[发明专利]一种微波辅助离子液体催化单糖转化为高附加值化学品的方法

说明书

技术领域

本发明属于离子液体应用于单糖定向转化技术领域，通过该方法可显著降低离子液体用量，提高单糖转化为高附加值化学品的收率，从而有利于提高离子液体用于单糖转化为高附加值化学品的经济性。

背景技术

随着传统化石燃料的日益枯竭及环境保护压力的不断增大，发展可持续的、无污染的、可再生的替代能源日益受到广泛关注。生物质作为数量巨大、价格低廉的一种可持续性资源，应用于化学工业是解决目前资源和能源危机的有效途径之一。单糖及其衍生物在自然界里广泛存在，也是构成碳水化合物的基本单元，并且很容易从生物质中获取，是制备高附加值化学品最主要的原料，大量学者在此基础上进行了广泛报道。无机酸，有机酸，H型沸石及其他分子筛，酸性阳离子交换树脂以及杂多酸等，被广泛用于单糖的催化降解，所得5-HMF收率在10%～100%不等。

离子液体作为一种新型的环境友好溶剂和液体酸碱催化剂，具有其他溶剂和传统催化剂不具备的优点。离子液体具有不挥发、液程宽、选择溶解性、可设计等特性，对离子液体进行功能化，可以使其具有丰富的、多样性的结构并展现出不同的、可调节的物理化学性能，被广泛用于化学反应研究及生产中。基于上述离子液体的优良物化性质，离子液体应用于单糖转化受到广泛关注。Moreau(Clement Lansalot.Matras，Claude Moreau.Dehydration of fructose into5-hydroxymethylfurfural in the presence of ionic liquids.Catalysis Communications，2003,4,517-520.)研究小组使用亲水性的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸([BMIM]BF₄)和疏水性的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF₆)用于果糖水解。实验所用催化剂为Amberlyst-15树脂，将[BMIM]PF₆和[BMIM]BF₄作为混合溶剂使用，并加入一定量的DMSO作为共溶剂，80℃条件下反应24h，HMF的产率可以达到80%。Zhao(Zhang,Z.H.,Zhao,Z.B.K.,Microwave-assisted conversion of lignocellulosic biomass into furfural in ionic liquid.Bioresour.Technol.2010,101,1111–1114.)等采用3-烯丙基-1-(4-磺丁基)咪唑三氟甲基磺酸盐及其Lewis酸衍生物3-烯丙基-1-(4-硫酰氯丁基)咪唑三氟甲基磺酸盐催化单糖脱水制备5-HMF，微波加热5min内果糖制备5-HMF产率达到86%。

虽然离子液体用于碳水化合物水解制备5-HMF取得了一系列可喜的成果，但是目前的研究主要集中于以离子液体作为溶剂催化制备5-羟甲基糠醛。由于离子液体价格昂贵，且该体系不利于循环使用，使得离子液体作为溶剂制备5-HMF的成本居高不下，工业化利用难于实现。从经济角度上看，将离子液体用作催化剂更利于降低成本与工业化实现。由此可见开发更为经济及高效的离子液体催化体系用于单糖转化为化学品势在必行。

发明内容

【发明目的】本发明目的在于开发工业单糖催化转化为高附加值化学品新型绿色转化过程。

【本发明的构思】微波作为一种新兴、高效的辅助手段应用于单糖转化过程相较于靠物质热传导性能将物体加热的油浴或沙浴等传统的加热方式，加热速率更快、受热均匀。离子液体作为近年来新开发的环境友好催化剂，与传统的无机、有机酸碱催化剂相比催化过程更绿色。基于离子液体热稳定性更强的特点，本发明设计了微波辅助离子液体催化单糖转化为高附加值化学品的反应体系。本发明通过将微波辅助与离子液体催化体系进行耦合，以提高单糖转化为高附加值化学品的效率，以利于单糖的高值转化利用。

【本发明技术方案】

1、本发明涉及一种微波辅助离子液体催化单糖转化为高附加值化学品的方法，包含以下步骤：

步骤一、合成离子液体催化剂（以胍类离子液体为例）：四甲基胍与酸溶液（醋酸、乳酸、四氟硼酸等）在乙醇中发生复分解反应，减压蒸馏提纯，干燥备用；

步骤二、按照一定比例将单糖与催化剂添加到有机溶剂中，置于微波反应器中，氮气保护下搅拌回流反应，一定微波输出功率下定温反应，得到高附加值化学品。

步骤三、反应结束后冷却、静置、离心、过滤，分析产物收率。

步骤一中四甲基胍与酸溶液的摩尔量为1:1。