使用酸催化劑的呋喃衍生物的合成方法和酸催化劑的制備方法
【專利摘要】依照本公開(kāi)內(nèi)容的主旨，提供了一種呋喃衍生物的制備方法，所述方法包括以下步驟：將糖與單相有機(jī)溶劑接觸從而獲得反應(yīng)混合物；和將所述反應(yīng)混合物在酸催化劑的存在下經(jīng)受100℃至180℃范圍內(nèi)的溫度0.5分鐘至4.0小時(shí)的時(shí)間范圍，從而獲得所述糖向單一呋喃衍生物的轉(zhuǎn)化率至少70％，其中所述酸催化劑選自由均相酸催化劑、非均相固體酸催化劑和其組合組成的組。也提供了一種非均相固體酸催化劑的制備方法。
【專利說(shuō)明】
使用酸催化劑的巧喃衍生物的合成方法和酸催化劑的制備 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本文的主題大體上設(shè)及在單相有機(jī)溶劑中使用酸催化劑的巧喃衍生物的合成方 法。主題進(jìn)一步設(shè)及酸催化劑和其制備。
【背景技術(shù)】
[0002] 例如5-甲基慷醒和5-甲基慷醇W及徑甲基慷醒和慷醒等的巧喃衍生物是具有高 的工業(yè)價(jià)值的糖類的脫水產(chǎn)物。5-徑甲基慷醒(5-HMF)是多用途和多功能的有機(jī)分子，其在 例如大宗化學(xué)品、精細(xì)化學(xué)品、藥物、農(nóng)用化學(xué)品、聚合物和化學(xué)中間體等的合成有機(jī)化學(xué) 的各種領(lǐng)域中具有廣泛的用途。5-HMF的結(jié)構(gòu)在W下示出：
[0003]
5-輕甲基慷醒
[0004] 由于5-HMF在生產(chǎn)工業(yè)上重要的生物型化學(xué)品例如生物型聚合物、化學(xué)品和藥品 等生產(chǎn)所需要的巧喃2,5-二簇酸(FDCA)方面的潛質(zhì)，5-HMF的合成方法在化學(xué)工業(yè)中引起 了極大的興趣。巧喃2,5-二簇酸來(lái)源的聚合物具有對(duì)石油系對(duì)苯二甲酸聚合物的潛在代 替。因此，石油系聚合物被生物型聚合物的大量代替在聚合物工業(yè)的領(lǐng)域中提供了很大的 綠色化學(xué)平臺(tái)。但運(yùn)些代替的關(guān)鍵是5-HMF的合成，由此5-HMF合成占據(jù)生物型產(chǎn)品的合成 的重要位置。
[0005] 5-HMF的化學(xué)合成經(jīng)由酸催化的環(huán)化脫水反應(yīng)W己糖、葡萄糖和果糖，更具體地W 果糖為起始。因?yàn)?-HMF生產(chǎn)的合成化學(xué)應(yīng)用設(shè)及酸催化作用的發(fā)展。如礦物酸、無(wú)機(jī)酸和 固體酸的大量酸催化劑已經(jīng)用于該目的。但通過(guò)酸催化作用生產(chǎn)5-HMF的合成過(guò)程遇到產(chǎn) 率、選擇率、加工可行性和加工成本等方面的很多技術(shù)問(wèn)題。由于反應(yīng)底物之間復(fù)雜的化學(xué) 性質(zhì)、用于脫水的催化劑和反應(yīng)產(chǎn)物分離，在合成5-HM即寸產(chǎn)生大量問(wèn)題。
[0006] 影響5-HMF合成的另一重要因素是用于脫水反應(yīng)的催化劑的種類。各種類型的有 機(jī)、無(wú)機(jī)和礦物酸已經(jīng)用作5-HMF合成的原位催化劑。但運(yùn)些方法的大多數(shù)由于礦物酸的腐 蝕性W及在接著的催化劑循環(huán)再利用方面從反應(yīng)混合物分離催化劑困難的方案而遇到加 工性問(wèn)題。
[0007] 因此，非均相酸催化作用W及例如沸石、二氧化娃和離子交換樹(shù)脂(amberlyst樹(shù) 月旨)等的各種固體酸催化劑已經(jīng)作為可能的替代物而被開(kāi)發(fā)并且研究。Ken-icM Shimizu 和同事報(bào)道了在DMSO作為溶劑的情況下雜多酸、沸石和酸性樹(shù)脂的使用（Catalysis Communications,2009,10,1849-1853)。雖然利用非均相催化作用導(dǎo)致較高的產(chǎn)率，但溶劑 的高沸點(diǎn)使產(chǎn)物的分離困難。
[000引化gen zhang的報(bào)道（ChemSusChem，2011，12，1745-1748)公開(kāi) 了在肥 1 水溶液作為 催化劑的情況下在異丙醇中的5-HMF的合成。然而，在水性條件中使用面代腐蝕性HC1作為 催化劑導(dǎo)致產(chǎn)物分離問(wèn)題W及在大規(guī)模生產(chǎn)期間的操作中催化劑回收困難。
[0009] US2007757461公開(kāi)了在具有水相和1-下醇、DCM、MIBK、2-下醇和其混合物的有機(jī) 相的兩相反應(yīng)器中，使用礦物酸，沸石，由酸根官能化的二氧化娃系、二氧化娃-氧化侶和二 氧化鐵系支承體，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，路易斯酸，雜多酸。然而，該發(fā)明也使用難W分離并且非 生態(tài)友好的例如DMS0、DMF、N-甲基化咯燒酬(NMP)等的調(diào)節(jié)劑。
[0010] 相似地，專利文獻(xiàn)胖02009/076627、1152009/0156841、1]57579489、6?223：3476和^6 等(ChemSusChem，2012,5，1737-1742)公開(kāi)了在產(chǎn)率達(dá)到小于80%的情況下，在如DMF、N-甲 基化咯燒酬(NMP)的高沸點(diǎn)溶劑中，非均相催化劑離子交換樹(shù)脂(amberlyst-35樹(shù)脂）的使 用。使用的溶劑是非綠色的并且需要高的能量使其與反應(yīng)物料(reaction mass)分離。
[0011] 典型地，水性兩相溶劑和離子液體用于在酸催化劑的存在下合成5-HMF。然而，由 于5-HMF在水中較高的溶解度，過(guò)程變得復(fù)雜并且需要大量的有機(jī)溶劑來(lái)提取。運(yùn)導(dǎo)致加工 成本和大規(guī)模生產(chǎn)5-HMF的單元操作的明顯增加。運(yùn)迫使作為經(jīng)濟(jì)高效的溶劑和催化體系 的最優(yōu)化W及提供加工操作的容易性。
[0012] W02011124639請(qǐng)求保護(hù):使用例如HCUA1C13的水溶液等的礦物酸和路易斯酸催 化劑，分別在兩相有機(jī)溶劑中使用鹽化(：1、^(：1、^8'、^側(cè)3、雌1、1(化、腳〇3少6(：13等，其中 所述兩相有機(jī)溶劑由水和甲基異下基酬(MIBK)的混合物組成。然而，該發(fā)明公開(kāi)的方法導(dǎo) 致低的產(chǎn)率巧2%)和選擇率(小于65%)。該方法也采用導(dǎo)致腐蝕問(wèn)題W及環(huán)境公害的面代 催化劑和鹽。
[0013] 已經(jīng)獲得了微波輔助5-HMF的合成反應(yīng)的重要性，運(yùn)是因?yàn)槠鋵?dǎo)致反應(yīng)時(shí)間的降 低，增加了選擇率并且也導(dǎo)致能量消耗的減少。Thomas S.化nsen和同事（Carbohydrate Research ,2009,344,2568-2572)報(bào)道了僅具有52 %的HMF產(chǎn)率的通過(guò)在200 °C的溫度下使 用HC1水溶液催化劑微波輔助5-HMF的合成。Xinhua Q巧日同事（Ind.Eng.化em. Res . 2008， 47,9234-9239)報(bào)道了在微波加熱的條件下通過(guò)采用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂催化劑和W 70:30w/w的比包含丙酬和DMS0的混合有機(jī)溶劑體系的HMF合成。該反應(yīng)在10-30分鐘的反應(yīng) 時(shí)間內(nèi)達(dá)到80 %的產(chǎn)率。
