CN110903267A - 一种含（四氢）呋喃取代基的烯酸化合物的合成方法 - Google Patents

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CN110903267A CN201811074308.5A CN201811074308A CN110903267A CN 110903267 A CN110903267 A CN 110903267A CN 201811074308 A CN201811074308 A CN 201811074308A CN 110903267 A CN110903267 A CN 110903267A
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Abstract

本发明公开了一种含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物的合成方法，其包括：在有催化剂存在的条件下，使含(四氢)呋喃取代基的醛与乙酸酐或乙酸酐混合物在130～200℃混合反应，生成(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物；所述催化剂包括弱碱性化合物。较之现有技术，本发明提供的合成方法的原料廉价易得，且反应时转化率较高、目标产物产率较高、安全环保、成本低、能耗少、反应时间短(尤其是在超声辅助反应的条件下)、催化剂易于回收(尤其是在采用固体催化剂的情况下)，是较为理想的含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物工业化生产方法。

Description

一种含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物的合成方法
技术领域
本发明涉及一种烯酸化合物的合成方法，具体涉及一种含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物的合成方法，属于有机化学技术领域。
背景技术
进入21世纪，随着石化产品对环境(海洋、土壤等)和人类健康带来的有害影响的日益突显，而石化产品的广泛使用和人们已形成的对石化产品的依赖使得研究人员积极寻求可再生的、健康、环保的绿色化学品以缓解环境的恶化和适应人们的需求。例如，为降低全世界广泛使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)这一类石油基塑料制品对石化资源和环境的影响，大量研究人员投入到生物基高分子材料如聚乳酸、聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)等的研发工作中，且以呋喃环官能团为代表的2,5-呋喃二甲酸被美国能源部筛选为十二种最具潜在价值的生物基化合物之一。
目前，呋喃类烯酸的报道较少，特别是两端可延展的化合物如5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸、2,5-呋喃二丙烯酸及其醚类或酯类衍生物，报道较多的是以糠醛为主要原料合成的α-呋喃丙烯酸，其主要用于医药、化妆品、香料、高分子材料、树脂合成。5-羟甲基-2-(四氢)呋喃丙烯酸、2,5-(四氢)呋喃二丙烯酸及其醚类或酯类衍生物这一类化合物的合成有利于丰富呋喃类产品种类，作为化学中间体用于高分子合成和医药、农药、香料、日化等的开发。
常用的合成α-呋喃丙烯酸的方法是以吡啶等作催化剂，用糠醛与丙二酸反应，产率往往在85％以上，甚至90％以上。例如，刘秀娟等通过糠醛与丙二酸的Knoevenagel缩合反应，一步合成α-呋喃丙烯酸.其中n(糠醛)∶n(丙二酸)∶n(吡啶)∶n(六氢吡啶)＝1:1.4:2.4:0.025,在95℃下回流2.5h后α-呋喃丙烯酸产率高达92.8％。CN102633756A公开了一种合成α-呋喃丙烯酸的新方法，即糠醛：丙二酸：吡啶：六氢吡啶＝1:1.3:1:0.01，超声清洗器中85±2℃反应2h，重结晶产率达85.5％。此外，以糠醛和丙二酸为原料的Knoevenagel中还可用氟化钾加聚乙二醇PEG400、固体酸催化剂(SO42-/ZrO2)、膨润土、树脂等作为催化剂的。US2017233325A涉及了用5-羟甲基糠醛(HMF)与丙二酸、哌啶、吡啶合成5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸，摩尔产率达95％。
虽然通过Knoevenagel反应途径制备呋喃类烯酸能获得较高的产率，但是丙二酸价格较高，且很多反应用到吡啶，对操作人员健康和环境有较大危害。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种合成含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物的新方法，其具有经济、环保等优点，从而克服了现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物的合成方法，其包括：在有催化剂存在的条件下，使含(四氢)呋喃取代基的醛与乙酸酐或乙酸酐混合物在130～200℃混合反应，生成(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物；所述催化剂包括弱碱性化合物。
