CN115385882A - 一种制备δ-己内酯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备δ‑己内酯的方法,属于生物质催化转化技术领域。本发明提供了一种制备精细化工高端化合物的新途径。以铂或钯改性的氧化铼、氧化钒或氧化钼为催化剂,将葡萄糖内酯一步转化为δ‑己内酯。根据本发明提供的技术,使得生产δ‑己内酯的工作系统成本大幅度降低且催化剂循环稳定性高,具有良好的工业应用前景。本发明不仅为δ‑己内酯的绿色合成提供了一条新路线,也为生物质催化转化提供了新的思路。

Description

一种制备δ-己内酯的方法
技术领域
本发明属于生物质催化转化技术领域,本发明涉及一种制备δ-己内酯的新方法。
背景技术
δ-己内酯是一种高附加值精细化工化学品,广泛用于杏仁、樱桃、黄油、奶油等食用香精,也用于烟草香精;它是制取δ-羟基己酸及其盐类的原料;它还是一种潜在的可生物降解材料聚合单体,在社会发展与日常生活中有着重要作用。
现有制备δ-己内酯的方法主要以γ-乙酰丁酸为原料,用钠汞齐还原,然后进行酸化,或将δ-溴代己酸与水煮沸制取或由2-甲基环戊酮制得。其工艺条件繁琐和原料成本较高,导致δ-己内酯的市场报价极高。
目前,合成δ-己内酯的中国专利较少,其中申请号为CN202011246880.2的专利,介绍一种δ-己内酯香料的合成方法。以乙酰乙酸乙酯为起始原料制备δ-己内酯:第一步生成乙酰基琥珀酸酯,随后生成乙酰丁酸,然后通过贵金属催化剂加氢制备δ-己内酯。但其技术反应工艺过于繁琐,且碱会对设备造成腐蚀,破坏设备。
葡萄糖内酯是一种来源广泛的生物质衍生化合物,以葡萄糖内酯为起始原料,将其转化为δ-己内酯。不仅是一种绿色化学工艺,且仅需一步反应即可生成目标产物δ-己内酯。解决了多步反应的高成本、低收率及低纯度的技术问题。
以生物质及其衍生物为原料制备高附加值化学品对我们构建绿色的生活方式具有重要意义。因此,开发一种基于生物质原料的一步法制δ-己内酯并应用稳定性良好的多相催化剂,具有非常高的经济效益及环境效益。
发明内容
本发明公开了一种制备δ-己内酯的方法,属于生物质催化转化技术领域。本发明旨在提供一种以来源广泛的生物质单体葡萄糖衍生物——葡萄糖内酯为起始原料,生成δ-己内酯的新方法。与传统方法相比,原料成本大幅降低。本技术具有良好的工业应用前景,符合绿色化工的要求。
本发明的技术方案:
一种制备δ-己内酯的方法,以葡萄糖内酯为底物,以改性DODH为催化剂,反应温度区间为140-180℃,反应时间4-48h,H2压力为1-12MPa,搅拌的速率为500~1500rpm,制备得到δ-己内酯。
进一步,所述的催化剂与葡萄糖内酯的质量比为0.01~1,葡萄糖内酯在反应体系中的浓度为1-10g/L。
进一步,一定温度范围为140-180℃。
进一步,所述的改性DODH指的是通过浸渍法将活性组分金属铂或金属钯与活性组分氧化铼负载在载体上,控制金属铂或金属钯与金属氧化物的质量比为0.05~0.2。
本发明的有益效果:
1.反应工艺简单,根据反应条件的调节,一步实现葡萄糖内酯脱羟基制备δ-己内酯,多相催化工艺易于回收利用,有利于工业放大。
2.相比于其他金属催化剂,不需要在反应前进行还原,本发明的催化剂制备完成后,可以放置很长时间,反应前不需要再次还原。
3.以生物质衍生物拓展新的催化新反应,具有良好经济性。
具体实施方式
下面将详述本发明具体实施方式,进一步理解本发明的目的、技术方案以及有益效果。但应该声明,本发明并不因此受限于这些实施案例。
实施例1:
用去离子水分别溶解硝酸钯和高铼酸铵,以石墨烯为催化剂载体,使用共浸渍法制备改性DODH催化剂,氧化铼和钯的负载量分别为10wt%和1wt%,在氮气气氛下于500℃焙烧4小时(加热速率为5℃/min),将其标记为ReOx-Pd/GO。
实施例2:
用去离子水分别溶解硝酸四氨合铂和高铼酸铵,以石墨烯为催化剂载体,使用共浸渍法制备改性DODH催化剂,氧化铼和铂的负载量分别为10wt%和1wt%,在氮气气氛下于500℃焙烧4小时(加热速率为5℃/min),将其标记为ReOx-Pt/GO。
实施例3:
用去离子水分别溶解硝酸钯和仲钼酸铵,以石墨烯为催化剂载体,使用共浸渍法制备改性DODH催化剂,氧化钼和钯的负载量分别为10wt%和1wt%,在氮气气氛下于500℃焙烧4小时(加热速率为5℃/min),将其标记为MoOx-Pd/GO。
实施例4:
用去离子水分别溶解硝酸钯和偏钒酸铵,以石墨烯为催化剂载体,使用共浸渍法制备改性DODH催化剂,氧化钒和钯的负载量分别为10wt%和1wt%,在氮气气氛下于500℃焙烧4小时(加热速率为5℃/min),将其标记为VOx-Pd/GO。
