DE102008009933A1 - Preparing 5-hydroxymethylfurfural, useful e.g. to manufacture pharmaceutical products such as fungicides, comprises thermally reacting carbohydrates in ionic liquid and discharging formed 5-hydroxymethylfurfural using extracting agent - Google Patents

Preparing 5-hydroxymethylfurfural, useful e.g. to manufacture pharmaceutical products such as fungicides, comprises thermally reacting carbohydrates in ionic liquid and discharging formed 5-hydroxymethylfurfural using extracting agent Download PDF

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Abstract

Preparing 5-hydroxymethylfurfural (HMF) comprises thermally reacting carbohydrates, preferably monosaccharides, in an ionic liquid and discharging the formed HMF by an extracting agent, where: the extracting agent does not or slightly soluble in the ionic liquid, which is dibutyl ether, the ionic liquid phase containing the carbohydrates is contacted with steam in a room temperature heated zone to form an ionic liquid phase separated extraction phase with a density lower than the ionic liquid phase for the continuous discharge of the extracting agent by reactive extraction of dissolved HMF. ACTIVITY : Fungicide. MECHANISM OF ACTION : None given.

Description

Die Erfindung betrifft ein neuartiges, reaktivextraktives Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von 5-Hydroxymethylfurfural aus Kohlenhydraten, insbesondere Monosacchariden, mit Hilfe ionischer Flüssigkeiten.The The invention relates to a novel reactive extractive process for the continuous production of 5-hydroxymethylfurfural Carbohydrates, in particular monosaccharides, with the aid of ionic Liquids.

5-Hydroxymethylfurfural (im Folgenden auch HMF genannt) ist ein intramolekulares Dehydratisierungsprodukt von Hexosen mit der allgemeinen Formel I.5-hydroxymethyl furfural (also called HMF in the following) is an intramolecular dehydration product of hexoses of general formula I.

Figure 00010001
Figure 00010001

Nachwachsende Rohstoffe, wie Stärke, Cellulose, Saccharose oder Inulin, sind preiswerte Ausgangssubstanzen zur Herstellung von Hexosen, wie Glucose und Fructose.renewable Raw materials such as starch, cellulose, sucrose or inulin, are inexpensive starting materials for the production of hexoses, like glucose and fructose.

HMF besitzt u. a. antibakterielle und korrosionsinhibierende Eigenschaften. Aus chemischer Sicht zeigt es multifunktionellen Charakter mit einer reichhaltigen Folgechemie. Beispielsweise ist es ohne große Schwierigkeiten möglich, daraus Furfuryldialkohol, -dialdehyd und -dicarbonsäure sowie deren Derivate herzustellen; desgleichen fuhrt die Hydrierung des Ringes zu difunktionellen 2,5-Tetrahydrofuranderivaten. Auch an C-2 und C-5 unterschiedlich substituierte difunktionelle Furanderivate sind aus HMF gut zugänglich. Es wird daher erwartet, dass HMF und 2,5-Furandicarbonsäure als Plattformchemikalien zur Herstellung von auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Polymeren, pharmazeutischen Produkten wie Fungiziden, Liganden in der Katalyse, in bildgebenden Verfahren, in elektrooptischen Geräten etc. zunehmend Bedeutung zukommen wird. Auch die Anwendung in der Krebstherapie wird aktuell diskutiert (z. B. K. Michail, V. Matzi, A. Maier, R. Herwig, J. Greilberger, H. Juan, O. Kunert, R. Wintersteiger: Hydroxymethylfurfural: an enemy or a friendly xenobiotic? A bioanalytical approach, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 387, 2007, 2801–2814 ). Im Moment wird die industrielle Nutzung des HMF jedoch durch die sehr hohen Herstellungskosten verhindert, die aus aufwendigen und komplexen Produkttrennungsverfahren resultieren. HMF ist im Prinzip eine Zwischenstufe der dehydratisierenden Zersetzung von Hexosen zur Levulinsäure und Ameisensäure, d. h., es kommt entscheidend auf den Zeitpunkt an, zu dem die Reaktion beendet wird. Damit wird die Abtrennung von HMF von den Ausgangssacchariden und Nebenprodukten zu einem wichtigen Schritt bei seiner Herstellung. Als Ausgangsstoffe für eine, auch im großen Maßstab durchführbare Herstellung von HMF, kommen neben Glucose und Fructose insbesondere fructoseenthaltende Kohlenhydrate, Saccharose, Fructosesirupe, z. B. high fructose corn syrup (HFCS, Iso-glucose), Mutterlaugen der Fructosekristallisation oder polymere Fructoside, wie Inulin, in Frage. Selbst die Inulin enthaltende Zichorie (Inulingehalt ca. 18%) eignet sich direkt oder als mit Wasser gemischtes Mus für die Herstellung einer fructoseenthaltenden Lösung. Da Glucose, auch in polymerer Form als Stärke bzw. Cellulose, durch Photosynthese in nahezu unbegrenzter Menge durch die Natur synthetisiert wird und Glucose durch eine Isomerisierung zu Fructose umsetzbar ist, kommen als Ausgangsstoffe zur Synthese von HMF auch Invertzucker, hydrolysiertes Holz, Abfälle aus der Papier- und Holzindustrie sowie Maisstärke in Frage, die in großen Mengen leicht zugänglich sind.HMF has antibacterial and corrosion inhibiting properties. From a chemical point of view, it shows multifunctional character with a rich following chemistry. For example, it is possible without great difficulty to produce furfuryldialcohol, -dialdehyde and -dicarboxylic acid and derivatives thereof; Likewise, the hydrogenation of the ring leads to difunctional 2,5-tetrahydrofuran derivatives. Different difunctional furan derivatives substituted at C-2 and C-5 are also readily accessible from HMF. It is therefore expected that HMF and 2,5-furandicarboxylic acid will become increasingly important as platform chemicals for the production of polymers based on renewable raw materials, pharmaceutical products such as fungicides, ligands in catalysis, in imaging processes, in electro-optical devices, etc. The use in cancer therapy is also currently being discussed (eg K. Michail, V. Matzi, A. Maier, R. Herwig, J. Greilberger, H. Juan, O. Kunert, R. Wintersteiger: Hydroxymethylfurfural: an enemy or a friendly xenobiotic? A bioanalytical approach, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 387, 2007, 2801-2814 ). At the moment, however, the industrial use of the HMF is prevented by the very high production costs that result from complex and complex product separation processes. HMF is, in principle, an intermediate in the dehydrating decomposition of hexoses to levulinic acid and formic acid, that is, it is crucial to the time at which the reaction is terminated. Thus, the separation of HMF from the starting saccharides and by-products becomes an important step in its production. In addition to glucose and fructose, fructose-containing carbohydrates, sucrose, fructose syrups, eg. B. high fructose corn syrup (HFCS, iso-glucose), mother liquors of fructose crystallization or polymeric fructosides, such as inulin, in question. Even the inulin-containing chicory (inulin content about 18%) is suitable directly or as mus mixed with water for the preparation of a fructose-containing solution. Since glucose, even in polymeric form as starch or cellulose is synthesized by photosynthesis in almost unlimited amount by nature and glucose can be converted by an isomerization to fructose, come as starting materials for the synthesis of HMF and invert, hydrolyzed wood, waste from the Paper and wood industry and corn starch, which are easily accessible in large quantities.

Besonders geeigneter Ausgangsstoff für die Herstellung von HMF sind Mutterlaugen der Fructosekristallisation.Especially suitable starting material for the production of HMF Mother liquors of fructose crystallization.

Die Umsetzung von Monosacchariden, wie beispielsweise die Fructose, zu HMF wird allgemein als intramolekulare Kondensationsreaktion verstanden, bei der pro Mol Monosaccharidbaustein drei Mol Wasser freiwerden. Wie andere Kondensationen verläuft auch diese säurekatalysiert. Es ist bekannt, dass bei Verwendung sehr starker Säuren oder bei hohen Reaktionstemperaturen verschiedene Nebenprodukte gebildet werden. Neben Levulinsäure und Ameisensäure treten vor allem braun-schwarze Verbindungen in zum Teil nicht vernachlässigbaren Mengen auf, die als Humine bezeichnet werden ( EP 0230250 A2 ). Diese senken, nicht zuletzt weil ein weiterer Aufreinigungsschritt notwenig ist, die Effizienz eines Prozesses beträchtlich.The conversion of monosaccharides, such as, for example, fructose, to HMF is generally understood as an intramolecular condensation reaction in which three moles of water are released per mole of monosaccharide unit. Like other condensations, this acid catalyzes. It is known that when using very strong acids or at high reaction temperatures, various by-products are formed. In addition to levulinic acid and formic acid, especially brown-black compounds occur in sometimes non-negligible amounts, which are referred to as humins ( EP 0230250 A2 ). Not least because a further purification step is necessary, these significantly reduce the efficiency of a process.

Interessanter Weise ist die Bildung von Nebenprodukten abhängig von der Ausgangskonzentration der Monosaccharidlösung: Je höher diese ist, umso höher sind auch die Bildungsraten für die Nebenprodukte ( B. F. M. Kuster, H. S. Van der Baan: The influence of the initial and catalyst concentrations an the dehydration of D-fructose, Carbohydrate Research, 54, 1977, 165–176 ; Y. Román-Leshkov, J. N. Chheda, J. A. Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose, Science, 312, 2006, 1933–1937 ; US 3,071,599 ).Interestingly, the formation of by-products is dependent on the starting concentration of the monosaccharide solution: the higher this is, the higher the formation rates for the by-products ( BFM Kuster, HS Van der Baan: The influence of the initial and catalyst concentrations on the dehydration of D-fructose, Carbohydrate Research, 54, 1977, 165-176 ; Y. Román-Leshkov, JN Chheda, JA Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose, Science, 312, 2006, 1933-1937 ; US 3,071,599 ).

Aus chemischer Sicht sollte die Herstellung von HMF in möglichst verdünnten Lösungen geschehen, wobei sich der mit großen Lösungsmittelvolumina zunehmende verfahrenstechnische Aufwand in Grenzen halten muss.Out From a chemical point of view, the production of HMF should be as possible dilute solutions happen, with the with large solvent volumes increasing procedural Effort must be kept within limits.

Die Produktion von HMF muss grundsätzlich in drei Prozessschritte unterteilt werden:

  • a) Synthese
  • b) Produkttrennung
  • c) Produktreinigung.
The production of HMF basically has to be subdivided into three process steps:
  • a) Synthesis
  • b) Product separation
  • c) product cleaning.

Die Synthese des HMF stellt grundsätzlich kein großes Problem dar und wurde bereits ausführlich in der wissenschaftlichen sowie Schutzrechtsliteratur beschrieben. Einige dieser Ansätze (Säurekatalyse und katalysatorfreie Reaktionen) werden im Folgenden beispielhaft aufgeführt.The Synthesis of HMF is basically not a big one Problem and has already been extensively in the scientific and intellectual property literature. Some of these approaches (Acid catalysis and catalyst-free reactions) listed below by way of example.

Die Kondensation von Monosacchariden zu HMF wird durch Säuren katalysiert, zum Beispiel mit HCl bei 100°C–200°C und Normaldruck, in Wasser ( B. F. M. Kuster, H. S. Van der Baan: The influence of the initial and catalyst concentrations of the dehydration of D-fructose, Carbohydrate Rearch, 54, 1977, 165–176 ; B. F. M. Kuster: The influence of water concentration an the dehydration of D-fructose, Carbohydrate Rearch, 54, 1977, 177–183 ; JP 2005232116 ; JP 2005200321 ), in Polyethylenglykol ( B. F. M. Kuster, J. Laurens: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural Part II. Dehydration of fructose in a tube reactor using polyethyleneglycol as solvent, Starch/Stärke, 29, 1977, 172–176 ; B. F. M. Kuster: The influence of water concentration an the dehydration of D-fructose, Carbohydrate Research, 54, 1977, 177–183 ) oder in zweiphasigen Systemen (wässrigem DMSO/Methylisobutylketon + 2-Butanol). Schwefelsäure wurde bei 180°C und 20 MPa in unter- oder überkritischen Aceton/Wassergemischen ( M. Bicker, J. Hirth, H. Vogel: Dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural in sub- and supercritical acetone, Green Chemistry, 5, 2004 280–284 ) sowie in unter- oder überkritischem Wasser ( M. Watanabe, Y. Aizawa, T. Lida, T. M. Aida, C. Levy, K. Sue, H. Inomata: Glucose reactions with acid and base catalyst in hot compressed water at 473 K, Carbohydrate Research, 340, 2005, 1925–1930 ; US 2,851,468 ) oder Wasser ( EP 0230250 ; US 4,400,468 ) verwendet.The condensation of monosaccharides to HMF is catalyzed by acids, for example with HCl at 100 ° C-200 ° C and atmospheric pressure, in water ( BFM Kuster, HS Van der Baan: The Influence of the Initial and Catalyst Concerns of the Dehydration of D-fructose, Carbohydrate Rearch, 54, 1977, 165-176 ; BFM Kuster: The Influence of Water Concentration on the Dehydration of D-fructose, Carbohydrate Rearch, 54, 1977, 177-183 ; JP 2005232116 ; JP 2005200321 ), in polyethylene glycol ( BFM Kuster, J. Laurens: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural Part II. Dehydration of fructose in a tube reactor using polyethylene glycol as solvent, Starch / Stärke, 29, 1977, 172-176 ; BFM Kuster: The Influence of Water Concentration on the Dehydration of D-fructose, Carbohydrate Research, 54, 1977, 177-183 ) or in two-phase systems (aqueous DMSO / methyl isobutyl ketone + 2-butanol). Sulfuric acid was treated at 180 ° C and 20 MPa in subcritical or supercritical acetone / water mixtures ( M. Bicker, J. Hirth, H. Vogel: Dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural in sub and supercritical acetone, Green Chemistry, 5, 2004 280-284 ) as well as in subcritical or supercritical water ( M. Watanabe, Y. Aizawa, T. Lida, TM Aida, C. Levy, K. Sue, H. Inomata: Glucose Reactions with Acid and Base Catalyst in Hot Compressed Water at 473 K, Carbohydrate Research, 340, 2005, 1925 -1930 ; US 2,851,468 ) or water ( EP 0230250 ; US 4,400,468 ) used.