在一些实施方案中，所述的合成方法具体包括：至少将含(四氢)呋喃取代基的醛、乙酸酐或乙酸酐混合物与催化剂混合，再加热至130～200℃并冷凝回流反应2～8h，且在反应过程中持续搅拌反应体系，以及在反应15～120min后开始减压至60～99.5KPa，直至反应结束，之后对所获反应混合物进行后处理，获得(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物。
在一些实施方案中，所述的合成方法具体包括：在有催化剂存在及超声辅助的条件下，使含(四氢)呋喃取代基的醛与乙酸酐或乙酸酐混合物在130～160℃混合反应，反应时间为2～60min，所用的超声功率为40～60kHz，并在反应结束后对所获反应混合物进行后处理，获得(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物。
在一些实施方案中，所述的后处理包括：在所述的反应结束后，向所获反应混合物加入足量的水或碱溶液溶解，之后去除所获混合液中的固形物，并以酸调节所述混合液的pH值≤2和/或进行重结晶处理，再分离获得含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物粗品。
在一些实施方案中，所述的酸包括但不局限于盐酸、硫酸磷酸、乙酸中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施方案中，所述重结晶处理是在水、乙酸、醇类、酰胺类试剂中的任意一种或两种以上的混合物中进行的。
在一些实施方案中，所述含(四氢)呋喃取代基的醛包括5-羟甲基糠醛、5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛、2,5-二甲酰基呋喃、2,5-二甲酰基四氢呋喃中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
在一些实施方案中，所述催化剂包括一元羧酸或二元羧酸的钠盐、一元羧酸或二元羧酸的钾盐、无水碳酸钾、碳酸氢钾、氟化钾、无水碳酸钙、无水碳酸镁、氧化钙、氧化镁、无水氢氧化钡、三乙胺、苯胺中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
在一些实施方案中，所述乙酸酐混合物包括乙酸酐与
Figure BDA0001800374930000032
分子筛和/或硫酸镁。优选地，所述
Figure BDA0001800374930000033
分子筛和/或硫酸镁的质量为所述乙酸酐与含(四氢)呋喃取代基的醛的总质量的0.01～5％。
在一些实施方案中，所述催化剂可以负载在固相载体上，所述固相载体包括氧化铝、氧化硅、粘土、活性碳或碳纳米管，且不限于此。
优选的，所述催化剂采用固体碱。在一些实施方案中，可以将前述催化剂负载在固相载体上形成所述的固体碱。
在一些实施方案中，所述含(四氢)呋喃取代基的醛分别为5-羟甲基糠醛、5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛、2,5-二甲酰基呋喃、2,5-二甲酰基四氢呋喃，而相应的含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物的结构分别如式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ、式Ⅳ所示：
Figure BDA0001800374930000031
其中，R1为-CH2OH或-CH2OOCCH3，R2为-CH＝CHCOOH，R3为-CHO或-CH＝CHCOOH，R4为-CH＝CHCOOH。
在一些实施方案中，所述含(四氢)呋喃取代基的醛为5-羟甲基糠醛或5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛，并且所述含(四氢)呋喃取代基的醛与乙酸酐或乙酸酐混合物的摩尔比为1:1～2.5。
在一些实施方案中，所述含(四氢)呋喃取代基的醛为2,5-二甲酰基呋喃或2,5-二甲酰基四氢呋喃，并且所述含(四氢)呋喃取代基的醛与乙酸酐或乙酸酐混合物的摩尔比为1:2～4。
在一些实施方案中，所述含(四氢)呋喃取代基的醛与催化剂的摩尔比为1:0.3～1.8。
进一步地，所述催化剂包括碳酸盐，并且所述含(四氢)呋喃取代基的醛与催化剂的摩尔比为1:0.3～0.8。
进一步地，所述催化剂包括羧酸盐，并且所述含(四氢)呋喃取代基的醛与催化剂的摩尔比为1:0.8～1.3。
进一步地，所述催化剂包括氟化钾，并且所述含(四氢)呋喃取代基的醛与催化剂的摩尔比为1:1.3～1.8。
