CN110003149A - 一种常压下用冰醋酸催化木糖萃取生产糠醛的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种常压下冰醋酸催化木糖萃取生产糠醛的方法，包括如下步骤：1)向木糖溶液中加入醋酸、氯化铁和邻苯二甲酸二甲酯，使醋酸的浓度为3％‑6％，v/v，氯化铁的浓度为5％‑10％，质量百分数；邻苯二甲酸二甲酯的加入体积占混合溶液的总体积的50‑70％；反应过程中对反应体系不断搅拌；2)反应完毕后，静置设定时间，使反应体系静置分层，将下层萃取相输送至蒸馏塔分离粗糠醛和邻苯二甲酸二甲酯；3)分离得到的邻苯二甲酸二甲酯循环回步骤2)中，用作糠醛的萃取剂，分离得到的粗糠醛经过蒸馏，得到精制糠醛。

Description

一种常压下用冰醋酸催化木糖萃取生产糠醛的方法
技术领域
本发明属于糠醛制备技术领域，具体涉及一种常压下冰醋酸催化木糖萃取生产糠醛的方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
糠醛，又名呋喃甲醛，糠醛分子结构中存在醛基、双烯、环醚等官能团，所以它兼具醛、醚、二烯和芳香烃化合物的性质，其独特的化学结构可以发生氧化、氢化、缩合等反应，被广泛地应用于医药、石油化工、食品添加剂等多个生产领域。但是糠醛只能通过农林产品水解生成，不能通过化工合成制得。植物纤维中主要含有纤维素、半纤维素和木质素，其中主要是半纤维素中含有的戊聚糖水解先生成戊糖，再由戊糖水解生产糠醛。
目前是采用醋酸作为催化剂催化木糖发生脱水反应制备糠醛，并采用萃取剂萃取制备得到的糠醛，反应体系一般是采用高压，并采用200℃的高温以保证反应和萃取的顺利进行。发明人发现，反应体系采用高压时，需要采用高压容器，存在一定的安全隐患，反应体系温度过高，糠醛在萃取剂中的溶解度和萃取速度显著下降，难以及时将反应水相中的糠醛转移至萃取剂中，水相中的糠醛在酸性环境、加热的条件下发生副反应，显著降低糠醛的收率。
发明内容
针对克服以上现有技术的不足，本发明的目的是提供一种常压下冰醋酸催化木糖萃取生产糠醛的方法。
为了解决以上问题，本发明技术方案为：
一种常压下冰醋酸催化木糖萃取生产糠醛的方法，包括如下步骤：
1)向木糖溶液中加入醋酸、氯化铁和邻苯二甲酸二甲酯，醋酸的体积浓度为3％-6％，氯化铁的质量百分数为5％-10％；邻苯二甲酸二甲酯的加入体积占混合溶液的总体积的50-70％；反应过程中对反应体系不断搅拌；
2)反应完毕后，静置设定时间，使反应体系静置分层，将下层萃取相输送至蒸馏塔分离粗糠醛；
3)粗糠醛经过蒸馏，得到精制糠醛。
本发明的有益效果为：
步骤1)中，氯化铁可以降低木糖的反应温度，体系的反应温度较低时，糠醛在邻苯二甲酸二甲酯中的分配系数较大，减少了在反应水相中的残留，以减少糠醛的副反应，并提高糠醛的收率。同时，氯化铁还可以减小醋酸在萃取剂中的分配系数，增大反应水相中的醋酸的浓度，保证糠醛的顺利生产。而且由于醋酸较完全地溶于水相中，分离得到的萃取剂相仅需要将第一步蒸馏分离糠醛和萃取剂，第二步蒸馏分离糠醛和副反应产物即可，无需再进一步分离糠醛和醋酸，节省了糠醛的生产程序。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种常压下冰醋酸催化木糖萃取生产糠醛的方法，包括如下步骤：
1)向木糖溶液中加入醋酸、氯化铁和邻苯二甲酸二甲酯，醋酸的体积浓度为3％-6％，氯化铁的质量百分数为5％-10％；邻苯二甲酸二甲酯的加入体积占混合溶液的总体积的50-70％；反应过程中对反应体系不断搅拌；
2)反应完毕后，静置设定时间，使反应体系静置分层，将下层萃取相输送至蒸馏塔分离粗糠醛；