[0014] Sudipta De和同事(Green化em. ,2011，13,2859)報(bào)道了通過(guò)使用路易斯酸催化 劑^(：13微波輔助5-^?^的合成，在溶劑0150和兩相體系水-1181(中具有21.4-60.6%的產(chǎn) 率。Xinhua Qi和同事(Green Chem. ,2008,10,799-805)采用在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂催化劑的存 在下在丙酬-水混合物中微波輔助加熱來(lái)合成HMF，在150°C下5-HMF的產(chǎn)率高達(dá)73.4%，轉(zhuǎn) 化率為94% eSakita Dutta和同事(A卵lied Catalysis A，第409-410卷，133-139)在溶劑 DMS0和NMP中通過(guò)使用介孔(mesoporous)Ti化納米顆粒來(lái)進(jìn)行微波輔助5-HMF的合成。
[0015] W02012/015616A1請(qǐng)求保護(hù):通過(guò)使用催化劑amberlyst和出S〇4微波輔助5-HMF的 合成，通過(guò)使用DMS0溶劑在5-30分鐘的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)具有0-69.47%的產(chǎn)率。微波輔助5-HMF 的合成的運(yùn)些方法也表現(xiàn)出先前的窘?jīng)r:不利地影響方法的大型化的較低的產(chǎn)率、選擇率、 非綠色溶劑體系的使用和較高的成本。
[0016] W02014180979公開(kāi)了從糖類合成5-徑甲基慷醒(HMF)的方法。特別地，其公開(kāi)了具 有6個(gè)碳原子的單糖類(己糖）、二糖類、從其衍生的寡糖類和多糖類脫水從而W高產(chǎn)率獲得 高純的5-徑甲基慷醒(HM巧的方法。
[0017] 現(xiàn)有技術(shù)的方法公開(kāi)了通過(guò)微波輔助W及常規(guī)手段使用各種催化劑和溶劑體系 來(lái)合成5-HMF。顯然，運(yùn)些方法與設(shè)及較高的成本、反應(yīng)可行性、較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間、催化劑和 產(chǎn)物分離、低的催化劑活性、低的選擇率&產(chǎn)率、和導(dǎo)致環(huán)境公害的非綠色溶劑的使用等問(wèn) 題相關(guān)。
[0018] 因此，現(xiàn)有技術(shù)中存在對(duì)5-HMF的合成方法的需要，其中該方法導(dǎo)致較高的選擇率 和產(chǎn)率;在提高了催化穩(wěn)定性的情況下具有較高的轉(zhuǎn)化率，容易分離產(chǎn)物，并且最重要地W 100 %的回收率循環(huán)再利用催化劑的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本公開(kāi)內(nèi)容設(shè)及一種巧喃衍生物的制備方法，所述方法包括W下步驟:a)將糖與 單相有機(jī)溶劑接觸從而獲得反應(yīng)混合物;和b)將所述反應(yīng)混合物在酸催化劑的存在下經(jīng)受 100°C至180°C范圍內(nèi)的溫度0.5分鐘至4.0小時(shí)的時(shí)間范圍，從而獲得所述糖向單一巧喃衍 生物的轉(zhuǎn)化率至少70%，其中所述酸催化劑選自由均相酸催化劑、非均相固體酸催化劑和 其組合組成的組。
[0020] 本公開(kāi)內(nèi)容也設(shè)及一種非均相固體酸催化劑的制備方法，所述方法包括W下步 驟:在有機(jī)溶劑的存在下將橫化劑與聚合物接觸從而獲得反應(yīng)懸浮液;將所述反應(yīng)懸浮液 在35°C至10(TC范圍內(nèi)的溫度下攬拌30分鐘至4小時(shí)的時(shí)間范圍，從而獲得非均相酸催化劑 的懸浮液;和將所述非均相酸催化劑的懸浮液分離從而獲得非均相固體酸催化劑。
[0021] 本主題的運(yùn)些和其它特征、方面和優(yōu)勢(shì)將參考W下說(shuō)明書(shū)和所附的權(quán)利要求而更 好地理解。提供了本
【發(fā)明內(nèi)容】
來(lái)W簡(jiǎn)化形式介紹一些概念。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并非旨在標(biāo)識(shí)所請(qǐng) 求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，其也不意欲用于限制所請(qǐng)求保護(hù)的主題的范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白的是，本公開(kāi)內(nèi)容可進(jìn)行除具體描述的W外的改變和修 改。要理解的是，本公開(kāi)內(nèi)容包括全部此類改變和修改。本公開(kāi)內(nèi)容也包括在本說(shuō)明書(shū)中單 獨(dú)或一起設(shè)及或指明的全部此類步驟、特征、組合物和化合物，和任何或更多的此類步驟或 特征的任意和全部組合。
[002；3]定義;
[0024] ?便，在本公開(kāi)內(nèi)容的進(jìn)一步說(shuō)明之前，此處總結(jié)用于本說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例中 的特定的術(shù)語(yǔ)。運(yùn)些定義應(yīng)該根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的其余部分來(lái)閱讀并且被本領(lǐng)域技術(shù)人員理 解。本文使用的術(shù)語(yǔ)具有本領(lǐng)域技術(shù)人員公認(rèn)和已知的意義，然而，為了方便和完整化，特 定的術(shù)語(yǔ)和其意義如下所述。
[0025] 冠詞"一"和所述/該是指一個(gè)或超過(guò)一個(gè)(即至少一個(gè))該冠詞的語(yǔ)法上的主語(yǔ)。
[0026] 術(shù)語(yǔ)"包含用于表示開(kāi)放式包含，其意指可W包括另外的元素。在本說(shuō)明書(shū)通篇 中，除非上下文需要，否則詞語(yǔ)"包含"及其語(yǔ)法上的變形將理解為意指包括規(guī)定的元素或 步驟或者元素組或步驟組，但不排除任何其它的元素或步驟或者元素組或步驟組。
[0027] 術(shù)語(yǔ)"包括"用于意指"包括但不限于"。可交換地使用"包括"和"包括但不限于"。
[002引本文使用的術(shù)語(yǔ)"DICaT"是指在本公開(kāi)內(nèi)容中公布并且DBT-ICT Centre for Elnergy Biosciences, Institute of Qiemical Technology 開(kāi)發(fā)的固體酸催化劑。通過(guò)使 用不同的聚合物載體制備并且在本公開(kāi)內(nèi)容中公開(kāi)的各種固體酸催化劑，并且在本公開(kāi)內(nèi) 容中進(jìn)一步公開(kāi)的是：
[00巧]DICaT-1 :通過(guò)使用聚乙締醇制備的DBT-ICT-C邸催化劑
[0030] DI CaT-2 :通過(guò)使用纖維素制備的DBT-1CT-C邸催化劑
[0031] DICaT-3:通過(guò)使用徑基丙締酸醋聚合物制備的DBT-ICT-C邸催化劑
[0032] 本文使用的術(shù)語(yǔ)"糖類(saccharides)"是指由單糖類、二糖類和/或多糖類組成的 具有根據(jù)式(CH2〇)n的組成的糖類。詞語(yǔ)"糖類（sugars)"與詞語(yǔ)"糖類(saccharides)"在本 公開(kāi)內(nèi)容中可交換地使用。
[0033] 比率、濃度、量和其它數(shù)據(jù)可W在本文中W范圍格式給出。要理解的是，此類范圍 格式僅為了方便和簡(jiǎn)潔使用并且應(yīng)該靈活地解釋為不僅包括作為范圍界限而明確列出的 數(shù)值，而且如同明確列出每個(gè)數(shù)值和子范圍一般，包括該范圍內(nèi)包含的所有各個(gè)數(shù)值或子 范圍。例如，約70°C至約180°C的溫度范圍應(yīng)該解釋為不僅包括約70°C至約180°C的明確列 出的界限，例如也包括例如90°C至110°C、12(rC至160°C等的子范圍，W及例如82°C、121.6 °C和168.3°C等的在規(guī)定范圍內(nèi)的包括余數(shù)的各個(gè)量。
