[发明专利]一种低共晶溶剂催化果糖脱水制备5-HMF的方法

说明书

本发明提供了一种果糖高效脱水生成5‑羟甲基糠醛的制备方法，以果糖为原料，MIBK/H₂O两相溶剂为反应介质，DES（氯化胆碱/氨基磺酸）为催化剂，进行脱水催化生成5‑HMF，在适宜的条件下，5‑HMF产率高达90.4%。本实验用DES催化剂合成方法简单，成本适中，活性和选择性高，是一种具有良好潜在工业应用前景的5‑羟甲基糠醛制备方法。

技术领域

本发明属于生物质化工中间体化学品制备技术领域，具体涉及一种低毒催化方式催化果糖脱水制备5-羟甲基糠醛的方法。

背景技术

生物质能源的开发与利用是把各种廉价生物质原料通过不同的转化途径转化为高附加值的化学品等环境友好产品的过程。近年来，以石油为主导的化工工业的成本不断的提高促使生物质能源的大力发展。

5-HMF是众多生物质能源中的重要一部分，把可再生资源经过酯化、加氢、聚合等变为高效工业产品。5-HMF的大量生产以及应用，有望成为利用生物质资源替代化石资源合成化学品路线的突破点。

5-HMF化学性质比较活泼，是一种很好的原料和中间体，由于果糖脱水所产出的5-HMF转化效果好，一直是研究的热点。主要的催化方法有无机酸、有机酸、离子液体、金属氯化物及盐类和固体酸催化剂等。

到目前为止，有人研究了多种提高5-羟甲基糠醛产率的方法。低毒高效的DES催化方式得到深入的研究。

Hu等人发现，利用可再生材料制备的ChCl/柠檬酸体系将果糖转化为5-羟甲基糠醛，在乙酸乙酯/可再生两相体系中进行反应，收率和选择性可达90%以上。但是，柠檬酸酸度大，对实验设备会造成一定的腐蚀，并且不易于控制酸量。

Liu等人研究发现在优化条件下，以纤维素为原料，在水与甲基异丁基酮双相体系中获得了70%的HMF产率。

目前，低共晶溶剂DES在催化方面的研究主要集中于氯化胆碱与甘油、丙二醇、尿素等的相互作用，与酸相互结合的低共晶溶剂研究较少，以氯化胆碱/柠檬酸催化果糖脱水为例，本发明开发氯化胆碱/氨基磺酸相结合体系催化果糖脱水合成5-羟甲基糠醛实验，以低共晶溶剂为催化剂制作成本适中，方便制作并且利于储存，并且可有效的降低后期反应能耗，DES作为催化剂具有绿色低廉和安全的优点，提高整体实验经济性。

发明内容

针对目前领域存在的技术难点，本发明提供了一种低共晶溶剂催化果糖脱水制备5-羟甲基糠醛的方法，通过实施在双相体系中的DES催化果糖脱水，获得了满意的目标产物的稳定收率和选择性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种果糖催化脱水生成5-HMF的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

1）将氨基磺酸和氯化胆碱按照设定的比例混合，在80~100℃下搅拌4~5h使其完全溶解成液体，迅速冷却，得到催化剂DES；

2）将果糖，DES，去离子水，MIBK按照比例加入200ml的不锈钢水热釜中，在给定的温度下反应一段时间，生成5-羟甲基糠醛产物。

根据权利要求1所述的果糖脱水制备5-HMF的方法，其特征在于：所述氯化胆碱/氨基磺酸的物质的量比为1:10；机械溶解时间4~5h。

根据权利要求1所述的果糖脱水制备5-HMF的方法，其特征在于：所述DES用量0.2~6.0g，水：MIBK=1:1~1:8，DES: (水/MIBK)=0.01~0.3，果糖用量2mmol~12mmol。

本发明提供一种果糖脱水制备5-羟甲基糠醛的方法，与现有技术相比具有以下优点：

（1）本发明提供的两相体系可以有效的抑制生产5-HMF过程中的副反应的发生，对5-HMF的分解也起到一定的抑制作用，极大的提高5-HMF的产率；