CN108368076B - 制备2,5-呋喃二甲酸（fdca）的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过氧化5‑羟甲基‑2‑糠醛(HMF)制备2,5‑呋喃二甲酸(FDCA)的方法，所述HMF存在于高沸点极性溶剂和水的溶液中。该方法的特征在于以下的组合：‑第一氧化步骤，其中所述HMF在所述溶液中至少部分被氧化，以产生第一反应混合物，所述第一反应混合物包含选自由‑羟甲基呋喃‑2‑羧酸(HMFA)和5‑甲酰基呋喃‑2‑羧酸(FFCA)组成的组的至少一种一元酸和，任选的FDCA，‑所述第一氧化步骤后的萃取步骤，其中将所述高沸点极性溶剂通过萃取溶剂从所述第一反应混合物中萃取，其中所述至少一种一元酸保留在水相中，‑第二氧化步骤，其中将所述至少一种一元酸氧化成FDCA。

Description

制备2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的方法
技术领域
本发明涉及氧化在溶剂中或在含有至少一种高沸点极性溶剂(hbS)的溶剂混合物中可用的5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲酸的方法。
背景技术
2,5-呋喃二甲酸(下文称为FDCA)可从可再生资源中获得，它是用于各种应用中的分子的令人关注的中间体，各种应用如农用化学品、药物、杀虫剂、药理学药剂或抗菌剂。最重要的一组FDCA转化是聚合成聚酰胺类、聚酯类或聚肼类。(Lewkowski，2001)
由己糖脱水得到的5-羟甲基糠醛(以下简称HMF)的催化氧化可能是由可再生资源合成FDCA的最重要方式。文献中已知许多用于氧化HMF产生FDCA作为主要产物的不同方法。但是没有描述使HMF的形成和氧化的简单结合成为可能的方法。这主要是由于用于这些步骤的溶剂是不同的类型。
HMF氧化成FDCA，在第一步骤中经过二甲酰基呋喃(下文称为DFF)或羟甲基呋喃羧酸(HMFCA)进行并且在下一步骤中经过甲酰基呋喃羧酸(FFCA)进行。原理方案如下所示：
Figure BDA0001689653390000011
最通常地，氧化是在水、醇或羧酸中进行的。
US 3,326,944描述了用氢氧化钠和铂型催化剂(下文称为PTC)在水中将HMF氧化为 FDCA。
EP 0356703描述了在含有PTC的含水环境中并且在最大值为8的pH值下氧化HMF。在该过程中通过连续添加碱来控制该pH值。
在US 8,193,382中记载了在水或乙酸中的相同氧化。在这种情况下，将弱碱(如碳酸盐类或磷酸盐类)用作碱。用于该方法的催化剂也是PTC。
US8,865,921描述了Co/Mn/Br催化体系(其也用于对苯二甲酸的合成)，用于氧化HMF，但也用于氧化HMF酯、5-(氯甲基)糠醛和其它相关化合物。这些方法也在乙酸或乙酸与水的混合物中进行。在专利US8,242,292以及WO2013/033058中描述了具有不同技术方法的相同化学体系和溶剂，US8,242,292描述了通过连续除去水而得到的改进，在WO2013/033058 中反应在喷雾反应器中进行。两种方法都在乙酸或乙酸/水混合物中进行。
已经描述了在非质子介质中氧化HMF只是为了选择性氧化为二甲酰基呋喃。US 7,700,788描述了在二氯甲烷中将HMF氧化成DFF。
这里讨论的用于氧化步骤的起始材料HMF是由己糖(葡萄糖、果糖)的脱水实现的重要中间体。与氧化相反的这种合成通常不会在水中进行，因为收率低。水中最大HMF产率在50％和60％之间的范围内。
Tuercke等人(2009)描述了在水中产生54％HMF的连续的HCl催化的微反应器方法。
果糖或葡萄糖脱水的高选择性仅在高沸点、极性、非质子的溶剂例如二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N,N-二甲基乙酰胺 (DMA)等中才能实现。