[0034] 如W上討論的，現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的通過(guò)微波輔助方法和常規(guī)方法使用各種催化劑 和溶劑的5-徑甲基慷醒(5-HMF)的合成方法具有例如較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間、較高的成本、催化劑 和產(chǎn)物的分離、低的催化劑活性和低的產(chǎn)率等幾個(gè)缺點(diǎn)。本公開(kāi)內(nèi)容設(shè)及通過(guò)使用均相或 非均相固體酸催化劑使用短時(shí)間微波輔助或常規(guī)加熱反應(yīng)從糖類合成巧喃衍生物、更具體 的是5-徑甲基慷醒巧-HMF)的方法。在單相有機(jī)溶劑體系中使用酸催化劑來(lái)合成5-HMF提供 了優(yōu)異的催化活性、選擇率、轉(zhuǎn)化率、生產(chǎn)速度和產(chǎn)物產(chǎn)率。同時(shí)，在本發(fā)明使用非均相固體 酸催化劑DICaT提供了用于將催化劑與反應(yīng)混合物分離的簡(jiǎn)單方法的便利。反應(yīng)產(chǎn)物和催 化劑通過(guò)例如簡(jiǎn)單溶劑蒸饋和過(guò)濾步驟等的常規(guī)方法容易地與反應(yīng)混合物分離。
[0035] 本文公開(kāi)的巧喃衍生物的制備方法包括W下步驟:a)將糖與單相有機(jī)溶劑接觸從 而獲得反應(yīng)混合物;和b)將所述反應(yīng)混合物在酸催化劑的存在下經(jīng)受在100°C至180°C范圍 內(nèi)的溫度0.5分鐘至4.0小時(shí)的時(shí)間范圍，從而獲得所述糖向單一巧喃衍生物的轉(zhuǎn)化率至少 70%，其中所述酸催化劑選自由均相酸催化劑、非均相固體酸催化劑和其組合組成的組。
[0036] 本公開(kāi)內(nèi)容進(jìn)一步設(shè)及一種非均相固體酸催化劑的制備方法，所述方法包括W下 步驟:a)在有機(jī)溶劑的存在下將橫化劑與聚合物接觸從而獲得反應(yīng)懸浮液;b)將所述反應(yīng) 懸浮液在35°C至100°C范圍內(nèi)的溫度下攬拌30分鐘至4小時(shí)的時(shí)間范圍，從而獲得非均相酸 催化劑的懸浮液；和C)將所述非均相酸催化劑的懸浮液分離從而獲得非均相固體酸催化 劑。
[0037] 在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)公開(kāi)的方法制備的巧喃衍生物是5-徑甲基慷醒(5-HMF)。
[0038] 糖類用作合成巧喃衍生物的底物。在一個(gè)實(shí)施方案中，用于公開(kāi)的方法的糖源包 括，但不限于：己糖和戊糖、包含至少一種己糖的多糖類、玉米糖漿、高果糖玉米糖漿、薦糖 蜜、果糖、果糖漿、晶體果糖、粗果糖;純化果糖、高果糖濃縮物、果糖漿或其組合。在一個(gè)實(shí) 施方案中，所述底物是己糖。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述糖選自由葡萄糖、果糖、薦糖和其組合 組成的組。在另一實(shí)施方案中，所述糖是果糖。在一個(gè)應(yīng)用中，果糖的形式是無(wú)水的。在一個(gè) 實(shí)施方案中，所述糖是無(wú)定形形式的。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述糖是晶體形式的。
[0039] 用于本文公開(kāi)的方法的溶劑是單相有機(jī)溶劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述溶劑選自 由具有式R-OH的醇類、N，N-二甲基甲酯胺、二甲亞諷、醋類和1,4-二嗯燒組成的組。在一個(gè) 實(shí)施方案中，所述溶劑是具有式R-OH的醇類，其中R的范圍為Cl至Ci5,更優(yōu)選Cl至C4。在一個(gè) 實(shí)施方案中，Cl至C4醇選自由甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、仲下醇、叔下醇和其組合組成的 組。在另一實(shí)施方案中，Cl至C4醇是異丙醇。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述單相有機(jī)溶劑具有小于 100°C的沸點(diǎn)。
[0040] 用于制備巧喃衍生物的反應(yīng)混合物包含糖和低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑。在一個(gè)實(shí)施方案 中，在反應(yīng)混合物中的糖的濃度在1-50% (w/v)，優(yōu)選1-10% (w/v)的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方 案中，在反應(yīng)混合物中的水含量在0-20%，優(yōu)選0-6%w/w的范圍內(nèi)。
[0041] 在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)在100-180°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中， 將反應(yīng)混合物與微波福射接觸從而使其在期望的時(shí)間內(nèi)經(jīng)受在l〇〇°C至180°C范圍內(nèi)的溫 度足W將反應(yīng)物的至少70%轉(zhuǎn)化為期望的產(chǎn)物。在另一實(shí)施方案中，將反應(yīng)混合物與微波 福射接觸從而使其在期望的時(shí)間內(nèi)經(jīng)受在l〇〇°C至180°C范圍內(nèi)的溫度足W將反應(yīng)物的至 少90 %轉(zhuǎn)化為期望的產(chǎn)物。
[0042] 在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)在100-180°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中， 將反應(yīng)混合物與常規(guī)加熱器接觸從而使其在期望的時(shí)間內(nèi)經(jīng)受在l〇〇°C至180°C范圍內(nèi)的 溫度足W將反應(yīng)物的至少70%轉(zhuǎn)化為期望的產(chǎn)物。在另一實(shí)施方案中，將反應(yīng)混合物與常 規(guī)加熱器接觸從而使其在期望的時(shí)間內(nèi)經(jīng)受在l〇〇°C至180°C范圍內(nèi)的溫度足W將反應(yīng)物 的至少90 %轉(zhuǎn)化為期望的產(chǎn)物。
[0043] 在一個(gè)實(shí)施方案中，5-HMF的合成方法在微波反應(yīng)器中進(jìn)行，其中所述溫度在100- 180°C的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施方案中，優(yōu)選溫度在微波加熱條件下在110-150°C的范圍內(nèi)。在 一個(gè)實(shí)施方案中，該方法提供了頻率為2.45G化并且功率范圍在10-400瓦特之間的微波反 應(yīng)器的使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，將反應(yīng)混合物在范圍為200-800rpm的旋轉(zhuǎn)速度下攬拌。在 另一實(shí)施方案中，將反應(yīng)混合物在范圍為400-65化pm的旋轉(zhuǎn)速度下攬拌。在一個(gè)實(shí)施方案 中，該反應(yīng)在微波加熱條件下進(jìn)行30-300秒。在另一實(shí)施方案中，該反應(yīng)在微波加熱條件下 進(jìn)行30-120秒。
