一种离子液体型复合介质及采用其制备糠醛类化合物的方法技术

本发明专利技术提供了一种离子液体型复合介质及采用其制备糠醛类化合物的方法，复合介质由离子液体型溶剂和离子液体型催化剂按摩尔比为10~100:1的比例于20~90℃条件下混合制成，通过离子液体型溶剂和离子液体型催化剂实现糖类化合物的高效溶解和催化转化，从而完成在较低温度下糠醛类化合物的制备。本发明专利技术提出的离子液体型复合介质，具有不挥发、不易燃、环境友好的特点，化学和热力学稳定性较高，可以实现循环利用。采用离子液体型复合介质，能够完成在较低温度下糠醛类化合物的制备，反应过程条件温和，不需要高温高压，操作更为简便，反应过程具有较高的效率，产物纯度较高。产物纯度较高。产物纯度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体型复合介质及采用其制备糠醛类化合物的方法


[0001]本专利技术属于糠醛类化合物制备领域，具体涉及到一种离子液体型复合介质及采用其制备糠醛类化合物的方法。

技术介绍

[0002]近现代以来，化石能源的大量使用促进了社会和经济的快速发展，但是也带来了较为严重的环境污染问题。另一方面，化石能源的不可再生性限制了资源的重复利用，不利于可持续发展。从长远角度来看，开发和利用可再生资源是解决上述问题的必由之路。
[0003]自然界中广泛存在的纤维素、半纤维素、糖类化合物等生物质资源被认为是最为理想的可再生资源之一。通过这些生物质的转化，可以获得众多具有优良物理化学性质和应用潜力的平台化合物。其中，糠醛类化合物能够作为中间体用于糠醇、甲基呋喃、四氢呋喃等绿色能源材料和精细化工品的制备，因而受到了广泛关注和深入研究，成为了极具前景的平台化合物。
[0004]糠醛类化合物的传统制备过程大多采用硫酸、盐酸、酸式盐或金属氧化物作为催化剂，这些物质普遍存在着腐蚀性强、污染重、选择性低等不足。另外，反应体系中大多含有大量的水，其较低的沸点带来了较大的挥发性，降低了体系的稳定性，也不利于简化操作。为了解决上述问题，需要进一步开发新型催化剂和溶剂，才能从根本上解决传统体系本质上的缺陷。
[0005]离子液体是一类新兴的绿色介质，通常由有机型阳离子与阴离子组成。归功于特殊的结构，离子液体具有不易挥发、不易燃、广阔的液态范围、性质可调等优点，能够作为溶剂和催化剂用于有机合成、萃取、材料等领域。研究表明，离子液体在生物质的溶解和转化上的优势显著，为糠醛类化合物的制备奠定了基础。
[0006]近年来，虽然国内外在相关研究上取得了一定进展，但是很多方法的反应温度仍然较高，部分体系仍然含有一定的有机溶剂，安全性和环保性较差。同时，反应转化率、产物收率仍然普遍较低，反应效率有待提高。例如，中国专利（CN110256377A）公开了一种离子液体催化制取糠醛的方法，该方法采用碳水化合物、有机溶剂、水和咪唑类离子液体催化剂混合的方式获得反应体系，在120～200℃的条件下合成并获得糠醛。该方法反应温度较高，超过100℃，导致能耗过大。同时，反应体系中的有机溶剂易燃、易挥发，安全性较差，不利于反应体系的循环利用和环境保护。中国专利（CN107759543A）公开了一种苯并咪唑类离子液体催化壳聚糖降解制备5
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羟甲基糠醛的方法。该方法的反应温度为120~220℃，反应温度较高，5
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羟甲基糠醛的产率最高为35%，反应效率较低。因此，继续优化反应体系结构、组成和性质，强化反应过程，降低反应温度，简化反应操作，获得品质更为优异的糠醛类化合物是技术研发的重点。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种离子液体型复合介质及采用其制备糠醛类化合物的
方法，通过利用自然界中可再生的原料为基础，通过和绿色的离子液体型复合介质的作用下，制备得到安全环保、产率较高的糠醛类化合物。
[0008]一种离子液体型复合介质，复合介质由离子液体型溶剂和离子液体型催化剂按摩尔比为10~100:1的比例于20~90℃条件下混合制成。
[0009]进一步地，所述离子液体型溶剂的阳离子为1,2,4
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三氮唑类阳离子和1,2,3
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三氮唑类阳离子中的一种，阴离子为[RCO2]−
、[ArO]−
、[CH3SO3]−
和[CF3SO3]−
中的一种，其中，取代基R代表烃基或者芳基或者氢原子，Ar代表芳基。
[0010]进一步地，所述离子液体型催化剂的阳离子为噻唑类阳离子和异噻唑类阳离子中的一种，阴离子为Cl
−
、Br
−
、[SbF6]−
、[N(CN)2]−
、[ClO4]−
、[AsF6]−