现在，如US 4,590,283(Roquette Freres)中所描述的，主要采用DMSO作为溶剂。但如同一文献或近期的文献如EP 2703395或US 7,317,116B2中所描述的，DMF、DMA或NMP也显示出高选择性和优异的收率。
对于这些方法，为了进入氧化步骤，需要除去高沸点溶剂或至少其中的大部分。
另一种方法是采用水作为溶剂，采用两相体系将HMF萃取到有机相中以避免再水化。这种方法显示出高达90％HMF收率的优异结果。不过，然而为了获得如此好的结果，需要在水相中加入DMSO或NMP。然后该溶剂也被萃取到有机相中，并且需要与HMF分离，使得该方法在经济上不利。这种方法的改进仅在于需要除去的更少量的高沸点溶剂。参见 (Chheda等人，2007)。
(Teong等人，2014)给出了从分离至水性介质和极性非质子溶剂的己糖形成HMF的科学文献综述。
PCT申请PCT/EP2015/063578(未预公开)公开了从HMF开始选择性制备氧化的呋喃衍生物，其中氧化过程在流中连续进行，提供了用于改变反应参数的装置，用于氧化过程的溶剂是水和偶极非质子溶剂。特别地NMP作为共溶剂存在。
在现有技术水平下，如果两个步骤都达到高收率，HMF氧化步骤必须在与先前的HMF 形成步骤不同的溶剂中完成。通常，在脱水之后将HMF分离出来，然后进入氧化步骤，这需要很大的努力来分离高沸点溶剂并导致HMF收率的降低。
溶剂的除去可以通过蒸发完成。但是，发现这样做需要保持温度低于50℃以避免HMF 的分解。因此需要非常低的压力才能除去高沸点溶剂。对于大规模的工业过程来说，这实现起来几乎是不可能的，而且非常昂贵。
另一种替代的方法是萃取高沸点溶剂。然而，HMF在能够萃取极性高沸点溶剂的有机溶剂中的溶解度较好，因此大量的HMF损失到有机相中。
为了避免HMF从高沸点极性溶剂中分离的突出问题，采取了几种不同的方法。
Bicker(Bicker等人，2005)描述了超临界流体(如不同的丙酮/水混合物)中的脱水，实现了完全转化和77％的收率。
EP 1427715B2描述了由碳水化合物一锅法合成DFF。在第一步骤中，进行脱水成HMF，在第二步骤中用钒化合物作为催化剂氧化成DFF。
同样，在文献中可以发现在DMSO中将HMF氧化为DFF，如Grasset等人(2013)所述的采用插层磷酸钒氧化物作为催化剂，或由Amarasekara等人(2008)所述的采用Mn(III) -salen催化剂。没有描述在这些体系中将HMF氧化成FDCA。
直接从脱水步骤进入氧化步骤而无需额外的后处理以实现经济的方法将是有利的。
Ribeiro等人(2003)提出了一种用在溶胶-凝胶二氧化硅中的乙酰丙酮钴作为催化剂、由果糖到FDCA的实验室规模的一锅法反应。他们在两个步骤中都获得了72％的优异收率。尽管如此，大规模反应体系的可行性仍有疑问。
根据本发明人的最佳知识，到目前为止还没有描述技术上可行的方法来将HMF的合成与随后的HMF氧化组合，而没有在其间进行昂贵的后处理。
该问题通过根据权利要求1的方法来解决。本发明的有利实施方案在从属权利要求中进行公开。
附图说明
图1是举例说明本发明的优选的实施方案的流程示意图。
图2示出了NMP萃取的萃取试验结果。
图3示出了DMSO萃取的萃取试验结果。
具体实施方式
令人惊奇的是，本发明人发现了一种改进的经济的方法，其能够将高沸点极性溶剂中的 HMF氧化成FDCA，而无需在氧化步骤之前分离或浓缩HMF。
因此，在一方面，本发明涉及通过氧化5-羟甲基-2-糠醛(HMF)制备2,5-呋喃二甲酸 (FDCA)的方法，所述HMF存在于高沸点极性溶剂和水的溶液中，其中所述方法的特征在于以下的组合
-第一氧化步骤，其中HMF在所述溶液中至少部分被氧化，以产生第一反应混合物，第一反应混合物包含选自由5-羟甲基呋喃-2-羧酸(HMFA)和5-甲酰基呋喃-2-羧酸(FFCA)组成的组的至少一种一元酸和，任选的FDCA
-第一氧化步骤后的萃取步骤，其中将所述高沸点极性溶剂通过萃取溶剂从所述第一反应混合物中进行萃取，其中所述至少一种一元酸保留在水相中，
-第二氧化步骤，其中将所述至少一种一元酸氧化成FDCA。
