CN109694364A - 碱式碳酸锆超低温催化糠醛到糠醇的方法 - Google Patents

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曹靖劼
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Abstract

本发明公开了一种通过碱式碳酸锆超低温催化糠醛到糠醇的方法，反应过程为：将糠醛、异丙醇和碱式碳酸锆装入高压反应釜中，混合均匀，密封后在室温～100℃下搅拌反应0～6天，冷却后得到糠醇溶液。该反应在室温反应5天以上具有90％以上的产率，在100℃反应两小时以上同样具有90％以上的产率，且实验过程操作简便，成本低廉，反应温度很低，具有良好的工业生产前景。

Description

碱式碳酸锆超低温催化糠醛到糠醇的方法
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域，尤其涉及一种通过碱式碳酸锆超低温催化糠醛到糠醇的方法。
背景技术
众所周知，人类的生存和发展越来越离不开能源。随着世界能源需求的快速增长，煤炭，石油和天然气等常规能源最终将耗尽。因此，寻求持续提供燃料和化学品的可再生资源已引起广泛关注，这也是目前可再生资源研究的热点。生物质资源因其储量大、可再生、成本低等特点被视为一种很有前途的资源。糠醛是一种可由生物质转化制备的重要化工原料，由其衍生出的化工产品可达一千多种，因此对糠醛的研究具有深远的现实意义。而糠醇，化学名：2-羟甲基呋喃，是一种重要的有机原料，广泛应用于合成纤维、橡胶、树脂、香料、医药和农药中间体等行业，最大的消费量为制造合成纤维及呋喃树脂，在我国占比达80％～90％，其中糠醇树脂可制得耐寒性能优异的增塑剂。
糠醇是经过糠醛羰基选择性加氢的产品，通常工业生产糠醇主要采用Cu-Cr系催化剂，该催化剂污染性较高，不符合可持续发展的理念。目前的发展方向主要集中在寻找无毒催化剂，包括金属(Pt，Pd，Ru，Ir，Fe，Ni和Cu)和双金属(Pt-，Ni-，Fe-和Cu-M)负载型催化剂。然而，这些催化剂需要有外源氢的参与才能进行糠醛的选择性催化转化。目前，利用非外源氢分子，即催化转移加氢还原糠醛制备糠醇已经成为一种绿色且经济有效的方法，这些研究主要集中在脂肪醇类氢供体上。
CN 106749120A公开了一种在外源氢的条件下，以碳酸钙和二氧化硅负载的铜基催化剂，在206～208℃，6.38～6.58MPa氢气条件下制备糠醇，表现出较好的催化活性，但需要外源氢气提供还原力，而且需要高温高压，不符合绿色安全发展的理念。
CN 106543115A公开了一种用γ-Fe2O3@HAP为催化剂，异丙醇作为溶剂，在180℃，10bar N2条件下催化糠醛转移加氢制备糠醇，反应12h糠醇得率93.2％。该反应温度偏高，时间偏长，而且产品得率不高，分离困难，成本较高。
CN 108191797A公开了一种用CuO-BaO作催化剂，甲酸作氢源，催化糠醛制备糠醇的方法，在170℃，反应时间1h，得到96.7％产率，且催化剂重复利用性能好。但是其用甲酸作为氢源，对反应设备具有一定腐蚀性，且反应温度较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种易于制备的碱式碳酸锆催化剂，在低温下，实现糠醛催化转移氢化加氢制备糠醇的方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明所采用的技术方案是，通过碱式碳酸锆作催化剂，在异丙醇溶液中低温催化转移氢化糠醛到糠醇，具体实验按照以下步骤进行：
将糠醛、异丙醇和碱式碳酸锆装入高压反应釜中，混合均匀，密封后在室温到100℃下磁力搅拌反应0～6天，冷却后得到糠醇溶液。
进一步的，密封后在80℃搅拌下反应5h。
