[发明专利]一种制备5-羟甲基-2-呋喃甲醛的方法

说明书

本发明公开了一种制备5‑羟甲基‑2‑呋喃甲醛的方法。所述方法包括：至少使作为溶剂及催化剂的有机酸和/或有机酸酐与生物质以及作为助剂的水于100～250℃混合反应，生成5‑羟甲基‑2‑呋喃甲醛。本发明的制备5‑羟甲基‑2‑呋喃甲醛的方法使用有机酸或有机酸酐作为溶剂和催化剂，以水作为助剂和抑制物，且可有效抑制5‑羟甲基‑2‑呋喃甲醛与有机酸或有机酸酐形成呋喃类酯类化合物，可提高产物HMF的选择性；而且，该方法工艺简单可实现工业化，反应体系简单，溶剂可直接循环利用，无废液产生，废渣较少且易于处理，对环境污染较小，绿色环保，对呋喃类生物化工行业的发展具有较大的促进作用。

技术领域

本发明涉及一种制备5-羟甲基-2-呋喃甲醛的方法，特别是涉及一种以碳水化合物为原料，以有机酸作为溶剂和催化剂双重功能的催化体系制备5-羟甲基-2-呋喃甲醛的工艺和方法，属于有机合成化学技术领域。

背景技术

目前化学工业大部分来源是石油和天然气，这些矿物资源为非可再生资源，且在加工和使用过程环境污染严重，因此减少环境污染、实现人类可持续发展的绿色化学受到了越来越多的关注，在此基础上，刺激了生物基化学品的消费增长。

5-羟甲基-2-呋喃甲醛(HMF)被认为是平台化合物，其在生物燃料化学和石油工业中是一种通用的、关键的中间体，是连接石化行业和生物化工行业的“桥梁”之一。HMF可广泛用于合成生物基高分子材料、有机溶剂、燃料及其添加剂、助剂、胶粘剂、树脂、医药中间体等。HMF可以氧化为2,5-呋喃二甲酸及合成为其他呋喃类衍生物。

目前，有众多研究人员是利用有机酸作为催化剂合成HMF，但有机酸会与HMF的羟基之间形成酯键，形成有机酯类化合物最终使得反应产物以酯化产物为主，而非HMF为主，导致HMF产率很低。此外，还有一些研究人员发现，在生物质催化转化过程产生的少量有机酸或添加的少量有机酸，可以起到一定的催化效果，从而生成HMF，但这样的方式产生的副产物多，HMF产率也极低(最高是6.7％)，造成后续分离纯化困难。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种制备5-羟甲基-2-呋喃甲醛的方法，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种制备5-羟甲基-2-呋喃甲醛(HMF)的方法，其包括：

至少使作为溶剂及催化剂的有机酸和/或有机酸酐与生物质以及作为助剂的水于100～250℃混合反应，生成5-羟甲基-2-呋喃甲醛。

在一些实施例中，所述生物质与有机酸和/或有机酸酐的质量比为10～50：100。

进一步地，所述生物质包括葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、能够水解为单糖的寡糖、秸秆、纤维素和半纤维素中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述有机酸包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、己酸、苯甲酸中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述有机酸酐包括甲酸酐、乙酸酐和丙酸酐中的任意一种或两种以上的组合。

本发明实施例还提供了一步法制备2,5-呋喃二甲酸的方法，其包括：

在前述制备5-羟甲基-2-呋喃甲醛的方法中的反应结束后，去除所获混合反应产物中的固相物，再向余留的液相中加入催化剂，之后进行氧化处理，生成2,5-呋喃二甲酸。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明提供的制备5-羟甲基-2-呋喃甲醛的方法使用有机酸或有机酸酐作为溶剂和催化剂，以水作为助剂和抑制物，且可有效抑制5-羟甲基-2-呋喃甲醛与有机酸或有机酸酐形成呋喃类酯类化合物，可提高产物HMF的选择性；