微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]乙氧甲基糠醛，分子中有一個(gè)乙氧甲基和一個(gè)醛基，一般是由糖類在乙醇中反應(yīng)得到或由5-羥甲基糠醛在乙醇中醚化得到，是一種有應(yīng)用前景的燃料或燃料添加劑。在室溫下，它是液體，有很好的氧化穩(wěn)定性，并且具有較高的十六辛烷值(柴油質(zhì)量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn))。這些特性決定了它是優(yōu)良的潛在燃料和燃料添加劑。此外，5-乙氧甲基糠醛的能量密度是8.7KW h/L，和標(biāo)準(zhǔn)汽油的能量密度(8.8KW h/L)非常接近，遠(yuǎn)高于乙醇的能量密度(6.1KWh/L)。作為燃料時(shí)，其高氧化穩(wěn)定性還可以減少炭煙排放以及氮氧化物、硫氧化物的釋放。此外，乙氧甲基糠醛及其衍生物都是從生物質(zhì)得到的，屬于可再生能源化合物
[0003]乙氧甲基糠醛的另一個(gè)應(yīng)用是在航空燃料方面，航空燃料要求有較高的能量密度、燃點(diǎn)以及較低的凝固點(diǎn)。理想中的航空燃料應(yīng)該由生物質(zhì)或生物產(chǎn)品作為原料得到，換句話說(shuō)，這些航空燃料應(yīng)該在經(jīng)濟(jì)上可行、在能量要求上可以接受。乙氧甲基糠醛在某些方面已經(jīng)表現(xiàn)出了這些性質(zhì)，和從化石燃料中得到的化合物不同，從生物質(zhì)得到的這些化合物具有很高的不飽和度，可以作為廉價(jià)的貯存氫氣的媒介，而且，這些生物質(zhì)燃料在提供較高能量密度的同時(shí)，閃點(diǎn)高于38°C，凝固點(diǎn)低于_47°C，也就是說(shuō)，這些新型的燃料作為航空燃料使用性能非常穩(wěn)定。
[0004]目前現(xiàn)有技術(shù)中制備5-乙氧甲基糠醛的方法中，在原料反應(yīng)中通常采用水浴加熱的方式，這種加熱方式對(duì)反應(yīng)速度的控制效果并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，以糖和醇為原料，在酸性催化劑的作用下反應(yīng)，在整個(gè)過(guò)程中對(duì)環(huán)境友好，且最大程度降低了生產(chǎn)成本，為以后工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。
[0006]其技術(shù)解決方案包括:
[0007]—種制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其是以糖和乙醇在催化劑條件下反應(yīng)制得，所述催化劑為酸性催化劑，所述的糖和乙醇采用微波加熱并控制溫度為80-200°C，反應(yīng)10-30min后加入乙酸乙酯萃取，收集有機(jī)相，得到5-乙氧甲基糠醛。
[0008]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，上述的糖為單糖、二糖、多糖或聚糖。
[0009]作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，上述的單糖為葡萄糖，上述的二糖為蔗糖，上述的多糖為菊粉。
[0010]優(yōu)選的，上述的糖可用纖維素來(lái)代替。
[0011 ] 上述的纖維素為秸桿粉。
[0012]優(yōu)選的，上述酸性催化劑CT-700固體酸催化劑、Amberlyst-15固體酸催化劑、鹽酸或硫酸。
[0013]優(yōu)選的，微波加熱溫度控制在100_120°C。
[0014]本發(fā)明所帶來(lái)的有益技術(shù)效果:
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，在原料的選取上，本發(fā)明選用固體酸催化劑和無(wú)機(jī)酸，沒(méi)有選用有機(jī)酸，一方面固體酸催化劑和無(wú)機(jī)酸簡(jiǎn)單易得，另一方面成本較低并且避免了對(duì)環(huán)境的污染；在加熱方式上選用了微波加熱，微波是頻率在300MHz-300GHz之間的電磁波，微波加熱的基本原理在于帶電粒子的傳導(dǎo)和介電質(zhì)極化，微波加熱對(duì)化學(xué)反應(yīng)有促進(jìn)作用，利用微波的熱效應(yīng)和電磁效應(yīng)可顯著地提高化學(xué)反應(yīng)的速率和改變反應(yīng)機(jī)制，本發(fā)明選用微波加熱只需10-30min即可完成反應(yīng)，縮短了反應(yīng)時(shí)間，并且制備得到的5-乙氧甲基糠醛的最高產(chǎn)率為60%。
[0016]本發(fā)明通過(guò)微波控制反應(yīng)，反應(yīng)條件溫和，能源消耗低，在反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)污染環(huán)境，對(duì)環(huán)境友好。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明公開(kāi)了一種微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，為了使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)方案更加清楚、明確，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]下述實(shí)施例中本發(fā)明所選用的部分原料，如葡萄糖、蔗糖和菊粉均是通過(guò)商業(yè)渠道購(gòu)買獲得；
[0019]固體酸催化劑Amberlyst-15，是一種大孔的苯乙稀二乙稀基苯共聚物的基礎(chǔ)上磺化而成的強(qiáng)酸性催化劑，可通過(guò)購(gòu)買獲得；
[0020]固體酸催化劑CT-700，是一種采用TiCl同晶取代并由(NH4) #04改性的脫鋁絲樹(shù)脂類強(qiáng)酸性催化劑，可通過(guò)購(gòu)買得到。
[0021]實(shí)施例1:
[0022]本發(fā)明，微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，具體包括以下步驟:
[0023]首先，稱取果糖1.lg(6mmol)和CT-700固體催化劑216mg(20wt% )，加入到微波反應(yīng)器的反應(yīng)釜中；
[0024]向反應(yīng)釜中加入12mL無(wú)水乙醇和攪拌磁子，密封后在微波反應(yīng)器中120°C反應(yīng)lOmin ；
[0025]最后，反應(yīng)停止后，加入少量飽和食鹽水，用乙酸乙酯萃取后，收集有機(jī)層，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋干，得到紅褐色的液體，向其中加入定量的均三甲苯，用1H NMR計(jì)算乙氧甲基糠醛的產(chǎn)率為54%。
