[发明专利]一种催化5-羟甲基糠醛一步还原醚化的方法

说明书

本发明公开一种催化5‑羟甲基糠醛一步还原醚化的方法。所述方法包括：将底物5‑羟甲基糠醛加入到有机醇类溶剂中，配制成反应底物溶液；将反应底物溶液和所述催化5‑羟甲基糠醛一步还原醚化的非贵金属木质素杂化催化剂混合置于反应釜中，用氮气置换排出空气，加热搅拌进行反应，冷却至室温后，过滤取滤液得到5‑异丙氧基甲基‑2‑呋喃甲醇，整个过程简单、易操作，成本低，并且反应体系绿色，催化剂活性高，目标产物选择性高、产率高，无需外加固体酸或者液体酸做催化剂进行醚化反应，具有广阔的工业应用前景。避免直接使用H₂，以有机醇为氢源，便于储存与使用，并且降低反应溶剂对氢气溶解度的要求，加氢效果好，合成方法简单，能耗低。

技术领域

本发明涉及有机物合成领域，具体涉及一种催化5-羟甲基糠醛一步还原醚化的方法。

背景技术

化石资源的不可再生性促使人们关注生物质能。5-羟甲基糠醛是一种可再生工业原料，可以从葡萄糖或果糖脱水反应中大量产生。葡萄糖是植物的主要成分，也是纤维素的结构单元，通过水解纤维素即可得到葡萄糖，进一步脱水即得5-羟甲基糠醛；也可将葡萄糖异构化成果糖，再由果糖脱水得到5-羟甲基糠醛。由5-羟甲基糠醛通过加氢、氧化、醚化、氨化可以制备一系列高值的化学品或者燃料。其中，生物质基醚类化合物应用广泛，可以作为燃料添加剂，或者制药工业的中间体。从5-羟甲基糠醛出发也可以合成醚类化合物。5-羟甲基糠醛可以被还原成2,5-呋喃二甲醇。2,5-呋喃二甲醇与脂肪醇的醚化产物具有适合作为燃油添加剂的物化性质，如2,5-呋喃二甲醇和异丙醇的醚化产物(5-异丙氧基甲基-2-呋喃甲醇)可用于柴油和生物柴油中，以改善燃油的低温流动性(雾点和粘稠性)并提高十六烷值。目前，关于5-羟甲基糠醛一步高效还原醚化的技术报道较少。ChemCatChem 2014,6,508报道了一系列路易斯酸性的沸石为催化剂，催化5-羟甲基糠醛一步制备一系列生物质基醚化产物。但是反应需在高温高压下进行，反应能耗大，生产成本高，不利于实现工业化生产。

因此，开发以有机醇为氢源，由5-羟甲基糠醛一步还原醚化制备5-异丙氧基甲基-2-呋喃甲醇新型催化剂具有重大地研究价值和应用潜力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种催化5-羟甲基糠醛一步还原醚化的方法。

本发明提供了一种以有机醇为氢源，以生物质基5-羟甲基糠醛为原料，一步催化还原醚化的方法。该催化合成路线所选催化剂为非贵金属木质素杂化催化剂。催化剂的合成原料为廉价、绿色可再生的木质素磺酸钠。制备工艺简单、安全、低成本、可规模化且环境友好。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种催化5-羟甲基糠醛一步还原醚化的方法，其包括以下步骤：

(1)将底物5-羟甲基糠醛加入到有机醇类溶剂中，配制成反应底物溶液；

(2)将反应底物溶液和所述催化5-羟甲基糠醛一步还原醚化的非贵金属木质素杂化催化剂混合置于反应釜中，用氮气置换排出空气，加热搅拌进行反应，冷却至室温后，过滤取滤液得到5-异丙氧基甲基-2-呋喃甲醇。

进一步地，步骤(1)中所述有机醇类溶剂包括乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、正戊醇。

进一步地，步骤(1)中所述反应底物溶液的质量百分浓度为0.5％-5％。

进一步地，步骤(2)中所述催化5-羟甲基糠醛一步还原醚化的非贵金属木质素杂化催化剂与反应底物溶液的质量比为1-5:100。

进一步地，步骤(2)中，所述反应釜采用密闭高压反应釜；所述用氮气置换排出空气采用氮气置换4-5次排出空气。

进一步地，在步骤(2)中，所述反应的温度为80-160℃，反应的时间为10-30h。

进一步地，所述催化剂的制备方法，包括如下步骤：