葡萄糖催化制取乙酰丙酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种葡萄糖催化制取乙酰丙酸的方法，其中，所述方法包括：在CO2存在的条件下，将葡萄糖、水和催化剂进行混合，制得乙酰丙酸；其中，所述催化剂为AlCl3、WCl3、ZrOCl2和CrCl3中的一种或多种。上述设计通过向整个反应体系中加入CO2，有效增加葡萄糖水溶液的电离，增加整个反应体系的酸性，通过上述几种催化剂中的一种或多种与CO2耦合，调控整个反应体系中酸催化水解和脱水的特性，大大提高葡萄糖及中间产物5-羟甲基糠醛的转化率，进而提高乙酰丙酸的产率，同时，上述几种物质的混合形成的催化体系，大大降低了常规催化过程中对于压力及温度等的较高要求，同时未添加强酸，大大提高了对环境的友好性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及乙酰丙酸的制备方法，具体地，涉及葡萄糖催化制取乙酰丙酸的方法。
技术介绍
乙酰丙酸，又称左旋糖酸、戊隔酮酸或果糖酸，其分子中含有羰基和羧基，具有良好的反应活性，可进行取代、聚合、酯化及氧化还原等反应，广泛用于医药、化工、农药、有机合成中间体、涂料助剂等领域。同时，乙酰丙酸作为一种新型的平台化合物，可用于制备生物液体燃料前驱体γ-戊内酯，对改善能源结构和解决能源危机有着极其重要的战略意义。目前，乙酰丙酸的生产方法主要有两种：一种是将含糖类物质转化为糠醛，再对其进行有效加氢，进而转化为糠醇，再通过酸化、重排等一系列方式得到乙酰丙酸。这种生产方式涉及的制备步骤较多，工艺复杂，造成乙酰丙酸的生产成本较高。另一种是将富含纤维素类生物质原料首先水解成六碳糖，并经分子内脱水转变为5-羟甲基糠醛，再经过酸催化技术，进一步转化为乙酰丙酸。地球上的生物质资源非常丰富，可有效通过水解处理技术得到含糖类物质，且这种工艺方法简单、制备环节较少、反应工艺参数可调节等特点，逐渐被采用。Tarabanko等报道了采用盐酸和硫酸催化葡萄糖制取乙酰丙酸的研究，当其反应温度为98℃，且以盐酸作为催化剂时，乙酰丙酸收率最高可达30％；而以硫酸作为催化剂时，乙酰丙酸收率最高可达35％(具体发表于名为《ReactionKineticsandCatalysisLetters》的杂志，2002年第75期第117-126页)。美国专利US6054611A公开了一种富含纤维素和半纤维类生物质为原料，采用20～30％H2SO4作为催化剂，可有效得到乙酰丙酸。值得注意的是，这种工艺需要添加盐酸、硫酸等强酸作为催化剂，消耗的酸量巨大，且生产过程中伴有大量的酸液废渣，对设备腐蚀性严重。为解决上述技术难题，固体酸和超强固体酸替代液体酸的催化技术备受人们关注。高温液态水常指温度在150～350℃之间的压缩液态水，自身具有良好的溶解性能和一定的酸碱催化功能，近年来，作为一种环境友好介质在有机合成反应中的应用研究备受关注。在添加盐酸或硫酸的高温液态水中，葡萄糖的水解速度明显加快，生成5-羟甲基糠醛中间产物的效率较高，因此，也成为生产乙酰丙酸的潜在的较好的生产方式，但此生产过程中往往需要高压(一般需要压力达到4～15MPa)环境和较多的腐蚀性强酸作为必要条件，因此，对生产设备要求苛刻，尤其是高温高压下液体酸对设备的腐蚀极为严重，因此，也势必会大大提高生产成本，同时，腐蚀性强酸在后期处理过程中也较为不便处理，且容易对环境造成污染。因此，提供一种生产成本较低，生产方法简单，便于大量生产，降低生产成本，对环境友好性高，且收率高的葡萄糖催化制取乙酰丙酸的方法是本专利技术亟需解决的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的在于克服现有技术中生产工艺复杂，生产成本较高，且常用强酸作为催化剂，不仅酸量消耗较大，且对设备腐蚀严重，排放后对环境的污染性高的问题，从而提供一种生产成本较低，生产方法简单，便于大量生产，降低生产成本，对环境友好性高，且收率高的葡萄糖催化制取乙酰丙酸的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种葡萄糖催化制取乙酰丙酸的方法，其中，所述方法包括：在CO2存在的条件下，将葡萄糖、水和催化剂进行混合，制得乙酰丙酸；其中，所述催化剂为AlCl3、WCl3、ZrOCl2和CrCl3中的一种或多种。