3)粗糠醛经过蒸馏，得到精制糠醛。
步骤1)中，氯化铁可以降低木糖的反应温度，体系的反应温度低时，糠醛在邻苯二甲酸二甲酯中的分配系数较大，减少了在反应水相中的残留，以减少糠醛的副反应，并提高糠醛的收率。同时，氯化铁还可以减小醋酸在萃取剂中的分配系数，增大反应水相中的醋酸的浓度，保证糠醛的顺利生产。而且由于醋酸较完全地溶于水相中，分离得到的萃取剂相仅需要将第一步蒸馏分离糠醛和萃取剂，第二步蒸馏分离糠醛和副反应产物即可，无需再进一步分离糠醛和醋酸，节省了糠醛的生产程序。
在一些实施例中，步骤1)中，木糖的质量浓度为10-15％。
在一些实施例中，步骤1)中，反应的时间为30-45min，反应的温度为125-150℃，反应的压强为1个大气压。
进一步的，反应的时间为35-40min，反应的温度为140-145℃。
在一些实施例中，步骤1)中，醋酸的浓度为5％，v/v；氯化铁的浓度为6-8％，质量百分数；邻苯二甲酸二甲酯的加入体积与混合溶液的体积比为1:1。
在一些实施例中，步骤2)中，静置的时间为5-10min。
在一些实施例中，步骤2)中，反应体系静置分层后的下层萃取相循环至反应体系中重复萃取。
进一步的，萃取的时间为5-10min。
进一步的，萃取剂循环萃取的次数为2-4次。以保证将制备得到的糠醛萃取完全。
在一些实施例中，步骤2)中，蒸馏塔内塔底的温度为180-200℃，塔体内温度为150-180℃。
实施例1
一种常压下冰醋酸催化木糖萃取生产糠醛的方法，包括如下步骤：
1)向50ml，质量分数为12％的木糖溶液中加入醋酸、氯化铁和邻苯二甲酸二甲酯，醋酸的体积浓度为5％，氯化铁的质量百分数为8％；邻苯二甲酸二甲酯占整个反应体系的体积分数为50％；反应过程中对反应体系不断搅拌；反应的温度为145℃，时间为40min，压强为1个大气压；
2)反应完毕后，静置8min，使反应体系静置分层，在下方出料口导出萃取剂；含有糠醛的萃取剂，进入初馏塔，塔底温度为200℃，塔体内温度为180℃，塔顶气体为糠醛气体。糠醛气体经冷凝变为液体粗糠醛，液体粗糠醛进入精馏塔进行精馏，得到精糠醛。初馏塔内剩余未气化的液体为萃取液，经蒸发冷凝纯化后重复使用，重新进入反应罐萃取糠醛。糠醛的收率为93％。本发明中糠醛收率为实际分离得到的糠醛的量与样品中生产糠醛的理论值的比值。1分子木糖脱掉3分子水，生成1分子的糠醛。根据反应起始的木糖质量，可以计算出木糖的摩尔数，继而得到生成糠醛理论质量。根据反应结束后收集到的糠醛质量，可以计算出实际值与理论值的比值。
实施例2
一种常压下冰醋酸催化木糖萃取生产糠醛的方法，包括如下步骤：
1)向50ml，质量分数为20％的木糖溶液中加入醋酸、氯化铁和邻苯二甲酸二甲酯，醋酸的体积浓度为6％，氯化铁的质量百分数为10％；邻苯二甲酸二甲酯的加入体积占混合溶液的总体积的60％；反应过程中对反应体系不断搅拌；反应的温度为125℃，时间为45min，压强为1个大气压；
2)反应完毕后，静置5-10min，使反应体系静置分层，在下方出料口导出萃取剂；含有糠醛的萃取剂，进入初馏塔，塔底温度为180℃，塔体内温度为150℃，塔顶气体为糠醛气体。糠醛气体经冷凝变为液体粗糠醛，液体粗糠醛进入精馏塔进行精馏，得到精糠醛。初馏塔内剩余未气化的液体为萃取液，经蒸发冷凝纯化后重复使用，重新进入反应罐萃取糠醛。糠醛的收率为91％。
实施例3
一种常压下冰醋酸催化木糖萃取生产糠醛的方法，包括如下步骤：
1)向50ml，质量分数为15％的木糖溶液中加入醋酸、氯化铁和邻苯二甲酸二甲酯，醋酸的体积浓度为3％，氯化铁的质量百分数为5％；邻苯二甲酸二甲酯占整个反应体系的体积分数为70％；反应过程中对反应体系不断搅拌；反应的温度为125℃，时间为30min，压强为1个大气压；
