一种催化葡萄糖转化合成5-羟甲基糠醛的方法技术

本发明专利技术涉及有机合成技术领域，具体来说是一种催化葡萄糖转化合成5

【技术实现步骤摘要】
一种催化葡萄糖转化合成5
‑
羟甲基糠醛的方法


[0001]本专利技术涉及有机合成
，具体来说是一种催化葡萄糖转化合成5
‑
羟甲基糠醛的方法。

技术介绍

[0002]能源资源在当今社会发展中扮演着不可或缺的角色，但不容乐观的是，化石资源并不是取之不尽、用之不竭的。全球人口迅速增长，以石油为基础的化石燃料储量却在不断减少。随着化石燃料的日益枯竭，如何将可持续生物质资源转化为运输燃料和化工产品引起了科研工作者们浓厚的兴趣，5
‑
羟甲基糠醛是生产化石燃油的重要原料之一。
[0003]5‑
羟甲基糠醛(HMF)是一种重要的平台化合物，可以用其合成重要的、高价值的化学产品、高分子材料等。例如，5
‑
羟甲基糠醛可以通过加氢和醚化反应制备2，5
‑
二甲基呋喃和5
‑
乙氧甲基糠醛等生物燃料。此外，5
‑
羟甲基糠醛还可以合生成乙酰丙酸(LA)和甲酸(FA)，乙酰丙酸也是生产药品和燃料的重要平台化合物。同时，其可再生性在工业领域上也拥有巨大的应用潜力。
[0004]生物质材料是可再生能源，价格便宜、绿色环保，作为化石燃料的替代品潜力巨大。生物质是地球上最为广泛的物质，碳水化合物又是组成生物质极其重要的部分，生物质材料中的纤维素和半纤维素可以被水解成单糖，这些单糖可以进一步脱水转化为5
‑
羟甲基糠醛。因此，以碳水化合物为原料寻找高效的方法制备化学中间体如5
‑<br/>羟甲基糠醛就是生物质开发利用这一领域中极具挑战性的工作。
[0005]目前，公告号为CN107556271A的中国专利技术专利公开了一种用葡萄糖制备5
‑
羟甲基糠醛的方法，将葡萄糖、氯化胆碱、固体酸催化剂和有机溶剂加入高压反应釜中，在200～800rpm的搅拌速度和1～5Mpa的氮气气氛下加热至150～210℃进行反应，得固液混合物；然后将上述物料循环反应或者离心回收固体酸催化剂，5
‑
羟甲基糠醛在反应釜内被有机溶剂原位萃取。但是，通过上述方法制备的5
‑
羟甲基糠醛产率仅29.86
‑
36.23％，葡萄糖不能充分转化为5
‑
羟甲基糠醛，存在生物质开发利用效率低的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于如何提供一种更为方便、快捷、高效的催化体系来使葡萄糖转化为5
‑
羟甲基糠醛。
[0007]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0008]一种催化葡萄糖转化合成5
‑
羟甲基糠醛的方法，在两相体系中，以H
‑
β型分子筛作为催化剂，将葡萄糖催化转化为5
‑
羟甲基糠醛；
[0009]所述H
‑
β型分子筛中SiO2与Al2O3之比为25
‑
30；所述催化剂与葡萄糖的质量比为30
‑
50：80
‑
130。
[0010]有益效果：本申请以葡萄糖作为反应底物，以H
‑
β型分子筛作为催化剂，在两相体系中将葡萄糖催化转化为5
‑
羟甲基糠醛，在催化剂与葡萄糖的质量比为30
‑
50：80
‑
130，H
‑
β
型分子筛的SiO2与Al2O3之比为25
‑
30的条件下，H
‑
β型分子筛具有合适的酸和Lewis酸，其中Lewis酸使葡萄糖异构化为果糖，酸使果糖脱水为5
‑
羟甲基糠醛，以此达到一个动态平衡；若酸或Lewis酸过多，会导致副反应发生，而产生副产物；如果酸或Lewis酸过少，则反应难以进行；另外，该条件下的H
‑
β型分子筛还由合适的孔径大小，也使葡萄糖和催化剂接触面积更大，更容易发生反应，这一系列的条件促使了该反应中葡萄糖的转化率可达100％，5
‑
羟甲基糠醛的产率可达90％，以此将生物质原料高效转化为高价值的平台化合物，大大提高了生物质原料的资源利用效率。
[0011]优选的，所述H
‑
β型分子筛中SiO2与Al2O3之比为30。
[0012]优选的，所述催化剂与葡萄糖的质量比为30：100。
[0013]优选的，所述两相体系为NaCl
‑
四氢呋喃/H2O两相体系。
[0014]优选的，催化葡萄糖转化合成5