为了本发明的目的，“高沸点极性溶剂”(以下也简称为“hbs”)是指具有比水的沸点高的沸点且与水混溶的溶剂。
优选地，高沸点极性溶剂选自由极性非质子溶剂及其混合物组成的组。本领域技术人员理解具有5以上、特别是15以上的介电常数的溶剂被认为是极性的，并且认为不含可被提供给氢键的氢原子的溶剂被认为是非质子的。尤其优选的是非极性非质子溶剂，其中所有氢原子(如果有的话)共价键合到碳原子上。
更优选地，高沸点极性溶剂选自由二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N,N-二甲基乙酰胺(DMA)和它们的混合物组成的组。最优选的溶剂是NMP。
已经令人惊讶地发现，可以将HMF氧化为FDCA而无需事先除去先前的步骤的高沸点极性溶剂以通过三步法获得HMF：
在第一步骤中，将HMF在高沸点极性溶剂和水的混合物中尽可能完全氧化成至少一种 HMF(FFCA、HMFCA)的一元酸氧化产物，并且最终也部分地氧化成FDCA。特别地在第一步骤中，可以获得FFCA、HMFCA和FDCA的混合物。
第二步骤是从碱性溶液中萃取高沸点极性溶剂，将一元酸和FDCA的盐完全留在水相中。来自第一步骤的任何未反应的HMF以及作为第一步骤副产物的DFF被转移到该萃取液的有机相中。
在第三步骤中，在水中一元酸氧化成FDCA。所有三个步骤可以通过分批操作以及连续操作完成。
对于第一氧化步骤，在温和的条件下进行HMF的部分氧化。由于没有将完全转化为FDCA作为目标，所以可以避免高压、高温、高碱度或高碱浓度。选择该步骤中的条件以避免形成DFF并使一元酸和FDCA的形成最大化。
特别地，已经发现虽然原则上通过采用强碱在一步中将HMF氧化成FDCA是可能的，但是在反应期间一定量的HMF被降解，产生可以阻塞反应器的固体杂质，由此使得该选择不适合，特别是在连续的反应设计的情况下。
因此，已经发现在第一氧化步骤中采用弱碱(例如具有7.5至13的pKa值)是有利的。碱优选选自由碳酸盐类和磷酸盐类、特别是无机碳酸盐类和磷酸盐类组成的组。最优选采用 Na3PO4和/或Na2HPO4作为碱。
第一氧化步骤的pH值可以特别地在10和12之间。所用的碱的摩尔量可以是HMF摩尔量的至少两倍以确保酸基团的去质子化。
因此，选择条件使得氧化步骤中形成的酸性基团尽可能完全地转化为盐形式，只有盐形式可溶于水溶液中。
此外，已经发现使用一定量的水是有利的。
如果先前制备HMF的反应混合物中不存在水，则需要加入水用于该氧化步骤。这可以简单地与加入碱一起完成。溶液中的含水量可以在1和80％之间。更优选为40至60％的含水量。
用于第一氧化步骤的进一步优选的条件为：
-氧化剂为空气或氧气
-氧气比HMF的摩尔过量为0.5至1.5倍，优选为0.9至1.4倍，最优选为1.25倍
-反应压力在1巴至100巴、优选在5巴至40巴的范围内，最优选为20巴
-温度在50℃至130℃、优选在60℃至100℃的范围内，最优选为90℃
-反应期间的停留时间为30分钟以下，优选15分钟以下
只是部分上述参数可以如上所述进行设置。优选地，可以应用上述条件中的几个的组合，或者最优选应用全部上述条件。
用于第一氧化步骤的催化剂可以是任何合适的氧化催化剂，例如铂型催化剂(PTC)、 CuO/AgO、CuO或CoO。优选使用混合的氧化铜/氧化银催化剂。
在第一氧化步骤中获得的反应介质(RM1)主要含有HMFCA、FFCA和FDCA。
在第二步骤中，用合适的低沸点有机溶剂萃取高沸点极性溶剂(萃取)。未反应的HMF 和DFF进入有机相，而一元酸类(HMFCA、FFCA)和目标产物FDCA的盐保留在水相中。
用于萃取步骤的萃取溶剂优选为低沸点溶剂，更优选选自乙酸乙酯、三氯甲烷和它们的混合物。这些溶剂在从反应混合物中萃取高沸点极性溶剂中的必要溶剂量和萃取步骤数方面表现出优异的结果。分批萃取以及连续萃取是可行的。
在萃取步骤中获得的水相进行第二氧化步骤以完成至FDCA的氧化。与第一氧化步骤相比，第二氧化步骤可以采用更苛刻的条件进行，以完成一元酸的氧化。该过程中最不稳定的化合物HMF和DFF在此阶段不再可用于反应混合物。此外，在此阶段存在水作为溶剂避免了在高浓度氧化剂下可能的自发溶剂氧化问题以及与其相关的安全问题。此外，可以通过这种方式避免可能的去质子化引起高沸点极性溶剂与强碱的分解反应，导致沉淀和昂贵溶剂的损失。
因此，对于第二氧化步骤，可以使用任何碱将pH值保持在7.0至14.0之间、更优选10.0 至12.0之间的碱性范围内。更优选地，使用氢氧化钠或氢氧化钾。
用于第二氧化步骤的进一步优选的条件为：
-氧化剂为空气或氧气
-氧气比HMF的摩尔过量为0.5至5倍，优选为1.0至3.0倍，最优选为2.0倍
-反应压力在1巴至100巴、优选在5巴至40巴的范围内，最优选为20巴
-温度在80℃至180℃、优选在90℃至130℃的范围内，最优选为110℃
-采用pKa值大于13的碱，最优选采用NaOH
-反应期间的停留时间为30分钟以下，优选为15分钟以下
同样，只是部分上述参数可以如上所述进行设置。优选地，可以应用上述条件中的几个的组合，或者最优选应用全部上述条件。
用于第二氧化步骤的催化剂也可以是任何合适的氧化催化剂。优选采用铂基催化剂。
在第二氧化步骤中获得的FDCA可以通过含水的酸转化为游离酸。可以通过过滤分离从反应混合物中沉淀的游离酸。
如上所述，根据本发明的优选的实施方案，在所述第一氧化步骤中，部分HMF保持未反应和/或被氧化成2,5-二甲酰基呋喃(DFF)，在所述萃取步骤中，从所述第一反应混合物中萃取所述未反应的HMF和/或所述DFF。
所述萃取的未反应的HMF和/或所述萃取的DFF优选在第一氧化步骤之前再循环到溶液中。
本发明的另一优选实施方案的特征在于，在萃取步骤之后，萃取溶剂和高沸点极性溶剂彼此分离。
特别地，萃取溶剂和高沸点溶剂都可以再循环。再循环率可以在40至99％的范围内。
分离可以通过蒸馏掉低沸点萃取溶剂来进行。萃取溶剂可以再循环到萃取步骤中。
可以将高沸点极性溶剂再循环到先前的HMF合成步骤。特别是在萃取步骤后高沸点极性溶剂含有大量未反应的HMF和/或DFF的情况下，也可以将高沸点极性溶剂再循环至第一氧化步骤。在再循环之前，可以将高沸点极性溶剂进行纯化。任何与水不混溶的有机溶剂均可用于在此阶段萃取高沸点极性溶剂。
本发明的方法可以分批或以连续方式进行。本发明的方法在连续工艺设计的背景下是特别有利的。就这一点而言，本发明的方法可以有利地与先前获得HMF的方法组合，特别是如果该先前的步骤也以连续方式进行。
图1示出了举例说明本发明的优选的实施方案的流程图：
将果糖和高沸点溶剂的混合物(1)以及HCl和水的混合物(2)供给至脱水步骤(A)。在脱水步骤(A)中，获得在水和高沸点溶剂的混合物中的HMF。
将该混合物进行第一氧化步骤(B)，采用含水的碱，和作为氧化剂的空气或氧气(3)。
将由第一氧化(B)得到的含有HMFCA和/或FFCA和任选的FDCA以及残余的HMF 和DFF的混合物采用萃取溶剂4进行萃取步骤(C)。
可以将萃取后得到的含有HMF、DFF、高沸点溶剂以及萃取溶剂的有机相进行蒸馏步骤(g)。任选地含有HMF和DFF的高沸点溶剂大部分被再循环到起始溶液(1)中。
萃取溶剂再循环到萃取步骤(4)。
使用强碱水溶液和作为氧化剂的空气或氧气(5)，将含有HMFCA和/或FFCA和任选的FDCA的水相进行第二氧化(D)步骤。
氧化完成后，反应混合物用含水的酸(6)中和或酸化(E)以将FDCA盐转化成游离酸，游离酸从水相中沉淀出来。
在过滤步骤(F)中，从反应混合物中获得固体FDCA。
示例
1.)NMP/NaOH/Pt-C/空气/22巴/90℃
i)氧化1-在NMP中，Pt-C，17巴和80℃，NaOH
通过将5-羟甲基糠醛(99％)溶于95g的NMP(99.5％，Sigma Aldrich)和5g的去离子水中来制备起始溶液A。起始溶液B是由150.41g的NaOH和850.18g的去离子水制备的15％NaOH溶液。
在连续流动装置中，溶液A和溶液B在1/16”t型件中进行接触。溶液A的流速为0.08ml/min，溶液B的流速为0.06ml/min。在混合物进入实际反应器之前，将获得的混合物直接与125ml/min的空气流接触。在这种情况下，反应器是使用在活性炭上的铂作为催化剂的滴流床反应器。将双层夹套反应器加热到80℃，对于给定的流速，停留时间为30分钟。用稳压阀将整个系统加压至22巴。
该步骤中获得的反应混合物不含HMF。根据HPLC分析，氧化产物混合物含有FDCA：73.67％，HMFCA：18.10％，FFCA：7.67％，DFF：0.41％和0.15％未知的氧化产物。此外，采用该过程产生少量黑色固体材料，导致催化剂固定床的寿命周期缩短。
ii.)用乙酸乙酯萃取
将从第一氧化步骤收集的反应混合物(20.4ml)萃取6次以除去NMP，每次用20ml乙酸乙酯。HPLC色谱图显示该过程后水相中没有酸的损失。将DFF完全转移到有机相中。
iii.)氧化2-在H2O中，Pt-C，17巴和80℃，NaOH
将萃取得到的酸(FCDA、HMFCA和FFCA)的水溶液以0.08ml/min的流速泵入t型混合器中，以与t型混合器中的0.06ml/min的15％苛性碱溶液的流混合。将该碱混合物与在t型件中的空气进行接触。(流速空气为125mln/min)。将该混合物导入填充有在活性炭上的铂作为催化剂的滴流床反应器中。在100℃下，反应器中的保持时间为30分钟。将整个装置设备保持在25巴的压力下。
在室温下连续进行取样。根据HPLC谱得到的反应混合物含有100.0％的FDCA。根据定量HPLC分析的整个过程的收率为82％。
2.)DMSO/Na2HPO4/Pt-C/空气/17巴/80℃
i)氧化1-在DMSO中，Pt-C，17巴和80℃，Na2HPO4
该过程在与示例1相同的连续实验室装置设备中进行。通过将32.8g的HMF和200.3g 的DMSO混合制备起始溶液A；溶液B是通过用去离子水以1:1的体积比稀释饱和混合物 (38.15g的Na2HPO4和45g的去离子水)两次而制备的11.5％磷酸氢二钠溶液。
工艺参数是在80℃和18巴下，停留时间为30分钟。所用的催化剂是在活性炭上的铂。
根据HPLC分析，氧化产物混合物含有FDCA：9.33％，HMFCA：4.11％，FFCA：27.67％，DFF：16.23％和41.70％的HMF。大约1％是未鉴定的副产物。
ii.)用三氯甲烷萃取
用三氯甲烷进行DMSO萃取。将21.1ml反应混合物萃取6次，每次用20ml三氯甲烷。
DFF被完全萃取到有机相中。酸完全保留在水相中，以及一些未反应的HMF(根据HPLC 为4.7％)保留在水相中。
iii.)氧化2-在H2O中，Pt-C，17巴和80℃，NaOH
将来自萃取步骤的水相在第二氧化步骤中进行处理。该步骤中的流速，对于来自萃取的反应混合物为0.08，对于水性11.5％Na2HPO4溶液为0.06，对于空气为125mln/min。所用的催化剂是在活性炭上的铂，工艺参数为100℃和22巴。
实现的反应混合物含有57.80％FDCA，13.64％HMFCA和23.14％FFCA。整个过程的产量通过定量HPLC确定为37％。
3.)NMP/Na2HPO4/CuO/Al2O3/空气/17巴/80℃
i)氧化1-在NMP中，Pt-C，17巴和80℃，Na2HPO4
该过程在如上述示例中所用的可比的、按比例放大的连续实验室装置设备中进行。通过将65.6g的HMF和400.0g的NMP混合制备起始溶液A；溶液B是通过将150.0g的Na2HPO4和850.0g的去离子水混合而制备的15％磷酸钠溶液。
该试验中使用的流速，对于溶液A为2.86ml/min，对于溶液B为2.14ml/min，对于空气为250.0nml/min。其它的工艺参数是在90℃和18巴下，停留时间为10分钟。所用的催化剂是在氧化铝上的氧化铜。
根据HPLC分析，从该试验获得的氧化产物混合物含有FDCA：9.20％，HMFCA：86.39％， FFCA：0.13％，DFF：0.36％和2.82％的HMF。大约1％是未鉴定的副产物。
ii.)用乙酸乙酯萃取
用乙酸乙酯进行NMP萃取。将50ml反应混合物萃取6次，每次用40ml乙酸乙酯。
FDCA、HMFCA和FFCA完全保留在水相中。在水相中也发现少量的HMF(根据HPLC 为0.5％)。DFF完全进入有机相并被丢弃。
iii.)氧化2-在H2O中，Pt-C，17巴和90℃，NaOH
将来自萃取步骤的水相在示例1和2中所用的较小实验室规模装置中在第二氧化步骤中进行处理。在该步骤中的流速，对于来自萃取的反应混合物仍为0.08ml/min，对于15％NaOH 水溶液为0.06ml/min，对于空气为125mln/min。所用的催化剂是在活性炭上的铂，工艺参数为100℃和22巴。
根据HPLC分析，所获得的反应混合物含有99.51％的FDCA、0.34％的HMFCA和约0.1％未知副产物。整个过程的收率通过定量HPLC确定为85％。
4.)NMP/NaOH/CuO-AgO/空气/22巴/90℃
i)氧化1-在NMP中，CuO-AgO，17巴和90℃，NaOH
该实验采用与示例1和2相同的连续实验室装置设备。溶液A由16.4g的HMF和100g的NMP制备。溶液B是15％的氢氧化钠水溶液。
溶液A的流速为0.08ml/min，溶液B的流速为0.06ml/min；空气流的流速为125ml/min。在t型混合器中进行混合，反应发生在滴流床反应器中。反应器采用90℃和22巴，保持时间为15分钟。
该实验中所用的催化剂是在氧化铝上的CuO/AgO催化剂。该催化剂根据文献(Tian等人，2008)制备。
在实验期间，观察到由于不溶性腐殖质物质堵塞导致系统中的压力缓慢上升，导致在装置运行6个小时后转化率降低。
根据HPLC分析，氧化产物混合物包含FDCA：27.65％，HMFCA：71.37％。未发现HPLC可检测量的FFCA、DFF或HMF。
ii.)用乙酸乙酯萃取
将20.9ml的反应混合物与乙酸乙酯接触6次，每次20ml乙酸乙酯，以从水相中萃取NMP。
HPLC分析显示FDCA和HMFCA完全保留在水相中。
iii.)氧化2-在H2O中，Pt-C，17巴和80℃，NaOH
第二氧化步骤以与第一氧化步骤类似的设备和相同的参数进行。改变的只是反应器中的催化剂回到在活性炭上的铂。
获得的反应混合物含有93.65％的FDCA、5.26％的HMFCA和约1％未鉴定的副产物或中间体。整个氧化过程的收率通过HPLC测定为88％。然而，因为在第一氧化步骤中由于形成黑色焦油而观察到堵塞，所以该收率不能建立较长的处理次数。
5.)萃取试验
i)用不同溶剂从水相萃取NMP
制备24.12g的NMP(53％(重量/重量)，图2中的阴影条)和21.2g的去离子水的混合物作为用于将NMP与水分离的起始溶液。
将该溶液转移到分液漏斗中。将21.2g的乙酸乙酯加入到NMP溶液中，将两个相剧烈接触然后分离。记录单相的质量并从水相中取出小样品以通过定量HPLC色谱测定NMP含量。
对于每个步骤中具有相同量的新鲜溶剂的水相重复该过程五次以实现总共六个不连续的萃取步骤。通过定量HPLC色谱确定水相中剩余的NMP含量。
如上所述用于乙酸乙酯的NMP萃取也以相同的比例用二丁基醚、甲苯、四氢呋喃、三氯甲烷和正丁醇进行。
用乙酸乙酯(图2中的数据组1)，达到5.7％的剩余的NMP浓度(图2中的点线)。这对应于在六个萃取步骤中从水相中除去89.8％的NMP(图2中的水平线条)。这个结果被三氯甲烷击败(数据组4)，三氯甲烷将NMP从水相中除去到无法检测到的程度。二丁基醚(数据组2，11.5％)和甲苯(数据组3，21.9％)显示出明显更差的结果。四氢呋喃(数据组5) 和正丁醇(数据组6)以单相体系结束。
结果总结在图2中。该图中的阴影条对应于NMP起始浓度，点线条对应于六个萃取步骤后的NMP浓度，水平线条对应于六个步骤中除去的NMP的相对量。
ii)用不同溶剂从水相中萃取DMSO
将17.28g的DMSO和15.13g的去离子水混合并转移至分液漏斗中。将15.20g的乙酸乙酯加入到该溶液中。将两相体系剧烈混合10分钟，然后分离各相。
记录两相的质量并在定量HPLC中对取自水相的样品进行分析。
