[发明专利]用于制备乙酰丙酸的方法

说明书

本发明涉及用于从糖、并且特别地但不限于从源自生物质的糖制备乙酰丙酸及其衍生物的方法。

历史上已经从化石燃料获得大量能源需求和绝大部分合成产品以及化学制品。然而，随着化石燃料变得更加缺乏或更难得到，并且随着与定位、回收和使用化石燃料有关的金融、环境和其他社会成本在近年的增加，已进行有意义的研究工作来满足能源需求并从生物质生产化学产品，该生物质可以代替基于化石燃料的材料。

生物质是固定碳的唯一可再生来源，它是生产液烃和化学制品必不可少的。每年通过光合作用生产超过1500亿吨的生物质，却只有3％-4％被人类用于食品和非食品用途。低价值的农业和林业残余物、草和能源作物是用于制备基于生物的或生物衍生的燃料和化学产品的优选生物质来源，并提供一个机会从可再生资源生产需要的运输燃料和化学产品。

美国国家可再生能源实验室(丹佛，USA)已认定乙酰丙酸为多种可从生物生产的关键性糖衍生平台化合物中的一种。乙酰丙酸可被用于生产各种材料以用于各种用途，包括琥珀酸、1,4-丁二醇、1,4-戊二醇、四氢呋喃、γ-戊内酯、乙酰丙酸乙酯和2-甲基-四氢呋喃，例如用于生产树脂、聚合物、除草剂、药物和调味剂、溶剂、增塑剂、防冻剂和生物燃料/氧化的燃料添加剂。

拉克曼(Rackemann)和多尔蒂(Doherty)，“木质纤维素向乙酰丙酸的转化(The Conversion of Lignocellulosics to Levulinic Acid)”，生物燃料、生物产品&生物炼制(Biofuels,Bioproducts&Biorefining)，5:198-214(2011)提供了已经公开认定的或建议的用于从木质纤维素生产乙酰丙酸的当前和潜在技术的概述。根据评论者的“最有前途的”商业过程利用由菲茨帕特里克公司(Fitzpatrick)开发的(并例如在US5,608,105中描述的)Biofine^TM技术，涉及一个两阶段的酸催化过程，其中在一个第一塞流式反应器中，在从210到230摄氏度持续不到30秒，将一种含碳水化合物材料(来自纸制造、废纸、废木材、农业残余物(如玉米苞叶，玉米穗轴，稻壳，稻草，甘蔗渣，来自玉米、小麦燕麦和大麦的食品加工废弃物))脱水成2,5-羟甲基糠醛(HMF)，并且然后在195-215摄氏度持续15到30分钟，在一个第二反应器中产生乙酰丙酸。然而，评论者得出结论，必须做出进一步的改善以用于成本效益好地从生物质生产乙酰丙酸：

“提高从生物质生产乙酰丙酸的产率和效率的关键在于在多步骤反应途径的每个步骤中优化和分离中间产物并减少重聚合和副反应的能力。新技术(包括使用微波辐照和离子液体)和高选择性催化剂的发展将提供用于优化关键反应必要的步骤改变。允许使用两相系统和/或产物连续提取的处理环境会增加反应速率、产率和产品质量。”

因此，在考虑与从生物质来源生产乙酰丙酸相关的出版工作的主体时，这些评论者所提供的用于进一步发展的方向是向着更复杂的多步骤过程，来解决“生物质基质的复杂性质”、“非纤维素组分的存在”以及从生物质向乙酰丙酸的转化“通过涉及多个步骤和中间体的多个途径”进行这一事实所带来的“大挑战”，拉克曼(Rackemann)和多尔蒂(Doherty)在210页。

在一个方面中，本发明涉及一种制备乙酰丙酸的方法，其中将含六碳碳水化合物的材料或来自其的来自含六碳碳水化合物的材料的呋喃材料或这些的组合以控制方式提供到一个反应器中，随着时间的推移达到所希望的进料水平，并在该反应器中酸解以产生包括乙酰丙酸的一种产物。在一个替代实施例中，该产物进一步包括乙酰丙酸的一种衍生物。