[0044] 在一個(gè)實(shí)施方案中，5-HMF的合成方法在5-50己范圍內(nèi)的壓力下通過(guò)常規(guī)加熱的 方式來(lái)進(jìn)行。在另一實(shí)施方案中，常規(guī)加熱在5-30己范圍內(nèi)的壓力下進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案 中，將反應(yīng)混合物加熱至在100-180°C范圍內(nèi)的溫度。在另一實(shí)施方案中，將反應(yīng)混合物加 熱至在100-150°C范圍內(nèi)的溫度。通過(guò)比例-積分-微分(PID)加熱溫度控制器來(lái)保持溫度。 在一個(gè)實(shí)施方案中，在常規(guī)加熱下的反應(yīng)時(shí)間在0.5-5小時(shí)的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中， 在常規(guī)加熱下的反應(yīng)時(shí)間在0.5-4小時(shí)的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，在常規(guī)加熱下的反應(yīng) 時(shí)間在0.5-3小時(shí)的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)混合物的攬拌通過(guò)在100-8(K)巧m范圍 內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度下通過(guò)四個(gè)傾斜葉片式葉輪(pitch bladed impeller)來(lái)進(jìn)行。
[0045] 在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)本文公開(kāi)的方法的糖的轉(zhuǎn)化率在45-100%的范圍內(nèi)。在 另一實(shí)施方案中，通過(guò)本文公開(kāi)的方法的糖的轉(zhuǎn)化率在95-100%的范圍內(nèi)。
[0046] 在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)本文公開(kāi)的方法的巧喃衍生物的產(chǎn)率在10-95%的范圍 內(nèi)。在另一實(shí)施方案中，通過(guò)本文公開(kāi)的方法的巧喃衍生物的產(chǎn)率在80-95%的范圍內(nèi)。
[0047] 在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法在分批模式反應(yīng)器中進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法 在連續(xù)反應(yīng)器中進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行。
[0048] 從糖制備巧喃衍生物的方法在酸催化劑的存在下進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，酸催 化劑的使用量在反應(yīng)混合物的0.01至5g/cc的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施方案中，酸催化劑的使用 量在反應(yīng)混合物的0.1至1. Og/cc的范圍內(nèi)。
[0049] 糖轉(zhuǎn)化為巧喃衍生物之后，將反應(yīng)混合物冷卻，并且將催化劑通過(guò)過(guò)濾來(lái)分離并 且再用于下一個(gè)反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，在不添加新的催化劑并且沒(méi)有再生的情況下，進(jìn) 行催化劑的循環(huán)再利用多至20次。在另一實(shí)施方案中，在不添加新的催化劑并且沒(méi)有再生 的情況下，進(jìn)行催化劑的循環(huán)再利用大于20次。在另一實(shí)施方案中，在不添加新的催化劑并 且沒(méi)有再生的情況下，進(jìn)行催化劑的循環(huán)再利用多至5次。
[0050] 在一個(gè)實(shí)施方案中，酸催化劑是均相酸催化劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，該均相酸催化 劑是脂族橫酸。在一個(gè)實(shí)施方案中，該均相酸催化劑是芳香族橫酸。在一個(gè)實(shí)施方案中，該 芳香族橫酸選自由糞橫酸、二甲基苯胺橫酸、對(duì)甲苯橫酸（P-TSA)、鄰/間甲苯橫酸（o/m- TSA)和其組合組成的組。在另一實(shí)施方案中，該芳香族橫酸是對(duì)甲苯橫酸(P-TSA)。
[0051] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述酸催化劑是非均相固體酸催化劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，所 述非均相固體酸催化劑是親水性橫化固體介孔基體。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述非均相固體 酸催化劑是DICaT酸催化劑。
[0052] 在一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種非均相固體酸催化劑的制備方法。所述非均相固 體酸催化劑的制備方法包括W下步驟:a)在有機(jī)溶劑的存在下將橫化劑與聚合物接觸從而 獲得反應(yīng)懸浮液;b)將所述反應(yīng)懸浮液在35 °C至100°C范圍內(nèi)的溫度下攬拌30分鐘至4小時(shí) 的時(shí)間范圍，從而獲得非均相酸催化劑的懸浮液;和C)將所述非均相酸催化劑的懸浮液分 離從而獲得非均相固體酸催化劑。
[0053] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述橫化劑選自由氯橫酸、硫酸、=氧化硫和其組合組成的 組。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述橫化劑是氯橫酸。
[0054] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述非均相固體酸催化劑由親水性官能化聚合物組成。在一 個(gè)實(shí)施方案中，所述官能化聚合物具有在5-200m2/g范圍內(nèi)的表面積。在另一實(shí)施方案中， 所述官能化聚合物具有在5-50m2/g范圍內(nèi)的表面積，在2-50nm范圍內(nèi)的孔徑，在0.5- lOmmol/g范圍內(nèi)的酸性，在0.022-2.0cc/g范圍內(nèi)的孔容積。在一個(gè)實(shí)施方案中，該聚合物 的分子量在3-23kDa的范圍內(nèi)，粒徑在10-300皿的范圍內(nèi)，并且徑值在l-20mg/g的范圍內(nèi)。 在一個(gè)實(shí)施方案中，該聚合物是均一線性聚合物化omolinear polymer)。在一個(gè)實(shí)施方案 中，該聚合物是交聯(lián)聚合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用的聚合物是晶體形式的。在一個(gè)實(shí)施 方案中，使用的聚合物是無(wú)定形形式的。在一個(gè)實(shí)施方案中，該聚合物是球狀珠的形式。
[0055] 在一個(gè)實(shí)施方案中，該聚合物包括徑基官能團(tuán)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該聚合物包括 胺官能團(tuán)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述聚合物選自由纖維素、聚乙締醇、聚甲基丙締酸徑乙醋、 聚甲基丙締酸徑甲醋、聚乙二醇、聚丙二醇、二氧化娃、氧化侶、聚乙締胺、聚酷胺、聚締丙基 胺組成的組。在另一實(shí)施方案中，所述聚合物選自由纖維素、聚乙締醇、聚甲基丙締酸徑乙 醋和聚甲基丙締酸徑甲醋組成的組。
[0056] 在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物表面橫酸衍生化從而獲得非均相固體酸催化劑在有機(jī) 溶劑的存在下進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述有機(jī)溶劑是非親核性溶劑。在一個(gè)實(shí)施方案 中，所述有機(jī)溶劑選自由二氯甲燒、氯仿、四氯化碳、二氯乙燒、二氯丙烷、和其組合組成的 組。
