[发明专利]由生物质制备糠醛的方法

说明书

本专利申请根据35U.S.C.§119(e)，要求2010年12月21日提交的美国专利申请12/973,980的优先权并且要求其权益，所述专利申请全文以引用方式并入本文作为其一部分以用于所有目的。

技术领域

本发明提供了由生物质制备糠醛的方法。具体地，提供了在双相条件下以优良纯度从木质纤维素生物质中选择性地获得糠醛的方法。

背景技术

糠醛是工业上有用的化学品。通常，可由经由生物质中含有的半纤维素水解而获得的C₅糖来制备糠醛。通常，在相对高温下用酸水溶液进行生物质的水解以分别获得衍生自木聚糖和葡聚糖的C₅和C₆糖。当留在糖的单相含水反应混合物中时，生成的任何糠醛都可经由通过反应性糖中间体引发的缩合而经历降解。除了导致低收率的期望的糠醛产物之外，还需要使糠醛与其它中间体分离的昂贵的分离步骤。此类一个或多个分离步骤还可增加方法的复杂性。

美国专利4,154,744涉及制备呋喃衍生物的改进的方法，所述呋喃衍生物具有下文所示的式

其中R为氢、甲基或氯甲基，所述方法包括使单糖或二糖与盐酸在含水、有机溶剂和催化量的表面活性剂的混合物中反应。

美国专利4,533,743公开了通过使1至10％戊糖与0.05至0.2当量无机酸水溶液在介于220℃和300℃之间的温度下操作的活塞流反应器中反应而使糠醛收率和选择性最大化。公开了两种优选的方案：其中通过溶剂萃取和蒸馏回收糠醛的单相、戊糖再循环利用操作，以及其中向反应器中加入溶剂并通过蒸馏从溶剂中回收糠醛的双相、溶剂再循环利用操作。

美国专利申请公开2008/0033188涉及制备呋喃衍生物化合物的方法。所述方法包括在含双相反应介质的反应容器中，任选在酸催化剂的存在下，将碳水化合物给料溶液脱水，所述双相反应介质包含含水反应溶液和基本上不混溶的有机萃取溶液。所述含水反应溶液、有机萃取溶液、或者含水反应溶液和有机萃取溶液两者，包含至少一种改性剂以改善方法的选择性，从而一般产生呋喃衍生物，并且具体地产生5-羟甲基-2-糠醛(HMF)。

继续寻求由生物质以高纯度和高选择性获得糠醛的方法。具体地，期望如下方法，其中可将包含葡聚糖和木聚糖两者的木质纤维素生物质用作给料以选择性地并以优良纯度提供糠醛，相对不含HMF。还期望其中使糠醛与HMF的分离简化的方法。

发明内容

本文所述的是由木质纤维素生物质制备并分离糠醛的方法。所述方法包括在酸催化剂的存在下并且在合适的条件下，使生物质与水和如本文所述的至少一种水不混溶的有机溶剂接触。选择所述反应条件以有利于将生物质给料的木聚糖组分至糠醛的转化，并且选择所述至少一种水不混溶的有机溶剂以优选将糠醛分配到有机相中。

在一个实施例中，描述了制备糠醛的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供包含葡聚糖和木聚糖的木质纤维素给料；

b)在酸催化剂的存在下使所述给料与水接触以形成混合物；

c)在合适的反应条件下，使步骤b)中形成的混合物与至少一种水不混溶的有机溶剂接触以形成包含水相和含糠醛的有机相的混合物，所述水不混溶的有机溶剂包括至少一种脂族烃、环烷烃、芳香烃、含酯端基或醚端基的聚醚、植物来源的油、或它们的混合物；以及

d)任选地，从有机相中回收糠醛。

具体实施方式

定义

结合以下术语描述本文所述的方法。

如本文所用，在不定冠词“一个”或“一种”用于陈述或描述本发明方法中存在的步骤时，应当了解，除非明确提供了相反的陈述或描述，此类不定冠词的使用不将所述方法中存在的步骤数限制为一。

如本文所用，当数量、浓度或其它数值或参数以范围，优选范围或优选上限数值和优选下限数值的列表形式给出时，它应被理解为具体地公开由任何范围上限或优选数值和任何范围下限或优选数值的任何一对所构成的所有范围，而不管所述范围是否被单独地公开。在本文详述数值范围时，除非另外指明，所述范围旨在包括其端点以及所述范围内的所有整数和分数。不旨在将本发明的范围限制为限定范围时所述的具体值。