实施例5:
考察活性金属的影响。首先将20mg不同催化剂、25mg葡萄糖内酯和10mL甲醇加入高压反应釜中。用氢气吹扫5次后,在室温下向反应釜中注入2MPa的氢气。然后,反应器加热到140℃(升温速度5℃/min),反应24h,反应结果见表1。
表1催化性能评价
催化剂 底物转化率(mol%) 产物收率(mol%)
ReOx-Pd/GO >99 90
ReOx-Pt/GO >99 63
MoOx-Pd/GO 45 25
VOx-Pd/GO 31 15
尽管浸渍法是催化剂制备的常见技术,在此基础上,钼和钒作为同样的亲氧过渡金属,其氧化物也是常用的脱羟基催化剂。但是对于生物质衍生的葡萄糖内酯脱羟基制备δ-己内酯反应来说,氧化铼的催化性能远远高于其他金属氧化物。换言之,将浸渍法和脱羟基反应结合起来不能得到本技术。本申请权利要求保护的技术方案对所属技术领域的技术人员来说是并非是显而易见的,本发明的技术方案具有突出的实质性特点和显著的进步。
实施例6:
考察反应温度对产物收率的影响。首先将20mg的ReOx-Pd/GO、25mg葡萄糖内酯和10mL甲醇加入高压反应釜中。用氢气吹扫5次后,在室温下向反应釜中注入2MPa的氢气。然后,反应器加热到100℃、120℃、140℃、160℃、180℃(升温速度5℃/min),反应24h,反应结果见表2。
表2温度对反应的影响
Figure BDA0003824291540000041
Figure BDA0003824291540000051
评估了该反应的合适反应区间,反应温度高于140℃底物即可近乎完全转化,进一步提高反应温度尽管可以缩短反应时间但会导致副反应的发生。
实施例7:催化剂循环利用的考评。
将实施例6中,取140℃下,反应24h后的催化剂,对其进行离心,真空干燥回收。将20mg的循环催化剂、25mg葡萄糖内酯和10mL甲醇加入高压反应釜中。用氢气吹扫5次后,在室温下向反应釜中注入2MPa的氢气。然后,反应器加热到140℃(升温速度5℃/min),反应24h,该催化剂循环利用5次,反应结果见表3。
表3催化剂稳定性测试
循环次数 底物转化率(mol%) 产物收率(mol%)
1 >99 90
2 >99 88
3 >99 92
4 >99 87
5 >99 89
多相催化剂是主要优点即可循环性,在本发明提供的技术方案中,改性DODH催化剂在生物质衍生的葡萄糖内酯催化脱羟基制δ-己内酯中展现了良好的循环稳定性。

Claims (5)

1.一种制备δ-己内酯的方法,其特征在于,以葡萄糖内酯为底物,以改性DODH为催化剂,采用反应釜为反应器,在一定温度范围内,反应时间为4-48h,H2压力为1-12MPa,搅拌的速率为500~1500rpm,制备得到δ-己内酯。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的催化剂与葡萄糖内酯的质量比为0.01~1,葡萄糖内酯在反应体系中的浓度为1-10g/L。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的一定温度范围为140-180℃。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法,其特征在于,所述的改性DODH指的是通过浸渍法将活性组分金属铂或金属钯与活性组分氧化铼负载在载体上,控制金属铂或金属钯与金属氧化物的质量比为0.05~0.2。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述的载体为石墨烯或氧化石墨烯。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MASAZUMI TAMURA等: "Transformation of Sugars into Chiral Polyols over aHeterogeneous Catalyst", ANGEW.CHEM. INT. ED., vol. 57, pages 8058 *
WEIPING DENG等: "Efficient Catalysts for the Green Synthesis of Adipic Acid from Biomass", ANGEW.CHEM.INT. ED., vol. 60, pages 4712 *

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