[发明专利]乳酸及其衍生物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乳酸及其衍生物的制备方法。

背景技术

葡萄糖、蔗糖、淀粉及纤维素是地球上已发现的、最丰富的可再生的碳水化合物的来源。由于这些碳水化合物的含氧化基团含量高，因此，在使用它们制造基础化学品时非常有利。特别的是，由于不释放二氧化碳，这些碳水化合物是可持续方式合成化学中间物的最有吸引力的原材料。

理论上，通过发酵或者催化反应每摩尔的己醣可转化为两摩尔的乳酸。乳酸是用于合成可生物降解的聚乳酸的单体。乳酸及其衍生物（如乳酸烷基酯与聚乳酸）可以作为合成其它三碳化合物，如丙二醇、丙烯酸、烯丙醇，而这些三碳化合物可用于合成其它聚合物。

在当前的化学工业中乳酸是通过葡萄糖发酵来生产的。然而发酵过程仅能得到非常稀的乳酸发酵液（<10%的水溶液）通过与氢氧化钙反应可以得到乳酸钙固体，然后与硫酸溶液反应得到乳酸。发酵工艺会产生大量的废水与硫酸钙固体废弃物，且乳酸的发酵工艺仅仅使用葡萄糖作为原料。现有的发酵工艺能大规模（12万吨每年）用葡萄糖生产乳酸。然而微生物发酵的问题在于反应速率低及产品的浓度低（在水中），因此反应时间长，需要的反应器体积大、产品纯化过程能量消耗高（请参见Fermentation of Glucose to Lactic Acid Coupled with Reactive Extraction: Kailas L. Wasewar, Archis A. Yawalkar, Jacob A. Moulijn and Vishwas G. Pangarkar, Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 5969-5982）。

如本领域所熟知的，在碱金属氢氧化物的存在下，单糖可以被转化为乳酸（请参见R. Montgomery, Ind. Eng. Chem, 1953, 45, 1144; B. Y. Yang and R. Montgomery, Carbohydr. Res. 1996, 280, 47）。然而，化学计量的碱（Ca(OH)₂）与酸（H₂SO₄）在乳酸的回收工艺中会被消耗掉。因此，产生相应化学计量的盐类废弃物。

尽管商业发酵法能生产大量的乳酸，然而其仅使用淀粉作为原料，且淀粉必须经过预水解（或通过发酵）以得到葡萄糖。发酵工艺产生大量的废水与固体废弃物（CaSO₄）。且生产乳酸的发酵工艺包括很多步，需要消耗相当多的能量。进行发酵工艺所需要的基础设施非常复杂而且不经济。

发明内容

本发明提供了一种经济的、通过非发酵工艺直接由碳水化合物原料制备乳酸及其衍生物的方法。

本发明提供了一种制备乳酸及其衍生物的合成方法，将至少一种含碳水化合物的原料，至少一种醇，至少一种含有金属氯化物MCl_n和含锡化合物的组合催化剂以及至少一种溶剂，在加热的条件下进行反应，其中所述的M选自Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ga³⁺、In³⁺、Sb³⁺、Bi³⁺、Cr³⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺中的至少一种，n=1、2或3。