[发明专利]一种生物质多醇选择性催化转化制备乳酸的方法

说明书

本发明属于精细化工品技术领域，具体为一种生物质多醇选择性催化转化制备乳酸的方法。本发明以生物质多醇为原料，以碱金属或碱土金属氢氧化物为碱，以醇类为溶剂，以氮杂环卡宾铱配合物为催化剂，在100~200℃下密闭反应6~24小时，得到乳酸。与现有技术相比，本发明方法以醇类为溶剂，以价廉易得的生物质多醇为底物、在较温和的条件下进行催化氧化反应，就能得到几乎定量的乳酸产率，反应转化效率高，操作简便，无需复杂后处理即可得到高纯度的乳酸，适合大规模工业化应用。

技术领域

本发明属于精细化工品技术领域，具体涉及一种生物质多醇选择性催化转化制备乳酸的方法。

背景技术

乳酸作为一种生物体常见的代谢产物，在自然界中分布广泛，是公认的三大有机酸之一，是自然界中存在的最小手性分子，是一类具有很高附加值的工业产品。现在全世界乳酸的每年的产能大约是37万吨左右，每年的产能增速为12％左右，而对乳酸的总需求大约是每年50万吨左右，且以每年16％左右的速度递增。尤其是近年来聚乳酸作为一种可降解的生物基高分子材料，其优异的热塑性、安全性等而被公认为是一种理想的塑料材料。因此，乳酸的供求矛盾将日益严重。

目前，对于乳酸的生产主要包括生物发酵法和化学转化法两种途径。传统的发酵工艺也越来越难以满足相关需求，尽管生物发酵具有反应条件温和、选择性好等优点，但由于酶催化剂的价格昂贵、易中毒且发酵周期长、产品浓度稀、提纯困难等缺点，其大规模生产受到了一定的限制。

申请号为201510161476.8的中国专利申请公开了一类氮杂环卡宾金属配位聚合物、其制备方法及作为催化剂的应用，在该申请中披露了以该类氮杂环卡宾金属配位聚合物用于催化醇及其衍生物、糖类化合物、纤维素或木质素的氧化脱氢反应，所述氧化脱氢反应用于乳酸或其衍生物的制备。然而，申请人发现该类氧化脱氢反应中，对于甘油以外的生物质多醇，例如山梨醇时，以氢氧化钾作为碱，以水作为溶剂时，原料的转化率一般不超过60％，乳酸的产率普遍低于20％。因此需要开发一种针对除甘油以外生物质多醇的高效的高选择性的氧化脱氢到乳酸的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原料价廉易得、且高效、高产率的生物质多醇选择性催化转化制备乳酸的方法。

本发明提供的生物质多醇选择性催化转化制备乳酸的方法，以生物质多醇为原料，以碱金属或碱土金属氢氧化物为碱，以醇类为溶剂，以氮杂环卡宾金属配位聚合物为催化剂，在100～200℃下密闭反应6～24小时，得到乳酸。其化学反应过程如下：

其中，n为3～6、12。

与现有技术相比，本发明提供了一种高效高选择性的乳酸制备方法，使用价廉易得的生物质多醇为原料，在碱性条件下通过催化氧化反应得到乳酸。过去的研究中发现溶剂(主要为水)的添加会降低反应物的浓度，致使反应速率变慢，因而多为无溶剂反应。另外，醇类溶剂的添加往往会使产物转变为相应的乳酸酯，增加后处理的步骤，同时会也被认为会与催化剂发生反应，致使脱氢催化剂活性降低。所以过去并不会在反应中添加醇类溶剂。但是申请人在山梨醇催化转化乳酸的反应中检测了到一系列作为副产物的醇类，例如甲醇、乙醇和乙二醇等。通过在反应体系中加入这些醇类，申请人发现添加醇类不仅没有生成相应的乳酸酯，反而可以有效的抑制副产物的生成，使得乳酸的选择性得到了大幅度的提升。申请人发现，在本发明所提供的方法中，同样以生物质多醇为原料、以碱金属或碱土金属氢氧化物为碱、以氮杂环卡宾金属配位聚合物为催化剂，进行生物质多醇选择性催化转化制备乳酸，当采用醇类为溶剂时，相对于以水为溶剂，生物质多醇的转化率和乳酸的产率均得到了实质性的提高。具体来说，生物质多醇的转化率可达99％以上，乳酸产率可达97％以上。

本发明提供的制备方法以价廉易得的生物质多醇为底物，在较温和的条件下以醇类为溶剂进行催化氧化反应，就能得到几乎定量的乳酸产率，反应转化效率高，操作简便，无需复杂后处理即可得到高纯度的乳酸，适合大规模工业化应用。