2)反应完毕后，静置5-10min，使反应体系静置分层，在下方出料口导出萃取剂；含有糠醛的萃取剂，进入初馏塔，塔底温度为200℃，塔体内温度为180℃，塔顶气体为糠醛气体。糠醛气体经冷凝变为液体粗糠醛，液体粗糠醛进入精馏塔进行精馏，得到精糠醛。初馏塔内剩余未气化的液体为萃取液，经蒸发冷凝纯化后重复使用，重新进入反应罐萃取糠醛。糠醛的收率为89.5％。
对比例1
与实施例1的区别为：采用邻硝基甲苯作为萃取剂，其他条件相同，糠醛的收率为83％。
对比例2
与实施例1的区别为：采用乙酸乙酯作为萃取剂，其他条件相同，糠醛的收率为76％。
对比例3
与实施例1的区别为：采用对硝基甲苯作为萃取剂，其他条件相同，糠醛的收率为78％。
对比例4
与实施例1的区别为：采用间硝基甲苯作为萃取剂，其他条件相同，糠醛的收率为80％。
对比例5
与实施例1的区别为：步骤1)中不加入氯化铁，其他条件相同，糠醛的收率为50％。
对比例6
与实施例1的区别为：步骤1)中加入的氯化铁替换为氯化钠，其他条件相同，糠醛的收率为60％。
对比例7
与实施例1的区别为：邻苯二甲酸二甲酯占整个反应体系的体积分数为45％，其他条件相同，糠醛的收率为81％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种常压下冰醋酸催化木糖萃取生产糠醛的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)向木糖溶液中加入醋酸、氯化铁和邻苯二甲酸二甲酯，醋酸的体积浓度为3％-6％，氯化铁的质量百分数为5％-10％；邻苯二甲酸二甲酯的加入体积占混合溶液的总体积的50-70％；反应过程中对反应体系不断搅拌；
2)反应完毕后，静置设定时间，使反应体系静置分层，将下层萃取相输送至蒸馏塔分离粗糠醛；
3)粗糠醛经过蒸馏，得到精制糠醛。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，木糖的浓度为10-15％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，反应的时间为30-45min，反应的温度为125-150℃，反应的压强为1个大气压。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：反应的时间为35-40min，反应的温度为140-145℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，醋酸的浓度为5％，v/v；氯化铁的浓度为6-8％，质量百分数；邻苯二甲酸二甲酯的加入体积与混合溶液的体积比为1:1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)中，静置的时间为5-10min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)中，反应体系静置分层后的下层萃取相循环至反应体系中重复萃取。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：萃取的时间为5-10min。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：萃取剂循环萃取的次数为2-4次。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)中，蒸馏塔内塔底的温度为180-200℃，塔体内温度为150-180℃。
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