[发明专利]一种微波辅助离子液体催化碳水化合物转化为乙酰丙酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于离子液体应用于碳水化合物定向转化技术领域，通过该方法可显著降低离子液体用量，提高碳水化合物转化为乙酰丙酸的收率，从而有利于提高离子液体用于碳水化合物转化为乙酰丙酸的经济性。

背景技术

以煤、石油等为代表的石化原料满足了人类90%以上的能源需求，也是全球化学工业的的基础。虽然原油和天然气枯竭的确切日期很难预测，但加快发展可持续的燃料和碳基原料以替代化石燃料大发展得到了广泛认同。与此同时，全球努力减少二氧化碳排放也要求开发新的绿色生产的燃料、平台化合物与高附加值化学品。二氧化碳加氢可以产生具有碳基的单体和中间体，此外，通过光合作用可以转化为生物质。其中碳水化合物作为生物质的主要部分被视为最优先可再生资源，主要以糖、淀粉、纤维素、木质纤维素等形式出现。

乙酰丙酸分子中既有羧基又有酮基，具有良好的反应性，通过酯化、卤化、加氢、缩醛化反应等制取各种功能的化学品，例如香料、溶剂、橡胶助剂、油品添加剂、药品、农药、表面活化剂等。由于可以以生物质为原料制取，近年来其规模化制备已经成为研究的焦点。主要将生物质纤维水解为木糖与葡萄糖，而后在酸性条件下进一步脱水得到糠醛与5-羟甲基糠醛，后者再进一步酸化分解为乙酰丙酸。过程中所使用的催化剂主要为无机酸，包括硫酸、盐酸、氢氟酸。但这些催化剂对设备腐蚀性大，并产生大量的废液废渣。

离子液体（IL）作为一种新兴的催化剂和溶剂，具有很高的热稳定性与催化性能、良好导电导热性、以及“零”蒸汽压，近年来被广泛应用于化学反应，如新材料制备、聚合反应、有机合成、电化学、分离过程等。特别是在取代易燃易爆及高腐蚀性有机酸碱应用于绿色化学清洁生产领域具有良好的应用前景，将其用于碳水化合物水解制备高附加值化学品成为时下新的研究热点。

发明内容

【发明目的】本发明目的在于开发工业碳水化合物催化转化为乙酰丙酸新型绿色转化过程。

【本发明的构思】微波作为一种新兴、高效的辅助手段应用于碳水化合物转化过程相较于靠物质热传导性能将物体加热的油浴或沙浴等传统的加热方式，加热速率更快、受热均匀。离子液体作为近年来新开发的环境友好催化剂，与传统的无机、有机酸碱催化剂相比催化过程更绿色。基于离子液体热稳定性更强的特点，本发明设计了微波辅助离子液体催化碳水化合物转化为乙酰丙酸的反应体系。本发明通过将微波辅助与离子液体催化体系进行耦合，以提高碳水化合物转化为乙酰丙酸的效率，以利于碳水化合物的高值转化利用。

【本发明技术方案】

1、本发明涉及一种微波辅助离子液体催化碳水化合物转化为乙酰丙酸的方法，包含以下步骤：

步骤一、合成离子液体催化剂：四甲基胍或乙醇胺与酸溶液（醋酸、乳酸、四氟硼酸等）在乙醇中发生复分解反应，减压蒸馏提纯，干燥备用；N-甲基咪唑与2-氯乙醇或2-氯乙胺盐酸盐在溶剂中复分解之后再与过量四氟硼酸钠置换，经过滤提纯烘干后得到1-羟乙基-3甲基咪唑四氟硼酸盐与1-氨乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。

步骤二、按照一定比例将碳水化合物与催化剂添加到有机溶剂中，置于微波反应器中，氮气保护下搅拌回流反应，一定微波输出功率下定温反应，得到高附加值化学品。

步骤三、反应结束后冷却、静置、离心、过滤，分析产物收率。

步骤一中四甲基胍与酸溶液的摩尔量为1:1；N-甲基咪唑与2-氯乙醇或2-氯乙胺盐酸盐的摩尔量为1:1.1；所得氯化物与四氟硼酸钠的摩尔量为1:1.05。

步骤二中，所用离子液体催化剂选自四甲基胍四氟硼酸盐、四甲基胍乳酸盐、四甲基胍醋酸盐、1-氨乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、乙醇胺四氟硼酸盐、1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐等，按照催化剂与碳水化合物的质量比为0.1-0.5、碳水化合物与反应溶剂固液比为0.02-0.1（质量比），将定量工业碳水化合物与催化剂添加到反应溶剂中，置于微波反应器中，氮气保护下搅拌回流反应，升温至80-160℃，微波输出功率为400～800w，反应时间5～120min。

步骤二中所用溶剂为：N，N-二甲基乙酰胺（LiCl-DMAc）、二甲基亚砜（DMSO）、仲丁醇溶液。

步骤三中采用Agilent Technologies1200Series HPLC液相色谱外标法测定碳水化合物水解液中乙酰丙酸的含量，检测器温度为35℃；RID检测器，色谱柱为Hi-PLex H柱，流动相为5mM H₂SO₄，流速为0.6ml/min，检测器温度为65℃。

本发明具有以下特点和优势：