进一步地，所述催化剂采用固体碱，并且所述催化剂与含(四氢)呋喃取代基的醛的用量比为2～12g:1mol。
进一步地，所述催化剂(不同于前述的碳酸盐、乙酸盐、氟化钾、固体碱等，例如可以是氧化钙、氧化镁、无水氢氧化钡、三乙胺、苯胺等)与含(四氢)呋喃取代基的醛的摩尔比为0.6-1.3:1。
在一些实施方案中，所述含(四氢)呋喃取代基的醛、乙酸酐在使用前均经过重蒸处理。
在一些实施方案中，所述催化剂采用无水试剂，且在使用前还经过干燥处理。
在一些实施方案中，所述的后处理还包括：在所述的反应结束后，向所获反应混合物加入能够与乙酸酐和/或乙酸反应的碱性物质，以除去其中的乙酸酐和/或乙酸，且当产物混合物为固体时，加入的碱性物质可以使含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物溶解，通过过滤除去固体催化剂，所述的碱包括碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氢氧化钙中的任意一种或两种以上的组合。
较之现有技术，本发明提供的合成方法的原料廉价易得，且反应时转化率较高、目标产物产率较高、安全环保、成本低、能耗少、反应时间短(尤其是在超声辅助反应的条件下)、催化剂易于回收(尤其是在采用固体催化剂的情况下)，是较为理想的含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物工业化生产方法。
具体实施方式
鉴于现有技术存在的诸多缺陷，本案发明人经长期研究和实践，得以提出本发明的技术方案，如下将予以更为详细的解释说明。
本发明实施例提供的含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物的合成方法包括：在有催化剂存在的条件下，使含(四氢)呋喃取代基的醛与乙酸酐或乙酸酐混合物在130～200℃混合反应，生成(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物；所述催化剂包括弱碱性化合物。
本发明实施例提供的合成方法的原理主要在于：使含(四氢)呋喃取代基的醛与乙酸酐在弱碱性化合物催化剂(如乙酸钠)存在条件下，混合物加热到较高的温度发生的perkin反应。以所述的醛是5-羟甲基糠醛(HMF)为例，本发明实施例所述的合成方法的反应方程式如下：
Figure BDA0001800374930000051
在本发明的一些较为具体的实施方案中，一种含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物的合成方法包括：将5-羟甲基糠醛、5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛、2,5-二甲酰基呋喃或2,5-二甲酰基四氢呋喃中的任意一种醛在催化剂(固体催化剂)催化条件下，加入乙酸酐或乙酸酐混合物，130～200℃加热或超声反应，生成(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物；再通过加水或碱溶液溶解(水的加入一方面是为了避免后续加酸时酸浓度过高而放热，另一方面是为了方便过滤除去固体沉淀包括催化剂和副产物，再一方面还为了使生成的烯酸更易于析出)，过滤除去固体催化剂和生成的沉淀副产物等，之后用酸调节滤液至pH值≤2，过滤后即得含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物粗品；
在一些更为具体地实施方案中，当原料中的醛为5-羟甲基糠醛时，则产物结构如式Ⅰ所示，当原料中的醛为5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛时，则产物结构如式Ⅱ所示：
Figure BDA0001800374930000052
R1为-CH2OH或是-CH2OOCCH3；R2为-CH＝CHCOOH。
其中，当原料中的醛为2,5-二甲酰基呋喃时，产物结构如式Ⅲ所示，当原料中的醛为2,5-二甲酰基四氢呋喃时，产物结构如式Ⅳ所示：
Figure BDA0001800374930000053
R3为-CHO或是-CH＝CHCOOH；R4为-CH＝CHCOOH。
在一些更为具体地实施方案中，当原料中的醛为5-羟甲基糠醛时，除5-羟甲基糠醛与乙酸酐反应生成5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸以外，生成的水会与乙酸酐形成乙酸，连同体系中原加入的乙酸会与5-羟甲基糠醛羟甲基上的羟基发生酯化反应，生成(2E)-3-{5-[(乙酰基氧基)甲基]-2-呋喃基}丙烯酸，而当所述的醛为5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛时，同上述原理一样，除生成5-羟甲基-四氢呋喃-2-丙烯酸外，也会生成(2E)-3-{5-[(乙酰基氧基)甲基]-2-四氢呋喃基}丙烯酸。在一些更为具体地实施方案中，当原料中的醛为2,5-二甲酰基呋喃或2,5-二甲酰基四氢呋喃时，同一分子上的两个醛基可能有一个先与乙酸酐反应生成5-甲酰基-2-呋喃丙烯酸或5-甲酰基-2-四氢呋喃丙烯酸，当乙酸酐足量时，另一个醛基才与乙酸酐进行Perkin反应，生成2,5-呋喃丙烯酸或2,5-四氢呋喃丙烯酸；反应可能是生成5-甲酰基-2-呋喃丙烯酸与2,5-呋喃丙烯酸同时进行，而非待全部5-羟甲基糠醛生成5-甲酰基-2-呋喃丙烯酸后再生成2,5-呋喃丙烯酸。2,5-二甲酰基四氢呋喃的反应原理同上述2,5-二甲酰基呋喃。
