CN101333200B - 一种5-羟甲基糠醛的合成方法 - Google Patents

一种5-羟甲基糠醛的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种5-羟甲基糠醛的合成方法,其特征在于以葡萄糖为原料,在氯化铬的离子液中,经分子内变旋作用和脱水而生成,反应混合物先通过闪蒸,将产物、副产物和剩余的原料与离子液分离,而所蒸出来的混合物采用超临界流体CO2萃取提纯得到5-羟甲基糠醛,离子液回收再利用,合成工艺路线简捷,既节能又环保,所获得的产品质量高和成本低,总质量收率达到58%以上。

Description

一种5-羟甲基糠醛的合成方法
技术领域
本发明属于生物有机合成技术领域,涉及一种5-羟甲基糠醛的生物有机合成方法。
背景技术
5-羟甲基糠醛的合成技术一直是国际性的难题。在国内,5-羟甲基糠醛的制备主要采取的是植物提取的工艺,如利用地黄等植物炮制成熟地黄,采用萃取等提取方法,经过复杂的提纯过程而获得5-羟甲基糠醛。由于植物中的含量不足7%,提取等加工过程又十分复杂,因此5-羟甲基糠醛的市场价格昂贵,而且货源紧张,供不应求。由于其价格高,极大地限制了其诸多的用途,使得可以使用5-羟甲基糠醛来制取的百余种重要的精细化学品中,大多数只能是望价而兴叹。在国外,植物提取法也还是5-羟甲基糠醛的主要生产方法,但已经出现了果糖高温两步催化脱水等糖转化的合成技术,不过其成本还比较高,质量也存在问题。本发明是葡萄糖转化制备5-羟甲基糠醛的制备方法:采用氯化铬离子液对葡萄糖分子进行变旋作用和分子内脱水而合成5-羟甲基糠醛,又经过闪蒸法将产物、副产物和剩余原料与离子液分离,回收的离子液可以重复使用20次以上,粗产物再采用超临界流体(CO2)萃取法提纯。该合成工艺路线具有低成本、高质量和环保等特点。合成工艺路线简捷,既节能又环保,所获得的产品质量高和成本低,总质量收率达到58%以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种合成5-羟甲基糠醛的方法,其特征在于以葡萄糖为原料,在氯化铬的离子液中,经分子内变旋作用和脱水而生成,反应混合物通过闪蒸,将产物、副产物和剩余的原料与离子液分离,而所蒸出来的混合物采用超临界流体萃取法提纯得到5-羟甲基糠醛,离子液回收再利用。
本发明通过下述方法实现的:
第一步,将1.0~2.5份重量的氯化铬和7.5~9.0份重量的己内酰胺加入烧瓶中,缓慢升温使其逐步熔化成为均匀的离子液体,将所配置的离子液体慢慢降温至90℃以下,分批加入1.0~3.0份重量的葡萄糖,边加边搅拌,再缓慢升温,保持温度80~110℃,减压脱水,保持压力0.05~0.07MPa,当温度升至100℃以上后,保持温度,继续反应和脱水至无水份挥发为止,完成了葡萄糖的分子内变旋作用和脱水反应;
第二步,将反应混合物趁热转移至一套真空精馏装置,保持体系压力150~200KPa和温度80~110℃,控制物料转移速度,使产物、副产物和剩余的原料能够与离子液彻底分离,被蒸出来并被冷凝收集的是产物、副产物和剩余原料的混合物,从精馏装置底部获得的是氯化铬离子液,可以回收再用,一般可以反复套用20次以上,如果再利用必须进行再生处理;
第三步,将闪蒸后的混合物,送入一套超临界流体萃取装置中,将混合物与压力7.37MPa和温度31.05℃的超临界流体CO2(SCF)在混合器中混合萃取,然后通过节流阀快速减至压力5.50MPa和温度31.05℃,因5-羟甲基糠醛在高压超临界流体CO2中溶解度大,而迅速减压时,就会析出纯净的产品,减压后的超临界CO2流体,经加压可以反复使用,并通过蒸馏超临界CO2流体,可以将杂质分离,而含量不小于99%5-羟甲基糠醛则在减压器的底部获得。
5-羟甲基糠醛的合成过程反应原理为:
Figure G2008100212349D00021
具体实施方式
下面结合具体的实施例,对本发明作进一步的阐述,但不限于这些具体的实施例,而所有的实施例均按上述的操作步骤操作。
实施例1
将40g氯化铬和160g己内酰加入烧瓶中,加热升温(60℃以前,每小时升温20℃,以后每小时升温10℃),至120℃熔化成为均匀的离子液体。将所配置的离子液体慢慢降温至80℃以下,分批加入45g葡萄糖(医药级),边加边搅拌。加完并溶解均匀后,再缓慢升温,同时减压(控制压力0.05~0.07MPa)脱水,当温度升至100℃以上后,保持温度,继续反应和脱水至无水份挥发为止,得到反应后的混合物与离子液在一起的暗灰色液体。
将反应混合物趁热转移至一套真空精馏装置,保持体系压力150~180KPa和温度90~105℃,控制一定的物料转移速度,使产物、副产物和剩余的原料能够与离子液彻底分离。收集蒸出来并被冷凝的粗产品34.5g。从精馏装置底部获得的是氯化铬离子液202g,回收再用。
将闪蒸后的粗产品,送入一套超临界流体萃取装置中,将粗品与压力7.35MPa超临界流体CO2(SCF)在混合器中混合萃取,然后通过节流阀快速减压至5.53MPa。超临界CO2流体溶解5-羟甲基糠醛从高压迅速减压,因5-羟甲基糠醛在高压超临界CO2溶解度大,而迅速减压时,就析出纯净的产品5-羟甲基糠醛。在减压器的底部获得纯净的5-羟甲基糠醛29.2g(mp32~34℃,含量99.31%)。
实施例2
将50g氯化铬和200g己内酰加入烧瓶中,加热升温(60℃以前,每小时升温20℃,以后每小时升温10℃),至120℃熔化成为均匀的离子液体。将所配置的离子液体慢慢降温至80℃以下,分批加入60g葡萄糖(医药级),边加边搅拌。加完并溶解均匀后,再缓慢升温,同时减压(控制压力0.05~0.06MPa)脱水,当温度至100℃以上后,保持温度,继续反应和脱水至无水份挥发为止,得到反应后的混合物与离子液在一起的暗灰色液体。
将反应混合物趁热转移至一套真空精馏装置,保持体系压力150~160KPa和温度95~103℃,控制一定的物料转移速度,使产物、副产物和剩余的原料与离子液彻底分离。收集蒸出来并被冷凝的粗产品44.3g。从精馏装置底部获得的是氯化铬离子液253g,回收再用。
将闪蒸后的粗产品,送入一套超临界流体萃取装置中,将粗品与压力7.50MPa超临界流体CO2(SCF)在混合器中混合萃取,然后通过节流阀快速减压至5.51MPa。超临界CO2流体溶解5-羟甲基糠醛从高压迅速减压,因5-羟甲基糠醛在高压超临界CO2溶解度大,而迅速减压时,就析出纯净的产品5-羟甲基糠醛。在减压器的底部获得纯净的5-羟甲基糠醛34.8g(mp32~34℃,含量99.43%)。