Auch Oxalsäure ( W. N. Haworth, W. Jones: The conversion of sucrose into furan compounds. Part I. 5-Hydroxymethylfurfuraldehyde and some derivatives, Journal of the Chemical Society, 1944, 667–670 ) und Levulinsäure ( US 2,929,823 ) seien hier als Katalysatoren genannt.Also oxalic acid ( WN Haworth, W. Jones: The conversion of sucrose into furan compounds. Part I. 5-Hydroxymethylfurfuraldehydes and some derivatives, Journal of the Chemical Society, 1944, 667-670 ) and levulinic acid ( US 2,929,823 ) may be mentioned here as catalysts.

Es ist ebenfalls bekannt, Lewis-Säuren, wie Bortrifluoridetherat ( H. H. Szmant, D. D. Chundury: The preparation of 5-hydroxymethylfurfuraldehyde from high fructose corn syrup and other carbohydrates, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 31, 1981, 135–145 ) und Aluminiumverbindungen ( US 3,483,228 ; US 3,071,599 ) einzusetzen.It is also known that Lewis acids, such as boron trifluoride etherate ( HH Szmant, DD Chundury: The preparation of 5-hydroxymethylfurfuraldehydes from high fructose corn syrup and other carbohydrates, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 31, 1981, 135-145 ) and aluminum compounds ( US 3,483,228 ; US 3,071,599 ).

Auch wurde der Einsatz von Übergangsmetallkatalysatoren ( SU 1054349 ; SU 1351932 ; C. Carlini, P. Patrono, A. M. Raspolli Galletti, G. Sbrana: Heterogeneous catalysts based an vanadyl phosphate for saccharides dehydration to 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde, Applied Catalysis A: General, 275, 2004, 111–118 ; H: Zhao, J. E. Holladay, H. Brown, Z. C. Zhang ; Metal chlorides in ionic liquid solvents convert sugars to 5-hydroxymethylfurfural, Science, 316, 2007, 1597–1600 ) sowie Lanthaniden ( JP 10265468 ; K.-I. Seri, Y. Inoue, H. Ishida: Highly efficient catalytic activity of lanthanide(III) ions for conversion of saccharides to 5-hydroxymethyl-2-furfural in organic solvents, Chemistry Letters, 29, 2000, 22–23 ) beschrieben, die jedoch allein wegen ihrer Kosten wohl keine industrielle Relevanz haben.The use of transition metal catalysts ( SU 1054349 ; SU 1351932 ; C. Carlini, P. Patrono, AM Raspolli Galletti, G. Sbrana: Heterogeneous Catalysts Based on Vanadyl Phosphate for Saccharide Dehydration to 5-Hydroxymethyl-2-furaldehyde, Applied Catalysis A: General, 275, 2004, 111-118 ; H: Zhao, JE Holladay, H. Brown, ZC Zhang ; Metal chlorides in ionic liquid converters sugars to 5-hydroxymethylfurfural, Science, 316, 2007, 1597-1600 ) as well as lanthanides ( JP 10265468 ; K.-I. Seri, Y. Inoue, H. Ishida: Highly efficient catalytic activity of lanthanide (III) ions for conversion of saccharides to 5-hydroxymethyl-2-furfural in organic solvents, Chemistry Letters, 29, 2000, 22-23 ), which, however, probably have no industrial relevance simply because of their costs.

Da lange Kontaktzeiten mit der Säure oft zu Nebenreaktionen (Bildung von Levulinsäure und Huminstoffen) und damit verbunden geringen HMF-Ausbeuten führen, wurden sogenannte azido-basische Systeme entwickelt, bei denen die Säurestärke durch die Anwesenheit einer Base abgepuffert wird. Beispiele solcher Systeme wurden beschrieben ( C. Fayet, J. Gelas: Nouvelle méthode de préparation du 5-hydroxyméthyl-2-furaldéhyde par action de sels d'ammonium ou d'immonium sur les mono-, oligo- et poly-saccarides. Accès direct aux 5-halogénométhyl-2-furaldéhydes, Carbohydrate Research, 122, 1983, 59–68 ; C. Moreau, A. Finiels, L. Vanoye: Dehydration of fructose and sucrose into 5-hydroxymethylfurfural in the presence of 1-H-3-methyl imidazolium chloride acting both as solvent and catalyst, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 253, 2006, 165–169 ). Hier wird die Reaktion von HCl oder p-Toluensulfonsäure katalysiert, welche durch Zusatz von Pyridin oder anderen Aminen gepuffert werden. Ohne Zusatz eines Lösungsmittels konnten bis zu 70% HMF aus Fructose erzielt werden, ohne Levulinsäure oder Huminstoffe als Nebenprodukte zu erzeugen. Auch die Kombination dieser gepufferten Systeme mit Lösungsmittelgemischen ist bekannt ( M. L. Mednick: The acid-base-catalyzed conversion of aldohexose into 5-(hydroxymethyl)-2-furfural, Journal of Organic Chemistry, 27, 1962, 398–403 ; US 3,118,912 ). Allerdings wurde keine technische Methode der anschließenden Produkttrennung oder des Recyclings des Katalysators entwickelt.Since long contact times with the acid often lead to side reactions (formation of levulinic acid and humic substances) and associated low HMF yields, so-called azido-basic systems have been developed in which the acidity is buffered by the presence of a base. Examples of such systems have been described ( C. Fayet, J. Gelas: Nouvelle méthode de préparation du 5-hydroxyméthyl-2-furaldéhyde par action de sels d 'ammonium ou d' immonium sur les mono-, oligo- poly-saccarides. Accès direct aux 5-halogénométhyl-2-furaldéhydes, Carbohydrate Research, 122, 1983, 59-68 ; C. Moreau, A. Finiels, L. Vanoye: Dehydration of fructose and sucrose into 5-hydroxymethylfurfural in the presence of 1-H-3-methylimidazolium chloride, both as solvent and catalyst, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 253 , 2006, 165-169 ). Here, the reaction of HCl or p-toluenesulfonic acid is catalyzed, which are buffered by the addition of pyridine or other amines. Without the addition of a solvent, up to 70% HMF could be obtained from fructose without producing levulinic acid or humic substances as by-products. The combination of these buffered systems with solvent mixtures is also known ( ML Mednick: The acid-base catalyzed conversion of aldohexose into 5- (hydroxymethyl) -2-furfural, Journal of Organic Chemistry, 27, 1962, 398-403 ; US 3,118,912 ). However, no technical method of subsequent product tren tion or recycling of the catalyst.

Als weitere Möglichkeit der Säurekatalyse ist die Synthese des HMFs mit mikroporösen oder makroporösen Heterogenkatalysatoren, wie beispielsweise Zeolite oder Ionenaustauscher in verschiedenen Lösungsmitteln (Wasser, DMSO, superkritisches Kohlendioxid, Methylisobutylketon) bekannt ( L. Rigal, A. Gaset, J.-P Gorrichon: Selective conversion of D-fructose to 5-hydroxymethyl-2-furancarboxaldehyde using a water-solvent-ionexchange resin triphasic system, Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development, 20, 1981, 719–721 ; G. A. Halliday, R. J. Young, V. V. Grushin: Onepot, two-step, practical catalytic synthesis of 2,5-diformylfuran from fructose, Organic Letters, 5, 2003, 2003–2005 ; Y. Román-Leshkov, J. N. Chheda, J. A. Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose, Science, 312, 2006, 1933–1937 ; C. Moreau, R. Durand, J. Duhamet, P. Rivalier: Hydrolysis of fructose and glucose precursors in the presence of H-form zeolites, Carbohydrate Chemistry, 16, 1997, 709–714 ; C. Moreau, R. Durand, S. Razigade, J. Duhamet, P. Faugeras, P. Rivalier, P. Ros, G. Avignon: Dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural over H-mordenites, Applied Catalysis A: General, 145, 1996, 211–224 ; C. Moreau, R. Durand, C. Pourcheron, S. Razigade: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural from fructose and precursors over H-form zeolites, Industrial Crops and Products, 3, 1994, 85–90 ; FR 2670209 ; JP 03099072 ; FR 2664273 ; DE 196 19 075 A1 ; DE 30 33 527 C2 ; WO 03024947 ; WO 9617837 , US 4,590,283 ; US 4,339,387 ). Diese Systeme ergeben hohe Ausbeuten, wenn bei hohen Temperaturen gearbeitet wird. Im Falle des superkritischen Kohlendioxids ist die verfahrenstechnische Gestaltung des Prozesses technisch schwierig sowie energetisch wenig effizient. Außerdem ist anzumerken, dass die verwendeten Heterogenkatalysatoren nur eine geringe Standzeit haben, da sie nicht ausreichend thermostabil sind.Another possibility of acid catalysis is the synthesis of the HMF with microporous or macroporous heterogeneous catalysts, such as, for example, zeolites or ion exchangers in various solvents (water, DMSO, supercritical carbon dioxide, methyl isobutyl ketone) ( L. Rigal, A. Gaset, J.-Gorrichon: Selective conversion of D-fructose to 5-hydroxymethyl-2-furancarboxaldehydes using a water-solvent ion exchange resin triphasic system, Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development, 20, 1981, 719-721 ; GA Halliday, RJ Young, VV Grushin: Onepot, two-step, practical catalytic synthesis of 2,5-diformylfuran from fructose, Organic Letters, 5, 2003, 2003-2005 ; Y. Román-Leshkov, JN Chheda, JA Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose, Science, 312, 2006, 1933-1937 ; C. Moreau, R. Durand, J. Duhamet, P. Rivalier: Hydrolysis of fructose and glucose precursors in the presence of H-form zeolites, Carbohydrate Chemistry, 16, 1997, 709-714 ; C. Moreau, R. Durand, S. Razigade, J. Duhamet, P. Faugeras, P. Rivalier, P. Ros, G. Avignon: Dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural over H-mordenites, Applied Catalysis A: General, 145, 1996, 211-224 ; C. Moreau, R. Durand, C. Pourcheron, S. Razigade: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural from fructose and precursors over H-form zeolites, Industrial Crops and Products, 3, 1994, 85-90 ; FR 2670209 ; JP 03099072 ; FR 2664273 ; DE 196 19 075 A1 ; DE 30 33 527 C2 ; WO 03024947 ; WO 9617837 . US 4,590,283 ; US 4,339,387 ). These systems give high yields when operating at high temperatures. In the case of supercritical carbon dioxide, the process design of the process is technically difficult and energetically less efficient. It should also be noted that the heterogeneous catalysts used have only a short service life, since they are not sufficiently thermostable.

Zu den katalysatorfreien Reaktionen ist die Synthese mit DMSO oder DMF für die Kondensation der Fructose zu HMF zu zählen, wobei Ausbeuten von bis zu 90% HMF bei 150°C in zwei Stunden erzielt, und die Bildung von Kondensationsnebenprodukten unterdrückt wurden ( R. M. Musau: The preparation of 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde (HMF) from D-fructose in the presence of DMSO, Biomass, 13, 1987, 67–74 ; B. M. F. Kuster: 5-Hydroxymethylfurfural (HMF). A review focussing an its manufacture, Starch/Stärke, 42, 1990, 314–321 ; M. J. J. Antal, W. S. L. Mok, G. N. Richards: Mechanism of formation of 5-(hydroxymethyl)-2-furaldehyde from D-fructose and sucrose, Carbohydrate Research, 199, 1990, 91–109 ; H. E. van Dam, A. P. G. Kieboom, H. van Bekkum: The conversion of fructose and glucose in acidic media: Formation of hydroxymethylfurfural, Starch/Stärke, 38, 1986, 95–101 ; T. G. Bonner, E. J. Bourne, M. Ruszkiewicz: The iodine-catalysed conversion of sucrose into 5-hydroxymethylfurfuraldehyde, Journal of the Chemical Society, 1960, 787–791 ; FR 266963 ; FR 2669635 ; WO 03024947 ). Nachteile dieser Syntheseroute sind ihre schlechte Reproduzierbarkeit ( G. A. Halliday, R. J. Young, V. V. Grushin: One-pot, two-step, practica catalytic synthesis of 2,5-diformylfuran from fructose, Organic Letters, 5, 2003, 2003–2005 ) und die technisch nicht effizient umsetzbare Produkttrennung von hochsiedenden Lösungsmitteln, wie DMSO oder DMF.Among the catalyst-free reactions is the synthesis with DMSO or DMF for the condensation of fructose to HMF, with yields of up to 90% HMF at 150 ° C in two hours, and the formation of condensation byproducts were suppressed ( RM Musau: The preparation of 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde (HMF) from D-fructose in the presence of DMSO, Biomass, 13, 1987, 67-74 ; BMF Kuster: 5-hydroxymethylfurfural (HMF). A review focussing on its manufacture, Starch / Strength, 42, 1990, 314-321 ; MJJ Antal, WSL Mok, GN Richards: Mechanism of formation of 5- (hydroxymethyl) -2-furaldehydes from D-fructose and sucrose, Carbohydrate Research, 199, 1990, 91-109 ; HE van Dam, APG Kieboom, H. van Bekkum: The conversion of fructose and glucose into acidic media: Formation of hydroxymethylfurfural, Starch / Stärke, 38, 1986, 95-101 ; TG Bonner, EJ Bourne, M. Ruszkiewicz: The iodine-catalysed conversion of sucrose into 5-hydroxymethylfurfuraldehyde, Journal of the Chemical Society, 1960, 787-791 ; FR 266963 ; FR 2669635 ; WO 03024947 ). Disadvantages of this synthesis route are its poor reproducibility ( GA Halliday, RJ Young, VV Grushin: One-pot, two-step, practica catalytic synthesis of 2,5-diformylfuran from fructose, Organic Letters, 5, 2003, 2003-2005 ) and the technically inefficient product separation of high-boiling solvents, such as DMSO or DMF.

