高催化活性的催化剂对5-羟甲基糠醛的工业化生产 是十分必要的。 作为一种可再生的生物质基有机酸，木糖酸可促进人体对维他命C的吸收，也可 代替葡萄糖酸作为药物中间体，还是第二代水泥粘结剂的主要成分。早在1986年，木糖发 酵生产木糖酸的产率已达80%，且制备工艺简单。由于目前木糖酸在工业上应用的报道并 不多，其工业化生产受到极大制约。找到木糖酸高效利用的方法对木糖酸制备工业的发展 以及生物质高值化利用是十分重要的。
技术实现思路
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提供一种利用木糖 酸催化果糖制备5-羟甲基糠醛的方法。 本专利技术目的通过以下技术方案实现： -种利用木糖酸催化果糖制备5-羟甲基糠醛的方法，所述方法是以果糖为原料， 在木糖酸的催化作用下反应得到5-羟甲基糠醛。 所述方法包含如下制备过程： (1)将木糖酸催化剂加入到装有有机溶剂的反应器中，搅拌使木糖酸催化剂充分 溶解； (2)将果糖加入步骤⑴中的反应器中，70~150°C温度下反应1~24h，脱除有 机溶剂，得到5-羟甲基糠醛。 优选地，所述的木糖酸是指通过木糖发酵得到的木糖酸或用金属钯催化木糖制备 得到的木糖酸。 优选地，所述的果糖来源于植物纤维原料。 优选地，所述的有机溶剂是指二甲基亚砜（DMSO)。 优选地，所述木糖酸的用量与果糖的摩尔比为（0. 1~0. 5) : 1。 优选地，所述果糖在有机溶剂中的质量浓度为5%~25%。 上述制备方法涉及如下反应式： 本专利技术的制备方法具有如下优点及有益效果： (1)本专利技术所用的催化剂为木糖酸，木糖酸来源于木糖发酵，而木糖在植物的半纤 维素中含量巨大，是一种安全的可再生催化剂，有助于清洁生产； (2)本专利技术所用的催化剂在催化反应的同时自身也可发生转化，其产物与5-羟甲 基糠醛一起经过进一步催化可能生成高附加值的产品，减少了催化剂与产物分离的过程； (3)本专利技术所使用的有机溶剂优选DMSO, DMSO溶解能力强，能充分溶解木糖酸，保 证催化反应的进行；另外DMSO本身极性较强且与5-羟甲基糠醛上的羟基有很强的键合能 力，有利于果糖脱水生成5-羟甲基糠醛并增加其稳定性。【附图说明】 图1为实施例1在不同反应温度下5-羟甲基糠醛得率和果糖转化率的柱状对比 图； 图2为实施例2在不同反应温度和不同反应时间下的5-羟甲基糠醛得率曲线图； 图3为实施例2在不同反应温度和不同反应时间下的果糖转化率曲线图； 图4为实施例3在不同木糖酸用量下5-羟甲基糠醛得率和果糖转化率的柱状对 比图； 图5为实施例4在不同果糖浓度下5-羟甲基糠醛得率和果糖转化率的柱状对比 图。【具体实施方式】 下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限 于此。 实施例1 (1)称取83mg木糖酸催化剂加入到装有900mg DMSO的反应器中，置于80°C水浴 中搅拌15min使木糖酸充分溶解； (2)称取300.0 mg果糖加入步骤⑴得到的反应体系中，分别置于不同温度： 70°C、90°C、110°C、130°C和150°C下搅拌反应8h，反应完成后真空脱除DMS0,得到5-羟甲基 糠醛。 取步骤（2)中在不同温度下反应完成后的反应液，待反应液温度降至室温后，用 5mmol/L稀硫酸溶液稀释定容至50mL，用高效液相色谱仪进行5-轻甲基糠醛含量的测定。 经测定，在70°(：、90°(：、110°(：、130°(：和150°(：温度下，5-羟甲基糠醛得率分别为 ： 32.20%、36.41%、69.65%、81.52%和 70.69%;果糖转化率分别为：33.57%、50.37%、 79. 41%、84. 66%和84. 66%。上述结果的柱状对比图如图1所示。 实施例2 (1)称取83mg木糖酸催化剂加入到装有900mg DMSO的反应器中，置于80°C水浴 中搅拌15min使木糖酸充分溶解； (2)称取300.0 mg果糖加入步骤⑴得到的反应体系中，分别置于90°C、120°C和 150°C下油浴搅拌2h、4h、8h、12h和24h，反应完成后真空脱除DMS0,得到5-羟甲基糠醛。 取步骤（2)中在不同温度和不同时间下反应完成后的反应液，待反应液温度降至 室温后，用5mmol/L稀硫酸溶液稀释定容至50mL，用高效液相色谱仪进行5-羟甲基糠醛含 量的测定。 经测定，在反应温度为90 °C，反应时间分别为2h、4h、8h、12h和24h时，5-羟甲 基糠醛得率分别为11. 52 %、32. 53 %、48. 96 %、59. 47 %和63. 68 % ;果糖转化率分别为 34. 97%、50. 37%、79. 78%、85. 03%和 84. 66% ;在反应温度为 120°C，反应时间分别为 2h、 处、811、1211和2411时，5-羟甲基糠醛得率分别为17.11%、38.82%、67.87%、79.41%和 81. 88% ;果糖转化率分别为43. 37%、71. 71%、89. 58%、92. 39%和92. 72% ;在反应温度 为150°C，反应时间分别为211、411、811、1211和2411时，5-羟甲基糠醛得率分别为23.06%、 52.11%、65.42%、72.42%和 76.63%;果糖转化率分别为 47.92%、78.03%、93.43%、 95. 53%和95. 87%。上述结果的5-羟甲基糠醛得率曲线图和果糖转化率曲线图分别如图 2和图3所示。 实施例3 (1)分别称取33. 2mg、83. Omg和138. 3mg木糖酸催化剂加入到装有900mg DMSO的 反应器中，置于80°C水浴中搅拌15min使木糖酸充分溶解； (2)称取300.0 mg果糖加入步骤（1)得到的反应体系中，置于120°C油浴中搅拌反 应8h，反应完成后真空脱除DMS0,得到5-羟甲基糠醛。 分别取步骤（2)中反应完成后的反应液，待反应液温度降至室温后，用5mmol/L稀 硫酸溶液稀释定容至50mL，用高效液相色谱仪进行5-羟甲基糠醛含量的测定。 经测定当木糖酸用量分别为33. 2mg、83. Omg和138. 3mg时，5-羟甲基糠醛得率分 别为84. 13%、70. 19%和69. 80% ;果糖转化率分别为95. 15%、91. 12%和75. 32%。上述 结果的柱状对比图如图4所示。 实施例4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用木糖酸催化果糖制备5‑羟甲基糠醛的方法，其特征在于：所述方法是以果糖为原料，在木糖酸的催化作用下反应得到5‑羟甲基糠醛。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭新文，张秀东，钟林新，谭杰文，孙润仓，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44