在一些实施方案中，所述的催化剂包括一元羧酸或二元羧酸的钠盐、一元羧酸或二元羧酸的钾盐以及无水碳酸钾、碳酸氢钾、氟化钾、无水碳酸钙、无水碳酸镁、氧化钙、氧化镁、无水氢氧化钡、三乙胺、苯胺，优选采用固体碱，以上试剂均为无水试剂，使用前需干燥。
在一些实施方案中，所述的催化剂可以负载在氧化铝、氧化硅、粘土、活性碳或者碳纳米管等固相载体上。
在一些实施方案中，所述的乙酸酐混合物为乙酸酐与
Figure BDA0001800374930000061
分子筛或硫酸镁的混合物，
Figure BDA0001800374930000063
分子筛或硫酸镁质量为乙酸酐和醛总质量的0.01～5％。加入
Figure BDA0001800374930000062
分子筛或硫酸镁可以吸收反应过程中脱除的水和原料中未除净的水，以减缓乙酸酐的水解，促进呋喃类烯酸化合物的生成。
在一些实施方案中，所述的醛为5-羟甲基糠醛、5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛时，醛与乙酸酐或乙酸酐混合物的摩尔比值为1:1～2.5。
在一些实施方案中，所述的醛为2,5-二甲酰基呋喃或2,5-二甲酰基四氢呋喃时，醛与乙酸酐或乙酸酐混合物物质的量比值为1:2～4。
在一些实施方案中，所述的醛与催化剂物质的量比值为1:0.3～1.8。催化剂含量较少时反应速率较低，当超过所需的含量后，继续增加催化剂含量不能提高反应速率，反应会对底物和产物有吸附作用，影响产率。当催化剂为碳酸盐时醛与催化剂物质的量比为1:0.3～0.8；当催化剂含乙酸盐时醛与催化剂物质的量比为1:0.8～1.3；当催化剂含氟化钾时醛与催化剂物质的量比为1:1.3～1.8；当催化剂为固体碱时，固体碱的质量为2～12g/mol醛；其他的催化剂使用量为醛的量的0.6-1.3倍较适宜。
在一些实施方案中，所述的醛与乙酸酐的反应可在油浴中加热至130～200℃并冷凝回流2～8h，反应过程需搅拌，反应15～120min后开始减压至60～99.5KPa，直至反应结束。此反应温度太低时反应不能进行，随着反应温度的升高，反应速率升高，但是温度过高时也会加速乙酸酐的水解，且易生成颜色较深的副产物。反应开始时不减压反应有利于反应体系充分混合，不易爆沸，使醛类物质快速反应，而不被减压蒸馏蒸出；当生成少量水后再减压，有利于反应体系中水的去除，使反应向呋喃类烯酸化合物生成的方向进行，从而提高产率。
进一步地，在本发明的合成方法中，所涉及的反应时间太短，反应不能充分进行，随着反应时间的延长，产率增加，超过8h后产率增长不显著，当反应温度较低时，需较长的反应时间才能使底物尽量反应完全；当反应温度较高时，需较短反应时间，反应时间过长还容易引起副反应发生，降低产率，产生杂质影响产品质量，因此在130～200℃温度范围内选择2～8h反应时间较合适。
在一些实施方案中，所述的醛与醛酐的反应可加热与40～60kHz超声同时进行，温度可适当降低至130～160℃，反应时间2～60min。
在一些实施方案中，所述的醛类原料与乙酸酐使用前均经重蒸以减少水对乙酸酐的影响，同时减少水对Perkin反应的抵制作用。
在一些实施方案中，所述的调节反应滤液所用的酸包括但不局限于盐酸、硫酸、磷酸、乙酸中一的种或几种的混合物，可以通过在水、乙酸、醇类、酰胺类试剂中的一种或几种混合物中重结晶提纯。因为产物在水、乙酸、醇类这几类试剂中溶解度较小，且溶解度随温度变化较大，用于重结晶较理想，而在酰胺类试剂中虽然溶解度较大，但是重结晶后产品脱色除杂效果较好，适用于批量结晶。
在一些实施方案中，所述的含烯酸取代基的呋喃类化合物生成后，通过添加碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氢氧化钙等碱性物质，使乙酸酐和乙酸反应完成，且当产物混合物为固体时，加入的碱可以使含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物溶解，再通过过滤除去固体催化剂。
在一些实施方案中，生成的含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物可以添加C1～C10的醇和固体酸催化剂进行酯化反应，生成酯。
本发明采用成本较低的乙酸酐作为原料进行含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物的合成，具有原料易得、成本低廉、毒性小、环境污染较少、产率高等优点，特别是，反应体系中通过加入
