[发明专利]一种高效制备5-羟甲基糠醛的催化体系及其应用

说明书

本发明涉及一种高效制备5‑羟甲基糠醛的催化体系及其应用。所述催化体系是将生物质衍生物，金属盐及有机或无机液体充分混合均匀，并向催化体系充入一定压力的氮气得到的。所述催化体系在高温下经过一定时间反应后过滤，滤液减压蒸馏可以得到产率35~88%的5‑羟甲基糠醛。本发明成本低廉，操作简单，产物容易提纯且产率高，有工业化生产的前景。

技术领域

本发明涉及一种高效制备5-羟甲基糠醛的催化体系及其应用，属于有机合成领域。

背景技术

5-羟甲基糠醛是一种非常重要的精细化学品和药物中间体，可以用于有效防治神经退行性疾病，认知损害和心肌缺血的心血管病的药物。它来源于自然界中生物质衍生物的最大的组成部分-糖类的催化转化。原料廉价易得，反应简单，有大规模工业化的潜力。但是，糖类在催化转化生成5-羟甲基糠醛的过程中，存在三个问题：一是因催化剂酸性太高或活性太强使副反应例如聚合反应或分解反应等剧烈发生，从而使5-羟甲基糠醛的产率较低；二是生成的5-羟甲基糠醛不能在现有催化体系中稳定存在，会与溶剂生成不可逆的副产物或是自身发生过度分解反应降低产率；三是5-羟甲基糠醛从现有的催化体系中尤其是含高沸点溶剂的催化体系分离提纯的工艺复杂，增加生产成本。CN103113329B公开了一种固体超强酸催化糖类制备5-羟甲基糠醛的方法，得到收率为40~60%的5-羟甲基糠醛，该发明应用的超强酸比液体酸更加绿色环保但其酸性太强会使副反应剧烈从而使5-羟甲基糠醛的收率低。CN106810517A公开了一种通过连续合成5-羟甲基糠醛的方法，该发明使用了酸性较弱的金属盐使得副反应得以抑制，但作为溶剂的离子液体与5-羟甲基糠醛之间有强烈的相互作用使产物分离需要额外的萃取剂，增加了分离5-羟甲基糠醛与萃取剂的成本。

上述的问题都是因为催化体系中的催化剂，溶剂和反应原料没有发挥协同作用导致的，本发明涉及一种高效制备5-羟甲基糠醛的催化体系，可以通过催化剂，溶剂，反应原料的协同作用促进糖类催化转化，得到高产率的5-羟甲基糠醛，并实现产物低成本高纯度的分离提纯。

发明内容

本发明针对目前5-羟甲基糠醛产率低且难以大规模生产的状况，提供了一种高效制备5-羟甲基糠醛的催化体系。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种通过催化剂，溶剂和原料相互协同作用在氮气气氛下高效制备5-羟甲基糠醛的催化体系，以纤维素、菊糖、蔗糖、果糖或葡萄糖为原料，有机或无机液体为溶剂，金属盐为催化剂，在密闭反应釜内充入一定量的氮气，高温经过一定时间后取出过滤计算产量，滤液减压蒸馏得到5-羟甲基糠醛。

一种制备高产率5-羟甲基糠醛的催化体系，其特征在于，是由生物质衍生物，金属盐类，有机或无机液体及一定压力的气体组成的。

所述催化体系的制备方法包括：将生物质衍生物，金属盐及有机或无机液体充分混合均匀后，向催化体系充入一定压力的氮气。

所述催化剂体系中的金属盐类为六水合醋酸钴、六水合氯化钴、七水合硫酸钴的一种或多种；

所述催化剂体系中的溶剂是二甲基亚砜、四氢呋喃、糠醛、丙酮、水的一种或多种；

所述催化剂体系中的生物质衍生物是纤维素、菊糖、蔗糖、葡萄糖、果糖的一种或多种；

所述催化剂体系中的催化剂可以由六水合硫酸镍、七水合硫酸锌、九水合硫酸镧的一种或多种替代。

所述催化剂在所述催化体系中占的质量分数为0.15%~15%。

所述原料在所述催化体系中所占的质量分数为2%~10%。

所述催化剂体系需要的反应条件是：反应温度为150~200℃，充入氮气的压强是2~5 MPa，反应时间是1~4 h。

附图说明

图1是本发明实施例和对比例的5-羟甲基糠醛的收率。