在每步中用15.2g的乙酸乙酯从水相中萃取NMP，重复5次。每个单步后记录质量并进行定量HPLC测量。
如上所述用于乙酸乙酯的相同的萃取过程也用二丁基醚、甲苯、三氯甲烷、四氢呋喃和正丁醇进行。
结果总结在图3中。条的分配与上述图2相同。
用乙酸乙酯从水相中除去16.4％的DMSO(图3中的数据组1)。用三氯甲烷(数据组4， 28.3％)和四氢呋喃(数据组5，22.5％)获得了更好的结果。甲苯(数据组3，8.1％)和二丁醚(数据组2，6.7％)显示出甚至更低的DMSO除去能力。正丁醇(数据组6)没有显示出相分离。
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Claims (11)

1.一种通过氧化5-羟甲基-2-糠醛(HMF)制备2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的方法，所述HMF存在于高沸点极性溶剂和水的溶液中，其特征在于以下的组合
-第一氧化步骤，其中所述HMF在所述溶液中至少部分被氧化，以产生第一反应混合物，所述第一反应混合物包含选自由5-羟甲基呋喃-2-羧酸(HMFA)和5-甲酰基呋喃-2-羧酸(FFCA)组成的组的至少一种一元酸和，任选的FDCA
-所述第一氧化步骤后的萃取步骤，其中将所述高沸点极性溶剂通过萃取溶剂从所述第一反应混合物中萃取，其中所述至少一种一元酸保留在水相中，
-第二氧化步骤，其中将所述至少一种一元酸氧化成FDCA，
其中所述高沸点极性溶剂选自由极性非质子溶剂及其混合物组成的组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述高沸点极性溶剂选自由二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N,N-二甲基乙酰胺(DMA)以及它们的混合物组成的组。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述第一氧化步骤中
采用具有7.5至13.0的pKa值的碱，所述碱选自由磷酸盐类、碳酸盐类和它们的混合物组成的组。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述碱选自Na3PO4、Na2HPO4和它们的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述溶液在所述第一氧化步骤之前的含水量为1％至80％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述溶液在所述第一氧化步骤之前的含水量为30％至50％。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于用于所述萃取步骤的所述萃取溶剂选自由乙酸乙酯、三氯甲烷以及它们的混合物组成的组。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于用于所述第一氧化步骤或所述第二氧化步骤或两个氧化步骤的氧化剂选自氧气或空气的组。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述第一氧化步骤中，部分所述HMF保持未反应和/或被氧化成2,5-二甲酰基呋喃(DFF)，在所述萃取步骤中，将所述未反应的HMF和/或所述DFF从所述第一反应混合物中萃取。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于将所述萃取的未反应的HMF和/或所述萃取的DFF再循环到所述第一氧化步骤之前的所述溶液中。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述萃取步骤之后，将所述萃取溶剂和所述高沸点极性溶剂彼此分离。
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