[发明专利]单醣至5-(氯甲基)-2-呋喃甲醛的有效、高产率转化

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2013/5/1提交的美国临时61/818,418以及在2012/10/16提交的美国临时61/714,225的优先权，各申请通过引用结合在此。

背景

5-(氯甲基)-2-呋喃甲醛(CMF)是一种通过浓盐酸的作用衍生自六个碳的碳水化合物的呋喃基平台化学品。CMF已经成为许多关于其从生物质形成以及其作为一种柔性的平台分子用于产生专门的燃料和燃料产物的用途两者的出版物的主题。虽然已经调查了生产卤化的甲基呋喃甲醛的化学过程(参见，例如，M.Mascal，专利US007829732B2，2010)，但是还没有描述用于从单糖生产CMF的生产规模系统。

从纤维素和半纤维素生物质形成CMF还产生了一种副产物，该副产物已经被鉴定为一种水热碳(HTC)的前体。HTC颗粒的直径尺寸是在从约5nm至约数十微米(团聚的)的范围内。当生产CMF时，这些微粒存在于反应介质的水性和有机相两者中，使得纯CMF的分离困难。

一种用于产生CMF的实际的、但不是生产规模的、连续流系统已经被Brasholz进行了描述(参见，例如，M.Brasholz,K.vonKanel,C.H.Hornung,S.Saubern以及J.Tsanaktsidis,绿色化学(GreenChem.),2011,13,1114)；然而，这项研究没有解决妨碍这样一种系统用作一种生产规模系统的规模和可重复性的局限性。Brasholz描述的系统包括在本发明中解决的几个局限性。

发明说明

本发明描述了用于从单醣合成CMF的方法和设备。根据本发明的示例方法包括：(a)使单糖、盐酸以及一种有机溶剂通过一个连续的、两相流反应器组件在从约60℃至约200℃的温度以及从约1atm至10atm的压力下接触，这样使得产生CMF；(b)通过液/液和固/液相分离分离5-(氯甲基)-2-呋喃甲醛；(c)每天生产至少5千克，其中至少50％的产率。

本发明提供了胜过现有技术(作为一个实例包括Brasholz的传授内容)的多个优点。作为一个实例，Brasholz描述的过滤器在约一小时的操作之后将阻塞并且变得不可操作，原因是大于他们的发明中描述的规模的副产物水热碳(HTC)的形成。如在此传授的，在反应之后通过一个热移除器通过立即冷却该反应介质，减弱了HTC的形成。作为另一个实例，如在此传授的，在从水性酸相中液/液萃取包含CMF的有机相之后，使用一种碱性水溶液洗涤该有机相用于进一步提高CMF的产率，并且还减少了有机可溶的HTC。

附图简要说明

结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图说明了本发明，并与本说明一起描述了本发明。

图1是根据本发明的一种方法的示意性图解。

图2是图1中说明的方法的CMF形成阶段的一个示意性图解。

图3是图1中说明的方法的固/液分离阶段的一个示意性图解。

图4是图1中说明的方法的液/液分离阶段的一个示意性图解。

图5是图1中说明的方法的酸浓缩阶段的一个示意性图解。

图6是图1中说明的方法的CMF稳定阶段的一个示意性图解。

实施本发明的模式以及工业实用性

定义

在此在本发明的说明中，不同的术语如以下描述的使用。

相分离-描述了通过穿过一种半多孔介质的过滤、通过重力、真空、或机械力分离固体与液体，使得该固体由该半多孔介质保留；可描述依靠密度差、通过重力或机械力分离液体与液体，包括新鲜溶剂的添加以去除来自溶液的另外的产物。

尺寸排阻分离-基于固体粒径使用一种介质从液体中分离出固体。

连续流-没有实质性的中断或间断地实行的，但是未必是不变地。

连续萃取-描述了一种通过或者液/液方法或者固/液方法(没有实质性的中断或间断地实行的，但是未必是不变地)分离的方法。

碱洗/碱性洗涤-使用一种溶解于水中的无机碱来处理溶解于有机相中的CMF，以便中和或者提高pH大于或等于七，并且从该有机相分离出HTC。这将减少在酸性条件下的CMF降解并且稳定有机相中的CMF用于进一步处理。这种方法在图6中用简图表示。