[0026]實(shí)施例2:
[0027]本發(fā)明，微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，具體包括以下步驟:
[0028]首先，稱取果糖1.lg(6mmol)和濃硫酸32uL(10wt% )，加入到微波反應(yīng)器的反應(yīng)釜中；
[0029]然后，向反應(yīng)釜中加入12mL無(wú)水乙醇和攪拌磁子，密封后在微波反應(yīng)器中120°C反應(yīng)
[0030]lOmin ；
[0031]最后，反應(yīng)停止后，加入少量飽和食鹽水，用乙酸乙酯萃取后，收集有機(jī)層，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋干，得到紅褐色的液體，向其中加入定量的均三甲苯，用1H NMR計(jì)算乙氧甲基糠醛的產(chǎn)率為43%。
[0032]實(shí)施例3:
[0033]本發(fā)明，微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，具體包括以下步驟:
[0034]首先，稱取果糖1.lg(6mmol)和磷鉬酸固體催化劑180mg(10wt% )，加入到微波反應(yīng)器的反應(yīng)釜中；
[0035]然后向反應(yīng)釜中加入12mL無(wú)水乙醇和攪拌磁子，密封后在微波反應(yīng)器中100°C反應(yīng) lOmin ；
[0036]最后，反應(yīng)停止后，加入少量飽和食鹽水，用乙酸乙酯萃取后，收集有機(jī)層，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋干，得到紅褐色的液體，向其中加入定量的均三甲苯，用1H NMR計(jì)算乙氧甲基糠醛的產(chǎn)率為29%。
[0037]實(shí)施例4:
[0038]本發(fā)明，微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，具體包括以下步驟:
[0039]首先，稱取菊粉1.0g(6mmol)和濃硫酸32uL(10wt% )，加入到微波反應(yīng)器的反應(yīng)釜中；
[0040]然后向反應(yīng)釜中加入12mL無(wú)水乙醇和攪拌磁子，密封后在微波反應(yīng)器中120°C反應(yīng) lOmin ；
[0041]最后，反應(yīng)停止后，加入少量飽和食鹽水，用乙酸乙酯萃取后，收集有機(jī)層，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋干，得到紅褐色的液體，向其中加入定量的均三甲苯，用1H NMR計(jì)算乙氧甲基糠醛的產(chǎn)率為60%。
[0042]實(shí)施例5:
[0043]本發(fā)明，微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，具體包括以下步驟:
[0044]首先，稱取秸桿粉1.0g(6mmol)和濃硫酸96uL(30wt% )以及少量的四氯化錫，加入到微波反應(yīng)器的反應(yīng)釜中，然后向反應(yīng)釜中加入12mL無(wú)水乙醇和攪拌磁子，密封后在微波反應(yīng)器中120°C反應(yīng)30min。反應(yīng)停止后，加入少量飽和食鹽水，用乙酸乙酯萃取后，收集有機(jī)層，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋干，得到紅褐色的液體，向其中加入定量的均三甲苯，用1H NMR計(jì)算乙氧甲基糠醛的產(chǎn)率為19%。
[0045]上述方式中未述及的部分采取或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
[0046]需要說(shuō)明的是，在本說(shuō)明書的教導(dǎo)下本領(lǐng)域技術(shù)人員所做出的任何等同方式，或明顯變型方式均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其是以糖和乙醇在催化劑條件下反應(yīng)制得，其特征在于：所述催化劑為酸性催化劑，所述的糖和乙醇采用微波加熱并控制溫度為80-200°C，反應(yīng)10-30min后加入乙酸乙酯萃取，收集有機(jī)相，得到5-乙氧甲基糠醛。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：所述的糖為單糖、二糖、多糖或聚糖。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：所述的單糖為葡萄糖，所述的二糖為蔗糖，所述的多糖為菊粉。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：所述的糖可用纖維素來(lái)代替。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：所述纖維素為秸桿粉。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：所述酸性催化劑CT-700固體酸催化劑、Amberlyst-15固體酸催化劑、鹽酸或硫酸。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：微波加熱溫度控制在 100-120。。。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，其是以糖和醇為原料，在酸性催化劑的作用下反應(yīng)，催化劑為酸性催化劑，糖和乙醇采用微波加熱并控制溫度為80-200℃，反應(yīng)一段時(shí)間后加入乙酸乙酯萃取，收集有機(jī)相，得到5-乙氧甲基糠醛。微波加熱對(duì)化學(xué)反應(yīng)有促進(jìn)作用，利用微波的熱效應(yīng)和電磁效應(yīng)可顯著地提高化學(xué)反應(yīng)的速率和改變反應(yīng)機(jī)制，本發(fā)明選用微波加熱只需10-30min即可完成反應(yīng)，縮短了反應(yīng)時(shí)間，并且制備得到的5-乙氧甲基糠醛的最高產(chǎn)率為60％；而且本發(fā)明反應(yīng)在整個(gè)過(guò)程中對(duì)環(huán)境友好，且最大程度降低了生產(chǎn)成本，為以后工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。
【IPC分類】C07D307/46
【公開(kāi)號(hào)】CN105330622
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510770684
【發(fā)明人】馬明, 姜鳴, 肖寒, 鄒兵, 姜素霞
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
【公開(kāi)日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年11月12日