[发明专利]水-离子液体混合体系中催化碳水化合物选择性制备5-羟甲基糠醛的方法

说明书

本发明公开了一种水‑离子液体混合体系中催化碳水化合物选择性制备5‑羟甲基糠醛的方法，将少量的离子液体作为添加剂，加入至水相反应溶剂中，不仅可有效提高5‑羟甲基糠醛的选择性、减少副产物及胡敏素的生成，同时也能够降低生产成本，实现生物质基碳水化合物的绿色、高效转化。

技术领域：

本发明涉及生物质能源利用技术领域，具体涉及一种水-离子液体混合体系中催化碳水化合物选择性制备5-羟甲基糠醛的方法。

背景技术：

5-羟甲基糠醛因其分子结构特殊，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，同时也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。现有技术中，通过化学法制备5-羟甲基糠醛大多以生物质基碳水化合物(如果糖、葡萄糖、蔗糖、纤维二糖、淀粉及纤维素等)为原料，采用均相催化剂(无机酸、有机酸、金属盐等)或非均相催化剂(氧化物、固体酸、分子筛以及酸性离子交换树脂等)在有机溶剂体系、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。非均相催化体系虽然具有产物易分离、催化剂可回收重复利用等优点，但其制备工艺复杂、成本昂贵且催化活性位易中毒、流失等因素限制了其工业化应用。在均相催化体系中，传统的无机酸、有机酸具有较高的催化活性，但存在腐蚀设备、操作危险、回收困难等缺点限制了其进一步的发展。因此，已商业化、性能稳定的金属盐催化剂受到了研究者们的广泛关注。

近年来随着离子液体作为一种绿色、新型溶剂的广泛兴起，极大地推动了金属盐在离子液体介质中催化生物质基碳水化合物脱水制备5-羟甲基糠醛的研究进程，并获得了较为理想的5-羟甲基糠醛收率。虽然金属盐在纯离子液体溶剂中显现出了优越的催化性能，但离子液体高昂的价格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。因此，探索和构建一种绿色、高效、价格低廉的催化反应体系催化生物质基碳水化合物选择性制备高附加值平台分子—5-羟甲基糠醛具有重要的现实意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种水-离子液体混合体系中催化碳水化合物选择性制备5-羟甲基糠醛的方法，将少量的离子液体作为添加剂，加入至水相反应溶剂中，不仅可有效提高5-羟甲基糠醛的选择性、减少副产物及胡敏素的生成，同时也能够降低生产成本，实现生物质基碳水化合物的绿色、高效转化。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种水-离子液体混合体系中催化碳水化合物选择性制备5-羟甲基糠醛的方法，该方法包括以下步骤：将生物质基碳水化合物、金属盐催化剂、纯水溶剂以及少量离子液体添加剂加入至高压反应釜中，在氮气氛围中并保持氮气压力为0.1-5MPa，温度维持在120-180℃条件下搅拌反应10-300min，反应结束后迅速将反应釜冷却至室温，得到含有5-羟甲基糠醛产物的反应溶液；所述的离子液体用量为水溶剂质量的1-30wt％；优选，离子液体用量为15wt％，优选，所述的氮气压力为5MPa，反应温度为140℃；所述的生物质基碳水化合物包括果糖、葡萄糖、蔗糖、纤维二糖、菊粉、淀粉；优选为果糖；所述的金属盐催化剂为金属氯盐、硝酸盐、硫酸盐中的至少一种；优选为硫酸铁。

所述的离子液体包括为卤素阴离子和咪唑基阳离子、吡啶基阳离子、吡咯基阳离子、季铵盐类阳离子，或为上述阴离子与阳离子的不同组合，或至少一种上述离子液体；优选，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体([Bmim]Cl)。

上述方法中可通过延长或缩短反应时间来获得最优的水相体系中催化生物质基碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的结果。

本发明的有益效果如下：