[0057] 在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)本文公開(kāi)的方法制備的非均相固體酸催化劑也可W用于 例如水解、消去、加成、取代、縮合、醋化、保護(hù)、解保護(hù)、重排和開(kāi)環(huán)等各種酸催化的有機(jī)轉(zhuǎn) 化。
[0058] 在一個(gè)實(shí)施方案中，公開(kāi)了一種5-HMF的制備方法，所述方法包括W下步驟:a)將 果糖與異丙醇接觸從而獲得反應(yīng)混合物;和b)將所述反應(yīng)混合物在2.0分鐘的時(shí)間內(nèi)、在酸 催化劑的存在下經(jīng)受120°C的溫度從而獲得至少70 %的果糖向5-HMF的轉(zhuǎn)化率，其中所述酸 催化劑是PTSA。
[0059] 在一個(gè)實(shí)施方案中，公開(kāi)了一種5-HMF的制備方法，所述方法包括W下步驟:曰)將 果糖與異丙醇接觸從而獲得反應(yīng)混合物;和b)將所述反應(yīng)混合物在2.0分鐘的時(shí)間內(nèi)、在酸 催化劑的存在下經(jīng)受130°C的溫度從而獲得至少70 %的果糖向5-HMF的轉(zhuǎn)化率，其中所述酸 催化劑是DICaT。
[0060] 本公開(kāi)內(nèi)容使用W下圖例進(jìn)一步表明：
[0061] 圖例1.從果糖合成5-HMF的反應(yīng)如下
[0062
[006；3] 實(shí)施例
[0064]本公開(kāi)內(nèi)容現(xiàn)在將使用操作實(shí)施例來(lái)說(shuō)明，運(yùn)意欲說(shuō)明本公開(kāi)內(nèi)容的操作方式并 且不會(huì)限制性地意味著對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容的范圍的任何限制。在本公開(kāi)內(nèi)容的范圍內(nèi)的其它實(shí) 施例也是可能的。
[00化]實(shí)施例1
[0066] 在頻率為2.45G化的微波加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將Igm的晶體果糖添 加至在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的8ml的異丙醇;并且在室溫下攬拌5分鐘， 從而獲得反應(yīng)懸浮液。將O.lgm/cc的酸催化劑(如表1中示出）在連續(xù)攬拌下添加至該反應(yīng) 懸浮液。將所得反應(yīng)混合物通過(guò)進(jìn)行微波福射在120秒內(nèi)在攬拌下加熱至120°Cd120秒之 后，將反應(yīng)物料冷卻至室溫。獲得了樣品的HPLC分析，其表明84-94摩爾％的HMF產(chǎn)率和97- 98%的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去從而獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0067] W下列出的表1提供了使用上述方法在不同的酸催化劑的情況下的HMF產(chǎn)率和果 糖轉(zhuǎn)化率。
[006引
[00~]實(shí)施例2
[0070] 在頻率為2.45G化的微波加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將Igm的晶體果糖添 加至在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的8ml的溶劑(如表2中示出）；并且在室溫下 攬拌5分鐘，從而獲得反應(yīng)懸浮液。將O.lgm/cc的酸催化劑(PTSA)在連續(xù)攬拌下添加至該反 應(yīng)懸浮液。將所得反應(yīng)物料通過(guò)進(jìn)行微波福射在120秒內(nèi)在攬拌下加熱。120秒之后，將反應(yīng) 混合物冷卻至室溫。獲得了樣品的HPLC分析，其表明76-88摩爾％的HMF產(chǎn)率和80-99 %的果 糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去從而獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0071] W下列出的表2提供了使用上述方法在不同的溶劑的情況下的HMF產(chǎn)率和果糖轉(zhuǎn) 化率。
[00771
[007；3] 實(shí)施例3
[0074]在頻率為2.45G化的微波加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將Igm的晶體果糖添 加至在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的8ml的異丙醇;并且在室溫下攬拌5分鐘。 向該反應(yīng)懸浮液中，在攬拌下投入期望量的PTSA(如表3中示出）。將所得反應(yīng)物料通過(guò)進(jìn)行 微波福射加熱90秒。90秒之后，將反應(yīng)物料冷卻至室溫。獲得了樣品的HPLC分析，其表明74- 88摩爾％的匪。產(chǎn)率和94-98%的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去從而獲得粗制HMF 的深褐色粘性油。
[0075] W下列出的表3提供了使用上述方法在改變酸催化劑濃度的情況下的HMF產(chǎn)率和 果糖轉(zhuǎn)化率。
[0076]
[0077] 實(shí)施例4
[0078] 在頻率為2.45G化的微波加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將Igm的晶體果糖添 加至在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的8ml的異丙醇;并且在室溫下攬拌5分鐘。 向該反應(yīng)懸浮液中，在攬拌下投入0. lOgm/cc的PTSA。將所得反應(yīng)物料在期望的時(shí)間（如表4 中示出）內(nèi)通過(guò)進(jìn)行微波福射加熱至120°C。之后，將反應(yīng)物料冷卻至室溫。獲得了樣品的 HPLC分析，其表明32-91摩爾％的歷。產(chǎn)率和50-100 %的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋 除去從而獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0079] W下列出的表4提供了使用上述方法在改變反應(yīng)時(shí)間的情況下的HMF產(chǎn)率和果糖 轉(zhuǎn)化率。
[0080] 一、-一-------------?、-、 ........ 一一一、、一一一一一一一一 一-;一一一一一一一一一
[0081 ] 實(shí)施例5
[0082] 在頻率為2.45G化的微波加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將Igm的晶體果糖添 加至在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的8ml的溶劑(如表5中示出）；并且在室溫下 攬拌5分鐘。向該反應(yīng)懸浮液中，在攬拌下添加期望量的酸催化劑(DICaT-1)。將所得反應(yīng)混 合物在攬拌下通過(guò)進(jìn)行微波福射加熱120秒。120秒之后，將反應(yīng)物料冷卻至室溫并且將催 化劑通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)除去。獲得的樣品通過(guò)HPLC分析表明50-94摩爾％的麗F產(chǎn)率和80- 99%的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去從而獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0083] W下列出的表5提供了使用上述方法在改變反應(yīng)溶劑的情況下的HMF產(chǎn)率和果糖 轉(zhuǎn)化率。
[0084]
[00化]實(shí)施例6