和[NO3]−
中的一种，其中，取代基R代表氢原子或者烃基或者磺烷基或者羧烷基，并且同种阳离子中至少有一个取代基R为磺烷基或者羧烷基。
[0011]本专利技术的另一目的是将上述离子液体型复合介质用于制备糠醛类化合物中。
[0012]本专利技术同时还提供了一种利用离子液体型复合介质制备糠醛类化合物的方法，包括以下步骤：1）将纤维素或者半纤维素或者己糖或者戊糖加入到上述离子液体型复合介质中，在0.1 MPa的气压和40~100℃的温度下搅拌反应0.5~3 h；2）在步骤1）的反应溶液中加入相对于溶液质量为0.1~1%的水，于0.1 MPa的气压和40~90℃的温度下继续搅拌反应0.5~2 h；3）将步骤2）反应后的溶液进行减压蒸馏并干燥，最终获得糠醛类化合物，其中，在制备过程中，离子液体型复合介质可以实现循环利用。
[0013]进一步地，步骤1）中，己糖为葡萄糖或者果糖，戊糖为木糖或者阿拉伯糖。
[0014]进一步地，步骤1）中，纤维素或者半纤维素或者己糖或者戊糖的质量为离子液体型复合介质质量的5~30%。
[0015]进一步地，步骤3）中，糠醛类化合物为糠醛或者5
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羟甲基糠醛。
[0016]最终获得的糠醛类化合物通过核磁共振波谱和紫外光谱进行化学组成和纯度的检测，根据测试结果计算得到糠醛类化合物的质量百分含量，即产物纯度。同时，根据糠醛类化合物的实际产量与理论产量之比计算得到相应的产物产率。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下的技术效果：
1）本专利技术提出的离子液体型复合介质，具有不挥发、不易燃、环境友好的特点，化学和热力学稳定性较高，可以实现循环利用；2）本专利技术采用离子液体型复合介质，其中同时含有溶解能力较强的离子液体型溶剂和催化能力较强的离子液体型催化剂，可以分别实现糖类化合物的高效溶解和催化转化，从而完成在较低温度下糠醛类化合物的制备，反应过程条件温和，无需100℃以上的高温和0.1 MPa以上的高压，也无需有机溶剂和无机盐，操作更为安全简便；3）测试结果表明，糠醛类化合物的产率和纯度可以分别达到90%、98%以上，反应过程具有较高的效率，产物纯度较高。
附图说明
[0018]图1为根据本专利技术中的实施方式2取得的糠醛的紫外吸收光谱图，图中最大吸收峰对应的波长为277 nm。
[0019]图2为根据本专利技术中的实施方式6取得的5
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羟甲基糠醛的紫外吸收光谱图，图中最大吸收峰对应的波长为284 nm。
具体实施方式
[0020]一种离子液体型复合介质，复合介质由离子液体型溶剂和离子液体型催化剂按摩尔比为10~100:1的比例于20~90℃条件下混合制成，所述离子液体型溶剂的阳离子为1,2,4
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三氮唑类阳离子和1,2,3
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三氮唑类阳离子中的一种，阴离子为[RCO2]−
、[ArO]−
、[CH3SO3]−
和[CF3SO3]−
中的一种，其中，取代基R代表烃基或者芳基或者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子液体型复合介质，其特征在于，复合介质由离子液体型溶剂和离子液体型催化剂按摩尔比为10~100:1的比例于20~90℃条件下混合制成。2.如权利要求1所述的离子液体型复合介质，其特征在于，所述离子液体型溶剂的阳离子为1,2,4
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三氮唑类阳离子和1,2,3
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三氮唑类阳离子中的一种，阴离子为[RCO2]
−
、[ArO]
−
、[CH3SO3]
−
和[CF3SO3]
−
中的一种，其中，R代表烃基或者芳基或者氢原子，Ar代表芳基。3.如权利要求1所述的离子液体型复合介质，其特征在于，所述离子液体型催化剂的阳离子为噻唑类阳离子和异噻唑类阳离子中的一种，阴离子为Cl
−
、Br
−
、[SbF6]
−
、[N(CN)2]
−
、[ClO4]
−
、[AsF6]
−
和[NO3]
−
中的一种，其中，取代基R代表氢原子或者烃基或者磺烷基或者羧烷基，并且同种阳离子中至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑勇，方金法，郑永军，王振，贾太轩，牛永生，何亦文，
申请(专利权)人：林州市科能材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：