[发明专利]一种由5-羟甲基糠醛制备3-羟甲基环戊酮的方法

说明书

本申请公开了一种由生物质平台分子5‑羟甲基糠醛(5‑HMF)制备3‑羟甲基环戊酮(3‑HCPN)的方法。更具体地，是以生物质平台分子5‑HMF为原料，在加氢催化剂和氢气共催化体系下加氢异构得到3‑HCPN。该方法原子经济性好，产物收率高，工艺路线简单，产物的附加值高，具有潜在的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及化学品的制备方法，具体地涉及一种由生物质衍生物5-羟甲基糠醛制备3-羟甲基环戊酮的方法。

背景技术

石化资源的使用带来的环境问题和安全问题促进了全世界对发展替代技术以将可持续生物质资源转化为增值化学品的兴趣。生物质是一种广泛可用的碳源，是化石资源最有吸引力的替代原料，可用于生产燃料和大宗化学品不可食用的木质纤维素生物质可以通过酸催化水解有效转化为C5和C6单糖，C5和C6单糖可通过酸催化脱水进一步处理以产生呋喃化合物如糠醛(C5)和5-羟甲基糠醛(C6)。两种呋喃衍生物都被认为是有前景的生物基平台分子，在未来的生物精炼中发挥关键作用。

5-羟甲基糠醛(HMF)可以转化为有用的生物衍生产物，其可以在化学工业的不同部门中起到构建模块的作用，例如，2，5-呋喃二甲酸(FDCA四氢呋喃2，5-二甲基二甲醇(THFDM)，2，5-二甲基呋喃(DMF)，乙酰丙酸和C6直链醇。由于HMF含有醛基，羟基及呋喃环结构，可以通过多种化学反应(例如氧化，氢化，脱水，氢解，开环等)转化为多种高附加值化学品。

一个特别具有挑战性的反应是将HMF高选择性地转化成环戊酮衍生物。这些环戊酮衍生物是合成香料，药物，溶剂，农药，聚合物等产品的多功能原料。目前环戊酮衍生物主要是由石油化工资源(己二酸的脱羧，环戊烯的氧化或1，6己二醇的环化)在苛刻的反应条件下生产的，所以由生物质平台分子高效制造环戊酮衍生物将是非常有意义的。糠醛和5-HMF均是制备环戊酮类衍生物的理想原料。

发明内容

为了使HMF高选择性地转化成环戊酮衍生物，即，提高环戊酮衍生物的收率，我们开发了一种采用具有双金属活性中心的负载型加氢催化剂，将5-羟甲基糠醛在水中高选择性异构化到羟甲基环戊酮(HCPN)的方法。此外，本发明人通过对反应条件的筛选和优化，进一步观察到了5-羟甲基糠醛到HCPN的高选择性转化。

为此，本发明提供如下几个方面：

1.一种由5-羟甲基糠醛制备3-羟甲基环戊酮的方法，所述方法包括如下步骤：

将原料5-羟甲基糠醛在水中、在适于进行加氢重排反应的氢压和反应温度下，在负载型加氢催化剂以及氢气的作用下发生加氢重排反应，得到目标产物3-羟甲基环戊酮，

其中所述负载型加氢催化剂包含固体载体和负载于固体载体上的活性金属，所述活性金属选自Fe、Cu、Ni、Co和Ce中的至少一种，并且所述载体为选自SiＯ₂、TiＯ₂、Al₂Ｏ₃和ZrＯ₂中的至少一种。

2.根据上述方法，其中，相对于100重量％的所述负载型加氢催化剂，所述活性金属的含量通常为5重量％-20重量％。

3.根据上述方法，其中，所述活性金属为双金属活性中心，并且所述双金属活性中心为Fe和选自Cu、Ni、Co和Ce中的一种。

4.根据上述方法，其中，相对于100重量％的所述负载型加氢催化剂，Fe的含量为5重量％-20重量％，而另一种活性金属的含量通常为5重量％-20重量％，并且所述Fe和另一种活性金属的含量之和为10重量％-25重量％。

5.根据上述方法，其中，所述加氢重排反应的反应温度为150-220℃。

6.根据上述方法，其中，所述加氢重排反应的反应时间为1-20h。

7.根据上述方法，其中，所述加氢重排反应的反应氢压为1-6.0MPa。