Anders als die Synthese von HMF ist die Produkttrennung und -reinigung höchst aufwendig, was sich in den wenigen in der Literatur beschriebenen Methoden widerspiegelt. Je nach Reaktionsführung des Syntheseschritts bieten sich unterschiedliche Produkttrennungsmethoden an, die generell für den Großteil der Gesamtprozesskosten verantwortlich sind.Different as the synthesis of HMF is the product separation and purification most elaborate, resulting in the few in the literature reflects the methods described. Depending on the reaction The synthesis step offers different product separation methods generally, for most of the overall process costs are responsible.

Finden, wie oben beschrieben, gelöste oder flüssige Säuren als Katalysatoren Verwendung, welche mit der Monosaccharidlösung eine flüssige Phase ergeben, so wird in vielen Fällen durch Zugabe einer Base neutralisiert (z. B. EP 0230250 ). Dabei entstehen zumindest äquivalente Mengen an Salzen, die einen weiteren Filtrationsschritt erfordern und anschließend entsorgt werden müssen. Dies ist heute weder aus ökologischer noch ökonomischer Sicht effizient.If, as described above, dissolved or liquid acids are used as catalysts which give a liquid phase with the monosaccharide solution, in many cases it is neutralized by addition of a base (eg. EP 0230250 ). This results in at least equivalent amounts of salts, which require a further filtration step and then have to be disposed of. Today, this is neither efficient from an ecological nor economic point of view.

Eine Produkttrennung durch Vakuumdestillation ist im Fall von HMF nicht gegeben, da das Produkt zur thermischen Zersetzung neigt.A Product separation by vacuum distillation is not in the case of HMF given because the product tends to thermal decomposition.

Alternativ muss während oder nach der Reaktion extrahiert werden. Diese Verfahren basieren auf der Verwendung eines zweiphasigen Systems (flüssig-flüssig), in dem die erste Phase die Saccharidlösung und den Katalysator enthält (Reaktionsphase), und mit der zweiten Phase das Produkt HMF extrahiert wird (Extraktionsphase).alternative must be extracted during or after the reaction. These methods are based on the use of a two-phase system (liquid-liquid), in which the first phase the Saccharide solution and the catalyst contains (reaction phase), and with the second phase the product HMF is extracted (extraction phase).

Beispiele dafür sind Wasser-Methylisobutylketon ( L. Rigal, A. Gaset, A., J.-P. Gorrichon: Selective conversion of D-fructose to 5-hydroxymethyl-2-furancarboxaldehyde using a water-solvent-ion-exchange resin triphasic system, Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development, 20, 1981, 719–721 ; C. Moreau, R. Durand, S. Razigade, J. Duhamet, P. Faugeras, P. Rivalier, P. Ros, G. Avignon: Dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural over H-mordenites, Applied Catalysis A: General, 145, 1996, 211–224 ; C. Moreau, R. Durand, C. Pourcheron, S. Razigade: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural from fructose and precursors over H-form zeolites, Industrial Crops and Products, 3, 1994, 85–90 ; FR 2670209 ; GB 876463 ; US 2,917,520 ; WO 9617837 , US 4,590,283 ; US 4,339,387 ), Wasser-Butanol ( US 2,750,394 ), Pyridinhydrochlorid-Ethylacetat ( C. Fayet, J. Gelas: Nouvelle méthode de preparation du 5-hydroxymethyl-2-furaldéhyde par action de sels d'ammonium ou d'immonium sur les mono-, oligo- et polysaccarides. Accès direct aux 5-halogénométhyl-2-furaldéhydes, Carbohydrate Research, 122, 1983, 59–68 ), Wasser-Furfural ( US 2,929,823 ), und Wasser mit aromatischen oder halogenierten organischen Lösungsmitteln ( US 6,441,202 ; US 20020123636 ; US 20030032819 ).Examples are water methyl isobutyl ketone ( L. Rigal, A. Gaset, A., J.-P. Gorrichon: Selective conversion of D-fructose to 5-hydroxymethyl-2-furancarboxaldehydes using a water-solvent-ion exchange resin triphasic system, Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development, 20, 1981, 719-721 ; C. Moreau, R. Durand, S. Razigade, J. Duhamet, P. Faugeras, P. Rivalier, P. Ros, G. Avignon: Dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural over H-mordenites, Applied Catalysis A: General, 145, 1996, 211-224 ; C. Moreau, R. Durand, C. Pourcheron, S. Razigade: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural from fructose and precursors over H-form zeolites, Industrial Crops and Products, 3, 1994, 85-90 ; FR 2670209 ; GB 876463 ; US 2,917,520 ; WO 9617837 . US 4,590,283 ; US 4,339,387 ), Water-butanol ( US 2,750,394 ), Pyridine hydrochloride-ethyl acetate ( C. Fayet, J. Gelas: Nouvelle méthode de preparation du 5-hydroxymethyl-2-furaldéhyde par action de sels d 'ammonium ou d' immonium sur les mono-, oligo- et polysaccarides. Accès direct aux 5-halogénométhyl-2-furaldéhydes, Carbohydrate Research, 122, 1983, 59-68 ), Water furfural ( US 2,929,823 ), and water with aromatic or halogenated organic solvents ( US 6,441,202 ; US 20020123636 ; US 20030032819 ).

Wie GB 876463 belegt, ist nach der Extraktion ein aufwändiges Aufarbeitungskonzept im weiteren Verlauf der Aufreinigung notwendig (Aufkonzentrierung, Säulenchromatographie, Nachextraktion), da zum einen gebildete Nebenprodukte (z. B. Levulinsäure und Huminstoffe) vom HMF getrennt werden müssen. Zum anderen ist eine hohe Selektivität des Extraktionsmittels für das HMF nur schwer zu erzielen, da die eingesetzten Monosaccharide, die als Katalysator verwendete Säure sowie die Nebenprodukte eine ähnlich hohe Polarität wie das Produkt HMF haben und eine extraktive Trennung durch Mitschleppen der Reaktionsphase unzureichend ist (beispielsweise D. W. Brown, A. J. Floyd, R. G. Kinsman, Y. Roshanhyphen: Dehydration reactions of fructose in nonaqueous media, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 32, 1982, 920–924 ).As GB 876463 evidenced, after extraction a complex work-up concept in the further course of the purification necessary (concentration, column chromatography, post-extraction), since on the one hand formed by-products (eg levulinic acid and humic substances) must be separated from the HMF. On the other hand, a high selectivity of the extractant for the HMF is difficult to achieve because the monosaccharides used, the acid used as a catalyst and the by-products have a similar high polarity as the product HMF and an extractive separation by entrainment of the reaction phase is insufficient (for example DW Brown, AJ Floyd, RG Kinsman, Y. Roshanhyphen: Dehydration reactions of fructose in nonaqueous media, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 32, 1982, 920-924 ).

Die Problematik der Produkttrennung wird sehr gut verdeutlicht durch die Komplexität eines Verfahrens, das erst in 2006 vorgestellt wurde: Um hohe Ausbeuten an HMF zu gewährleisten, wird die Umsetzung der Fructose mit HCl katalysiert. Die Reaktionsphase, bestehend aus DMSO und Wasser, muss mit Poly(1-vinyl-2-pyrrolidon) modifiziert werden, welches die Selektivität der Reaktion erhöht. Die optimale Extraktionsphase besteht wiederum aus einem Lösungsmittelgemisch (Methylisobutylketon und 2-Butanol). Beide hochsiedenden Lösungsmittel müssen nach der Extraktion destillativ vom Produkt entfernt werden, was einen hohen Verfahrensaufwand, insbesondere einen großen Energiebedarf, erfordert ( Y. Román-Leshkov, J. N. Chheda, J. A. Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose „Science, 312, 2006, 1933–1937 ; J. N. Chheda, Y. Román-Leshkov, J. A. Dumesic: Production of 5-hydroxymethylfurfural and furfural by dehydration of biomass-derived mono-andpolysaccharides, Green Chemistry, 9, 2007, 342–350 ).The problem of product separation is well illustrated by the complexity of a process that was first introduced in 2006: To ensure high yields of HMF, the reaction of the fructose with HCl is catalyzed. The reaction phase, consisting of DMSO and water, must be modified with poly (1-vinyl-2-pyrrolidone), which increases the selectivity of the reaction. The optimal extraction phase again consists of a solvent mixture (methyl isobutyl ketone and 2-butanol). Both high-boiling solvents must be removed from the product by distillation after extraction, which requires a high process outlay, in particular a high energy requirement ( Y. Román-Leshkov, JN Chheda, JA Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose "Science, 312, 2006, 1933-1937 ; JN Chheda, Y. Román-Leshkov, JA Dumesic: Production of 5-hydroxymethylfurfural and furfural by dehydration of biomass-derived mono-and polysaccharides, Green Chemistry, 9, 2007, 342-350 ).

Daher bringt auch die Verwendung von mikroporösen oder makroporösen Heterogenkatalysatoren, die beispielsweise durch Filtration oder durch Verwendung eines Festbettreaktors im Gegenstrom ( P. Rivalier, J. Duhamet, C. Moreau, R. Durand: Development of a continuous catalytic heterogeneous column reactor with simultaneous extraction of an intermediate product by an organic solvent circulating in countercurrent manner with the aqueous Phase, Catalysis Today, 24, 1995, 165–171 ) vom produktenthaltenden Lösungsmittel entfernt werden können, nur wenige Vorteile mit sich.Therefore, the use of microporous or macroporous heterogeneous catalysts, for example by filtration or by using a fixed bed reactor in countercurrent ( P. Rivalier, J. Duhamet, C. Moreau, R. Durand: Development of a Continuous Catalytic Heterogeneous Column Reactor with Simultaneous Extraction of an Intermediate Product by an Organic Solvent circulating in a countercurrent manner with the aqueous phase, Catalysis Today, 24, 1995 , 165-171 ) can be removed from the product-containing solvent, only a few advantages.

Um die für die Plattformchemikalie HMF erforderlichen Reinheiten zu erzielen, muss sich der Produkttrennung noch eine den Verfahrensaufwand weiter erhöhende Produktreinigung anschließen, mit welcher die oben aufgeführten reaktions- und prozessinhärenten Verunreinigungen entfernt werden. Die Literatur gibt über die hierzu verwendeten Verfahren und die erzielten Reinheiten nur wenig Auskunft. EP 0230250 und US 4,740,605 beschreiben die Verwendung einer zeit- und energieaufwändigen chromatographischen Aufarbeitung (Dreisäulenanlage, Ionenaustauschersäule zur Entfernung gefärbter und saurer Nebenprodukte), gefolgt von der Kristallisation des Produkts aus Wasser.In order to achieve the purities required for the platform chemical HMF, the product separation must be followed by a further product purification, which further increases the process complexity, with which the above-mentioned reaction- and process-inherent impurities are removed. The literature gives little information about the methods used for this and the purities achieved. EP 0230250 and US 4,740,605 describe the use of a time and energy consuming chromatographic workup (three column system, ion exchange column to remove colored and acidic by-products), followed by crystallization of the product from water.

Die Mehrheit der oben genannten Verfahren wird absatzweise betrieben.The Most of the above methods are operated intermittently.

Eine kontinuierliche Prozessführung ist nur in wenigen Fällen beschrieben, welche ausschließlich auf zweiphasigen (flüssig-flüssig) Lösungsmittelsystemen, wie zum Beispiel Wasser-Methylisobutylketon, basieren. Bei Verwendung von festen Katalysatoren im Festbett kann die Extraktion mit Methylisobutylketon und anderen nicht wasserlöslichen Lösungsmitteln im Gegenstrom erfolgen ( P. Rivalier, J. Duhamet, C. Moreau, R. Durand: Development of a continuous catalytic heterogeneous column reactor with simultaneous extraction of an intermediate product by an organic solvent circulating in countercurrent manner with the aqueous Phase, Catalysis Today, 24, 1995, 165–171 ; B. F. M. Kuster, H. J. C. van der Stehen: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural Part I. Dehydration of fructose in a continuous stirred tank reactor, Starch/Stärke, 29, 1977, 99–103 ; US 4,339,387 ; US 2.917.520 ; WO 2005018799 ). Nach Kuster et al. geschieht hier jedoch die Zersetzung von HMF schneller als dessen Extraktion, so dass die Effektivität dieses Systems sehr gering ist ( B. F. M. Kuster, H. J. C. van der Stehen: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural Part I. Dehydration of fructose in a continuous stirred tank reactor, Starch/Stärke, 29, 1977, 99–103 ). Durch Verwendung von komplexen Lösungsmittelzusammensetzungen (DMSO/Wasser-Methylisobutylketon/2-Butanol) und Zugabe von Phasenmodifizierern [Poly(1-vinyl-2-pyrrolidon)] kann die Extraktionseffizienz zwar verbessert werden, jedoch muss hier die Reaktionsphase nachextrahiert werden. Darüber hinaus verkomplizieren die hochsiedenden Lösungsmittel die Aufarbeitung weiter und führen, über den Gesamtprozess gesehen, zu einer schlechten verfahrenstechnischen Energiebilanz ( Y. Román-Leshkov, J. N. Chheda, J. A. Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose, Science, 312, 2006, 1933–1937 ).A continuous process management is described only in a few cases, which are based exclusively on two-phase (liquid-liquid) solvent systems, such as water-methyl isobutyl ketone. When solid catalysts are used in a fixed bed, the extraction with methyl isobutyl ketone and other non-water-soluble solvents can be carried out in countercurrent ( P. Rivalier, J. Duhamet, C. Moreau, R. Durand: Development of a Continuous Catalytic Heterogeneous Column Reactor with Simultaneous Extraction of an Intermediate Product by an Organic Solvent circulating in a countercurrent manner with the aqueous phase, Catalysis Today, 24, 1995 , 165-171 ; BFM Kuster, HJC van der Stehen: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural Part I. Dehydration of fructose in a continuous stirred tank reactor, Starch / Stärke, 29, 1977, 99-103 ; US 4,339,387 ; US 2,917,520 ; WO 2005018799 ). According to Kuster et al. Herein, however, the decomposition of HMF occurs faster than its extraction, so that the effectiveness of this system is very low ( BFM Kuster, HJC van der Stehen: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural Part I. Dehydration of fructose in a continuous stirred tank reactor, Starch / Stärke, 29, 1977, 99-103 ). By using complex solvents Compositions (DMSO / water-methyl isobutyl ketone / 2-butanol) and addition of phase modifiers [poly (1-vinyl-2-pyrrolidone)] Although the extraction efficiency can be improved, but here the reaction phase must be nachextrahiert. In addition, the high-boiling solvents further complicate the work-up and, viewed over the entire process, lead to a poor process energy balance (US Pat. Y. Román-Leshkov, JN Chheda, JA Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose, Science, 312, 2006, 1933-1937 ).

