乳酸及其衍生物的制备方法技术

一种乳酸及其衍生物的合成方法，将至少一种含碳水化合物的原料，至少一种醇，至少一种含有金属氯化物MCln和含锡化合物的组合催化剂以及至少一种溶剂，在加热的条件下进行反应。该方法流程简单，对环境友好，高效、经济。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
葡萄糖、蔗糖、淀粉及纤维素是地球上已发现的、最丰富的可再生的碳水化合物的来源。由于这些碳水化合物的含氧化基团含量高，因此，在使用它们制造基础化学品时非常有利。特别的是，由于不释放二氧化碳，这些碳水化合物是可持续方式合成化学中间物的最有吸引力的原材料。理论上，通过发酵或者催化反应每摩尔的己醣可转化为两摩尔的乳酸。乳酸是用于合成可生物降解的聚乳酸的单体。乳酸及其衍生物(如乳酸烷基酯与聚乳酸)可以作为合成其它三碳化合物，如丙二醇、丙烯酸、烯丙醇，而这些三碳化合物可用于合成其它聚合物。在当前的化学工业中乳酸是通过葡萄糖发酵来生产的。然而发酵过程仅能得到非常稀的乳酸发酵液(〈10%的水溶液)通过与氢氧化钙反应可以得到乳酸钙固体，然后与硫酸溶液反应得到乳酸。发酵工艺会产生大量的废水与硫酸钙固体废弃物，且乳酸的发酵工艺仅仅使用葡萄糖作为原料。现有的发酵工艺能大规模(12万吨每年)用葡萄糖生产乳酸。然而微生物发酵的问题在于反应速率低及产品的浓度低(在水中)，因此反应时间长，需要的反应器体积大、产品纯化过程能量消耗高(请参见Fermentation of Glucose to LacticAcid Coupled with Reactive Extraction: Kailas L Wasewarj Archis A.YawalkarjJacob A.Moulijn and Vishwas G.Pangarkarj Ind.Eng.Chem.Res.2004，43，5969-5982)。如本领域所熟知的，在碱金属氢氧化物的存在下，单糖可以被转化为乳酸(请参见R.Montgomery, Ind.Eng.Chemj 1953，45，1144; B.Y.Yang and R.Montgomery,Carbohydr.Res.1996，280，47)。然而，化学计量的碱(Ca(OH)2)与酸(H2SO4)在乳酸的回收工艺中会被消耗掉。因此，产生相应化学计量的盐类废弃物。尽管商业发酵法能生产大量的乳酸，然而其仅使用淀粉作为原料，且淀粉必须经过预水解(或通过发酵)以得到葡萄糖。发酵工艺产生大量的废水与固体废弃物(CaS04)。且生产乳酸的发酵工艺包括很多步 ，需要消耗相当多的能量。进行发酵工艺所需要的基础设施非常复杂而且不经济。
技术实现思路
本专利技术提供了一种经济的、通过非发酵工艺直接由碳水化合物原料制备乳酸及其衍生物的方法。本专利技术提供了一种制备乳酸及其衍生物的合成方法，将至少一种含碳水化合物的原料，至少一种醇，至少一种含有金属氯化物MCln和含锡化合物的组合催化剂以及至少一种溶剂，在加热的条件下进行反应，其中所述的M选自Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ga3+、In3+、Sb3+、Bi3+、Cr3+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+ 中的至少一种，n=l、2 或 3。根据本专利技术的实施方式，上述含锡化合物含有Sn4+和Sn2+中的至少一种。含锡化合物的阴离子选自 F—，CF, Br—, , SO42' HSO4' CH3SO3' C6H5SO3' H2PO4' HPo42' PO4'PF6-, BO2' BF4' SiF62-和CH3CCV中的至少一种。优选含锡化合物为SnCl2。本专利技术的产物乳酸及其衍生物，主要包括乳酸和/或乳酸酯。根据本专利技术的实施方式，含碳水化合物的原料选自纤维素、淀粉、多糖和单糖中的至少一种。进一步，含碳水化合物的原料选自葡聚糖、蔗糖、果糖和葡萄糖中的至少一种。所有能够通过发酵、水解或者醇解得到的碳水化物，都可以作为本专利技术的反应物。 所述的醇选自一元醇、二元醇和多元醇中的至少一种。进一步，一元醇选自甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1- 丁醇、2- 丁醇和叔丁醇中的至少一种。二元醇选自乙二醇、1，2-丙二醇和1，3-丙二醇中的至少一种。多元醇选自丙三醇。根据本专利技术的实施方式，金属氯化物MCln中M选自Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ga3+、In3+、Sb3+、Bi3+、Cr3+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+ 和 Zn2+ 中至少一种，n=l、2 或 3。进一步地，MCln 选自 LiCl、NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、SrCl2、GaCl3、InCl3, SbCl3、BiCl3、CrCl3、MnCl2'FeCl2, CoCl2^NiCl2 ZnCl2 中的至少一种。根据本专利技术的一种实施方式，催化剂为NaCl和SnCl2的组合物。根据本专利技术的一种实施方式，催化剂为CaCl2和SnCl2的组合物。