Figure BDA0001800374930000083
分子筛或硫酸镁可以很好的减少生成的水对产率的影响，而固体碱催化剂的使用可以在提高反应速率的同时更方便回收，具有非常好的应用前景。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的技术方案进行具体描述，但本发明并不限于这些实施例，该领域技术人员在本发明核心指导思想下做出的非本质改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
实施例1：本实施例以新蒸的5-羟甲基糠醛和乙酸酐为原料，将12.6g(0.1mol)5-羟甲基糠醛和14.2mL(0.15mol)乙酸酐、8g(0.08mol)无水碳酸钙和0.864g
Figure BDA0001800374930000084
分子筛置于100mL三颈圆底烧瓶中混合均匀，使n(5-羟甲基糠醛)：n(乙酸酐)：n(无水碳酸钙)＝1:1.5:0.8；于130℃油浴锅中以600rpm转速搅拌并冷凝回流30min后，减压至70KPa左右，继续反应4.5h。反应结束后自然冷却至100℃时加入1.5倍体积的水，再加入3mol/L氢氧化钠至沉淀不再减少，搅拌均匀后过滤除沉淀，用1:1盐酸调节滤液至pH值≤2，过滤后即得粗品晶体13.12g。经液相色谱仪检测，含5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸11.81g，摩尔产率为70.30％。5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸的结构式如下，其核磁数据1H NMR(400MHz,DMSO)δ(ppm)：4.44(s,H1),6.98(d,H2),6.53(d,H3),7.32(d,H4),6.20(d,H5)。
Figure BDA0001800374930000081
检测方法为称取0.1g样品溶于1000mL去离子水中，配成0.1g/L的溶液，经高压液相色谱仪(安捷伦1260)进行检测，样品经Agilent ZORBAX-C18分离，用甲醇和三氟乙酸水溶液为流动相梯度洗脱，二级管阵列检测器检测，5羟甲基糠醛和5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸吸收波长为278nm，外标法测定含量，5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸按式(I)计算摩尔产率：
Figure BDA0001800374930000082
n产物——生成产物的物质的量，单位为mol；
n初始HMF——初始5-羟甲基糠醛物质的量，单位为mol。
实施例2：本实施例用与实施例1相似的方式进行5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸的合成，区别在于，本实施例中采用的催化剂为MgCO3。n(5-羟甲基糠醛)：n(乙酸酐)：n(无水碳酸镁)＝1:1.5:0.3，于200℃油浴锅中以600rpm转速搅拌并冷凝回流30min后，减压至70KPa左右，继续反应3h。反应结束后自然冷却至100℃时加入1.5倍体积的水，再加入2mol/L氢氧化钾至沉淀不再减少，搅拌均匀后过滤除沉淀，用1:1盐酸调节滤液至pH值≤2，过滤后即得粗品晶体12.95g。根据实施例1的方法测定晶体成份，含5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸11.53g，摩尔产率为68.63％。
实施例3：本实施例用与实施例1相似的方式进行5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸的合成，区别在于，本实施例中采用超声辅助加热的方法进行反应，于160℃超声加热反应器中40kHz超声30min后反应结束，根据实施例1的方法得到产物晶体并测定晶体成份，得粗品晶体13.12g。根据实施例1的方法测定晶体成份，含5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸11.53g，摩尔产率为68.63％。
实施例4：本实施例用与实施例1相似的方式进行5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸的合成，区别在于，本实施例中采用的催化剂为K2CO3。n(5-羟甲基糠醛)：n(乙酸酐)：n(无水碳酸镁)＝1:1.5:0.55，采用超声辅助加热的方法进行反应，于130℃超声加热反应器中60kHz超声60min后反应结束，根据实施例1的方法得到产物晶体并测定晶体成份，得粗品晶体14.38g。根据实施例1的方法测定晶体成份，含5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸12.88g，摩尔产率为76.67％。
