同时使糖电解脱羧和还原的方法技术

本发明专利技术公开了使用阳离子膜和双极膜，在具有与阳极和阴极分隔开的中央室的分隔电化学池中同时使碳水化合物酸脱羧和使碳水化合物醛还原的方法。该改进的方法是具有成本效益且是环境友好的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使糖酸电解脱羧、电解产生碱金属或氢氧化铵溶液和电解使糖还原为 糖醇的方法。
技术介绍
美国专利申请第61/777,890号描述了在糖脱羧过程中维持糖酸中和的具有成本 效益的方法。其中，可使糖酸脱羧以在可由阳离子交换膜隔开的两室电解池的阳极上产生 碳水化合物醛(carbohydrate aldehyde)。在阴极电解液中产生氢氧化物盐。糖酸溶液的中 和通过氢氧化物从阴极电解液至阳极电解液的反迀移和通过将来自阴极电解液的氢氧化 物添加至阳极电解液来维持。 如美国专利第2303210号、第2507973号和第2537304号，糖醛的电解还原已用于生 产山梨醇、木糖醇和甘露醇。 电解池可以以多种不同的配置构建。然而，碳水化合物酸(carbohydrate acid)电 解脱羧和碳水化合物醛还原的所有先前公开的实例或在单室池中或在双室池中进行。 碳水化合物醛的醛官能团（functionality)经常还原为醇以产生更高价值的产 品。仍然需要减少或消除这样的工艺步骤的最具有成本效益的方法。
技术实现思路
-个方面中，公开了在电化学池中同时使碳水化合物酸脱羧和使碳水化合物醛还 原的方法。该方法包括：（A)提供具有包括阳极室、中央室和阴极室的三室的电化学池，电化 学池进一步包括位于阳极室和中央室之间并与阳极室和中央室接触的阳离子膜，位于中央 室和阴极室之间并与中央室和阴极室接触的双极膜，阳离子膜配置为允许一价阳离子转 移，阴极室含有碳水化合物醛、阴极电解液和阴极，阳极室含有碳水化合物酸、阳极电解液 和阳极；以及(B)向所述池中提供电流并在阳极电解液中产生碳水化合物醛，在中央室溶液 中产生一价阳离子氢氧化物，在阴极电解液中产生糖醇。 在一些实施方案中，阴极包括钌催化剂。在一些实施方案中，阴极电解液中的碳水 化合物醛通过碳水化合物酸的电解脱羧产生。在一些实施方案中，一价阳离子和碳水化合 物酸之比维持脱羧可用的碳水化合物酸的中和。 在一些实施方案中，阳离子膜可渗透氢氧根离子，以至少部分维持一价阳离子与 碳水化合物酸之比。在一些实施方案中，一价阳离子穿过阳离子膜转移的电流效率小于 90%，优选小于80%，更优选小于75%。 在一些实施方案中，一价阳离子与碳水化合物酸之比至少部分通过添加选自以下 组的阳离子氢氧化物来维持:氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化铵。在一些实施方案 中，添加至阳极电解液的一价阳离子氢氧化物是在碳水化合物酸脱羧过程中于分隔池的中 央室中产生的。 在一些实施方案中，一价阳离子与碳水化合物酸之比至少部分通过使碳水化合物 酸溶液同时循环通过两组电解池来维持，其中一组池是具有阳离子双极膜的分隔池，另一 组是未分隔池。 在一些实施方案中，碳水化合物酸选自以下组:树胶糖酸(arabinoic acid)、d-葡 糖酸、甲基-(1-葡糖苷酸(11161:1171-(1-〖111〇111'〇11〇81(16)、(1-葡糖醛酸、(1-半乳糖醛酸、1-古洛糖 酸。在一些实施方案中，碳水化合物酸是树胶糖酸。在一些实施方案中，碳水化合物醛是赤 藓糖。 在一些实施方案中，碳水化合物酸使用在中央室中产生的氢氧根离子产生。【具体实施方式】 定义如本文所用，术语"碳水化合物酸"是指任何醛糖酸（aldonic acid)、糖醛酸 (uronic acid)或糖二酉爱（aldaric acid)。 "醛糖酸"是指包括通式H0CH2nC(=0)0H(其中，η是任意整数，包括1-20， 优选1-12,更优选4-7)的任何多羟基酸化合物，以及其衍生物、类似物和盐。例如，醛糖酸可 通过醛官能团的氧化由醛糖衍生(例如，D-葡糖酸）。 "糖醛酸"是指包括通式0 = CHnC(=0)0H(其中，η是任意整数，包括1-20， 优选1-12,更优选4-7)的任何多羟基酸化合物，以及其衍生物、类似物和盐。例如，糖醛酸可 通过伯醇官能团的氧化由醛糖衍生(例如，D-葡糖醛酸）。 "糖二酸"是指包括通式H0(0=)CnC( = 0)0H(其中，η是任意整数，包括1-20，优选1-12，更优选4-7)的任何多羟基酸化合物，以及其衍生物、类似物和盐。例如，糖二 酸可通过醛官能团和伯醇官能团的氧化由醛糖衍生(例如，D-葡萄糖二酸）。 如本文所用的"树胶糖酸"是指具有化学式C5H1QO6的醛糖酸碳水化合物，包括其任 何立体异构体、衍生物、类似物和盐。除非另有说明，本文对"树胶糖酸"的叙述意在包括但 不限于分子:D-(-)_树胶糖酸、L( + )_树胶糖酸、D(-)_树胶糖酸、D-树胶糖酸、L-树胶糖酸， 以及D(-)_树胶糖酸和内消旋-树胶糖酸(meso-arabinonic acid)。树胶糖酸也称为阿拉伯 糖酸和树胶糖酸。 "葡糖酸"是指具有化学式C6H12O7的醛糖酸碳水化合物，包括其衍生物、类似物和 盐。除非另有说明，本文对"葡糖酸"的叙述意在指D-葡糖酸、D-(-)_葡糖酸、D(-)_葡糖酸。 "D-葡糖醛酸"是指具有化学式C6HiqO7的糖醛酸碳水化合物，包括其衍生物、类似 物和盐。除非另有说明，本文对"d-葡糖醛酸"的叙述意在包括但不限于，分子d-(-)-葡糖醛 酸、d-葡糖醛酸、(a) -d-葡糖醛酸、(β) -d-葡糖醛酸和(α，β) -d-葡糖醛酸。 "甲基-d-葡糖苷酸"是指具有化学式C7H12O7的糖醛酸碳水化合物，包括其、衍生 物、类似物和盐。除非另有说明，本文对"甲基-d_葡糖苷酸(methyl-d-glucuronoside)"的 叙述意在包括但不限于，分子1-0-甲基-(c〇-d-吡喃葡萄糖苷酸、1-0-甲基-(i3)-d-吡喃葡 萄糖苷酸和1-0-甲基-(a，i3)-d-吡喃葡萄糖苷酸。 "D-半乳糖醛酸"是指具有化学式C6HiqO7的糖醛酸碳水化合物，包括其衍生物、类 似物和盐。除非另有说明，本文对"d-半乳糖醛酸"的叙述意在包括但不限于，分子d-(-)_d-半乳糖醛酸、d-半乳糖醛酸、（a)-d-半乳糖醛酸、（i3)-d-半乳糖醛酸和(α，β)-(1-半乳糖醛 酸。 "碳水化合物醛"是指包括通式 H0CH2nC(=0)H 或(0=)CHnC( = 〇)H(其中，η是任意整数，包括1-20,但优选1-12,更优选3-6)的多羟基醛化合物，以及其衍 生物和类似物。具有一个醛基的碳水化合物醛经常称为醛糖，具有二个醛基的碳水化合物 醛称为双醛糖(dialdose)。碳水化合物醛可在自然界中发现，或者例如，它们可由碳水化合 物酸的电解脱羧衍生。 "赤藓糖"是指具有化学式C4H8〇4的醛糖（四糖)碳水化合物醛，包括其任何立体异 构体、衍生物和类似物。除非另有说明，本文对"赤藓糖"的叙述意在包括但不限于，分子:D-(_)_赤藓糖、L( + )-赤藓糖、D(-)当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
在电化学池中同时使碳水化合物酸脱羧和使碳水化合物醛还原的方法，包括：提供具有包括阳极室、中央室和阴极室的三室的电化学池，所述电化学池进一步包括位于所述阳极室和所述中央室之间并与所述阳极室和所述中央室接触的阳离子膜，位于所述中央室和所述阴极室之间并与所述中央室和所述阴极室接触的双极膜，所述阳离子膜配置为允许一价阳离子转移，所述阴极室含有碳水化合物醛、阴极电解液和阴极，所述阳极室含有碳水化合物酸、阳极电解液和阳极；向所述池提供电流，并在所述阳极电解液中产生碳水化合物醛，在所述中央室溶液中产生一价阳离子氢氧化物，并在所述阴极电解液中产生糖醇。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·大卫·詹德思，乔纳森·A·斯戴普利，
申请(专利权)人：活力食品添加剂公司，
类型：发明
国别省市：美国;US