[0086] 在頻率為2.45G化的微波加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將Igm的晶體果糖添 加至在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的8ml的溶劑(如表6中示出）；并且在室溫下 攬拌5分鐘。向該反應(yīng)懸浮液中，在攬拌下添加期望量的酸催化劑(DICaT-3)。將所得反應(yīng)混 合物在攬拌下通過(guò)進(jìn)行微波福射加熱120秒。120秒之后，將反應(yīng)物料冷卻至室溫并且將催 化劑通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)除去。獲得的樣品通過(guò)HPLC分析表明50-94摩爾％的麗F產(chǎn)率和80- 99%的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去從而獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0087] W下列出的表6提供了使用上述方法在改變反應(yīng)溶劑的情況下的HMF產(chǎn)率和果糖 轉(zhuǎn)化率。
[008引
[0089] 實(shí)施例7
[0090] 在頻率為2.45G化的微波加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將Igm的晶體果糖添 加至在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的8ml的溶劑(如表6中示出）；并且在室溫下 攬拌5分鐘。向該反應(yīng)懸浮液中，投入期望量的酸催化劑(DICaT-3)(如表6中示出）。將所得 反應(yīng)物料在攬拌下通過(guò)進(jìn)行微波福射加熱120秒。120秒之后，將反應(yīng)物料冷卻至室溫并且 將催化劑通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)除去。樣品的HPLC分析表明61-93摩爾％的HMF產(chǎn)率和97-100 %的 果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去從而獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0091] W下列出的表7提供了使用上述方法在改變催化劑DICaT-3濃度的情況下的HMF產(chǎn) 率和果糖轉(zhuǎn)化率。
[0092]
[OOW] 實(shí)施例8
[0094]在頻率為2.45G化的微波加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將Igm的晶體果糖添 加至在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的8ml的異丙醇;并且在室溫下攬拌5分鐘。 向該反應(yīng)懸浮液中，在攬拌下投入0.1 Igm/cc的酸催化劑(DICaT-3)。將所得反應(yīng)物料在期 望的時(shí)間（如表8中示出）內(nèi)通過(guò)進(jìn)行微波福射在連續(xù)攬拌下加熱至13(TC。在完成反應(yīng)之 后，將反應(yīng)物料冷卻至室溫并且將催化劑通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)除去。獲得的樣品通過(guò)HPLC分析 表明50-92摩爾％的^^產(chǎn)率和98-100%的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去從而獲得 粗制HMF的深褐色粘性油。
[00%] W下列出的表8提供了在改變反應(yīng)時(shí)間的情況下的HMF產(chǎn)率和果糖轉(zhuǎn)化率。
[0096]
[0097] 實(shí)施例9
[0098] 在頻率為2.45G化的微波加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將Igm的晶體果糖添 加至在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的8ml的異丙醇;并且在室溫下攬拌5分鐘。 向該反應(yīng)懸浮液中，在攬拌下投入0. llgm/cc的酸催化劑(DICaT-3)。將所得反應(yīng)物料在120 秒內(nèi)通過(guò)進(jìn)行微波福射在連續(xù)攬拌下加熱至期望的溫度(如表9中示出）。在完成反應(yīng)之后， 將反應(yīng)物料冷卻至室溫并且將催化劑通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)除去。獲得的樣品通過(guò)HPLC分析表明 21-93摩爾％的^^產(chǎn)率和73-100%的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去從而獲得粗制 HMF的涂褐色粘性油。
[0099] W下列出的表9提供了使用上述方法在改變反應(yīng)溫度的情況下的HMF產(chǎn)率和果糖 轉(zhuǎn)化率。
[0100]
[0101] 實(shí)施例10
[0102] 在頻率為2.45G化的微波加熱下w分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將期望量的晶體果 糖(如表10中示出）添加至在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的必要量的溶劑;并且 在室溫下攬拌5分鐘。向該反應(yīng)懸浮液中，在攬拌下投入O.llgm/cc的酸催化劑(DICaT-3)。 將所得反應(yīng)物料在120秒內(nèi)通過(guò)進(jìn)行微波福射在連續(xù)攬拌下加熱至130°C的溫度。在完成反 應(yīng)之后，將反應(yīng)物料冷卻至室溫并且將催化劑通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)除去。獲得的樣品通過(guò)HPLC 分析表明26-92摩爾％的匪。產(chǎn)率和99-100%的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去從而 獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0103] W下列出的表10提供了使用上述方法在改變果糖濃度的情況下的HMF產(chǎn)率和果糖 轉(zhuǎn)化率。
[0104]
[0…引 實(shí)施例11
[0106] 在頻率為2.45G化的微波加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將1卵的期望底物 (如表11中示出）添加至在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的必要量的溶劑（16ml); 并且在室溫下攬拌5分鐘。向該反應(yīng)懸浮液中，在攬拌下投入O.llgm/cc的酸催化劑(DICaT- 3)。將所得反應(yīng)物料在120秒內(nèi)通過(guò)進(jìn)行微波福射在連續(xù)攬拌下加熱至130°C的溫度。在完 成反應(yīng)之后，將反應(yīng)物料冷卻至室溫并且將催化劑通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)除去。獲得的樣品通過(guò) HPLC分析表明48-93摩爾％的歷。產(chǎn)率和99-100%的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去 從而獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0107] W下列出的表11提供了使用上述方法在改變底物的情況下的HMF產(chǎn)率和果糖轉(zhuǎn)化 率。
[010 引
[0…9] 實(shí)施例12
