[发明专利]一种用甜菜碱盐催化碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的方法

说明书

本发明公开了一种用甜菜碱盐催化碳水化合物制备5‑羟甲基糠醛的方法，包括如下步骤：(1)将碳水化合物、甜菜碱盐、Lewis酸金属氯化物、水和甲基异丁酮加入高压反应釜中，加热进行反应，得到反应相和萃取相；(2)将步骤(1)所得的反应相和萃取相分离，向该反应相中补足碳水化合物和甲基异丁酮，继续利用下层水相中的甜菜碱盐和金属氯化物于步骤(1)相同的条件下进行反应，5‑羟甲基糠醛在反应釜内被甲基异丁酮原位萃取。本发明利用甜菜制糖工业的主要副产物甜菜碱制备生物质基绿色可持续催化剂，利用副产物甜菜碱盐酸盐催化葡萄糖、纤维素、原生物质等廉价的碳水化合物，合理并最大化利用甜菜制糖工业的副产物的使用价值。

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种用甜菜碱盐催化碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的方法。

背景技术

5-羟甲基糠醛是一种重要的化合物中间体，分子中含有一个呋喃环，一个醛基和一个羟甲基，因而可发生加氢、氧化脱氢、酯化、卤化、聚合、水解等反应制备多种高附加值衍生物，如乙酰丙酸、呋喃二甲酸、呋喃二甲醇、呋喃二甲醛和二甲基呋喃等，可用于聚合物、生物燃料等领域。

5-羟甲基糠醛由碳水化合物在酸性条件下脱水而制得。现有研究中，以果糖、葡萄糖为原料制备5-羟甲基糠醛的研究较多，且可得到较高产率的5-羟甲基糠醛，以纤维素、和原生物质为原料制备5-羟甲基糠醛的研究较少，但其更为廉价易得且为非粮资源。因此，研究纤维素和原生物质制备5-羟甲基糠醛意义重大。

现有技术中，催化碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的催化剂通常为有腐蚀性的无机酸(如盐酸、硫酸等)或制备工序复杂、成本较高的固体酸催化剂或有毒、对环境不友好的其它催化剂，因此探索一种符合或接近绿色化学理念的催化剂，用于催化碳水化合物制备5-羟甲基糠醛是一个与时俱进的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种用甜菜碱盐催化碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的方法。

本发明的技术方案如下：

一种用甜菜碱盐催化碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的方法，包括如下步骤：

(1)将碳水化合物、甜菜碱盐、Lewis酸金属氯化物、水和甲基异丁酮加入高压反应釜中，于300～700rpm的搅拌速度下加热至100～190℃进行反应10～150min，得到反应相和含有5-羟甲基糠醛的萃取相；上述甜菜碱盐包括天然甜菜碱盐酸盐(BHC)和BG甜菜碱盐，上述BG甜菜碱盐的制备方法包括：将甜菜碱加入酸中，磁力搅拌并室温下反应2～5h，再加入无水乙醇并静置3～6min，然后依次经过滤和烘干，即得；

(2)将步骤(1)所得的反应相和萃取相分离，向该反应相中补足碳水化合物和甲基异丁酮，继续利用下层水相中的甜菜碱盐和金属氯化物于步骤(1)相同的条件下进行反应，5-羟甲基糠醛在反应釜内被甲基异丁酮原位萃取。

在本发明的一个优选实施方案中，所述碳水化合物为果糖，所述Lewis酸金属氯化物的量为0。

进一步优选的，所述碳水化合物、甜菜碱盐、Lewis酸金属氯化物、水和甲基异丁酮的比例为0.9g：0.3～1.5g：0∶1～5mL：10～40mL

在本发明的一个优选实施方案中，所述碳水化合物为葡萄糖、纤维素、淀粉或原生物质，所述Lewis酸金属氯化物的量不为0。

进一步优选的，所述碳水化合物、甜菜碱盐、Lewis酸金属氯化物、水和甲基异丁酮的比例为0.9g：0.05～0.3g：0.05～0.25g：1～5mL：10～40mL。

进一步优选的，所述原生物质包括竹粉、玉米秸秆粉和小麦粉。

在本发明的一个优选实施方案中，所述甜菜碱、酸和无水乙醇的比例为5g：7～12g：100～300mL。