实施例5：本实施例用与实施例1相似的方式进行5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸的合成，区别在于，本实施例中采用的催化剂为K2CO3负载Al2O3固体碱催化剂。该催化剂的制备方法如下：将10g K2CO3溶于20mL蒸馏水,然后加入20g中性Al2O3,75℃下搅拌反应1h,再升高到120℃,将水蒸干,所得固体置于干燥箱中110℃干燥8h,即得K2CO3/Al2O3固体碱催化剂。
将12.6g(0.1mol)5-羟甲基糠醛和0.25mol乙酸酐、1.1g K2CO3/Al2O3固体碱催化剂和1.81g
Figure BDA0001800374930000091
分子筛于150℃油浴锅中以600rpm转速搅拌并冷凝回流60min后，减压至90KPa左右，继续反应2.5h。反应结束后自然冷却至100℃时加入1.8倍体积的水，再加入碳酸钠至沉淀不再减少，搅拌均匀后过滤除沉淀，用1:1硫酸调节滤液至pH值≤2，过滤后即得粗品晶体14.56g。根据实施例1的方法测定晶体成份，含5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸12.70g，摩尔产率为75.60％；含(2E)-3-{5-[(乙酰基氧基)甲基]-2-呋喃基}丙烯酸0.51g，摩尔产率为2.41％。将12.70g5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸粗晶体置于5ml乙酸中80℃回流0.5h，冷却后得到纯度为99.50％的5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸重结晶晶体。
实施例6：本实施例中用与实施例1相似的方式进行5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸的合成。区别在于：本实施例所采用的催化剂为KF/Al2O3固体碱催化剂，催化剂制备方法如下：称取KF，加入10：1的无水乙醇和聚乙二醇-400溶液，制得15％的KF溶液，加入适量的经520℃焙烧的Al2O3载体。将混合液升温至65℃左右充分搅拌，浸渍反应4h，减压蒸馏脱除乙醇和水，置于120℃真空干燥箱中干燥。取出后放入马弗炉中，在设定温度下焙烧活化6h，即得KF负载量为28％的KF/Al2O3固体碱催化剂。
将12.6g(0.1mol)5-羟甲基糠醛和0.1mol乙酸酐、0.9g KF/Al2O3固体碱催化剂和1.11g无水硫酸镁于160℃油浴锅中以600rpm转速搅拌并冷凝回流20min后，减压至80KPa左右，继续反应5.5h。
根据实施例1的方法获取粗品晶体和测定晶体成份，晶体中含5-羟甲基-2-呋喃丙烯酸13.72g，摩尔产率为81.67％；含(2E)-3-{5-[(乙酰基氧基)甲基]-2-呋喃基}丙烯酸0.64g，摩尔产率为3.05％。
实施例7：本实施例中用与实施例5相似的方式进行含呋喃取代基的烯酸类化合物的合成，区别在于：本实施例所采用的原料为2,5-二甲酰基呋喃。将12.4g(0.1mol)2,5-二甲酰基呋喃和0.28mol乙酸酐、1.2g K2CO3/Al2O3固体碱催化剂和1.81g
Figure BDA0001800374930000101
分子筛于150℃油浴锅中以600rpm转速搅拌并冷凝回流60min后，减压至90KPa左右，继续反应2.5h。反应结束后自然冷却至80℃时加入2.5倍体积的水，再加入氢氧化钾至沉淀不再减少，搅拌均匀后过滤除沉淀，用1:1硫酸调节滤液至pH值≤2，过滤后即得粗品晶体15.77g。根据实施例1的方法测定晶体成份，含5-甲酰基-2-呋喃丙烯酸10.66g，摩尔产率为64.21％；2,5-呋喃丙烯酸3.32g，摩尔产率为15.96％。
实施例8：本实施例中用与实施例7相似的方式进行含呋喃取代基的烯酸类化合物的合成，区别在于，本实施例中K2CO3/Al2O3固体碱催化剂为0.2g，乙酸酐为0.4mol，采用超声辅助加热的方法进行反应，于150℃超声加热反应器中60kHz超声20min。本实施例得粗品晶体15.77g。根据实施例1的方法测定晶体成份，含5-甲酰基-2-呋喃丙烯酸8.18g，摩尔产率为49.28％；2,5-呋喃丙烯酸1.04g，摩尔产率为5.00％。
实施例9：本实施例中用与实施例7相似的方式进行含呋喃取代基的烯酸类化合物的合成，区别在于：本实施例所采用的催化剂为乙酸钠。将12.4g(0.1mol)2,5-二甲酰基呋喃和0.35mol乙酸酐、8.20g(0.1mol)乙酸钠和1.82g
Figure BDA0001800374930000111