进一步的，所述糠醛：异丙醇：碱式碳酸锆按照(0.1-1mmol)：(10-30mL)：(0.01-0.4g)的比例混合。
优选的，所述糠醛：异丙醇：碱式碳酸锆的优选比例为：0.67mmol：20mL：0.1g。
进一步的，所述碱式碳酸锆催化剂的制备方法为：将4.293g Zr(NO3)4˙5H2O溶于60mL去离子水中，室温下搅拌几分钟；随后，用1mol˙L-1Na2CO3溶液调PH至7，搅拌十分钟，静置过夜；随后抽滤，用去离子水洗涤四五次，置于80℃烘箱干燥5h；随后研磨，最终得到碱式碳酸锆。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种通过碱式碳酸锆低温下来催化糠醛到糠醇的方法，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明应用碱式碳酸锆，在低温异丙醇溶剂中，催化转移氢化糠醛到糠醇。
2、本发明的催化剂廉价易得，催化性能稳定，可重用性好，并且整个反应不需要在氢气环境下加氢，一系列流程温度都控制在100℃以下，即使到室温(26℃)也能反应。具有较强工业生产的操作安全性，具有非常好的工业化应用潜力。
3、本发明使用异丙醇同时作为氢供体和反应媒介，不需要外部氢源和其他溶剂，反应体系简单，有利于目标产物的分离。
4、本发明通过催化转移氢化糠醛，合成糠醇。
5、本发明的催化剂极其容易制备，经济性好。
附图说明
图1是本发明实施例1中产物糠醇和糠醇标准品的气相色谱对照图。其中，A为糠醇标准样品；B为产物的气相色谱图；
保留时间7.21min是糠醇；
保留时间5.66min是糠醛；
图2是本发明实施例1中碱式碳酸锆的红外图。其中的峰位基本与碱式碳酸锆的对应化学键相对应。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
一种易于制备的碱式碳酸锆催化剂，在低温下，实现糠醛催化转移加氢制备糠醇的方法，具体按照以下步骤进行：
将一定量的糠醛、异丙醇和一定量的碱式碳酸锆催化剂装入高压反应釜中，混合均匀，密封后在室温～100℃下磁力搅拌反应0～6天，优选为80℃下反应5h，冷却后得到糠醛溶液。
其中，糠醛：异丙醇：碱式碳酸锆催化剂按照(0.1-1mmol)：(10-30mL)：(0.01-0.4g)的比例混合。
优选的，糠醛：异丙醇：碱式碳酸锆催化剂按照(0.67mmol)：(20mL)：(0.1g)的比例混合。
其中，碱式碳酸锆催化剂的制备方法为：4.293g Zr(NO3)4˙5H2O溶于60mL去离子水中，室温下搅拌几分钟；随后，用1mol˙L-1Na2CO3溶液调PH至7，搅拌十分钟，静置过夜；随后抽滤，用去离子水洗涤四五次，置于80℃烘箱干燥5h；随后研磨，最终得到碱式碳酸锆。
反应后的产物是糠醇。
实施例1
将0.67mmol糠醛、0.1g碱式碳酸锆、20ml异丙醇放入高压反应釜中，混合均匀，密闭反应釜后，在80℃下搅拌反应5h，待反应釜冷却后，待测。
其中碱式碳酸锆催化剂的制备方法为4.293g Zr(NO3)4˙5H2O溶于60mL去离子水中，室温下搅拌几分钟；随后，用1mol/L Na2CO3溶液调PH至7，搅拌十分钟，静置过夜；随后抽滤，用去离子水洗涤四五次，置于80℃烘箱干燥5h；随后研磨，最终得到碱式碳酸锆。
如图1所示，利用气相色谱-质谱联用仪(TRACE DSQ GC-MS)对所得溶液进行检测。根据浓度-峰面积标准曲线和产物峰面积，可计算出产物中糠醇的产率为94.12％。
图2可得，对应标准的碱式碳酸锆红外图谱，催化剂是碱式碳酸锆。
实施例2
将0.67mmol糠醛、0.1g碱式碳酸锆、20ml异丙醇放入高压反应釜中，混合均匀，密闭反应釜后，在室温下搅拌反应6天，待反应釜冷却后，待测。