根据本专利技术的一种实施方式，催化剂为MgCl2和SnCl2的组合物。本专利技术中，上述溶剂为极性溶剂，该极性溶剂选自水、醇、碳8~碳22的脂肪酸甲酯中的至少一种，要求上述溶剂能够溶解催化剂以形成均相的催化剂溶液。进一步，所述的醇选自水、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1- 丁醇、2- 丁醇、叔丁醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇和丙三醇中的至少一种。根据本专利技术的一种实施方式中，将含碳水化合物的原料、醇、溶剂、MCl1^P SnCl2组合催化剂溶液置于一个反应釜中，加热反应得到乳酸及其衍生物，其中M选自Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ga3+、In3+、Sb3+、Bi3+、Cr3+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+ 和 Zn2+ 中的至少一种，η =1、2或3。根据本专利技术的一种实施方式，醇与含碳水化合物的原料中碳水化合物的质量比为0.5~20，进一步，醇与含碳水化合物的原料中碳水化合物的质量比为f 10。在一种实施方式中，醇与含碳水化合物的原料中碳水化合物的质量比为1.5。 根据本专利技术的实施方式，由含碳水化合物的原料制备乳酸及其衍生物的反应温度为5(T200°C。优选地，由含碳水化合物的原料制备乳酸及其衍生物的反应温度为80-180?。在本专利技术的一种实施方式中，含碳水化物的原料为纤维素，制备乳酸及其衍生物的反应温度为8(Tl80°C ;进一步，反应温度为10(Tl80°C。在本专利技术的一种实施方式中，含碳水化合物的原料为淀粉，制备乳酸及其衍生物的反应温度为8(Tl80°C ;进一步，反应温度为8(Tl60°C。在本专利技术的一种实施方式中，含碳水化合物的原料为蔗糖，制备乳酸及其衍生物的反应温度为5(Tl80°C ;进一步，反应温度为5(Tl40°C。在本专利技术的一种实施方式中，含碳水化合物的原料为葡萄糖，制备乳酸及其衍生物的反应温度为5(Tl80°C ;进一步，反应温度为5(Tl40°C。 本专利技术提供的制备乳酸及其衍生物的方法，采用非发酵工艺，处理含碳水化合物的原料得到乳酸和/或乳酸酯，废水与固体废弃物少，对环境比较友好，含碳水化合物的原料的利用率高，流程简单、能耗低，是一种经济、高效的方法。【附图说明】图1:现有工艺制备乳酸和烷基乳酸酯的工艺流程图2:本专利技术由含碳水化合物的原料制备乳酸及其衍生物的工艺流程【具体实施方式】以下的具体实施例对本专利技术进行了详细的描述，然而本专利技术并不限制于以下实施例。实施例1: 将100.0 g SnCl2.2H20 和 163.0 g MgCl本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乳酸及其衍生物的合成方法，将至少一种含碳水化合物的原料，至少一种醇，至少一种含有金属氯化物MCln和含锡化合物的组合催化剂以及至少一种溶剂，在加热的条件下进行反应，其中所述的M选自Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ga3+、In3+、Sb3+、Bi3+、Cr3+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+中的至少一种，n=1、2或3。

【技术特征摘要】
1.一种乳酸及其衍生物的合成方法，将至少一种含碳水化合物的原料，至少一种醇，至少一种含有金属氯化物MCln和含锡化合物的组合催化剂以及至少一种溶剂，在加热的条件下进行反应，其中所述的 M 选自 Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ga3+、In3+、Sb3+、Bi3+、Cr3+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+ 中的至少一种，n=l、2 或 3。2.根据权利要求1的乳酸及其衍生物合成方法，其特征在于，所述含锡化合物含有Sn4+和Sn2+中的至少一种。3.根据权利要求2的乳酸及其衍生物合成方法，其特征在于，所述含锡化合物的阴离子选自 F-，CF, Br' , SO42' HSO4^, CH3SO3-, C6H5SO3-, H2PO4' HPO42' PO43' PF6' BO2'BF4_，SiF62_ 和 CH3C02_ 中的至少一种。4.根据权利要求3的乳酸及其衍生物合成方法，其特征在于，所述含锡化合物为SnCl205.根据权利要求1的乳酸及其衍生物合成方法，其特征在于，所述含碳水化合物的原料选自纤维素、淀粉、单糖和多糖中的至少一种。6.根据权利要求5的乳酸及其衍生物的合成方法，其特征在于，所述含碳水化合物的原料选自葡聚糖、蔗糖、果糖和葡萄糖中的至少一种。7.根据权利要求1的乳酸及其衍生物的合成方法，其特征在于，所述醇选自一元醇、二元醇和多元醇中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小平，毕瑞，
申请(专利权)人：微宏动力系统湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：