分子筛于180℃油浴锅中以600rpm转速搅拌并冷凝回流20min后，减压至90KPa左右，继续反应4h。反应结束后自然冷却至100℃时加入1.5倍体积的水，再加入氢氧化钾至沉淀不再减少，搅拌均匀后过滤除沉淀，用1:1盐酸调节滤液至pH值≤2，过滤后即得粗品晶体15.89g。根据实施例1的方法测定晶体成份，含5-甲酰基-2-呋喃丙烯酸9.17g，摩尔产率为55.22％；2,5-呋喃丙烯酸5.57g，摩尔产率为26.78％。将粗晶体置于8ml水中90℃回流1h，冷却后得到纯度为99％的5-甲酰基-2-呋喃丙烯酸重结晶晶体。
实施例10：本实施例中用与实施例9相似的方式进行含呋喃取代基的烯酸类化合物的合成，区别在于：本实施例所采用的催化剂为丙酸钾。n(2,5-二甲酰基呋喃)：n(乙酸酐)：n(丙酸钾)＝1：2：1.3，反应温度为190℃，冷凝回流20min后，减压至90KPa左右，继续反应2h。根据实施例9的方法获得产物晶体并测定晶体成份，晶体中含5-甲酰基-2-呋喃丙烯酸9.53g，摩尔产率为57.41％；2,5-呋喃丙烯酸4.89g，摩尔产率为23.51％。
实施例11：本实施例以新蒸的5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛和乙酸酐为原料，将13.0g(0.1mol)5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛和14.2mL(0.15mol)乙酸酐、1.02g CaO/KF/高岭土催化剂和0.864g
Figure BDA0001800374930000112
分子筛置于100mL三颈圆底烧瓶中混合均匀，使n(5-羟甲基糠醛)：n(乙酸酐)＝1:1.5；于150℃油浴锅中以600rpm转速搅拌并冷凝回流40min后，减压至70KPa左右，继续反应3h。
催化剂制备方法如下：将质量约为2g的高岭土(105℃干燥)浸于含有质量为1gCaO和一定量的KF的30mL去离子水中，搅拌3h，然后加热挥发溶剂，80℃干燥箱中干燥12h。将催化剂研磨成粉末后，300℃马弗炉中焙烧3.5h。
用气相色谱仪(安捷伦7890)进行含四氢呋喃取代基的烯酸化合物的测定，色谱柱为HP-5(安捷伦)、用氢焰检测器，检测温度250℃，采用程序升温的方法(120～250℃)进行样品的分离和测定，样品可先用甲醇溶解。经检测，反应液中含5-羟甲基-四氢呋喃-2-丙烯酸12.31g，摩尔产率71.55％。
实施例12：本实施例中用与实施例11相似的方式进行含呋喃取代基的烯酸类化合物的合成，区别在于：本实施例所采用的催化剂为K2CO3/柱层析硅胶的固体催化剂，催化剂含量为0.6g，催化剂制备方法如下：
取一定量的K2CO3溶于适量的蒸馏水中，再加入适量的柱层析硅胶，充分搅拌，然后在60℃下搅拌50min，逐渐升温，把水分蒸干，取出固体，在120℃烘箱里面烘烤一段时间，研细，得到K2CO3/柱层析硅胶的固体催化剂。于190℃油浴锅中反应2h后，测得反应液中含5-羟甲基-四氢呋喃-2-丙烯酸12.91g，摩尔产率75.08％；(2E)-3-{5-[(乙酰基氧基)甲基]-2-四氢呋喃基}丙烯酸摩尔产率2.03％。
实施例13：本实施例中用与实施例7相似的方式进行含呋喃取代基的烯酸类化合物的合成，区别在于：本实施例所采用的原料为2,5-二甲酰基四氢呋喃，150℃油浴锅中以600rpm转速搅拌并冷凝回流120min后，减压至90KPa左右，继续反应6h。测得产物中5-甲酰基-2-四氢呋喃丙烯酸摩尔产率为54.33％；2,5-四氢呋喃丙烯酸摩尔产率为9.11％。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书中列出的其它原料和条件等进行了试验，并同样实现了含烯酸取代基的呋喃类化合物的高产率制备。
需要说明的是，在本文中，在一般情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的步骤、过程、方法或者实验设备中还存在另外的相同要素。
应当理解，以上较佳实施例仅用于说明本发明的内容，除此之外，本发明还有其他实施方式，但凡本领域技术人员因本发明所涉及之技术启示，而采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物的合成方法，其特征在于包括：在有催化剂存在的条件下，使含(四氢)呋喃取代基的醛与乙酸酐或乙酸酐混合物在130～200℃混合反应，生成(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物；所述催化剂包括弱碱性化合物。
2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于具体包括：至少将含(四氢)呋喃取代基的醛、乙酸酐或乙酸酐混合物与催化剂混合，再加热至130～200℃并冷凝回流反应2～8h，且在反应过程中持续搅拌反应体系，以及在反应15～120min后开始减压至60～99.5KPa，直至反应结束，之后对所获反应混合物进行后处理，获得(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物。
