[发明专利]一种室温下制备5-羟甲基糠醛的方法

说明书

技术领域

本发明属于可再生能源生产技术领域，涉及一种室温下由果糖制备5-羟甲基糠醛的方 法。

背景技术

随着煤、石油等化石资源的日益消耗以及由此带来的环境问题的日趋严重，开发利用可 再生生物质资源已变得十分重要和紧迫。糖类是生物质的重要组成部分，也是人们研究的重 点。由糖类转化而成的5-羟甲基糠醛是一种重要的新型平台化合物，可以通过加氢、酯化、 卤化、聚合、氧化等一系列化学反应制备多种具有高附加值的衍生物，因此人们在将糖类转 化为5-羟甲基糠醛上进行了很多尝试和努力。

果糖是最常用于制备5-羟甲基糠醛的原料之一。早期的制备主要是在水体系、有机溶剂体系或者水/有机溶剂双相体系中进行的，所使用的催化剂一般是酸或者Lewis酸，反应基本上都在较高温度下进行。这些体系存在着5-羟甲基糠醛产量低，副产物多，易污染环境等缺陷。近年来，出于环境保护考虑，以离子液体为介质的果糖转化引起了人们的极大兴趣。有不少报道表明，一些含卤素阴离子的离子液体(如氯化1-丁基-3-甲基咪唑)是果糖的良好溶剂。而且有报道称一些功能化离子液体(如N-甲基吡咯烷酮甲磺酸盐)能够促进果糖转化为5-羟甲基糠醛。上述离子液体参与的果糖转化反应都是在高温下完成的。高温可以提高反应速率，但也导致副产物(如乙酰丙酸、胡敏素)的产生，使得5-羟甲基糠醛的产率和选择性下降。此外，它的高能耗也限制了其在规模化工业上的实际应用。

为了避免使用高温所带来的弊端，人们开始尝试在常温下进行果糖转化5-羟甲基糠醛。由于常规溶糖离子液体和催化果糖转化的离子液体常温下多是固体，为了降低离子液体的熔点，人们尝试了在低共熔体系中进行该转化反应。等人发现，果糖作为氢键给体能与氯化胆碱形成低共熔体系；韩布兴等人报道，氯化胆碱也可以与草酸、柠檬酸以及对甲苯磺酸等氢键给体形成低共熔体系，该体系既可以作为溶剂又可以作为催化剂。虽然在这些低共熔体系中果糖能够较好地转化为5-羟甲基糠醛，但低共熔体系的温度仍较高(>50℃)，反应仍需在较高温度下进行。

为了实现室温转化，一些分子溶剂(如CHCl₃，DMSO，丙酮等)被用作离子液体的溶 剂来进行果糖转化反应。但是这些体系所用溶剂并不绿色，而且5-羟甲基糠醛产率不高，反 应所需时间长。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高效、绿色、环保的在室温下由果糖制备5-羟甲 基糠醛的方法。

术语说明：

室温：本发明所述的室温时室中环境温度，温度范围为10～30℃。

本发明的技术方案如下：

一种室温下制备5-羟甲基糠醛的方法，包括步骤如下：

以二元离子液体为促进剂，醇作溶剂，在室温下使果糖脱水反应转化为5-羟甲基糠醛。

根据本发明，优选的，所述的二元离子液体为氯化1-乙基-3-甲基咪唑和氯化N-甲基吡 咯烷酮组成的离子液体；

进一步优选的，所述的氯化1-乙基-3-甲基咪唑与氯化N-甲基吡咯烷酮的摩尔比为8:3～ 10.5:0.5，更优选(2～10)：1。

根据本发明，优选的，所述的醇为正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇或者叔丁 醇。

根据本发明，优选的，所述的醇的加入量与二元离子液体总量的摩尔比为2:5～12:5， 进一步优选8:5。

根据本发明，优选的，所述的果糖的加入量与二元离子液体总量的摩尔比为1:4～1: 22，进一步优选(1～2):22；

根据本发明，优选的，反应温度为25℃，反应时间为10～180min；

优选的，脱水反应在搅拌条件下进行，进一步优选的，搅拌速率为100～1000rpm。

本发明的有益效果是：

1、本发明使用的离子液体具有不挥发、不易燃、稳定性好、极性强、液程范围宽等优 点，对糖及其转化产物的溶解性好；使用醇作为溶剂，不仅绿色环保，而且与离子液体形成 的低共熔体系使得转化反应能在室温下进行。

2、本发明使用的离子液体为二元离子液体，通过氢键协同作用于果糖要脱除的羟基， 提高了糖羟基脱除反应的效率。

3、本发明的反应在室温下即可进行，无需加热，大大降低了制备过程中的能耗，也减 少了对环境的污染，而且室温下基本上不发生副反应，产物选择性高，是一种绿色工艺。

具体实施方式