[发明专利]一种2;5-呋喃二甲酸单晶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种2,5‑呋喃二甲酸单晶及制备方法，得到了一种新型的2,5‑呋喃二甲酸单晶，制备步骤包括：在50～100℃温度下，将纯度≥95wt％的FDCA溶解于溶剂中，配成浓度为饱和溶液浓度的70～100％的溶液，用脱脂棉快速过滤后，使溶剂在‑20～40℃温度范围内缓慢挥发1～20天，获得优质无裂隙单晶。本发明用冷却法辅助溶剂缓慢挥发法，有效缩短了结晶时间，制得操作方法简单、易行。

技术领域

本发明属于有机化学技术领域，具体涉及一种2,5-呋喃二甲酸单晶及其制备方法。

背景技术

2,5-呋喃二羧酸(FDCA)是一种呋喃类衍生物，被美国能源部认为是21世纪十大最具潜力的生物基化合物之一，可广泛应用于聚酯、增塑剂、医药、香料、农药等领域中。如FDCA有望替代石油基的对苯二甲酸用于聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯等聚酯的合成，也可以替代邻苯二甲酸用于增塑剂2,5-呋喃二甲酸正丁酯的合成。因为FDCA可以经六碳糖先转化为5-羟甲基糠醛再氧化生成，所以FDCA原料来源广泛、可再生。其相对于苯环系列化合物更具易降解性和低毒性，因此越来越受到人们的关注。但是FDCA产业还处于研发阶段，FDCA的单晶结构还未见报道，不利于基础研究。

单晶培养的方法多种多样，包括有冷却法，溶剂缓慢挥发法，扩散法，溶剂热法以及溶胶-凝胶法等，其中，简单实用的是溶剂缓慢挥发法、溶剂热法和扩散法，99％的单晶都是用以上三种方法培养出来的。

M等用100～250℃加热后冷却法获得了对苯二甲酸的单晶。

Karothu DP用水热法在不同温度和不同酸溶剂存在条件下获得了不同晶形的对苯二甲酸的单晶。

姚立红等用粗糠酸在105～115℃加热2h，可收集到升华的纯度为99.96％(GC，内标法)的糠酸单晶并用于晶体结构解析。

但是，升华结晶适用性不广，FDCA受热易分解，而直接冷却法使晶体结晶较快，容易形成较多的晶核，晶体粒径较小，还容易团聚，晶体易形成裂隙。目前，关于FDCA单晶的制备方法研究较少，其晶体结构的多样性和稳定性未知，这影响到其在制药、基础研究和产品设计等领域的发展。

发明内容

本发明的目的是通过用冷却法辅助溶剂缓慢挥发法，控制晶体生长速率，制备2,5-呋喃二甲酸单晶，以解决2,5-呋喃二甲酸单晶生长速率难控制、晶形不规则、晶体粒径小或有裂隙等问题。

本发明提供了一种2,5-呋喃二甲酸(FDCA)单晶，其化学结构式如式I、晶体参数如表1所示：

表1. 2,5-呋喃二甲酸的晶体参数

表1中2,5-呋喃二甲酸单晶的晶体参数是将该单晶采用X-射线单晶衍射仪(Rigaku R-AXIS RAPID)，用经石墨单色器单色化的Mo靶Kα(λ＝0.071 073nm)辐射作为衍射光源，以ω-θ扫描方式在295±2K下收集衍射数据，使用SHELXS-97程序通过直接法解出晶体结构，用SHELXTL-97程序包进行晶体结构精修，用全矩阵最小二乘法对所有非氢原子进行各向异性修正，所有氢原子坐标均由理论加氢后再进行各向同性修正得到。

所述的FDCA单晶分子结构示意图如图1所示。

所述的FDCA分子间通过相邻羧基间形成O-H···O键相连，从而形成无限链；相邻FDCA分子间还能形成C-H···O键而使相邻的FDCA链相连，在[100]平面方向上形成网状结构如图2所示；氢键类型如表2所示：

表2. 2,5-呋喃二甲酸的氢键参数

Translation of ARU-Code to CIF and Equivalent Position Code: