CN109651307B - 一种纤维类中药渣制备呋喃衍生物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维类中药渣制备呋喃衍生物的方法，通过构建温度敏感型类离子液体相变体系，将纤维类中药渣中纤维多糖高效转化为呋喃衍生物的同时有效地回收了木质素组分，实现了生物质全组分有效分离和利用，且所用反应试剂易于有效回收，相比其他呋喃衍生物制备过程，本方法可持续性更好、应用潜力更大。

Description

一种纤维类中药渣制备呋喃衍生物的方法
技术领域：
本发明涉及，具体涉及一种纤维类中药渣制备呋喃衍生物的方法。
背景技术：
糠醛、5-羟甲基糠醛等呋喃衍生物是重要的生物质平台化合物，其活泼的醛基和醇羟基，使其用于合成各种高附加值化合物，从而广泛应用于材料、医药、农药等行业。糠醛主要以富含木糖的原料如木聚糖(CN103172600A)、玉米芯等为底物，而5-羟甲基糠醛主要以果糖(CN104844543A)和蔗糖(CN103467418B)为原料，虽然也有以葡萄糖(CN105254601B，CN103951639A)和纤维素(CN103159707A)为底物的报道，但后者转化效率更低。真实木质纤维素生物质来源丰富、实用性更强，但其结构非常复杂，已有报道方法是否适用于真实生物质仍需探讨。
一般而言，呋喃衍生物转化过程中，酮糖如木酮糖、果糖比醛糖如木糖、葡萄糖所需的活化能更低。所以，路易斯酸催化剂或异构酶常被引入呋喃衍生物的制备过程，来降低过程能耗，提高目标产物收率。但这些异构催化物通常溶于反应体系，难以被再次利用或效率降低。
纤维类中药渣是一种富含纤维多糖的有机废弃物，通常被简单地焚烧、填埋、堆肥或用作动物饲料。
发明内容：
本发明的目的是提供一种纤维类中药渣制备呋喃衍生物的方法，通过构建温度敏感型类离子液体相变体系，将纤维类中药渣中纤维多糖高效转化为呋喃衍生物的同时有效地回收了木质素组分，且所用反应试剂易于有效回收。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种纤维类中药渣制备呋喃衍生物的方法，该方法包括以下步骤：
1)将甲酸、氯化胆碱混合制得类离子液体，之后加入纤维类中药渣原料，纤维类中药渣质量浓度为5％-20％，并依据纤维类中药渣中木糖组分的量添加氯化锡催化剂，在80-140℃下等温或变温反应30min-2h，进行水解及脱水转化得到反应后混合体系；所述甲酸和氯化胆碱摩尔比为8：1-12：1，氯化锡与纤维类中药渣中木糖组分的摩尔比为6:1-12:1；
2)将步骤1)反应后的混合体系冷后固液分离得固相物A和液相物；所述固相物A与水混合，其水不溶物为未反应的纤维类中药渣，水溶物烘干后得到氯化胆碱与氯化锡混合粉末；所述液相物进行减压分级蒸馏，分别获得甲酸、5-羟甲基糠醛、糠醛，蒸馏后所得固相物B与水混合，其水不溶物为木质素，水溶物烘干后得到氯化胆碱粉末。
步骤1)所述在80-140℃下等温反应30min-2h，指整个反应过程中维持80-140℃间单一温度不变；所述在80-140℃下变温反应30min-2h，指先在80-120℃的低温下反应将纤维类中药渣高聚糖水解为低聚糖或单糖，进一步在120-140℃的高温下反应进行单糖脱水转化为呋喃衍生物。
本发明的特点和技术优势在于：
1)以纤维类中药渣为原料直接制备呋喃化合物，利于相关产业可持续发展；
2)所涉及类离子液体相变体系，在高温下为液相，利于反应传热传质，在室温下反应试剂自然重结晶为固体，利于回收再利用。
3)在实现纤维类中药渣中多糖转化为呋喃衍生物的同时，有效地回收了木质素组分；
总之，本发明通过构建温度敏感型类离子液体相变体系，将纤维类中药渣中纤维多糖高效转化为呋喃衍生物的同时有效地回收了木质素组分，实现了生物质全组分有效分离和利用，且所用反应试剂易于有效回收，相比其他呋喃衍生物制备过程，本方法可持续性更好、应用潜力更大。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
将甲酸和氯化胆碱按照摩尔比8:1混合制得类离子液体，加入某医院纤维类中药渣使其底物质量浓度为5％，并依据该纤维类中药渣中木糖组分的量，按照氯化锡与纤维类中药渣中木糖组分的摩尔比为12：1添加氯化锡催化剂，在140℃下反应30min，进行水解及脱水等反应，糠醛的摩尔收率为55％，5-羟甲基糠醛摩尔收率为69％，反应后的混合体系，室温冷却并固液分离，固相物A主要成分为未反应的纤维类中药渣及重结晶的氯化胆碱与氯化锡，其与水混合，水不溶物为未反应的纤维类中药渣(约为初始质量的20％)，水溶物烘干后得到氯化胆碱与氯化锡混合粉末；液相物减压分级蒸馏，分别回收甲酸、5-羟甲基糠醛、糠醛，蒸馏后所得固体物B加水搅拌混合，其水不溶物为木质素，该木质素纯度为95％，水溶物烘干后得到氯化胆碱粉末。
实施例2：
将甲酸和氯化胆碱按照摩尔比10:1混合制得类离子液体，加入纤维类中药渣使其底物质量浓度为10％，并依据该纤维类中药渣中木糖组分的量，按照氯化锡与纤维类中药渣中木糖组分的摩尔比为8：1添加氯化锡催化剂，先在80℃下反应30min，将其高聚糖水解为低聚糖或单糖，进一步在140℃下反应5min进行单糖脱水转化为呋喃衍生物，糠醛的摩尔收率为65％，5-羟甲基糠醛摩尔收率为84％，反应后的混合体系，室温冷却并固液分离，固相物A主要成分为未反应的纤维类中药渣及重结晶的氯化胆碱与氯化锡，其与水混合，水不溶物为未反应的纤维类中药渣(约为初始质量的5％)，水溶物烘干后得到氯化胆碱与氯化锡混合粉末；液相物减压分级蒸馏，分别回收甲酸、5-羟甲基糠醛、糠醛，蒸馏后所得固体物B加水搅拌混合，其水不溶物为木质素，该木质素纯度为92％，水溶物烘干后得到氯化胆碱粉末。
实施例3：
将甲酸和氯化胆碱按照摩尔比12:1混合制得类离子液体，加入纤维类中药渣使其底物质量浓度为20％，并依据该纤维类中药渣中木糖组分的量，按照氯化锡与纤维类中药渣中木糖组分的摩尔比为10：1添加氯化锡催化剂，在120℃下反应2h进行水解及脱水等反应，糠醛的摩尔收率为65％，5-羟甲基糠醛摩尔收率为25％，反应后的混合体系，室温冷却并固液分离，固相物A主要成分为未反应的纤维类中药渣及重结晶的氯化胆碱与氯化锡，其与水混合，水不溶物为未反应的纤维类中药渣(约为初始质量的30％)，水溶物烘干后得到氯化胆碱与氯化锡混合粉末；液相物减压分级蒸馏，分别回收甲酸、5-羟甲基糠醛、糠醛，蒸馏后所得固体物B加水搅拌混合，其水不溶物为木质素，该木质素纯度为98％，水溶物烘干后得到氯化胆碱粉末。
以上实施例证明，利用以上所述温度敏感型类离子液体相变体系，可以直接将纤维类中药渣转化为呋喃衍生物，同时反应试剂自然重结晶而易于回收；在实现纤维类中药渣中多糖转化为呋喃衍生物的同时，有效地回收了木质素组分，实现了生物质全组分有效分离和利用。

Claims (2)

1.一种纤维类中药渣制备呋喃衍生物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将甲酸、氯化胆碱混合制得类离子液体，之后加入纤维类中药渣原料，纤维类中药渣质量浓度为5％-20％，并依据纤维类中药渣中木糖组分的量添加氯化锡催化剂，在80-140℃下等温或变温反应30min-2h，进行水解及脱水转化得到反应后混合体系；所述甲酸和氯化胆碱摩尔比为8：1-12：1，氯化锡与纤维类中药渣中木糖组分的摩尔比为6:1-12:1；
2)将步骤1)反应后的混合体系冷后固液分离得固相物A和液相物；所述固相物A与水混合，其水不溶物为未反应的纤维类中药渣，水溶物烘干后得到氯化胆碱与氯化锡混合粉末；所述液相物进行减压分级蒸馏，分别获得甲酸、5-羟甲基糠醛、糠醛，蒸馏后所得固相物B与水混合，其水不溶物为木质素，水溶物烘干后得到氯化胆碱粉末。
2.根据权利要求1所述纤维类中药渣制备呋喃衍生物的方法，其特征在于，步骤1)所述在80-140℃下等温反应30min-2h，指整个反应过程中维持80-140℃间单一温度不变；所述在80-140℃下变温反应30min-2h，指先在80-120℃的低温下反应将纤维类中药渣高聚糖水解为低聚糖或单糖，进一步在120-140℃的高温下反应进行单糖脱水转化为呋喃衍生物。
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