[发明专利]一种有机溶剂-离子液体复合体系催化生物基果糖高效制取5-羟甲基糠醛的方法

说明书

本发明公开了一种有机溶剂‑离子液体复合体系催化生物基果糖高效制取5‑羟甲基糠醛的方法。该方法，包括如下步骤：先将固体酸催化剂和离子液体加入至装有反应溶剂的反应容器中，并在80℃‑110℃下充分搅拌45‑90min，然后过滤除去固体酸催化剂，得到混合液，随后将生物基果糖加入至上述混合液中，同时维持温度在80℃‑120℃条件下反应10‑180min，反应结束后将反应容器冷却至室温，得到含有5‑羟甲基糠醛产物的反应液，对其进行后处理得到5‑羟甲基糠醛。本发明将添加离子液体，一方面在温和的反应条件实现了5‑羟甲基糠醛收率的大幅度提高同时减少副产物及胡敏素的生成，另一方面大大缩减了离子液体的用量，有效降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及生物质催化技术领域，尤其涉及一种有机溶剂-离子液体复合体系催化生物基果糖高效制取5-羟甲基糠醛的方法。

背景技术

能源与环境危机已严重影响人类社会和经济的健康发展，为实现社会经济的可持续发展，寻找绿色高效的能源替代方式已刻不容缓。生物质资源作为一种储量丰富、廉价易得的可再生性资源，将其高效转化和综合利用有望成为部分替代化石能源、缓解能源环境危机问题的重要途径之一。

5-羟甲基糠醛是实现生物质资源综合利用的一种极为重要的平台化合物。因其分子结构特殊、化学性质活泼，能够衍生出大量高附加值化学品，被认为是一种介于生物质基化学和石油基工业之间的关键中间体。现有技术中，以生物质基碳水化合物为原料通过化学法制备5-羟甲基糠醛大多采用均相催化剂(无机酸、有机酸、金属盐等)或非均相催化剂(固体酸、分子筛以及酸性离子交换树脂等)，在水相体系、水-有机双相体系以及纯离子液体体系中催化底物脱水制得。纯水相体系虽然是一种较为理想的催化体系，但对5-羟甲基糠醛的选择性较差、副产物较多且底物结焦颇为严重。有机溶剂体系可解决上述存在的问题，但生物质基糖类在有机溶剂体系中的溶解性较弱，导致目标产物收率并不理想。

近年来，随着离子液体作为一种绿色、新型溶剂的广泛兴起，极大地推动了生物质基原料在离子液体介质中催化脱水制备5-羟甲基糠醛的研究进程，并获得了令人满意的5-羟甲基糠醛收率。虽然金属盐在纯离子液体介质中显现出了优越的催化性能，但也面临着产物分离困难、催化剂回收利用等问题，同时昂贵的离子液体作为溶剂使用导致生产成本急剧增加，不利于5-羟甲基糠醛的工业化生产。为此，探索一种绿色、高效、价格低廉的催化反应体系用于转化生物质资源制备5-羟甲基糠醛具有重要的现实意义。

发明内容

本发明提供了一种有机溶剂-离子液体复合体系催化生物基果糖高效制取5-羟甲基糠醛的方法，本发明采用生物质衍生的有机溶剂，不仅可有效提高5-羟甲基糠醛的选择性与减少胡敏素的生成，同时将少量离子液体当作添加剂使用，因离子液体的加入可有效促进固体酸催化剂中的氢质子的缓慢释放，削弱了固体酸催化剂与反应底物之间的传质阻力，显著提高催化剂的催化活性，因此大大减少了离子液体用量，实现生物质基原料的绿色、高效转化。

本发明的目的是提出了一种有机溶剂-离子液体复合体系催化生物基果糖高效制取5-羟甲基糠醛的方法，包括如下步骤：先将固体酸催化剂和离子液体加入至装有反应溶剂的反应容器中，并在30℃-160℃下充分搅拌0-180min，然后过滤除去固体酸催化剂，得到混合液，随后将生物基果糖加入至上述混合液中，同时维持温度在80℃-120℃条件下反应10-180min，反应结束后将反应容器冷却至室温，得到含有5-羟甲基糠醛产物的反应液，对其进行后处理得到5-羟甲基糠醛。

优选地，所述的生物基果糖和固体酸催化剂的质量比为8-12:1，所述的离子液体和生物基果糖的质量比为0.05-1.25:1。

优选地，所述的离子液体与反应溶剂的质量体积比为0.0025-0.0625:1。

优选地，所述的固体酸催化剂选自酸性阳离子交换树脂、分子筛、杂多酸和金属氧化物中的一种。所述的酸性阳离子交换树脂为Amberlyst-15酸性阳离子交换树脂。