Auch die Verwendung von unter- bzw. superkritischen Aceton-Wassermischungen mit Schwefelsäurekatalysator ist energetisch aufwendig (20 MPa, 180°C, nachfolgende chromatographische Aufreinigung) und deshalb für gewerbliche Verwertungen unakzeptabel, wenngleich quantitative Umsätze bei 77% Selektivität erzielt wurden ( M. Bicker, J. Hirth, H. Vogel: Dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural in sub- and supercritical acetone, Green Chemistry, 5, 2004 280–284 ; M. Bicker, D. Kaiser, L. Ott, H. Vogel: Dehydration of D-fructose to hydroxymethylfurfural in sub- and supercritical fluids, Journal of Supercritical Fluids, 36, 2005, 118–126 ; EP 0230250 ; DE 36 01 281 C2 ).The use of supercritical acetone-water mixtures with sulfuric acid catalyst is energetically complex (20 MPa, 180 ° C, subsequent chromatographic purification) and therefore unacceptable for commercial applications, although quantitative conversions were achieved at 77% selectivity ( M. Bicker, J. Hirth, H. Vogel: Dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural in sub and supercritical acetone, Green Chemistry, 5, 2004 280-284 ; M. Bicker, D. Kaiser, L. Ott, H. Vogel: Dehydration of D-fructose to hydroxymethylfurfural in sub and supercritical fluids, Journal of Supercritical Fluids, 36, 2005, 118-126 ; EP 0230250 ; DE 36 01 281 C2 ).

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Produktion von HMF relativ große technologische Probleme bereitet und dass noch immer kein wirtschaftlich vorteilhaftes Herstellungsverfahren verfügbar ist.In summary It should be noted that the production of HMF is relatively large technological problems and that still no economic advantageous manufacturing method is available.

Die Tendenz von HMF, vor allem bei hohen Ausgangskonzentrationen von Monosacchariden und/oder bei Verwendung stark saurer Katalysatoren Nebenprodukte zu bilden, erfordert die kontinuierliche Reaktionsführung, bei der HMF sofort nach der Bildung der Reaktionsphase entzogen wird. Dies ist zwar durch Verwendung eines Extraktionsmittels mittels zweiphasiger (flüssig-flüssig) Prozessführung umsetzbar. In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, dass auf Grund der sehr ähnlichen Polaritäten von Monosacchariden, HMF sowie des Katalysators stets eine Kontamination der Extraktionsphase resultiert, so dass nachfolgend weitere, verfahrensaufwendige und effizienzmindernde Aufreinigungsschritte folgen müssen. Diese sowie das Lösungsmittelrecycling erfordern insbesondere einen großen zeitlichen, apparativen und energetischen Aufwand.The Tendency of HMF, especially at high initial concentrations of Monosaccharides and / or when using strongly acidic catalysts To form by-products, requires the continuous reaction, removed from the HMF immediately after the formation of the reaction phase becomes. Although this is by using an extractant means two-phase (liquid-liquid) process control implemented. In practice, however, it has been shown that due to the very similar polarities of monosaccharides, HMF and the catalyst always a contamination of the extraction phase results, so that subsequently, further, procedural and efficiency-reducing purification steps must follow. These and the solvent recycling require in particular a great temporal, apparative and energetic Effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein auch für großtechnische Prozesse rentables Verfahren zu schaffen, mit dem 5-Hydroxymethylfurfural möglichst aufwandgering aus Kohlenhydraten, insbesondere Monosacchariden, unterschiedlicher Herkunft, Zusammensetzung, und Reinheit in hohen Ausbeuten hergestellt werden kann.Of the Invention is based on the object, also for large-scale Processes to create profitable process with the 5-hydroxymethylfurfural as low as possible from carbohydrates, in particular monosaccharides, of different origin, composition, and purity in high Yields can be produced.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von 5-Hydroxymethylfurfural durch thermische Umsetzung von Kohlenhydraten, insbesondere Monosacchariden, in einer ionischen Flüssigkeit und Austragung des in dieser gebildeten 5-Hydroxymethylfurfurals mit Hilfe eines Extraktionsmittels erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Extraktionsmittel eine in der ionischen Flüssigkeit nicht oder nur vernachlässigbar lösliche Flüssigkeit, wie beispielsweise Dibutylether, vorgesehen ist, welche die ionische Flüssigkeitsphase mit den enthaltenen Kohlenhydraten und ggf. Additiven in einer temperierten Reaktionszone, beispielsweise in einem auf über Raumtemperatur beheizten Reaktor, strömend kontaktiert.These Task is in a process for the preparation of 5-hydroxymethylfurfural by thermal conversion of carbohydrates, in particular monosaccharides, in an ionic liquid and discharge in this formed 5-Hydroxymethylfurfurals using an extractant solved according to the invention that as extractant one in the ionic liquid no or only negligibly soluble liquid, such as dibutyl ether, is provided which the ionic Liquid phase containing the carbohydrates and if necessary, additives in a temperature-controlled reaction zone, for example in a heated to above room temperature reactor, flowing contacted.

Mit dieser strömenden Kontaktierung (Durchströmen oder kontaktierendes Vorbeiströmen) wird eine von der ionischen Flüssigkeitsphase separate Extraktionsphase mit geringerer Dichte geschaffen, in welcher das in der ionischen Flüssigkeitsphase erzeugte 5-Hydroxymethylfurfural durch "Reaktivextraktion" aufgenommen wird, d. h. das in der ionischen Flüssigkeitsphase generierte 5-Hydroxymethylfurfural geht unmittelbar mit seiner Entstehung kontinuierlich sofort in die Extraktionsphase über.With this flowing contact (flow or contacting by-pass) becomes one of the ionic Liquid phase separate extraction phase with lower Density created in which the ionic liquid phase 5-hydroxymethylfurfural produced by "reactive extraction" is, d. H. that generated in the ionic liquid phase 5-hydroxymethylfurfural goes directly with its formation continuously immediately into the extraction phase.

Überraschend hat sich gezeigt, dass mit einer solchen "Reaktivextraktion" entstehendes HMF nicht nur kontinuierlich, sondern auch vollständig und selektiv, d. h. ohne durch andere Bestandteile der ionischen Flüssigkeitsphase (ionische Flüssigkeit, Kohlenhydrate und/oder Additive) verunreinigt zu werden, in die Extraktionsphase überführt wird und somit aus dem Reaktor entfernt werden kann, ohne hierfür auf komplexe Lösungsmittelzusammensetzungen zurückgreifen zu müssen und (wie beim eingangs beschriebenen Stand der Technik höchst nachteilig) diesbezüglich immense Aufwendungen zur Separierung des HMF von den Bestandteilen der Reaktionsphase betreiben zu müssen. Eine Trennung des selektiv in die Extraktionsphase überführten HMF vom nicht in der ionischen Flüssigkeit lösbaren Extraktionsmittel (solche sind beispielhaft in den Unteransprüchen aufgeführt) ist mit an sich bekannten thermischen Trennmethoden, wie z. B. Destillation oder Permeation, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein sollen, auch für großtechnische und kontinuierliche Prozesse (gegenüber der problematischen Entfernung aus anderen, bereits bekannten und im Stand der Technik aufgeführten Reaktionsphasen) relativ aufwandgering möglich.Surprised has shown that with such a "reactive extraction" arising HMF not only continuous, but also complete and selectively, d. H. without due to other constituents of the ionic liquid phase (ionic liquid, carbohydrates and / or additives) to be contaminated, transferred to the extraction phase and thus can be removed from the reactor without this resort to complex solvent compositions to have and (as in the prior art described above most disadvantageous) in this regard immense expenses for separating the HMF from the constituents of the reaction phase to operate. A separation of the selective in the Extraction phase transferred HMF from not in the ionic liquid soluble extractant (Such are exemplified in the subclaims) is with known thermal separation methods, such. B. distillation or permeation which is not the subject of the present invention should be, also for large-scale and continuous Processes (against the problematic removal other, already known and listed in the prior art Reaction phases) relatively aufwandgering possible.

Auf diese Weise wird mit der Erfindung ein Verfahren geschaffen, mit dem im Gegensatz zu bekannten Methoden technisch und wirtschaftlich vorteilhaft und auch im Großmaßstab HMF hoher Reinheit kontinuierlich, in hohen Ausbeuten und mit Hilfe ionischer Flüssigkeiten aus Kohlenhydraten unterschiedlicher Herkunft gewonnen werden kann. Der Einsatz komplexer Lösungsmittelzusammensetzungen zur Trennung des HMF von der ionischen Flüssigkeitsphase, die in bereits bekannten Verfahren im Nachhinein nur schwer und höchst aufwandintensiv vom gelösten HMF abgetrennt werden müssen, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich.In this way, a method is provided with the invention, in contrast to known Methods technically and economically advantageous and also on a large scale HMF high purity continuously, in high yields and with the help of ionic liquids from carbohydrates of different origin can be obtained. The use of complex solvent compositions for the separation of the HMF from the ionic liquid phase, which in the known processes must subsequently be separated from the dissolved HMF only with difficulty and with the greatest effort, is not necessary in the process according to the invention.

Durch die selektive Überführung des HMF aus der ionischen Flüssigkeitsphase verbleiben deren Bestandteile in der Reaktionszone und müssen nicht zwingend ständig neu zugeführt werden, was den Verfahrensaufwand weiter verringert.By the selective conversion of the HMF from the ionic Liquid phase remain their constituents in the Reaction zone and do not necessarily constantly be fed again, which continues the process cost reduced.

Es hat sich auch gezeigt, dass selbst Oligo- und Polysaccharide als Kohlenhydrate ohne erforderlichen vorherigen Aufschluss durch saure Hydrolyse zur HMF-Gewinnung Verwendung finden können, indem diese langkettigen Verbindungen unmittelbar in der ionischen Flüssigkeitsphase, ggf. unter Zugabe geeigneter Additive, aufgebrochen werden. Auch unter diesen Bedingungen wird HMF generiert, welches erfindungsgemäß sofort nach seiner Entstehung sehr selektiv in die Extraktionsphase überführt wird.It has also been shown that even oligo- and polysaccharides as Carbohydrates without required prior digestion by acid Hydrolysis for HMF recovery can be found by using these long-chain compounds directly in the ionic liquid phase, if necessary, with the addition of suitable additives, are broken. Also Under these conditions HMF is generated, which according to the invention immediately after its formation very selectively transferred to the extraction phase becomes.

Ionische Flüssigkeiten (Salzschmelzen) zur Durchführung des Verfahrens sind

  • – Flüssigkeiten, die im Gegensatz zu molekularen Lösungsmitteln zumindest formal vollständig aus Anionen und Kationen bestehen ( Wilkes, J. S.: A short history of ionic liquids – from molten salts to neoteric solvents, Green Chemistry, 4, 2002, 73–80 ). Dementsprechend ist geschmolzenes Natriumchlorid im Prinzip eine ionische Flüssigkeit mit einem hohen Schmelzpunkt (808°C). Vorteilhaft ist der Einsatz von niedrigschmelzenden ionischen Flüssigkeiten, wobei „niedrigschmelzend" im Zusammenhang mit ionischen Flüssigkeiten bedeutet, dass die reine ionische Flüssigkeit bei einem Druck von 1 bar (101,325 kPa) einen Schmelzpunkt von maximal 150°C besitzt.
  • – Flüssigkeiten mit großem Temperaturbereich (bis zu 400°C) ( Ngo, H. L., LeCompte, L., Hargens, L., McEwen, A. B.: Thermal properties of imidazolium ionic liquids, Thermochimica Acta, 357, 2000, 97–102 ).
  • – Flüssigkeiten, die praktisch keinen Dampfdruck besitzen ( Wilkes, J. S.: A short history of ionic liquids – from molten salts to neoteric solvents, Green Chemistry, 4, 2002, 73–80 ).
Ionic liquids (molten salts) for carrying out the method are
  • - Liquids which, unlike molecular solvents, at least formally consist entirely of anions and cations ( Wilkes, JS: A short history of ionic liquids - from molten salts to neoteric solvents, Green Chemistry, 4, 2002, 73-80 ). Accordingly, molten sodium chloride is in principle an ionic liquid with a high melting point (808 ° C). The use of low-melting ionic liquids is advantageous, with "low-melting" in connection with ionic liquids meaning that the pure ionic liquid has a melting point of at most 150 ° C. at a pressure of 1 bar (101.325 kPa).
  • - Liquids with a wide temperature range (up to 400 ° C) ( Ngo, HL, LeCompte, L., Hargens, L., McEwen, AB: Thermal properties of imidazolium ionic liquids, Thermochimica Acta, 357, 2000, 97-102 ).
  • - liquids that have virtually no vapor pressure ( Wilkes, JS: A short history of ionic liquids - from molten salts to neoteric solvents, Green Chemistry, 4, 2002, 73-80 ).

