CN103804167A - 一种从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法 - Google Patents

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刘益良
李维尊
鞠美庭
韩国林
夏天
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Nankai University
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides

Abstract

一种从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法，以离子液体为反应体系，以固体酸催化剂ZrP2作为催化剂进行加热反应，步骤如下：1）将离子液体、葡萄糖和蒸馏水混合，加入固体酸催化剂ZrP2，然后置于微波加热反应器中进行反应得到反应液；2）将反应液滤膜过滤，澄清液体用乙酸乙酯进行萃取，收集全部萃取液；3）将萃取液精馏后即可制得乙酰丙酸。本发明的优点是：该提取方法操作简单、反应速度快、能耗低、成本低、易于操作且安全可靠；通过引入离子液体反应体系可以极大节约生产乙酰丙酸的能源消耗；通过催化剂ZrP2的引入减少副反应的发生，实现葡萄糖、纤维素的高价值利用，获得显著的经济效益和环境效益。

Description

一种从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法
技术领域
 本发明涉及化工产品乙酰丙酸的制备，特别是一种从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法。
背景技术
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，生物质固体废物的排放量猛增，给环境带来了极大的威胁。生物质是固体废弃物中有重大利用价值的资源，传统的焚烧方法不仅造成资源浪费而且污染了环境，本专利尝试使用新反应方法实现生物质水解产物葡萄糖的高值利用。
离子液体是一种新型的纤维素溶解均相反应介质，具有无污染、稳定性高、容易回收的优点，这些特性在提高反应速率、反应选择性和催化效率等方面都表现出很大优势。离子液体可以构建一种高效、可回收的环保反应体系，该均相反应体系克服了非均相反应体系的诸多缺点，如：反应流程长、试剂使用量大、反应过程难以控制、产物不均匀等。
乙酰丙酸是一种重要的化工产品，美国环保部将其确定为平台化合物，同时含羰基、α－氢和羧基的多官能团化合物，是合成各种轻化工产品的基本原料，在有机合成和工农业、医药行业上，具有广泛的使用价值。乙酰丙酸的氢化产品γ-戊丙酯是一种高级溶剂并可作为制取合成橡胶，耐寒增塑剂及表面活性剂的中间产物。氯化乙酰丙酸可作为工业循环水的抑菌剂。
本实验方法构建了基于离子液体的反应体系，通过加入催化剂ZrP2控制反应方向并减少副反应发生，进而生产乙酰丙酸。
发明内容
本发明针对传统葡萄糖水解反应体系存在的问题，提供一种从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法，该提取方法可有效减少水解过程中副反应的发生，提高乙酰丙酸的产率。 
本发明的技术方案：
一种从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法，以离子液体为反应体系，以固体酸催化剂ZrP2作为催化剂进行加热反应，步骤如下：
1）将离子液体、葡萄糖和蒸馏水混合，加入固体酸催化剂ZrP2，然后置于微波加热反应器中，以N2作为保护气，在压力为2MPa、温度为180℃下进行反应，反应时间为20分钟，得到反应液；
2）将反应液降至室温后，用0.45um滤膜过滤，将过滤后的澄清液体，用乙酸乙酯进行萃取，萃取过程重复4次，收集全部萃取液；
3）将上述萃取液进行精馏即可制得乙酰丙酸，留下的乙酸乙酯可重复利用。
所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐或1-丁基-3-甲基咪唑氯盐与1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐构成的均相混合液。
所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐体系中，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、葡萄糖、蒸馏水和ZrP2的质量比为1.74g：0.10g：2g：0.04g；所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐与1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐构成的均相混合液体系中，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、葡萄糖、蒸馏水和ZrP2的质量比为0.87g：1.02g：0.10g：2g：0.04g。
所述澄清液体与乙酸乙酯的体积比为1:1。
本发明的优点和有益效果是：
该提取方法操作简单、反应速度快、能耗低、成本低、易于操作且安全可靠；通过引入离子液体反应体系可以极大节约生产乙酰丙酸的能源消耗；通过催化剂ZrP2的引入减少副反应的发生，能够实现葡萄糖以至于纤维素的高价值利用，获得显著的经济效益和环境效益。
具体实施方式
本发明通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
实施例1：
一种从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法，以离子液体为反应体系，以固体酸催化剂ZrP2作为催化剂进行加热反应，步骤如下：
1）将1.74g1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体、0.10g葡萄糖和2g蒸馏水混合，加入0.04g固体酸催化剂ZrP2，然后置于微波加热反应器中，以N2作为保护气，在压力为2MPa、温度为180℃下进行反应，反应时间为20分钟，得到反应液；
2）将反应液降至室温后，用0.45um滤膜过滤，将过滤后的澄清液体，用乙酸乙酯进行萃取，澄清液体与乙酸乙酯的体积比为1:1，萃取过程重复4次，收集全部萃取液；
3）将上述萃取液进行精馏即可制得乙酰丙酸。
将制得的乙酰丙酸用高效液相色谱进行检测，色谱柱为糖柱，0.005M的硫酸水溶液为流动相，流速为0.6mL/min,柱温为30℃，检测器为紫外检测器。检测结果表明：在该条件下乙酰丙酸的产率为35%。
 
实施例2：
一种从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法，以离子液体为反应体系，以固体酸催化剂ZrP2作为催化剂进行加热反应，步骤如下：
1）将0.87g 1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体、1.02g1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体、0.10g葡萄糖和2g蒸馏水混合，加入0.04g固体酸催化剂ZrP2，然后置于微波加热反应器中，以N2作为保护气，在压力为2MPa、温度为180℃下进行反应，反应时间为20分钟，得到反应液；
2）将反应液降至室温后，用0.45um滤膜过滤，将过滤后的澄清液体，用乙酸乙酯进行萃取，澄清液体与乙酸乙酯的体积比为1:1，萃取过程重复4次，收集全部萃取液；
3）将上述萃取液进行精馏即可制得乙酰丙酸。
将制得的乙酰丙酸用高效液相色谱进行检测，色谱柱为糖柱，0.005M的硫酸水溶液为流动相，流速为0.6mL/min,柱温为30℃，检测器为紫外检测器。检测结果表明：在该条件下乙酰丙酸的产率为40%。

Claims (4)

1.一种从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法，其特征在于：以离子液体为反应体系，以固体酸催化剂ZrP2作为催化剂进行加热反应，步骤如下：
1）将离子液体、葡萄糖和蒸馏水混合，加入固体酸催化剂ZrP2，然后置于微波加热反应器中，以N2作为保护气，在压力为2MPa、温度为180℃下进行反应，反应时间为20分钟，得到反应液；
2）将反应液降至室温后，用0.45um滤膜过滤，将过滤后的澄清液体，用乙酸乙酯进行萃取，萃取过程重复4次，收集全部萃取液；
3）将上述萃取液进行精馏即可制得乙酰丙酸，留下的乙酸乙酯可重复利用。
2.根据权利要求1所述从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法，其特征在于：所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐或1-丁基-3-甲基咪唑氯盐与1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐构成的均相混合液。
3.根据权利要求1所述从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法，其特征在于：所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐体系中，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、葡萄糖、蒸馏水和ZrP2的质量比为1.74g：0.10g：2g：0.04g；所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐与1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐构成的均相混合液体系中，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、葡萄糖、蒸馏水和ZrP2的质量比为0.87g：1.02g：0.10g：2g：0.04g。
4.根据权利要求1所述从生物质水解产物葡萄糖中提取乙酰丙酸的方法，其特征在于：所述澄清液体与乙酸乙酯的体积比为1:1。
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