‑
羟甲基糠醛的方法，包括以下具体步骤：
[0015](1)将葡萄糖、催化剂、NaCl、四氢呋喃以及去离子水加入到高硼硅玻璃制成的耐压瓶中混合，并于170
‑
180℃的油浴锅中搅拌反应1
‑
2h；
[0016](2)反应结束后，待温度降至室温，对反应物进行离心实现固液分离，液相的上层为四氢呋喃相、下层清液为水相。
[0017](3)将四氢呋喃相和水相进行稀释，并用高效液相色谱仪对稀释后的四氢呋喃相及水相中的5
‑
羟甲基糠醛进行测定。
[0018]有益效果：本申请按照设定的比例将反应底物、催化剂和反应溶剂均加入到一个耐压瓶中，反应也在一个耐压瓶内完成，即采用“一锅法”将生物质原料葡萄糖转化为高价值的平台化合物5
‑
羟甲基糠醛，具有合成工艺简单、设备成本低、转化效率高等优点；且H
‑
β型分子筛廉价易得、不含重金属，转化合成工艺不易对环境造成污染，具有很高的工业化生产应用价值。
[0019]优选的，所述步骤(1)中水和四氢呋喃的体积比为1：4.6
‑
3.3。
[0020]优选的，所述步骤(1)中每5ml水和四氢呋喃的混合溶液中加入NaCl的质量为150
‑
300mg。
[0021]优选的，所述步骤(1)中葡萄糖与NaCl的质量比为1：1.5
‑
3。
[0022]优选的，所述步骤(2)中反应物的离心速度为8000rpm，离心时间为5min。
[0023]优选的，所述步骤(3)中四氢呋喃相的稀释倍数为100倍，水相的倍数为稀释10倍。
[0024]优选的，所述步骤(2)中的产物进行回收，包括如下步骤：
[0025]a.四氢呋喃相与水相自然分离后，将四氢呋喃相在100℃下蒸馏分离，直至液体完全蒸干，蒸馏出的液态为四氢呋喃，固态为5
‑
羟甲基糠醛；
[0026]b.将水相在105℃下煮沸处理，水分蒸干后的固体为NaCl和5
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羟甲基糠醛的混合物；然后在混合物中加入四氢呋喃，使5
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羟甲基糠醛溶解到四氢呋喃中，再对上述混合液进行过滤，滤液加入四氢呋喃相中蒸馏获得5
‑
羟甲基糠醛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化葡萄糖转化合成5
‑
羟甲基糠醛的方法，其特征在于：在两相体系中，以H
‑
β型分子筛作为催化剂，将葡萄糖催化转化为5
‑
羟甲基糠醛；所述H
‑
β型分子筛中SiO2与Al2O3之比为25
‑
30；所述催化剂与葡萄糖的质量比为30
‑
50：80
‑
130。2.根据权利要求1所述的一种催化葡萄糖转化合成5
‑
羟甲基糠醛的方法，其特征在于：所述H
‑
β型分子筛中SiO2与Al2O3之比为30；所述催化剂与葡萄糖的质量比为30：100。3.根据权利要求1所述的一种催化葡萄糖转化合成5
‑
羟甲基糠醛的方法，其特征在于：所述两相体系为NaCl
‑
四氢呋喃/H2O两相体系。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种催化葡萄糖转化合成5
‑
羟甲基糠醛的方法，其特征在于：包括以下具体步骤：(1)将葡萄糖、催化剂、NaCl、四氢呋喃以及去离子水加入到高硼硅玻璃制成的耐压瓶中混合，并于170
‑
180℃的油浴锅中搅拌反应1
‑
2h；(2)反应结束后，待温度降至室温，对反应物进行离心实现固液分离，液相的上层为四氢呋喃相、下层清液为水相。(3)将四氢呋喃相和水相进行稀释，并用高效液相色谱仪对稀释后的四氢呋喃相及水相中的5
‑
羟甲基糠醛进行测定。5.根据权利要求4所述的一种催化葡萄糖转化合成5
‑
羟甲基糠醛的方法，其特征在于：所述步骤(1)中水和四氢呋喃的体积比为1：...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐思泉，邢馨忆，高慧，施羡，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：