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der ionischen Flüssigkeiten werden maßgeblich durch deren Zusammensetzung beeinflusst, d. h. durch die Wahl des Anions und zu einem gewissen Maß durch die Größe des Kations. So können sowohl hydrophobe als auch hydrophile ionische Flüssigkeiten hergestellt werden.The physical and chemical properties of ionic liquids are significantly influenced by their composition, d. H. through the choice of anion and to some extent through the size of the cation. So can both hydrophobic as well as hydrophilic ionic liquids become.

Ionische Flüssigkeiten können mit der allgemeingültigen Formel II beschrieben werden: A+B, (II)wobei A+ ein organisches Kation und B ein Anion ist. Dieses Anion kann sowohl organisch als auch anorganisch sein.Ionic liquids can be described by the general formula II: A + B - , (II) where A + is an organic cation and B - is an anion. This anion can be both organic and inorganic.

Der Ausdruck „organisches Kation" beschreibt formal ein organisches Molekül, in dem ein Nichtmetallatom ein oder mehrere Elektronen an ein anderes Atom oder an Atome verloren hat, so dass das organische Molekül eine positive Ladung trägt, und somit ein Kation ist. Die positive Ladung kann dabei konzentriert auf einem Atom oder verteilt über mehrere Atome vorliegen. Ein Beispiel dafür ist das 1-Butyl-3-Methylimidazoliumkation (Formel III):

Figure 00130001
The term "organic cation" formally describes an organic molecule in which a non-metal atom has lost one or more electrons to another atom or atoms so that the organic molecule carries a positive charge and thus is a cation concentrated on one atom or distributed over several atoms, for example the 1-butyl-3-methylimidazolium cation (formula III):
Figure 00130001

Für die vorliegende Erfindung interessante Kationen beinhalten außer Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen mindestens ein Heteroatom, mit dem die kationische Funktionalität im Wesentlichen verbunden ist, z. B. Tetraalkylammonium oder -phosphonium.For the present invention includes interesting cations except Carbon and hydrogen atoms at least one heteroatom, with which essentially combines the cationic functionality is, for. For example, tetraalkylammonium or phosphonium.

Besonders interessant sind jene organischen Kationen, die aus einem heterocyclischen, insbesondere einem heteroaromatischen System bestehen, in dem die Ladung über das gesamte heteroaromatische System oder Teile davon verteilt (delokalisiert) ist. Beispiele hierfür sind das 1-Alkyl-3-Methylimidazolium oder N-Alkylpyridinium.Especially of interest are those organic cations consisting of a heterocyclic, in particular a heteroaromatic system in which the Charge over the entire heteroaromatic system or parts of which is distributed (delocalised). examples for this are the 1-alkyl-3-methylimidazolium or N-alkylpyridinium.

Der Ausdruck „Heteroatom" steht für ein Atom aus der 5. oder 6. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, im Besonderen für Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff und Schwefel. „Heteroaromatische Systeme" sind Ringsysteme, die den allgemein bekannten Regeln der Aromatizität gehorchen, also pseudoaromatisch sind. „Heterocyclische Systeme" sind Ringsysteme, bei denen keine Aromatizität vorliegt.Of the Expression "Heteroatom" stands for an atom from the 5th or 6th main group of the Periodic Table of the Elements, in particular for nitrogen, phosphorus, oxygen and sulfur. "Heteroaromatic Systems "are ring systems that follow the well-known rules of Obey Aromaticity, so are pseudoaromatic. "Heterocyclic Systems "are ring systems, where no aromaticity is present.

Im Besonderen besitzt das Kation die allgemeine Formel [RX]+, wobei X der heteroatombeinhaltende Teil des Kations ist, und R ein Wasserstoff, C1-10-alkyl, C2-10-alkenyl oder C5-10-aryl, der an das bzw. eines der Heteroatom(e) gebunden ist. Dabei werden die Begriffe „C1-10-alkyl", „C2-10-alkenyl", „C5-10-aryl" im Weiteren wie folgt verwendet:
„C1-10-alkyl" verkörpert eine vollständig gesättigte lineare, cyclische oder verzweigte Kohlenstoffkette mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Methyl, Ethyl, Propyl, Isopro pyl, Cyclopropyl, n-Butyl, tert-Butyl, Isobutyl, Cyclobutyl, n-Pentyl, Cyclopentyl, Hexyl, Cyclohexyl, Decyl.
In particular, the cation has the general formula [RX] + , where X is the heteroatom-containing part of the cation, and R is a hydrogen, C 1-10 -alkyl, C 2-10 -alkenyl or C 5-10 -aryl, the or one of the heteroatom (s) is bound. The terms "C 1-10 -alkyl", "C 2-10 -alkenyl", "C 5-10 -aryl" are used below as follows:
"C 1-10 -alkyl" represents a fully saturated linear, cyclic or branched carbon chain having 1 to 10 carbon atoms, such as, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, cyclopropyl, n-butyl, tert-butyl, isobutyl, Cyclobutyl, n-pentyl, cyclopentyl, hexyl, cyclohexyl, decyl.

Gleichermaßen bedeutet „C2-10-alkenyl" eine ungesättigte, d. h., mindestens eine Doppelbindung enthaltende lineare, cyclische oder verzweigte Kohlenstoffkette mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Vinyl, 1-Propenyl, 2-Propenyl, Allyl, 1-Butenyl, 1-Hexenyl, 3-Cyclohexenyl.Similarly, "C 2-10 alkenyl" means an unsaturated, ie, containing at least one double bond, linear, cyclic or branched carbon chain having 2 to 10 carbon atoms, such as vinyl, 1-propenyl, 2-propenyl, allyl, 1 Butenyl, 1-hexenyl, 3-cyclohexenyl.

Entsprechend bedeutet „C5-10-aryl" ein aromatisches Kohlenstoffgerüst mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen.Similarly, "C 5-10 aryl" means an aromatic carbon skeleton of 5 to 10 carbon atoms.

Solche Aryl-, Alkyl- und Alkenylkohlenstoffketten können des Weiteren ein oder mehrere der folgenden Gruppen enthalten: Fluor-, Chlor-, Brom-, Iod-, Sauerstoff-, Schwefel-, Phosphor- und/oder Stickstoffatome, wie beispielsweise in -OH, -SH, -NH2, Ester-, Aldehyd-, Keton-, Ether-, Thiol-, Thioether-, Nitril-, Carbonsäure-, Phosphan-, Nitro-, Phenyl-, und Sulfonatgruppen, etc.Such aryl, alkyl and alkenyl carbon chains may further contain one or more of the following groups: fluorine, chlorine, bromine, iodine, oxygen, sulfur, phosphorus and / or nitrogen atoms, such as in -OH, -SH, -NH 2 , ester, aldehyde, ketone, ether, thiol, thioether, nitrile, carboxylic acid, phosphine, nitro, phenyl, and sulfonate groups, etc.

Beispiele der Verbindungen X sind die folgenden Heteroverbindungen und deren durch Substitution gewonnene Homologe: 1-Alkylimidazol, 1,2-Dialkylimidazol, 1-Alkenylimidazol, 1-Alkoxyimidazol, Imidazol, 1-Arylimidazol, 2-Alkylimidazol, Ammoniak, Chinolin, Isochinolin, Pyridin, Alkylpyridin, Pyrrolidin, N-Alkylpyrrolidin, N-Alkenylpyrrolidin, N-Alkoxypyrrolidin, Morpholin, N-Alkylmorpholin, N-Alkenylmorpholin, N-Alkoxymorpholin, Acridin, Azepin, Benzimidazol, Benzochinolin, Benzothiazol, Benzothiazolin, Benzothiophen, Benzotriazol, Benzoxazol, Benzthiazol, Carbazol, Chinazol, Chinazolin, Chinoxalin, Chinuclidin, Coffein, Dithian, Furazan, Imidazolidin, Imidazolin, Indazol, Indol, Indolin, Indolizin, Isoindolin, Isothiazol, Isoxazol, Melamin, Naphthyridin, Oxadiazol, Oxazol, Phenantridin, Phenantrolin, Phenazin, Phenothiazin, Phenoxadin, Phthalazin, Piperazin, Piperidin, Pteridin, Purin, Pyrazin, Pyrazolidin, Pyrazolin, Pyridazin, Pyrimidin, Pyrrol, Pyrrolin, Pyryl, Tetrazol, Thiadiazin, Thiazin, Thiomorpholin, Thionaphthen, Thiophen, Triazin, Trithian, Trophan, etc.Examples Compounds X are the following hetero compounds and theirs homologs obtained by substitution: 1-alkylimidazole, 1,2-dialkylimidazole, 1-alkenylimidazole, 1-alkoxyimidazole, imidazole, 1-arylimidazole, 2-alkylimidazole, Ammonia, quinoline, isoquinoline, pyridine, alkylpyridine, pyrrolidine, N-alkylpyrrolidine, N-alkenylpyrrolidine, N-alkoxypyrrolidine, morpholine, N-alkylmorpholine, N-alkenylmorpholine, N-alkoxymorpholine, acridine, Azepine, benzimidazole, benzoquinoline, benzothiazole, benzothiazoline, Benzothiophene, benzotriazole, benzoxazole, benzthiazole, carbazole, Quinazole, quinazoline, quinoxaline, quinuclidine, caffeine, dithiane, Furazan, imidazolidine, imidazoline, indazole, indole, indoline, indolizine, Isoindoline, isothiazole, isoxazole, melamine, naphthyridine, oxadiazole, Oxazole, phenantridine, phenanthroline, phenazine, phenothiazine, phenoxadine, Phthalazine, piperazine, piperidine, pteridine, purine, pyrazine, pyrazolidine, Pyrazoline, pyridazine, pyrimidine, pyrrole, pyrroline, pyryl, tetrazole, Thiadiazine, thiazine, thiomorpholine, thionaphthene, thiophene, triazine, Trithian, Trophan, etc.

Weitere Beispiele solcher Verbindungen X repräsentieren die Formeln IV und V: PY1Y2Y3 (IV) NY1Y2Y3, (V) wobei Y1, Y2 und Y3 Wasserstoff, „C1-10-alkyl", „C2-10-alkenyl", „C5-10-aryl" sind und gleich oder verschieden voneinander sein können.Further examples of such compounds X represent the formulas IV and V: PY 1 Y 2 Y 3 (IV) NY 1 Y 2 Y 3 , (V) wherein Y 1 , Y 2 and Y 3 are hydrogen, "C 1-10 alkyl", "C 2-10 alkenyl", "C 5-10 aryl" and may be the same or different from each other.

Der Ausdruck „Substitution" bezieht sich hierbei auf das formale Ersetzen von in der Regel Wasserstoffatomen an den Kohlenstoffatomen der oben aufgezählten Heteroatom-Kohlenstoffgerüste. Diese Wasserstoffatome können durch Nichtmetalle der 4., 5., 6. oder 7. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente ersetzt werden.Of the The term "substitution" refers to the formal Replacing usually hydrogen atoms on the carbon atoms the heteroatom carbon skeletons listed above. These hydrogen atoms can be replaced by non-metals of the 4th, 5th, 6th or 7th main group of the periodic table of elements replaced become.

Von technischer Relevanz haben sich besonders Kationen des Typs 1-(C1-10-alkyl)-3-(C1-10-alkyl)imidazolium und N-(C1-10-alkyl)pyridinium erwiesen.Cations of the type 1- (C 1-10 -alkyl) -3- (C 1-10 -alkyl) imidazolium and N- (C 1-10 -alkyl) pyridinium have proven to be of particular industrial relevance.

