[发明专利]一种合成5-羟甲基糠醛的方法

说明书

一种合成5‑羟甲基糠醛的方法，属于5‑羟甲基糠醛制备技术领域。将纤维二糖、双溶剂饱和食盐水和甲基异丁基酮、铌改性蒙脱土催化剂加入到耐压瓶反应器中，并将其置于恒温油浴中进行反应，反应器内置搅拌装置，在一定的温度下进行脱水反应；反应结束后，待所得混合物温度降至室温后，进行抽滤内，所得滤液静置分层之后，5‑羟甲基糠醛在双溶剂中；抽滤所得的固体催化剂后继续用于下一轮反应。本发明优点是：成本低廉，操作简单，对设备的腐蚀小，催化剂可循环利用，产物收率高，可达60％以上。

技术领域

本发明是铌改性蒙脱土催化剂在双相溶剂中合成5-羟甲基糠醛的一种新方法，属于5-羟甲基糠醛制备技术领域。

背景技术

5-羟甲基糠醛，英文名5-hydroxymethylfurfural简写为5-HMF，淡黄色针状结晶，分子式C₆H₆O₃，分子量126.11，熔点28-34℃，沸点114-116℃，密度1.243g/mL(25℃)，最大吸收波长为284nm，是一种重要的化工原料。5-HMF易溶于水、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、甲基异丁基酮、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等；可溶于氯仿、苯、乙醚等；微溶于四氯化碳；难溶于石油醚。它近年来被公认为最具发展潜力的新型平台化合物之一，其化学性质活泼，可以通过酯化、加氢、氧化、脱氢、卤化、聚合及其他化学反应合成多种化合物和高分子材料，形成了一大批以化石原料为基础的世界能源与化学品工业。

起初，由生物质制备5-HMF采用的催化剂多为廉价易得的无机酸，如硫酸、盐酸、磷酸等，取得了一定的研究成果，但是无机酸具有很强的腐蚀性，对环境会造成较大的污染。后来逐步发展到有机酸、无机盐、Lewis酸、固体酸、离子液[10]、分子筛、离子交换树脂等催化剂。然而，无机酸、有机酸、Lewis酸、无机盐、离子液体等均为均相催化剂，虽然它们能很好地与反应物接触，但是产物难以分离、催化剂的循环使用不易实现，而且对设备会造成一定的腐蚀；而固体酸、分子筛等非均相催化剂很容易从反应体系中分离出来，可以实现产物的分离和催化剂的循环利用，但是催化效果不是很好，所以找到一种可循环利用、效果好的非均相催化剂至关重要。

除了寻找高效的催化剂外，选择合适的反应体系也是促进碳水化合物高效转化为5-HMF的有效措施。随着研究的不断深入，已经开发了多种溶剂体系用于碳水化合物的转化，有研究者在单纯水相或有机相中生成5-羟甲基糠醛，相较于纯水相，在有化机溶剂中碳水化合物水解的结果较为理想，究其原因，主要是由于5-HMF降解为乙酰丙酸等低级酸的副反应在有机溶剂中能在一定程度上被抑制，但所以溶剂的沸点通常较高，使得5-HMF的分离提纯造相对困难。因此开发新的溶剂体系也是今后的一个研究重点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供一种催化效率较高且可以循环利用，成本低廉，减少环境污染的合成5-羟甲基糠醛的新方法。

本发明目的可以通过如下措施来实现：

1)制备铌改性蒙脱土催化剂；

2)将纤维二糖、双溶剂饱和食盐水和甲基异丁基酮、铌改性蒙脱土催化剂加入到耐压瓶反应器中，并将其置于恒温油浴中进行反应，反应器内置搅拌装置，在一定的温度下进行脱水反应；

3)反应结束后，待所得混合物温度降至室温后，进行抽滤内，所得滤液静置分层之后，，分别取上下层液体进行收取5-羟甲基糠醛，5-羟甲基糠醛在双溶剂中；

4)抽滤所得的固体催化剂后继续用于下一轮反应。

步骤(1)所述的铌改性蒙脱土催化剂是五氯化铌乙醇溶液对蒙脱土进行改性，将蒙脱土层间Na⁺、Ca²⁺离子交换为Nb⁵⁺离子。优选将五氯化铌和蒙脱土分散在乙醇，在20-60℃进行反应；进一步优选五氯化铌、蒙脱土、乙醇的用量关系2-7g：2g：100-500ml。