[0110] 在頻率為2.45G化的微波加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將Igm的果糖添加至 在具有磁力攬拌器的20ml的密封玻璃管中的必要量的溶劑（16ml);并且在室溫下攬拌5分 鐘。向該反應(yīng)懸浮液中，在攬拌下投入0.1 Igm/cc的酸催化劑(DICaT-1 )。將所得反應(yīng)物料在 120秒內(nèi)通過(guò)進(jìn)行微波福射在連續(xù)攬拌下加熱至130°C的溫度。在完成反應(yīng)之后，將反應(yīng)物 料冷卻至室溫并且將催化劑通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)除去，并且催化劑用于后續(xù)運(yùn)行循環(huán)再利用 (如表12中示出）。將獲得的濾液樣品用于HPLC分析，其表明94-95摩爾％的麗F產(chǎn)率和98- 99%的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去從而獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0111] W下列出的表12提供了使用上述方法在催化劑循環(huán)再利用次數(shù)的情況下的HMF產(chǎn) 率和果糖轉(zhuǎn)化率。
[0112]
[01。] 實(shí)施例13
[0114] 在裝配有四個(gè)傾斜葉片式葉輪和精度±1°(：的PID溫度控制器的300ml的化rr壓力 反應(yīng)器高壓蓋中，在常規(guī)加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將高壓蓋裝填有在期望量的 溶劑(32ml)中的2gm的晶體果糖和期望的酸催化劑DICaT(如表13中示出）。將高壓蓋中的反 應(yīng)物料在室溫下攬拌5分鐘，接著累入氮?dú)?-3次。將高壓蓋使用氮?dú)饧訅褐?5kg/cm3,并且 將反應(yīng)物料在恒定攬拌下加熱120分鐘。在120分鐘的反應(yīng)之后，將反應(yīng)物料冷卻至室溫，并 且最后釋放氮?dú)鈮?。將在反?yīng)物料中的非均相催化劑通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)除去。將來(lái)自該濾液 的樣品用于HPLC分析并且表明68-90摩爾％的HMF產(chǎn)率和96-98%的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通 過(guò)真空蒸饋除去從而獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0115] W下列出的表13提供了使用上述方法在改變酸催化劑的情況下的HMF產(chǎn)率和果糖 轉(zhuǎn)化率。
[0116]
[0117] 實(shí)施例14
[011引在裝配有四個(gè)傾斜葉片式葉輪和精度±1°(：的PID溫度控制器的300ml的化rr壓力 反應(yīng)器高壓蓋中，在常規(guī)加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行全部實(shí)驗(yàn)。將高壓蓋裝填有在期望 量的溶劑(32ml)中的2gm的晶體果糖和期望的酸催化劑DICaT-3。將高壓蓋中的反應(yīng)物料在 室溫下攬拌5分鐘，接著累入氮?dú)?-3次。期望的壓力(如表中示出14)通過(guò)采用氮?dú)鈦?lái)獲得， 并且將反應(yīng)物料在攬拌下加熱120分鐘，接著在期望的時(shí)間間隔下取出樣品。120分鐘之后， 將反應(yīng)物料在室溫下冷卻，并且釋放氮?dú)鈮?。將非均相催化劑通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)除去。將來(lái)自 該濾液的樣品通過(guò)HPLC分析并且表明40-90摩爾％的歷。產(chǎn)率和60-100%的果糖轉(zhuǎn)化率。然 后，將溶劑通過(guò)真空蒸饋除去從而獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0119] W下列出的表14提供了使用上述方法在改變壓力的情況下的HMF產(chǎn)率和果糖轉(zhuǎn)化 率。
[0120]
[0121] 實(shí)施例15
[0122] 在裝配有四個(gè)傾斜葉片式葉輪和精度±1°(：的PID溫度控制器的300ml的化rr壓力 反應(yīng)器高壓蓋中，在常規(guī)加熱下W分批模式操作來(lái)進(jìn)行全部實(shí)驗(yàn)。將高壓蓋裝填有在期望 量的IPA(32ml)中的2gm的晶體果糖和期望的酸催化劑DICaT-3。將高壓蓋中的反應(yīng)物料在 室溫下攬拌5分鐘，接著累入氮?dú)?-3次。采用15kg/cm3的期望的氮?dú)鈮海⑶覍⒎磻?yīng)物料在 恒定攬拌下加熱期望的時(shí)間（如表15中示出）。在完成反應(yīng)之后，將反應(yīng)物料在室溫下冷卻， 并且釋放氮?dú)鈮?。將非均相催化劑通過(guò)真空過(guò)濾從反應(yīng)物料除去。將來(lái)自該濾液的樣品用 于HPLC分析并且表明30-90摩爾％的歷。產(chǎn)率和60-100%的果糖轉(zhuǎn)化率。將溶劑通過(guò)真空蒸 饋除去從而獲得粗制HMF的深褐色粘性油。
[0123] W下列出的表15提供了使用上述方法在改變時(shí)間的情況下的HMF產(chǎn)率和果糖轉(zhuǎn)化 率。
[0124]
[01巧]實(shí)施例16
[0126] 將非均相固體酸催化劑DICaT通過(guò)經(jīng)由有機(jī)鍵合將橫酸錯(cuò)固在親水性聚合物的脂 族徑基上來(lái)制備。DICaT的制備的典型實(shí)驗(yàn)方法如下：
[0127] 在具有加熱油浴、回流冷凝器、溫度計(jì)插套、加料漏斗和頂置式攬拌器的四頸 250ml干燥圓底燒瓶中進(jìn)行反應(yīng)。將Igm的徑基聚合物（聚乙二醇）在氮?dú)飧采w下添加。將 10ml的二氯乙燒在緩慢攬拌下投入燒瓶中。在大力攬拌下經(jīng)由加料漏斗在30分鐘內(nèi)滴加 9.5ml的橫化劑(氯橫酸）。在完成加成反應(yīng)之后，將反應(yīng)物料在室溫下大力攬拌20-30分鐘， 然后加熱回流1小時(shí)。在完成1小時(shí)的回流之后，使反應(yīng)物料在室溫下冷卻，接著冷卻至〇°C; 之后，將10ml的甲醇水溶液在30分鐘內(nèi)經(jīng)由加料漏斗緩慢添加，并且在大力攬拌下保持在0 °C下另外30分鐘。將所得黑色固體然后通過(guò)真空累來(lái)過(guò)濾并且通過(guò)冷水來(lái)清洗，直至將氯 從濾液中除去，其通過(guò)AgN〇3沉淀測(cè)試來(lái)檢測(cè)。最后，將固體濾餅通過(guò)真空累來(lái)吸干并且在 真空和70-80°C下保持來(lái)干燥。將獲得的DICaT的所得黑色干燥粉末用于反應(yīng)。
[012引 實(shí)施例17
[0129]在使用具有入口出口溫度傳感器和壓力控制閥的加熱套的2X20cm高的鋼柱 (steel column)中進(jìn)行在填充床反應(yīng)器中的HMF的合成。5cm的催化床填充有足夠量的惰性 物質(zhì)。在將底物經(jīng)過(guò)填充床柱之前，將該柱通過(guò)使2-5柱體積(CV)的新水和IPA經(jīng)過(guò)來(lái)預(yù)平 衡，從而獲得120°(：的柱溫和10-1化旨八1113的壓力。將預(yù)加熱的1001111的在1?4中的6.25%果 糖溶液借助二元活塞壓力累在循環(huán)環(huán)中W期望的流速經(jīng)過(guò)由常規(guī)加熱保持在120°C的催化 床。同時(shí)，W不同的時(shí)間間隔移除來(lái)自反應(yīng)混合物的樣品來(lái)用于進(jìn)行在線HPLC分析。一旦獲 得了必需的HMF產(chǎn)率和果糖轉(zhuǎn)化率，則終止底物流動(dòng)并且將催化床通過(guò)2CV的新IPA來(lái)清洗 從而除去所支持的線路和催化床。所得復(fù)合物級(jí)分通過(guò)HPLC來(lái)分析并且表明結(jié)果在88- 94%的HMF產(chǎn)率和95-100 %的果糖轉(zhuǎn)化率的范圍內(nèi)。