Das Anion kann ein organisches oder anorganisches Anion sein. Es steht eine große Anzahl von auswählbaren Anionen zur Verfügung, wie beispielsweise F, Cl, Br, I, OH, NO3 , BF4 , PF6 , FeCl4 , ZnCl3 , SnCl5 , AsF6 , SbF6 , AlCl4 , CF3CO2 , NiCl3 , ClO4 , [(CF3SO2)2N], CF3SO3 , CN, (CN)2N, (CF3SO2)3C, (CF3)2PF4 , (CF3)3PF3 , (CF3)5PF, (CF3)6P, SF5CF2SO3 , SF5CHFCF2SO3 , CF3CF2(CF3)2CO, (CF3SO2)2CH, (SF5)3C, [O(CF3)2C2CF3)2O]2PO, [H(CF3SO3)2]C, (CF3)2N, B(CN)4 , (C2F5)2P(O)O, (C2F5)3PF3 , (C3F7)3PF3 , (C4F9)3PF3 , CO(CO)4 , HSO3 , HSO4 , H2PO4 , HPO4 2–, BCl4 , SO4 2–, CO3 2–, „C5-10-aryl"sulfonat, „C1-10-alkyl"sulfonat, „C1-10-alkyl"sulfat, Di„C1-10-alkyl"phosphat, „C1-10-alkyl"phosphonat, „C5-10-aryl"phosphonat, „C2-10-alkenyl"sulfonat, „C2-10-alkenyl"carbonat, „C2-10-alkenyl"phosphonat, „C5-10-aryl"sulfat, „C2-10-alkenyl"sulfat, Bis(perfluooro„C1-10-alkyl"sulfonyl)amid, Bis(perfluoro„C5-10-aryl"sulfonyl)amid, Bis(perfluoro„C2-10-alkenyl"sulfonyl)amid, „C1-10-alkyl"carbonat, „C5-10-aryl"carbonat, „C1-10-alkyl"carboxylat, „C2-10-alkenyl"carboxylat oder „C5-10-aryl"carboxylat etc.The anion can be an organic or inorganic anion. There is a large number of selectable anions available, such as F -, Cl -, Br -, I -, OH -, NO 3 -, BF 4 -, PF 6 -, FeCl 4 -, ZnCl 3 -, SnCl 5 - , AsF 6 - , SbF 6 - , AlCl 4 - , CF 3 CO 2 - , NiCl 3 - , ClO 4 - , [(CF 3 SO 2 ) 2 N] - , CF 3 SO 3 - , CN - , ( CN) 2 N - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , SF 5 CF 2 SO 3 - , SF 5 CHFCF 2 SO 3 - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , [O (CF 3 ) 2 C 2 CF 3 ) 2 O] 2 PO - , [H (CF 3 SO 3 ) 2 ] C - , (CF 3 ) 2 N - , B (CN) 4 - , (C 2 F 5 ) 2 P (O) O -, (C 2 F 5) 3 PF 3 -, (C 3 F 7) 3 PF 3 -, (C 4 F 9) 3 PF 3 -, CO (CO) 4 -, HSO 3 - , HSO 4 - , H 2 PO 4 - , HPO 4 2- , BCl 4 - , SO 4 2- , CO 3 2- , "C 5-10 -aryl" sulfonate, "C 1-10 -alkyl" sulfonate, "C 1-10 alkyl" sulfate, di "C 1-10 alkyl" phosphate, "C 1-10 alkyl" phosphonate, C "phosphonate" 5-10 aryl C 2-10 -alke nyl "sulfonate," C 2-10 alkenyl "carbonate," C 2-10 alkenyl "phosphonate," C " 5-10 aryl" sulfate, "C 2-10 alkenyl" sulfate, bis (perfluoro "C 1 -10- alkyl "sulfonyl) amide, bis (perfluoro" C " 5-10 aryl" sulfonyl) amide, bis (perfluoro "C 2-10 alkenyl" sulfonyl) amide, "C 1-10 alkyl" carbonate, " C 5-10 -aryl "carbonate," C 1-10 -alkyl "carboxylate," C 2-10 -alkenyl "carboxylate or" C 5-10 -aryl "carboxylate, etc.

Durch geschickte Kombination der oben genannten Kationen und Anionen werden Salze mit niedrigem Schmelzpunkt (kleiner als 150°C bei 1 bar), welche der Definition „ionische Flüssigkeiten" gehorchen, zusammengestellt.By clever combination of the above cations and anions Low melting point salts (less than 150 ° C at 1 bar), which corresponds to the definition "ionic liquids" obey, compiled.

Die Erfindung ist nicht auf die beispielhaft aufgeführten ionischen Flüssigkeiten beschränkt.The Invention is not limited to the exemplified ionic Limited liquids.

Die ionische Flüssigkeit dient zur Umsetzung von Kohlenhydraten, insbesondere Monosacchariden, zu HMF und kann sich aus einer ionischen Flüssigkeit, wie sie oben definiert wurde, oder aus einer Mischung aus mehreren solcher ionischen Flüssigkeiten zusammensetzen.The ionic liquid is used to convert carbohydrates, in particular monosaccharides, to HMF and may be from an ionic Liquid as defined above, or from one Make a mixture of several such ionic liquids.

Diese Reaktionsphase, in der die Umsetzung zu HMF erfolgt, wird als ionische Flüssigkeitsphase bezeichnet, die auch Additive enthalten kann.These Reaction phase, in which the conversion to HMF takes place, is called ionic Liquid phase referred to, which also contain additives can.

Unter „Additiv" sind Zusätze zu verstehen, die zum einen die Umsetzung der Kohlenhydrate zu HMF positiv beeinflussen, beispielsweise bezüglich der Selektivität oder Umsatzgeschwindigkeit der Reaktion. Diese Additive besitzen chemische Strukturelemente, die auch als Lewis- oder Brönsted-Säuren bekannt sind. Beispiele für Additive sind die Brönsted-Säuren Wasser, Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, HBF4, HPF6, CF3SO3H, [(CF3SO2)2]NH, Essigsäure, Levulinsäure, und deren Anhydride, wie beispielsweise Essigsäureanhydrid, Trifluormethansulfonsäureanhydrid und Trifluoressigsäureanhydrid, und Lewissäuren, wie Aluminiumtrichloride, und andere Metalhalogenide.By "additive" is meant additives which, on the one hand, have a positive effect on the conversion of the carbohydrates to HMF, for example with regard to the selectivity or reaction rate of the reaction These additives have chemical structural elements which are also known as Lewis or Bronsted acids Additives are the Bronsted acids water, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, HBF 4 , HPF 6 , CF 3 SO 3 H, [(CF 3 SO 2 ) 2 ] NH, acetic acid, levulinic acid, and their anhydrides, such as acetic anhydride, trifluoromethanesulfonic anhydride and trifluoroacetic anhydride, and Lewis acids such as aluminum trichlorides and other metal halides.

Zum anderen zählen chemische Zusätze zur Definition des Additivs, die im Falle der Emulsionsbildung durch Unterstützung der Koagulation der ionischen Flüssigkeitsphase und der Extraktionsphase die Phasentrennung unterstützen oder die Viskosität oder den Schmelzpunkt der ionischen Flüssigkeitsphase herabsetzen.To the others include chemical additives for definition of the additive, in the case of emulsion formation by support the coagulation of the ionic liquid phase and the Extraction phase support the phase separation or the Viscosity or the melting point of the ionic liquid phase decrease.

Einzelverbindung oder Mischung mehrerer dieser Verbindungen können eingesetzt werden, und werden in ihrer Gesamtheit als „Additiv" definiert.Itemized or mixture of several of these compounds can be used and are defined in their entirety as an "additive".

Kohlenhydrate, insbesondere Monosaccharide, sollen hier als Verbindungen der allgemeinen Summenformel (CH2O)n definiert sein, zu denen beispielsweise die Fructose und Glucose gehören. Des Weiteren fallen unter den Begriff „Kohlenhydrate" Oligomere und Polymere, die formal aus (CH2O)n-Bausteinen durch glykosidische Verknüpfung entstehen, wie zum Beispiel Stärke (Polyglucose), Cellulose (Polyglucose), Saccharose oder Inulin (Polyfructose). Da für die kommerzielle Umsetzung zu HMF vorzugsweise Kohlenhydrate aus nachwachsenden Rohstoffen zum Einsatz kommen, werden auch direkt in der Natur vorkommende Ressourcen, wie Holz und Zichorie, sowie deren chemisch durch Aufschluss oder physikalisch (durch Mahlen, Pressen, Extrahieren etc.) vorbehandelte Folgeprodukte als „Kohlenhydrate" bzw. „Monosaccharide" definiert, wie zum Beispiel Fructosesirupe, Mutterlaugen der Fructose- oder Glucosekristallisation, Invertzucker, hydrolysiertes Holz, oder Abfälle aus der Papier- und Holzindustrie. Diese sind in großen Mengen leicht zugänglich.Carbohydrates, in particular monosaccharides, are to be defined here as compounds of the general empirical formula (CH 2 O) n , which include, for example, fructose and glucose. Furthermore, the term "carbohydrates" includes oligomers and polymers which formally arise from (CH 2 O) n building blocks by glycosidic linkage, for example starch (polyglucose), cellulose (polyglucose), sucrose or inulin (polyfructose) carbohydrates from renewable raw materials are also used for the commercial conversion to HMF, also directly occurring in nature resources, such as wood and chicory, as well as their chemically by digestion or physically (by grinding, pressing, extracting, etc.) pretreated secondary products as " Carbohydrates "or" monosaccharides ", such as fructose syrups, mother liquors of fructose or glucose crystallization, invert sugar, hydrolyzed wood, or wastes from the paper and wood industries, which are readily available in large quantities.

Als besonders geeigneter Ausgangsstoff für die Herstellung von HMF sind Mutterlaugen der Fructosekristallisation zu nennen.When particularly suitable starting material for the preparation HMF are mother liquors of fructose crystallization.

Aufgrund der Einsatzbreite des vorgeschlagenen Verfahrens können auch Kohlenhydrate aus unterschiedlichen Quellen und Zusammensetzungen als Mischung zum Einsatz kommen. Dementsprechend ist die Erfindung nicht auf die beispielhaft genannten Kohlenhydrate beschränkt.by virtue of the scope of the proposed method can also carbohydrates from different sources and compositions used as a mixture. Accordingly, the invention not limited to the exemplified carbohydrates.

Die Kohlenhydrate werden in der ionischen Flüssigkeitsphase mit oder ohne vorgenannte Additive gelöst oder dispergiert.The Carbohydrates become in the ionic liquid phase dissolved or dispersed with or without the aforementioned additives.

Der Konzentrationsbereich der Kohlenhydrate liegt vorteilhaft zwischen 5 und 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Verhältnis der (CH2O)6-Einheiten der Kohlenhydrate und der ionischen Flüssigkeit. Der Konzentrationsbereich des Additivs liegt dabei zweckmäßig zwischen 0 und 10 Gewichtsprozent, bezogen auf die ionische Flüssigkeitsphase. Das Verhältnis zwischen Kohlenhydraten, Additiv und ionischer Flüssigkeit hängt, wie an sich bekannt, insbesondere von der Reaktionstemperatur, der Bildungsrate der Nebenprodukte und der Löslichkeit der Kohlenhydrate in der ionischen Flüssigkeitsphase ab.The concentration range of the carbohydrates is advantageously between 5 and 70 percent by weight, based on the ratio of the (CH 2 O) 6 units of the carbohydrates and the ionic liquid. The concentration range of the additive is expediently between 0 and 10 percent by weight, based on the ionic liquid phase. The ratio between carbohydrates, additive and ionic liquid depends, as known per se, in particular on the reaction temperature, the rate of formation of the by-products and the Solubility of carbohydrates in the ionic liquid phase from.

Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Reaktor mit einer Temperiereinheit vorgeschlagen, mit deren Hilfe das Reaktorgut auf vorteilhafte Reaktionstemperatur gebracht wird. Zweckmäßig erfolgt die Umsetzung der Kohlenhydrate zu HMF bei Temperaturen zwischen 50°C und 150°C, vorzugsweise zwischen 70°C und 90°C betrieben. Der gewählte Druck liegt zwischen 0,5 bar und 80 bar, vorzugsweise zwischen 0,8 bar und 5 bar, bestenfalls bei 1 bar.to Implementation of the method is a reactor with a Tempering proposed, with the help of the reactor advantageous reaction temperature is brought. expedient the conversion of carbohydrates to HMF takes place at temperatures between 50 ° C and 150 ° C, preferably between 70 ° C and 90 ° C operated. The chosen one Pressure is between 0.5 bar and 80 bar, preferably between 0.8 bar and 5 bar, at best at 1 bar.

Der Reaktor ist vorteilhaft doppelwandig aufgebaut, so dass die Temperierung konduktiv mittels Dampf oder einer Heizflüssigkeit erfolgen kann. Alternativ kann die Temperierung durch Umhüllung des Reaktionsgefäßes mit Heizbändern oder anderer Heizung geschehen. Eine weitere Art der Temperierung ist beispielsweise durch den Einsatz eines Hochfrequenzfeldes gegeben, in dem sich der Reaktor befindet. Speziell für die Synthese von HMF im Mikrowellenofen ist das Verfahren sehr geeignet, weil das Reaktorvolumen aufgrund der genannten Vorteile hinreichend klein gehalten werden kann, um den Reaktor vorteilhaft in konventionelle Mikrowellenöfen zu integrieren. Dadurch wird eine aufwendige und technisch nur schwer realisierbare Vergrößerung des Mikrowellenofens gegenstandslos.Of the Reactor is advantageously constructed double-walled, so that the temperature conductively by means of steam or a heating fluid can. Alternatively, the temperature control by wrapping of the reaction vessel with heating bands or other heating happen. Another type of temperature control is given for example by the use of a high-frequency field, in which the reactor is located. Especially for the synthesis from HMF in a microwave oven, the process is very suitable because the reactor volume due to the advantages mentioned sufficiently small can be kept to the reactor advantageous in conventional Integrate microwave ovens. This will be a costly and technically difficult to realize magnification of the microwave oven irrelevant.

Das HMF geht erfindungsgemäß unmittelbar nach seiner Entstehung in der ionischen Flüssigkeitsphase kontinuierlich und selektiv durch die besagte Reaktivextraktion in das Extraktionsmittel über, welches die ionische Flüssigkeitsphase strömend kontaktiert. Als Extraktionsmittel kommt dazu ein organisches Lösungsmittel oder eine Mischung aus mehreren organischen Lösungsmitteln zum Einsatz, die in ihrer Gesamtheit als Extraktionsphase definiert werden. Die Extraktionsphase zeichnet sich dadurch aus, dass sie

  • – das HMF selektiv aus der ionischen Flüssigkeitsphase herauslöst, d. h. keine bzw. nur vernachlässigbar geringe Löslichkeit für die anderen Komponenten der ionischen Flüssigkeitsphase (ionische Flüssigkeit, Kohlenhydrate, Additive) besitzt.
  • – die ionische Flüssigkeitsphase kontinuierlich durchströmt oder an dieser kontaktierend vorbeiströmt. Ein solcher Prozess ist dem Fachmann auch als Reaktivextraktion bekannt, die im Gegenstrom oder Gleichstrom stattfinden kann.
  • – einen relativ geringen Siedepunkt hat, so dass sie anschließend möglichst aufwandgering vom HMF, beispielsweise durch Destillation, entfernt werden kann.
  • – bei Reaktionstemperatur und Reaktionsdruck als Flüssigkeit vorliegt und
  • – eine niedrigere Dichte als die ionischen Flüssigkeitsphase besitzt, so dass sie vorteilhaft aus dem Reaktorkopf entnommen werden kann.
According to the invention, the HMF, following its formation in the ionic liquid phase, passes continuously and selectively through the said reactive extraction into the extractant, which contacts the ionic liquid phase in a flowing manner. The extractant used is an organic solvent or a mixture of several organic solvents, which are defined in their entirety as the extraction phase. The extraction phase is characterized by the fact that they
  • - The HMF selectively dissolves from the ionic liquid phase, ie no or only negligible solubility for the other components of the ionic liquid phase (ionic liquid, carbohydrates, additives) has.
  • - Continuously flows through the ionic liquid phase or flows past contacting it. Such a process is also known to the person skilled in the art as reactive extraction, which can take place in countercurrent or direct current.
  • - Has a relatively low boiling point, so that they can then as possible aufwandgering removed from the HMF, for example by distillation.
  • - Is present as a liquid at reaction temperature and reaction pressure and
  • - Has a lower density than the ionic liquid phase, so that it can be advantageously removed from the reactor head.