通过上述技术方案，本专利技术在CO2存在的条件下，以AlCl3、WCl3、ZrOCl2和CrCl3中的一种或多种作为催化剂，并使得葡萄糖和水在混合反应一定时间即可使得催化剂将葡萄糖催化形成乙酰丙酸，上述设计通过向整个反应体系中加入CO2，从而有效增加葡萄糖水溶液的电离，增加整个反应体系的酸性，而后通过上述几种催化剂中的一种或多种与CO2耦合，有效调控整个反应体系中酸催化水解和脱水的特性，大大提高葡萄糖及中间产物5-羟甲基糠醛的转化率，进而提高乙酰丙酸的产率，同时，上述几种物质的混合形成的催化体系，大大降低了常规催化过程中对于压力及温度等的较高要求，同时未添加强酸，大大提高了对环境的友好性。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种葡萄糖催化制取乙酰丙酸的方法，其中，所述方法包括：在CO2存在的条件下，将葡萄糖、水和催化剂进行混合，制得乙酰丙酸；其中，所述催化剂为AlCl3、WCl3、ZrOCl2和CrCl3中的一种或多种。上述设计通过在CO2存在的条件下，以AlCl3、WCl3、ZrOCl2和CrCl3中的一种或多种作为催化剂，并使得葡萄糖和水在混合反应一定时间即可使得催化剂将葡萄糖催化形成乙酰丙酸，上述设计通过向整个反应体系中加入CO2，从而有效增加葡萄糖水溶液的电离，增加整个反应体系的酸性，而后通过上述几种催化剂中的一种或多种与CO2耦合，有效调控整个反应体系中酸催化水解和脱水的特性，大大提高葡萄糖及中间产物5-羟甲基糠醛的转化率，进而提高乙酰丙酸的产率，同时，上述几种物质的混合形成的催化体系，大大降低了常规催化过程中对于压力及温度等的较高要求，同时未添加强酸，大大提高了对环境的友好性。所述葡萄糖、所述水和所述催化剂的用量可以根据实际需要进行调节，例如，在本专利技术的一种优选的实施方式中，为了尽可能节省生产成本，且能够得到较高的乙酰丙酸收率，相对于1重量份的所述葡萄糖，所述水的用量为1-100重量份，所述催化剂的用量为0.02-0.1重量份。当然，本专利技术各原料的用量并不局限于此，本领域技术人员可以根据实际需要或是实际情况进行相应的调整。所述混合过程可以根据实际操作进行调节，例如，在本专利技术的一种优选的实施方式中，为了使转化率更高，且进一步提高反应速率，所述混合过程可以为置于温度为160-220℃，压力为0.1-1.0MPa的条件下混合2-6小时。所述混合过程可以为将上述材料一次性混合，当然，为了进一步提高乙酰丙酸的收率，在本专利技术的一种更为优选的实施方式中，所述混合过程可以进一步选择为包括：1)将葡萄糖、水和催化剂置于反应容器中；2)向反应容器中通入CO2置换出反应容器中的原气体后，并放置进行反应。这里的反应容器可以为本领域常规采用的反应容器类型，例如，可以为常规使用的高压反应釜等。当然，本专利技术并不局限于此，操作人本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种葡萄糖催化制取乙酰丙酸的方法，其特征在于，所述方法包括：在CO2存在的条件下，将葡萄糖、水和催化剂进行混合，制得乙酰丙酸；其中，所述催化剂为AlCl3、WCl3、ZrOCl2和CrCl3中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种葡萄糖催化制取乙酰丙酸的方法，其特征在于，所述方法包括：
在CO2存在的条件下，将葡萄糖、水和催化剂进行混合，制得乙酰丙酸；其
中，
所述催化剂为AlCl3、WCl3、ZrOCl2和CrCl3中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于1重量份的所述葡萄糖，
所述水的用量为1-100重量份，所述催化剂的用量为0.02-0.1重量份。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述混合过程为置于温度为
160-220℃，压力为0.1-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：章青，李路微，李兵，朱昌青，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34