3.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于具体包括：在有催化剂存在及超声辅助的条件下，使含(四氢)呋喃取代基的醛与乙酸酐或乙酸酐混合物在130～160℃混合反应，反应时间为2～60min，所用的超声功率为40～60kHz，并在反应结束后对所获反应混合物进行后处理，获得(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物。
4.如权利要求2或3所述的合成方法，其特征在于，所述的后处理包括：在所述的反应结束后，向所获反应混合物加入足量的水或碱溶液溶解，之后去除所获混合液中的固形物，并以酸调节所述混合液的pH值≤2和/或进行重结晶处理，分离获得含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物粗品。
5.如权利要求1-3中任一项所述的合成方法，其特征在于：所述含(四氢)呋喃取代基的醛包括5-羟甲基糠醛、5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛、2,5-二甲酰基呋喃、2,5-二甲酰基四氢呋喃中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述催化剂包括一元羧酸或二元羧酸的钠盐、一元羧酸或二元羧酸的钾盐、无水碳酸钾、碳酸氢钾、氟化钾、无水碳酸钙、无水碳酸镁、氧化钙、氧化镁、无水氢氧化钡、三乙胺、苯胺中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述乙酸酐混合物包括乙酸酐与
Figure FDA0001800374920000011
分子筛和/或硫酸镁，所述
Figure FDA0001800374920000012
分子筛和/或硫酸镁的质量为所述乙酸酐与含(四氢)呋喃取代基的醛的总质量的0.01～5％；和/或，所述催化剂负载在固相载体上，所述固相载体包括氧化铝、氧化硅、粘土、活性碳或碳纳米管；和/或，所述含(四氢)呋喃取代基的醛与催化剂的摩尔比为1:0.3～1.8。
6.如权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述含(四氢)呋喃取代基的醛分别为5-羟甲基糠醛、5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛、2,5-二甲酰基呋喃、2,5-二甲酰基四氢呋喃，而相应的含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物的结构分别如式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ、式Ⅳ所示：
Figure FDA0001800374920000021
其中，R1为-CH2OH或-CH2OOCCH3，R2为-CH＝CHCOOH，R3为-CHO或-CH＝CHCOOH，R4为-CH＝CHCOOH；
和/或，所述含(四氢)呋喃取代基的醛为5-羟甲基糠醛或5-羟甲基-四氢呋喃-2-甲醛，并且所述含(四氢)呋喃取代基的醛与乙酸酐或乙酸酐混合物的摩尔比为1:1～2.5，或者，所述含(四氢)呋喃取代基的醛为2,5-二甲酰基呋喃或2,5-二甲酰基四氢呋喃，并且所述含(四氢)呋喃取代基的醛与乙酸酐或乙酸酐混合物的摩尔比为1:2～4。
7.根据权利要求1或5所述的合成方法，其特征在于：所述催化剂包括碳酸盐，并且所述含(四氢)呋喃取代基的醛与催化剂的摩尔比为1:0.3～0.8；或者，所述催化剂包括羧酸盐，并且所述含(四氢)呋喃取代基的醛与催化剂的摩尔比为1:0.8～1.3；或者，所述催化剂包括氟化钾，并且所述含(四氢)呋喃取代基的醛与催化剂的摩尔比为1:1.3～1.8；或者，所述催化剂采用固体碱，并且所述催化剂与含(四氢)呋喃取代基的醛的用量比为2～12g:1mol；或者，所述催化剂与含(四氢)呋喃取代基的醛的摩尔比为0.6-1.3:1。
8.如权利要求4所述的合成方法，其特征在于：所述的酸包括但不局限于盐酸、硫酸磷酸、乙酸中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述重结晶处理是在水、乙酸、醇类、酰胺类试剂中的任意一种或两种以上的混合物中进行的。
9.如权利要求1-3中任一项所述的合成方法，其特征在于：所述含(四氢)呋喃取代基的醛、乙酸酐在使用前均经过重蒸处理；和/或，所述催化剂采用无水试剂，且在使用前还经过干燥处理。
10.如权利要求2或3所述的合成方法，其特征在于，所述的后处理还包括：在所述的反应结束后，向所获反应混合物加入能够与乙酸酐和/或乙酸反应的碱性物质，以除去其中的乙酸酐和/或乙酸，并使固态的含(四氢)呋喃取代基的烯酸化合物溶解，所述的碱性物质包括碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氢氧化钙中的任意一种或两种以上的组合。
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