Insbesondere fallen hierunter gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe, aromatische Verbindungen, geradkettige und verzweigte Ether, Ketone, Ester, Carbonate, Lactone, Nitrile, Amide oder Sulfone. Beispielsweise eignet sich für die Herstellung HMF in der ionischen Flüssigkeit 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat besonders Methyltertiärbutylether, Dibutylether oder Methylisobutylketon, da in diesen weder die besagten Kohlenhydrate noch die ionische Flüssigkeit löslich ist.Especially these include saturated and unsaturated hydrocarbons, aromatic compounds, straight-chain and branched ethers, ketones, Esters, carbonates, lactones, nitriles, amides or sulfones. For example is suitable for the production of HMF in the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium methyl sulfonate, especially methyl tertiary butyl ether, Dibutyl ether or methyl isobutyl ketone, since in these neither said Carbohydrates nor the ionic liquid soluble is.

Der Reaktor bringt die ionische Flüssigkeitsphase und die Extraktionsphase aktiv oder passiv miteinander in Kontakt. Das kann zum einen beispielsweise durch entsprechende Impellerformen, z. B. Scheibenrührer, und zum anderen durch statische Mischelemente erfolgen.Of the Reactor brings the ionic liquid phase and the extraction phase actively or passively in contact with each other. This can for one, for example by appropriate impeller shapes, z. B. disc stirrer, and on the other by static mixing elements.

Die Extraktionsphase mit dem selektiv aufgenommenen HMF wird vorteilhafter Weise am Reaktorkopf entnommen. Gegebenenfalls ist dazu das Brechen von Dispersionen erforderlich. Das geschieht beispielsweise durch an sich bekanntes Fördern der Koaleszenz, was mechanisch und/oder auf chemischem Weg durch Zugabe von Additiven erreicht werden kann. Die mechanische Abtrennung der Extraktionsphase von der ionischen Flüssigkeitsphase findet in beruhigten Zonen des Reaktors statt, beispielsweise an der Oberfläche von Füllkörpern oder anderen zweckmäßigen Einbauten, durch Abschalten eines Rührers oder in einem Absetzbehälter. Dies kann durch Ein- oder Anbauten in einem Rohrreaktor oder in einem Rührkessel erreicht werden.The Extraction phase with the selectively incorporated HMF becomes more advantageous Sampled at the reactor head. If necessary, this is breaking of dispersions required. This happens, for example, by known to promote coalescence, which is mechanical and / or chemically achieved by the addition of additives can be. The mechanical separation of the extraction phase of The ionic liquid phase takes place in calmed zones the reactor instead, for example on the surface of packing or other functional installations, by switching off a stirrer or in a settling tank. This can by incorporation or additions in a tubular reactor or in a Rührkessel be achieved.

Sowohl bei der mikrowellenassistierten als auch bei der konduktiv geheizten Reaktionsführung wird ein Reaktor verwendet, der die besagte Entnahme der Extraktionsphase vorzugsweise am Reaktorkopf und eine Neuzuführung sowohl von frischer ionischer Flüssigkeitsphase (ionische Flüssigkeit, Kohlenhydrate und Additiv) als auch vom Extraktionsmittel ermöglicht. Zum Einsatz kommen hierbei an sich bekannte kontinuierliche betriebene Reaktoren, wie z. B. Rührkessel und Rohrreaktoren.Either in the microwave-assisted as well as in the conductively heated Reaction is a reactor used, the said Taking the extraction phase preferably at the reactor head and a New delivery of both fresh ionic liquid phase (ionic liquid, carbohydrates and additive) as well from the extractant. Used here per se known continuous operated reactors, such as. B. Stirred tank and tubular reactors.

Die Wahl der Reaktionsbedingungen, insbesondere Druck, Reaktionstemperatur, Verweildauer im Reaktor, Durchflussrate der Extraktionsphase etc. sind hauptsächlich von den physikalischen Eigenschaften der ionischen Flüssigkeitsphase, der Extraktionsphase bzw. der Reaktivität des zu gewinnenden HMF abhängig.The choice of reaction conditions, in particular pressure, reaction temperature, residence time in the reactor, flow rate of the extraction phase, etc. are mainly due to the physical properties of the ionic liquid phase, the extraction phase or the reactivity of the HMF to be obtained.

Die Reaktion kann unter Schutzgas, z. B. Argon oder Stickstoff, durchgeführt werden.The Reaction can be carried out under protective gas, for. As argon or nitrogen, performed become.

Das Herstellungsverfahren ermöglicht die Anwendung eines geschlossenen Systems, welches ein Entweichen der Extraktionsphase in die Umwelt hindert. Über den hohen Reaktionsdurchsatz des hergestellten HMFs hinaus erweisen sich die Reaktivextraktion und die kontinuierliche Entnahme des Produktes als höchst vorteilhaft, da so auch die Bildung von Nebenprodukten (Levulinsäure, Humine, Verkokungsprodukte etc.) in der ionischen Flüssigkeitsphase verhindert wird. Der kontinuierliche Betrieb führt damit zur Prozessvereinfachung und zu einer wesentlichen Verringerung des verfahrens- und sicherheitstechnischen sowie zeitlichen und energetischen (wirtschaftlichen) Aufwands.The Manufacturing process allows the application of a closed Systems, which is an escape of the extraction phase into the environment prevents. About the high reaction throughput of the produced HMFs turn out to be the reactive extraction and the continuous Taking the product as highly beneficial, as well as the formation of by-products (levulinic acid, humins, coking products etc.) is prevented in the ionic liquid phase. Of the continuous operation thus leads to process simplification and to a significant reduction in the procedural and safety as well as temporal and energetic (economic) expenses.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsmerkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgeführt.In The dependent claims are advantageous embodiments of the method according to the invention.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, ohne den Schutzumfang auf diese zu beschränken.The Invention will be described below with reference to embodiments be explained in more detail, without the scope of protection to limit to this.

Ausführungsbeispiel 1:Embodiment 1

Die Figur zeigt beispielhaft die schematische Darstellung eines an sich bekannten Reaktors, der zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.The FIG. 1 shows by way of example the schematic representation of a per se known reactor, for carrying out the method suitable is.

Ein Reaktorraum 1 ist unten durch eine Bodenplatte 2 und oben durch eine Deckplatte 3 begrenzt sowie seitlich von einem Heizmantel 4 umgeben. Der Heizmantel 4 besitzt einen Zulauf 5 und einen Ablauf 6 für ein in der Figur durch Pfeildarstellung angedeutetes Heizmittel, durch welches der Reaktorraum 1 beheizt wird.A reactor room 1 is down through a bottom plate 2 and above through a cover plate 3 limited and laterally by a heating jacket 4 surround. The heating jacket 4 has an inlet 5 and a process 6 for a in the figure indicated by arrow heating means, through which the reactor space 1 is heated.

Im Reaktorraum 1 befinden sich ein rotierendes Rührwerk 7 mit Rührblättern 8 sowie im unteren Reaktorbereich eine vertikale Lochplatte 9.In the reactor room 1 There is a rotating agitator 7 with stirring blades 8th and in the lower reactor area a vertical perforated plate 9 ,

In der Bodenplatte 2 und in der Deckplatte 3 sind jeweils zwei Stutzen 10, 11 bzw. 12, 13 für den Zu- bzw. Ablauf der ionischen Flüssigkeitsphase bzw. Extraktionsphase angeordnet.In the bottom plate 2 and in the cover plate 3 are two nozzles each 10 . 11 respectively. 12 . 13 arranged for the inlet and outlet of the ionic liquid phase or extraction phase.

Die ionische Flüssigkeitsphase und die Extraktionsphase werden vorzugsweise im Gegenstrom kontaktiert, d. h. die ionische Flüssigkeitsphase wird durch den Stutzen 12 oder 13 durch die Deckplatte 3 eingefüllt und sammelt sich im unteren Reaktorbereich. Gleichzeitig wird die Extraktionsphase von unten über den Stutzen 10 oder 11 durch die Bodenplatte 2 im Gegenstrom zugegeben. Mit dem Rührwerk 7 werden ionische Flüssigkeitsphase und Extraktionsphase zur besseren Kontaktierung vermischt. Durch diese Reaktion reichert sich in der ionischen Flüssigkeitsphase gebildetes 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) in der Extraktionsphase an und wird gemeinsam mit dieser durch den Stutzen 13 oder 12 nach oben aus dem Reaktorraum 1 abgeführt. Die Rotationsgeschwindigkeit des Rührwerkes wird dabei so gewählt, dass ein kontinuierlicher Betrieb zur Abführung des HMF ermöglicht wird.The ionic liquid phase and the extraction phase are preferably contacted in countercurrent, ie, the ionic liquid phase is through the nozzle 12 or 13 through the cover plate 3 filled and collected in the lower reactor area. At the same time the extraction phase from below over the neck 10 or 11 through the bottom plate 2 added in countercurrent. With the stirrer 7 ionic liquid phase and extraction phase are mixed for better contacting. As a result of this reaction, 5-hydroxymethylfurfural (HMF) formed in the ionic liquid phase accumulates in the extraction phase and, together with the latter, passes through the nozzle 13 or 12 up from the reactor room 1 dissipated. The rotational speed of the agitator is chosen so that a continuous operation for discharging the HMF is made possible.

Zur Durchführung der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele besteht der Reaktorraum 1 aus einem vertikal angeordneten Glasrohr mit einer Höhe von 40 cm und einem Durchmesser von 8 cm.To carry out the embodiments described below, there is the reactor space 1 from a vertically arranged glass tube with a height of 40 cm and a diameter of 8 cm.

Ausführungsbeispiel 2:Embodiment 2:

In das vorgenannte und durch den Heizmantel 4 auf 80°C beheizte Glasrohr (Reaktorraum 1), in dem sich eine Mischung, bestehend aus 5% Fructose in 1 kg 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat (ionische Flüssigkeitsphase) befindet, leitet man von unten (Stutzen 10 in der Bodenplatte 2) kontinuierlich durch die Lochplatte 9 Methyltertiärbutylether als Extraktionsmittel ein. Beim Strömungskontakt des kontinuierlich eingefüllten Extraktionsmittels mit der im Reaktionsraum 1 befindlichen ionischen Flüssigkeitsphase (besagte Mischung aus Fructose und 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat) geht das entstandene HMF in das Extraktionsmittel über, welches durch die Deckplatte 3 hindurch (Stutzen 12) kontinuierlich entnommen wird. Am Reaktorboden (Stutzen 11 in der Bodenplatte 2) wird die von der Fructose und HMF befreite ionische Flüssigkeitsphase abgeführt. Entsprechend dieser Entnahme wird von oben (Stutzen 13 in der Deckplatte 3) ionische Flüssigkeitsphase (besagte Mischung aus ionischer Flüssigkeit und Fructose nachgefüllt.In the above and through the heating jacket 4 heated to 80 ° C glass tube (reactor space 1 ), in which there is a mixture consisting of 5% fructose in 1 kg of 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat (ionic liquid phase), is passed from below (nozzle 10 in the bottom plate 2 ) continuously through the perforated plate 9 Methyltertiärbutylether as extractant. At the flow contact of the continuously filled extractant with the in the reaction space 1 located ionic liquid phase (said mixture of fructose and 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat), the resulting HMF passes into the extractant, which passes through the cover plate 3 through (neck 12 ) is taken continuously. At the reactor bottom (nozzle 11 in the bottom plate 2 ) dissipates the ionic liquid phase freed from fructose and HMF. According to this removal is from above (neck 13 in the cover plate 3 ) ionic liquid phase (said mixture of ionic liquid and fructose refilled.

Die mittlere Verweilzeit der ionischen Flüssigkeitsphase im Reaktorraum 1 beträgt 1 h. Von der aus dem Reaktorraum 1 entnommenen HMF-haltige Extraktionsphase wird das Lösungsmittel, beispielsweise durch einen aus Übersichtsgründen nicht in der Zeichnung dargestellten Rotationsverdampfer, entfernt.The average residence time of the ionic liquid phase in the reactor space 1 is 1 h. From the the reactor room 1 removed HMF-containing extraction phase, the solvent, for example, by a not shown for reasons of clarity in the drawing rotary evaporator removed.

Es ergibt sich eine Ausbeute von 92%, bezogen auf die eingesetzte Fructose, bei einer Reinheit > 98%. Dies entspricht einer Reaktorleistung von 33 g HMF/h.It results in a yield of 92%, based on the fructose, at a purity> 98%. This corresponds to a reactor power of 33 g HMF / h.