其中碱式碳酸锆催化剂的制备方法为4.293g Zr(NO3)4˙5H2O溶于60mL去离子水中，室温下搅拌几分钟；随后，用1mol/L Na2CO3溶液调PH至7，搅拌十分钟，静置过夜；随后抽滤，用去离子水洗涤四五次，置于80℃烘箱干燥5h；随后研磨，最终得到碱式碳酸锆。
利用气相色谱-质谱联用仪(TRACE DSQ GC-MS)对所得溶液进行检测。根据浓度-峰面积标准曲线和产物峰面积，可计算出产物中糠醇的产率为95.49％。
实施例3
将0.67mmol糠醛、0.1g碱式碳酸锆、20ml异丙醇放入高压反应釜中，混合均匀，密闭反应釜后，在40℃下搅拌反应60h，待反应釜冷却后，待测。
其中碱式碳酸锆催化剂的制备方法为4.293g 4.293g Zr(NO3)4˙5H2O溶于60mL去离子水中，室温下搅拌几分钟；随后，用1mol/L Na2CO3溶液调PH至7，搅拌十分钟，静置过夜；随后抽滤，用去离子水洗涤四五次，置于80℃烘箱干燥5h；随后研磨，最终得到碱式碳酸锆。
利用气相色谱-质谱联用仪(TRACE DSQ GC-MS)对所得溶液进行检测。根据浓度-峰面积标准曲线和产物峰面积，可计算出产物中糠醇的产率为98.81％。
实施例4
将0.67mmol糠醛、0.1g碱式碳酸锆、20ml异丙醇放入高压反应釜中，混合均匀，密闭反应釜后，在60℃下搅拌反应14h，待反应釜冷却后，待测。
其中碱式碳酸锆催化剂的制备方法为4.293g 4.293g Zr(NO3)4˙5H2O溶于60mL去离子水中，室温下搅拌几分钟；随后，用1mol/L Na2CO3溶液调PH至7，搅拌十分钟，静置过夜；随后抽滤，用去离子水洗涤四五次，置于80℃烘箱干燥5h；随后研磨，最终得到碱式碳酸锆。
利用气相色谱-质谱联用仪(TRACE DSQ GC-MS)对所得溶液进行检测。根据浓度-峰面积标准曲线和产物峰面积，可计算出产物中糠醇的产率为97.61％。
实施例5
将0.67mmol糠醛、0.1g碱式碳酸锆、20ml异丙醇放入高压反应釜中，混合均匀，密闭反应釜后，在100℃下搅拌反应2h，待反应釜冷却后，待测。
其中碱式碳酸锆催化剂的制备方法为4.293g 4.293g Zr(NO3)4˙5H2O溶于60mL去离子水中，室温下搅拌几分钟；随后，用1mol/L Na2CO3溶液调PH至7，搅拌十分钟，静置过夜；随后抽滤，用去离子水洗涤四五次，置于80℃烘箱干燥5h；随后研磨，最终得到碱式碳酸锆。
利用气相色谱-质谱联用仪(TRACE DSQ GC-MS)对所得溶液进行检测。根据浓度-峰面积标准曲线和产物峰面积，可计算出产物中糠醇的产率为95.53％。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种通过碱式碳酸锆超低温催化糠醛到糠醇的方法，其特征在于：将糠醛、异丙醇和碱式碳酸锆装入高压反应釜中，混合均匀，密封后在升温到100℃下搅拌反应0～6天，冷却后得到糠醇溶液。
2.根据权利要求1所述的通过碱式碳酸锆超低温催化糠醛到糠醇的方法，其特征在于：密封后升温到80℃搅拌下反应5h。
3.根据权利要求1所述的通过碱式碳酸锆超低温催化糠醛到糠醇的方法，其特征在于：所述糠醛：异丙醇：碱式碳酸锆按照(0.1-1mmol)：(10-30mL)：(0.01-0.4g)的比例混合。
4.根据权利要求3所述的通过碱式碳酸锆超低温催化糠醛到糠醇的方法，其特征在于：所述糠醛：异丙醇：碱式碳酸锆的比例为：0.67mmol：20mL：0.1g。
5.根据权利要求1所述的通过碱式碳酸锆超低温催化糠醛到糠醇的方法，其特征在于：所述碱式碳酸锆催化剂的制备方法为：将4.293g Zr(NO3)4˙5H2O溶于60mL去离子水中，室温下搅拌几分钟；随后，用1mol˙L-1Na2CO3溶液调PH至7，搅拌十分钟，静置过夜；随后抽滤，用去离子水洗涤四五次，置于80℃烘箱干燥5h；随后研磨，最终得到碱式碳酸锆。
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