[0。0] 實(shí)施例18
[0131]在使用具有入口出口溫度傳感器和壓力控制閥的加熱套的2X20cm高的鋼柱中進(jìn) 行在填充床反應(yīng)器中的HMF的合成。5cm的催化床填充有足夠量的惰性物質(zhì)。在將底物經(jīng)過(guò) 填充床柱之前，將該柱通過(guò)使2-5柱體積(CV)的新水和IPA經(jīng)過(guò)來(lái)預(yù)平衡，從而獲得120°C的 柱溫和10-1化g/cm3的壓力。將預(yù)加熱的100ml的在IPA中的6.25%果糖溶液借助二元活塞 壓力累在循環(huán)環(huán)中W期望的流速經(jīng)過(guò)由微波加熱保持在120°C的催化床。同時(shí)，W不同的時(shí) 間間隔移除來(lái)自反應(yīng)混合物的樣品來(lái)用于進(jìn)行在線HPLC分析。一旦獲得了必需的HMF產(chǎn)率 和果糖轉(zhuǎn)化率，則終止底物流動(dòng)并且將催化床通過(guò)2CV的新IPA來(lái)清洗從而除去所支持的線 路和催化床。所得復(fù)合物級(jí)分通過(guò)HPLC來(lái)分析并且表明結(jié)果在88-94 %的麗F產(chǎn)率和95- 100%的果糖轉(zhuǎn)化率的范圍內(nèi)。
[0。。在本主題中示例性說(shuō)明方法中獲得的優(yōu)勢(shì)
[0133] 本公開(kāi)內(nèi)容設(shè)及使用酸催化劑從糖類制備5-徑甲基慷醒(5-HMF)的方法。合成5- HMF的酸催化環(huán)化脫水法提供了用于在單相有機(jī)溶劑中生產(chǎn)5-HMF的簡(jiǎn)單和成本有效的途 徑。用于本文公開(kāi)的方法中的非均相固體酸催化劑DICaT具有優(yōu)異的催化活性、穩(wěn)定性、向 期望產(chǎn)物的選擇率。由于催化劑的較高的選擇率，明顯減少了例如聚合物、腐殖質(zhì)、乙酷丙 酸和縮合產(chǎn)物等的副產(chǎn)物的形成。整個(gè)方法采用了易于W用于溶劑蒸饋的最小能量分離的 單相有機(jī)溶劑(低沸點(diǎn)或高沸點(diǎn)）的使用。該方法通過(guò)常規(guī)或微波輔助加熱在明顯降低的反 應(yīng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，由此生產(chǎn)性增加。
[0134] 包括了微波輔助的短時(shí)間反應(yīng)，在100-180°C的溫度范圍內(nèi)在單相有機(jī)溶劑中進(jìn) 行，由此提供了在經(jīng)濟(jì)的成本和低的能量消耗下的加工可行性。30-120秒的短的反應(yīng)時(shí)間 提高了在規(guī)定時(shí)間內(nèi)5-HMF的生產(chǎn)的大規(guī)模生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)性。
[0135] 本發(fā)明5-HMF的合成方法設(shè)及較低的能量利用和最小的廢物和廢水的產(chǎn)生。
[0136] 公開(kāi)的方法由此是導(dǎo)致較高的選擇率和產(chǎn)率的綠色和有效的方法，在提高了催化 穩(wěn)定性的情況下具有較高的轉(zhuǎn)化率，容易分離，并且最重要地具有W100%回收率循環(huán)再利 用催化劑的優(yōu)勢(shì)。
[0137] 雖然本主題已經(jīng)參考其特定的實(shí)施例和實(shí)施方案非常詳細(xì)地描述，但其它實(shí)施方 案是可能的。如此，所附權(quán)利要求的主旨和范圍不應(yīng)該限于此處包含的優(yōu)選實(shí)施例和實(shí)施 方案的說(shuō)明。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種呋喃衍生物的制備方法，所述方法包括以下步驟： a) 將糖與單相有機(jī)溶劑接觸從而獲得反應(yīng)混合物;和 b) 將所述反應(yīng)混合物在酸催化劑的存在下經(jīng)受100 °C至180 °C范圍內(nèi)的溫度0.5分鐘至 4.0小時(shí)的時(shí)間范圍，從而獲得所述糖向單一呋喃衍生物的轉(zhuǎn)化率至少70%， 其中所述酸催化劑選自由均相酸催化劑、非均相固體酸催化劑和其組合組成的組。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述糖選自由葡萄糖、果糖、蔗糖和其組合組成的 組，優(yōu)選果糖。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述單相有機(jī)溶劑包括&至&5醇，優(yōu)選&至(：4醇，所 述&至(： 4醇選自由甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、仲丁醇、叔丁醇和其組合組成的組，優(yōu)選異丙 醇。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述均相酸催化劑是選自由萘磺酸、二甲基苯胺磺 酸、對(duì)甲苯磺酸(ρ-TSA)、鄰/間甲苯磺酸(o/m-TSA)和其組合組成的組的芳香族磺酸，優(yōu)選 對(duì)甲苯磺酸(P-TSA)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非均相固體酸催化劑是親水性磺化固體多孔 基體。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述酸催化劑的使用量在所述反應(yīng)混合物的0.01 至5g/cc的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.1至1 .Og/cc的范圍內(nèi)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述呋喃衍生物通過(guò)微波輔助加熱方法或常規(guī)加 熱方法來(lái)獲得。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述呋喃衍生物是5-羥甲基糠醛(5-HMF)。9. 一種根據(jù)權(quán)利要求1中所述的非均相固體酸催化劑的制備方法，所述方法包括以下 步驟： a. 在有機(jī)溶劑的存在下將磺化劑與聚合物接觸從而獲得反應(yīng)懸浮液； b. 將所述反應(yīng)懸浮液在35 °C至100 °C范圍內(nèi)的溫度下在30分鐘至4小時(shí)的時(shí)間范圍內(nèi) 攪拌，從而獲得非均相酸催化劑的懸浮液;和 c. 將所述非均相酸催化劑的懸浮液分離從而獲得非均相固體酸催化劑。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述磺化劑選自由氯磺酸、硫酸、三氧化硫和其組 合組成的組，優(yōu)選氯磺酸。11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述聚合物選自由纖維素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯 酸羥乙酯、聚甲基丙烯酸羥甲酯、聚乙二醇、聚丙二醇、二氧化硅、氧化鋁、聚乙烯胺、聚酰 胺、聚烯丙基胺組成的組，優(yōu)選選自由纖維素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸羥乙酯和聚甲基丙 烯酸羥甲酯組成的組。12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述有機(jī)溶劑選自由二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、 二氯乙烷、二氯丙烷、和其組合組成的組。
【文檔編號(hào)】C07D307/50GK106061955SQ201480073605
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2014年11月21日
【發(fā)明人】A·M·拉里, H·S·帕瓦爾
【申請(qǐng)人】印度生物技術(shù)部, 印度化工學(xué)院