[发明专利]一种从葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及5-羟甲基糠醛，尤其是涉及一种从葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的方法。

背景技术

5-羟甲基糠醛又名5-羟甲基-2-糠醛、羟甲基糠醛、5-羟甲基呋喃甲醛或5-羟甲基-2-呋喃甲醛(5-hydroxymethylfurfural，HMF)。HMF分子中同时含有一个呋喃环、一个醛基和一个醇羟基，其化学性质比较活泼，可以通过氧化、加氢、水解、酯化、醚化和缩合等反应制备各种高附加值衍生物，广泛应用于能源、材料和医药领域，被认为是一种极为重要的平台化合物，具有广阔的市场前景[1]。早期研究主要集中在由果糖在酸催化作用下脱水生成HMF。相对于果糖，葡萄糖价格便宜，来源广泛，由葡萄糖制备HMF更具有现实意义。但以葡萄糖为原料生产HMF时，葡萄糖的转化率和产物得率都相对较低。研究结果表明，单糖在酸催化剂的作用下主要有两条反应路线，一条是环状反应路线，经过一系列的呋喃环中间体形成HMF[2-6]；一条是非环状反应路线，经过一系列直链中间体形成HMF[7]。其中，在环状反应路线中，葡萄糖需要首先经过1,2-烯醇式反应机制[5,8-11]或1,2-氢转移反应机制[6,12-15]异构为果糖，果糖再通过上述两种反应路线脱水形成HMF，而异构化过程是整个反应过程的控速步骤，也就是说，一旦葡萄糖异构为果糖，果糖就能很容易的发生脱水反应形成HMF，这也能够解释为什么以葡萄糖为原料制备HMF要比以果糖为原料制备HMF要更加困难和缓慢。目前，人们已经对葡萄糖转化制备HMF进行了深入的研究，相继开发出了各种各样的催化体系，其中以金属氯化物/离子液体反应体系的效果最令人满意。赵海波[16]课题组发现CrCl₂在离子液体中能有效催化葡萄糖转化为HMF，得率可达到70％。但是，以金属离子Cr³⁺为催化剂存在毒性大、污染环境的问题，同时离子液体价格昂贵，循环利用性差，不利于工业化生产。

参考文献

1.Guo,F.,Z.Fang,andT.-J.Zhou,Conversionoffructoseandglucoseinto5-hydroxymethylfurfuralwithlignin-derivedcarbonaceouscatalystundermicrowaveirradiationindimethylsulfoxide–ionicliquidmixtures.Bioresourcetechnology,2012.112:p.313-318.

2.Amarasekara,A.S.,L.D.Williams,andC.C.Ebede,Mechanismofthedehydrationofd-fructoseto5-hydroxymethylfurfuralindimethylsulfoxideat150℃:AnNMRstudy.CarbohydrateResearch,2008.343(18):p.3021-3024.

3.Antal,M.J.,W.S.L.Mok,andG.N.Richards,Mechanismofformationof5-(hydroxymethyl)-2-furaldehydefromD-fructoseansucrose.CarbohydrateResearch,1990.199(1):p.99-109.

4.Assary,R.S.,etal.,Mechanisticinsightsintothedecompositionoffructosetohydroxymethylfurfuralinneutralandacidicenvironmentsusinghigh-levelquantumchemicalmethods.TheJournalofPhysicalChemistryB,2011.115(15):p.4341-4349.

5.Guan,J.,etal.,Themechanismofglucoseconversionto5-hydroxymethylfurfuralcatalyzedbymetalchloridesinionicliquid:Atheoreticalstudy.ComputationalandTheoreticalChemistry,2011.963(2-3):p.453-462.