[发明专利]磷酸锆负载二氧化钛催化生物质糖制备5-羟甲基糠醛的方法

说明书

本发明公开了一种磷酸锆负载二氧化钛催化生物质糖制备5‑羟甲基糠醛的方法，将生物质糖、饱和氯化钠溶液、四氢呋喃和磷酸锆负载二氧化钛催化剂装入高压反应釜中，混合均匀，密封后在170～200℃搅拌下反应1～6小时，冷却后得到5‑羟甲基糠醛溶液。在2小时的短时间内有较好产率，操作简便，成本低。

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，涉及一种磷酸锆负载二氧化钛催化生物质糖制备5-羟甲基糠醛的方法。

背景技术

化石能源的使用促进了人类社会的发展，同时也加大了人们对它的依赖，在过去的几十年里，寻求利用可再生资源生产化学产品和燃料备受关注。在这些可再生资源中，由于生物质糖来源广泛，形式多样，转化生物质糖合成更有价值的产品(如5-羟甲基糠醛)备受关注。

5-羟甲基糠醛作为生物质转化过程中的一种重要的中间产物用途广泛，可作为精细化学药品、聚合物原料以及汽油添加剂、生物燃料等。另外，5-羟甲基糠醛分子中含有羟基和羰基，化学反应活性很高，易发生取代、水解、酯交换、加成、氧化还原等反应，应用前景广泛，得到的一系列衍生物在石油化工方面应用广泛。

目前，5-羟甲基糠醛的生产方法主要为生物质糖降解法。该方法在选择合适的催化剂方面至关重要，一些均相催化剂(如磷酸和金属盐)被普遍使用。然而，这些均相催化剂存在一些问题，例如催化剂的循环再利用，对设备的高要求以及腐蚀问题等。固体酸催化剂由于可重复使用，对环境污染少，易于产物分离等优点，被广泛应用于生物质糖降解制备5-羟甲基糠醛。其中虽然一些固体酸催化剂具有较高的催化活性，但是原料昂贵，制备复杂，条件苛刻。因此发展廉价，高效的催化剂，对于生物质糖制备5-羟甲基糠醛具有重要的价值。

在一系列的固体酸催化剂中，由于磷酸锆合成方法简单，价格低廉，环境友好，一直作为一种非均相催化剂。但是由于磷酸锆自身酸性不足，限制了其在众多生物质降解上的利用。很多研究利用二氧化钛结构通过修饰和改性设计出各种固体酸催化剂。

现有技术：“一种以碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的方法”的专利(专利申请号：201110348778.8)，以碳水化合物为反应物，采用偏磷酸做催化剂，该专利催化剂不可重复使用，反应过于缓慢，反应时间长达24h，碳水化合物原料种类较少。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种磷酸锆负载二氧化钛催化生物质糖制备5-羟甲基糠醛的方法，在2小时的短时间内有较好产率，操作简便，成本低。

本发明所采用的技术方案是，一种磷酸锆负载二氧化钛催化生物质糖制备5-羟甲基糠醛的方法，具体按照以下步骤进行：

将生物质糖、饱和氯化钠溶液、四氢呋喃和磷酸锆负载二氧化钛催化剂装入高压反应釜中，混合均匀，密封后在170～200℃搅拌下反应1～6小时，冷却后得到5-羟甲基糠醛溶液。

进一步的，密封后在180℃搅拌下反应2h。

进一步的，所述生物质糖：饱和氯化钠溶液：四氢呋喃：磷酸锆负载二氧化钛催化剂按照(0.1-0.8g)：(7.5-22.5mL)：(7.5-22.5mL)：(0.05-0.4g)的比例混合。

进一步的，所述生物质糖：饱和氯化钠溶液：四氢呋喃：磷酸锆负载二氧化钛催化剂按照0.4g：15mL：15mL：0.2g的比例混合。

进一步的，所述生物质糖为葡萄糖、果糖、纤维素、纤维二糖、蔗糖或淀粉。