[发明专利]一种催化5-羟甲基糠醛制备2;5-二甲基呋喃的方法

说明书

本发明提供了一种催化5‑羟甲基糠醛制备2,5‑二甲基呋喃的方法。该方法包括以下步骤：步骤一，将5‑羟甲基糠醛加入到有机溶剂中，配制成5‑羟甲基糠醛溶液；步骤二，采用非均相铁系催化剂催化5‑羟甲基糠醛溶液加氢脱氧反应，获得2,5‑二甲基呋喃。本发明提供的方法采用的非均相铁系催化剂催化活性金属为铁，相比贵金属钌、钯和铂等成本低廉；与其他非贵金属催化剂相比，该非均相铁系催化剂制作简单，操作方便，且具有较高的催化活性和选择性；将其用于催化5‑羟甲基糠醛(HMF)制备2,5‑二甲基呋喃(DMF)，为DMF的制备提供了一种高效环保的方法，且催化反应后回收的非均相铁系催化剂可以重复利用。

技术领域

本发明属于有机物合成技术领域，涉及一种非均相铁系催化剂催化5-羟甲基糠醛(HMF)制备2,5-二甲基呋喃(DMF)的方法。

背景技术

随着石油等化石资源的不断减少，温室气体排放量的不断增多，以及环境污染的日益严重，使用可再生的新能源替代传统化石能源已成为当前一个重要研究方向，其中生物质能源作为唯一含有有机碳的可再生能源，被认为是化石能源最理想的替代物。

5-羟甲基糠醛(HMF)，可以通过纤维素酸性水解来制备，一直被认为是作为生物质转化过程中的最重要的平台化学品之一。HMF的高功能性使得它能转化成不同的生物燃料分子，如：乙酰丙酸乙酯，γ戊内酯，5-乙氧基糠醛，2,5-二甲基呋喃，和增值化学品，如：乙酰丙酸，糠醇，2,5-甲酰基呋喃(DMF)，2,5-呋喃二羧酸和己二酸。

DMF是HMF衍生物中最具有吸引力的，其具有类似于汽油的优良性能，能量密度高(30MJ/L)、高辛烷值(119)，可以与汽油互溶，也可以单独使用，而且比起生物燃料乙醇易溶于水、不易保存、燃烧性能低的缺点，DMF被认为是一种有发展前景的生物质燃料。此外，DMF还可以与乙烯发生Diels-Alder反应生成大宗化学品对二甲苯。

目前HMF制备DMF一般是通过催化剂催化氢解获得。据文献报道，HMF制备DMF的催化剂一般包括钯、钌和铂等贵金属，近年来也有一些铜、镍等非贵金属催化的报道。Dumesic等采用两相系统，先将果糖选择性脱水生成HMF，随后萃取出HMF，HMF在碳负载铜-钌(CuRu/C)催化剂的作用下加氢脱氧获得DMF产率是79％(Nature[J],2007,447,982-986)。Rauchfuss等采用甲酸作溶剂，使果糖在Pd/C催化作用下通过一锅法获得DMF的产率是51％(Angew.Chem.Int.Ed[J],2010,49,6616-6618)。Schuth等采用Pt-Co双金属纳米粒子催化剂催化HMF制备DMF，10分钟之内HMF转化率达到100％，2小时后DMF产率达到98％(NatureMaterials[J],2014,13,293-300)。Barta等采用在超临界甲醇中通过Cu掺杂的多孔金属氧化物的催化转化HMF，得到DMF和2,5-二甲基四氢呋喃(DMTHF)合并产率达到58％。随后，他们采用Cu0.61、Mg2.33、Al0.98、Ru0.02和铜-锌纳米合金催化剂，组合(DMF+DMTHF)产率高达97％。CN10355466A公开了一种HMF通过负载在活性炭上Ni-W₂C催化剂催化转化，转化成DMF的选择性达到96％。

尽管铜、镍等非贵金属催化剂已有报道，但是仍有许多问题需要解决，如DMF的选择性不高，非贵金属催化剂活性低。

发明内容

为了促进DMF的发展，改善现有技术非贵金属催化剂催化合成DMF的不足，本发明的目的在于提供一种非均相铁系催化剂催化5-羟甲基糠醛(HMF)制备2,5-二甲基呋喃(DMF)的方法，旨在开发一种利用高效环保的非贵金属催化剂催化合成2,5-二甲基呋喃(DMF)的方法，促进DMF的发展。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

本发明提供一种非均相铁系催化剂催化5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃的方法，其包括以下步骤：