Claims (4)

1.一种5-羟甲基糠醛的合成方法,其特征在于以葡萄糖为原料,在氯化铬的离子液中,经分子内变旋作用和脱水而生成,反应混合物通过闪蒸,将产物、副产物和剩余的原料与离子液分离,蒸出来的混合物采用超临界流体萃取提纯得到5-羟甲基糠醛,离子液回收再利用,氯化铬离子液的作用是反应的溶剂、变旋催化剂和脱水剂,离子液是由氯化铬和己内酰胺组成,要求组分的含量不小于99%的质量,经闪蒸后所得到的混合物,采用超临界流体萃取法提纯,是将粗品与超临界流体CO2在混合器中混合萃取,5-羟甲基糠醛在高压超临界流体CO2中溶解度大,而迅速减压时,就会析出含量不小于99%的5-羟甲基糠醛。
2.按照权利要求1所述的5-羟甲基糠醛的合成方法,其特征在于葡萄糖分子在氯化铬离子液的作用下,经变旋作用和脱水反应生成5-羟甲基糠醛,反应体系保持负压,使反应所生成的水及时排出体系外。
3.按照权利要求1所述的5-羟甲基糠醛的合成方法,其特征在于经变旋作用和脱水反应所生成的反应混合物,经闪蒸使产物、副产物和剩余的原料与离子液分离,离子液回收再利用,重复利用次数达到20以上。
4.按照权利要求1所述的5-羟甲基糠醛的合成方法,其特征在于具体操作步骤:
第一步,将1.0~2.5份重量的氯化铬和7.5~9.0份重量的己内酰胺加入烧瓶中,缓慢升温使其逐步熔化成为均匀的离子液体,将所配制的离子液体慢慢降温至90℃以下,分批加入1.0~3.0份重量的葡萄糖,边加边搅拌,再缓慢升温,保持温度80~110℃,减压脱水,保持压力0.05~0.07MPa,当温度升至100℃以上后,保持温度,继续反应和脱水至无水分挥发为止,完成了葡萄糖的分子内变旋作用和脱水反应;
第二步,将反应混合物趁热转移至一套真空精馏装置,保持体系压力150~200KPa和温度80~110℃,控制物料转移速度,使产物、副产物和剩余的原料能够与离子液彻底分离,被蒸出来并被冷凝收集的是产物、副产物和剩余原料的混合物,从精馏装置底部获得的是氯化铬离子液,回收再用,反复套用20次以上,再利用必须进行再生处理;
第三步,将闪蒸后的混合物,送入一套超临界流体萃取装置中,将混合物与压力7.37MPa和温度31.05℃的超临界流体CO2在混合器中混合萃取,然后通过节流阀快速减至压力5.50MPa和温度31.05℃,因5-羟甲基糠醛在高压超临界流体CO2中溶解度大,而迅速减压时,就会析出纯净的产品,减压后的超临界CO2流体,经加压反复使用,并通过蒸馏超临界CO2流体,将杂质分离,而含量不小于99%的5-羟甲基糠醛则在减压器的底部获得。
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Denomination of invention: Synthesis of 5-hydroxymethylfurfural

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Granted publication date: 20120509

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