Ausführungsbeispiele 3–17:Embodiments 3-17:

Nach dem in Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Verfahrensablauf werden zur Gewinnung von HMF als weitere Beispiele (vgl. Tabelle 1) jeweils eine Zuckerlösung in einer ionischer Flüssigkeit nunmehr mittels Mikrowelleneinstrahlung auf die in der Tabelle 1 angegebene Temperatur erwärmt, und mit Methyltertiärbutylether kontinuierlich extrahiert. Tabelle 1: Verfahrensbedingungen und Reaktorleistungen für Ausführungsbeispiele 2–17 Ausführungsbeispiel Ionische Flüssigkeit Zuckerart Konz. [%] T [°C] Reaktorleistung [g/h] 2 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Fructose 5 80 33 3 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Fructose 8 80 50 4 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Fructose 15 80 80 5 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Fructose 20 80 97 6 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Fructose 25 80 120 7 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Fructose 5 100 23 8 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Fructose 8 100 60 9 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Fructose 15 100 102 10 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Fructose 20 100 140 11 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Saccharose 5 80 19 12 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Saccharose 25 80 210 13 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Inulin 5 80 33 14 1-Allyl-3-methylimidazoliumbromid Fructose 5 80 32 15 1-Ethyl-3-methylimidazolium p-toluensulfonat Fructose 5 80 3 16 1-Butyl-3-methylimidazoliumtrifluoromethylsulfonat Fructose 5 80 7 17 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat Fructose 5 60 25 According to the procedure described in Example 2, to recover HMF as further examples (see Table 1), a sugar solution in an ionic liquid is now heated to the temperature indicated in Table 1 by means of microwave irradiation, and extracted continuously with methyl tert-butyl ether. Table 1: Process conditions and reactor performance for Embodiments 2-17 embodiment Ionic liquid zuckerart Conc. [%] T [° C] Reactor power [g / h] 2 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat fructose 5 80 33 3 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat fructose 8th 80 50 4 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat fructose 15 80 80 5 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat fructose 20 80 97 6 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat fructose 25 80 120 7 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat fructose 5 100 23 8th 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat fructose 8th 100 60 9 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat fructose 15 100 102 10 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat fructose 20 100 140 11 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat sucrose 5 80 19 12 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat sucrose 25 80 210 13 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat inulin 5 80 33 14 1-allyl-3-methylimidazoliumbromid fructose 5 80 32 15 1-ethyl-3-methylimidazolium p-toluenesulfonate fructose 5 80 3 16 1-butyl-3-methylimidazoliumtrifluoromethylsulfonat fructose 5 80 7 17 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat fructose 5 60 25

Ausführungsbeispiel 18:Embodiment 18:

Entsprechend Ausführungsbeispiel 2 wird eine 15%ige Fructoselösung in der ionischen Flüssigkeit 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat unter Zugabe von HCl (1 mol%) als Additiv im einem kontinuierlich betriebenen, mantelbeheizten Reaktor (vgl. Figur) auf 80°C erwärmt und mit Methyltertiärbutylether kontinuierlich extrahiert. Die mittlere Verweilzeit der ionischen Flüssigkeitsphase im Reaktor beträgt 1 h.According to Embodiment 2, a 15% fructose solution in the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat with the addition of HCl (1 mol%) as an additive in a continuously operated jacket-heated reactor (see Figure) heated to 80 ° C and extracted continuously with methyl tert-butyl ether. The mean residence time of the ionic liquid phase in the reactor is 1 h.

Die HMF-haltige Extraktionsphase wird nach dem Überlauf am Reaktorkopf (Deckplatte 3) gesammelt und das Lösungsmittel wiederum am besagten Rotationsverdampfer vom Produkt entfernt.The HMF-containing extraction phase is after the overflow at the reactor head (cover plate 3 ) and the solvent is again removed from the product on said rotary evaporator.

Es ergibt sich eine Ausbeute von 88% bezogen auf die eingesetzte Fructose, bei einer Reinheit > 98%. Dies entspricht einer Reaktorleistung von 92 g HMF/h.It results in a yield of 88% based on the fructose, at a purity> 98%. This corresponds to a reactor power of 92 g HMF / h.

Ausführungsbeispiel 19:Embodiment 19:

Entsprechend Ausführungsbeispiel 2 wird eine 5%ige Fructoselösung in der ionischen Flüssigkeit 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat unter Zugabe von Wasser (1 mol%) als Additiv in einem kontinuierlich betriebenen, mantelbeheizten Reaktor (vgl. Figur) auf 80°C erwärmt und mit Methyltertiärbutylether kontinuierlich extrahiert. Die mittlere Verweilzeit der ionischen Flüssigkeitsphase im Reaktor beträgt 1 h.Corresponding Embodiment 2 becomes a 5% fructose solution in the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazoliummethylsulfonat with the addition of water (1 mol%) as an additive in a continuous operated jacket-heated reactor (see Figure) to 80 ° C. heated and continuously with methyl tert-butyl ether extracted. The mean residence time of the ionic liquid phase in the reactor is 1 h.

Die HMF-haltige Extraktionsphase wird nach dem Überlauf am Reaktorkopf (Deckplatte 3) gesammelt und das Lösungsmittel wiederum am besagten Rotationsverdampfer vom Produkt entfernt.The HMF-containing extraction phase is after the overflow at the reactor head (cover plate 3 ) and the solvent is again removed from the product on said rotary evaporator.

Es ergibt sich eine Ausbeute von 85% bezogen auf die eingesetzte Fructose, bei einer Reinheit > 98%. Dies entspricht einer Reaktorleistung von 30 g HMF/h.It results in a yield of 85% based on the fructose, at a purity> 98%. This corresponds to a reactor power of 30 g HMF / h.

Ausführungsbeispiel 20:Embodiment 20:

Entsprechend Ausführungsbeispiel 2 wird eine 5%ige Fructoselösung in der ionischen Flüssigkeit N-Butyl-N-methylpyrrolidiniumchlorid unter Zugabe von Wasser (10%) als Additiv in einem kontinuierlich betriebenen, mantelbeheizten Reaktor (vgl. Figur) auf 80°C erwärmt und mit Methyltertiärbutylether kontinuierlich extrahiert. Die mittlere Verweilzeit der ionischen Flüssigkeitsphase im Reaktor beträgt 1 h. Die HMF-haltige Extraktionsphase wird nach dem Überlauf am Reaktorkopf (Deckplatte 3) gesammelt und das Lösungsmittel wiederum am besagten Rotationsverdampfer vom Produkt entfernt. Es ergibt sich eine Ausbeute von 26% bezogen auf die eingesetzte Fructose, bei einer Reinheit > 98%. Dies entspricht einer Reaktorleistung von 9 g HMF/h.According to embodiment 2, a 5% strength fructose solution in the ionic liquid N-butyl-N-methylpyrrolidinium chloride is heated to 80 ° C. with addition of water (10%) as an additive in a continuously operated, shell-heated reactor (see Figure) and with methyl tert-butyl ether extracted continuously. The mean residence time of the ionic liquid phase in the reactor is 1 h. The HMF-containing extraction phase is after the overflow at the reactor head (cover plate 3 ) and the solvent is again removed from the product on said rotary evaporator. This results in a yield of 26% based on the fructose used, with a purity> 98%. This corresponds to a reactor power of 9 g HMF / h.

Ausführungsbeispiel 21:Embodiment 21:

Entsprechend Ausführungsbeispiel 2 wird eine 5%ige Fructoselösung in der ionischen Flüssigkeit 1-Hexyl-3-methylimidazoliumchlorid unter Zugabe von Wasser (6%) als Additiv in einem kontinuierlich betriebenen, mantelbeheizten Reaktor (vgl. Figur) auf 80°C erwärmt und mit Methyltertiärbutylether kontinuierlich extrahiert. Die mittlere Verweilzeit der ionischen Flüssigkeitsphase im Reaktor beträgt 1 h. Die HMF-haltige Extraktionsphase wird nach dem Überlauf am Reaktorkopf (Deckplatte 3) gesammelt und das Lösungsmittel wiederum am besagten Rotationsverdampfer vom Produkt entfernt.According to Embodiment 2, a 5% fructose solution in the ionic liquid 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride is heated to 80 ° C. with addition of water (6%) as an additive in a continuously operated shell-heated reactor (see Figure) and with methyl tert-butyl ether extracted continuously. The mean residence time of the ionic liquid phase in the reactor is 1 h. The HMF-containing extraction phase is after the overflow at the reactor head (cover plate 3 ) and the solvent is again removed from the product on said rotary evaporator.

Es ergibt sich eine Ausbeute von 41% bezogen auf die eingesetzte Fructose, bei einer Reinheit > 98%. Dies entspricht einer Reaktorleistung von 14 g HMF/h.It results in a yield of 41% based on the fructose, at a purity> 98%. This corresponds to a reactor power of 14 g HMF / h.

11
Reaktorraumreactor chamber
22
Bodenplattebaseplate
33
Deckplattecover plate
44
Heizmantelheating jacket
55
ZulaufIntake
66
Ablaufprocedure
77
Rührwerkagitator
88th
Rührblätterstirring blades
99
Lochplatteperforated plate
10, 1110 11
StutzenSupport
12, 1312 13
StutzenSupport

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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  • - Y. Román-Leshkov, J. N. Chheda, J. A. Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose „Science, 312, 2006, 1933–1937 [0024] - Y. Román-Leshkov, JN Chheda, JA Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose "Science, 312, 2006, 1933-1937 [0024]
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  • - P. Rivalier, J. Duhamet, C. Moreau, R. Durand: Development of a continuous catalytic heterogeneous column reactor with simultaneous extraction of an intermediate product by an organic solvent circulating in countercurrent manner with the aqueous Phase, Catalysis Today, 24, 1995, 165–171 [0025] - P. Rivalier, J. Duhamet, C. Moreau, R. Durand: Development of a Continuous Catalytic Heterogeneous Column Reactor with Simultaneous Extraction of an Intermediate Product by an Organic Solvent circulating in a countercurrent manner with the aqueous phase, Catalysis Today, 24, 1995, 165-171 [0025]
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  • - B. F. M. Kuster, H. J. C. van der Stehen: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural Part I. Dehydration of fructose in a continuous stirred tank reactor, Starch/Stärke, 29, 1977, 99–103 [0028] - BFM Kuster, HJC van der Stehen: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural Part I. Dehydration of fructose in a continuous stirred tank reactor, Starch / Stärke, 29, 1977, 99-103 [0028]
  • - B. F. M. Kuster, H. J. C. van der Stehen: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural Part I. Dehydration of fructose in a continuous stirred tank reactor, Starch/Stärke, 29, 1977, 99–103 [0028] - BFM Kuster, HJC van der Stehen: Preparation of 5-hydroxymethylfurfural Part I. Dehydration of fructose in a continuous stirred tank reactor, Starch / Stärke, 29, 1977, 99-103 [0028]
  • - Y. Román-Leshkov, J. N. Chheda, J. A. Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose, Science, 312, 2006, 1933–1937 [0028] - Y. Román-Leshkov, JN Chheda, JA Dumesic: Phase modifiers promote efficient production of hydroxymethylfurfural from fructose, Science, 312, 2006, 1933-1937. [0028]
  • - M. Bicker, J. Hirth, H. Vogel: Dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural in sub- and supercritical acetone, Green Chemistry, 5, 2004 280–284 [0029] M. Bicker, J. Hirth, H. Vogel: Dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural in sub and supercritical acetone, Green Chemistry, 5, 2004 280-284 [0029]
  • - M. Bicker, D. Kaiser, L. Ott, H. Vogel: Dehydration of D-fructose to hydroxymethylfurfural in sub- and supercritical fluids, Journal of Supercritical Fluids, 36, 2005, 118–126 [0029] Bicker, D. Kaiser, L. Ott, H. Vogel: Dehydration of D-fructose to hydroxymethylfurfural in sub and supercritical fluids, Journal of Supercritical Fluids, 36, 2005, 118-126 [0029]
  • - Wilkes, J. S.: A short history of ionic liquids – from molten salts to neoteric solvents, Green Chemistry, 4, 2002, 73–80 [0039] Wilkes, JS: A short history of ionic liquids - from molten salts to neoteric solvents, Green Chemistry, 4, 2002, 73-80 [0039]
  • - Ngo, H. L., LeCompte, L., Hargens, L., McEwen, A. B.: Thermal properties of imidazolium ionic liquids, Thermochimica Acta, 357, 2000, 97–102 [0039] - Ngo, HL, LeCompte, L., Hargens, L., McEwen, AB: Thermal properties of imidazolium ionic liquids, Thermochimica Acta, 357, 2000, 97-102. [0039]
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Claims (37)

Verfahren zur Herstellung von 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) durch thermische Umsetzung von Kohlenhydraten, insbesondere Monosacchariden, in einer ionischen Flüssigkeit und Austragung des in dieser gebildeten 5-Hydroxymethylfurfurals mit Hilfe eines Extraktionsmittels, dadurch gekennzeichnet, dass als Extraktionsmittel eine in der ionischen Flüssigkeit nicht oder nur wenig lösliche Flüssigkeit, wie beispielsweise Dibutylether, die ionische Flüssigkeitsphase mit den darin enthaltenen Kohlenhydraten in einer auf über Raumtemperatur beheizten Reaktionszone zum Zweck der Generierung einer von der ionischen Flüssigkeitsphase separierten Extraktionsphase mit geringerer Dichte als die der ionischen Flüssigkeitsphase zur kontinuierlichen Austragung des im Extraktionsmittel durch Reaktivextraktion gelösten 5-Hydroxymethylfurfurals strömend kontaktiert.A process for the preparation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) by thermal reaction of carbohydrates, in particular monosaccharides, in an ionic liquid and discharging the 5-hydroxymethylfurfural formed in it by means of an extractant, characterized in that as extracting agent in the ionic liquid or not poorly soluble liquid, such as dibutyl ether, the ionic liquid phase with the carbohydrates contained therein in a heated above room temperature reaction zone for the purpose of generating a separated from the ionic liquid phase extraction phase with lower density than that of the ionic liquid phase for continuous discharge of the extractant in the Reactive extraction of dissolved 5-hydroxymethylfurfurally contacted. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel die ionische Flüssigkeitsphase mit den darin enthaltenen Kohlenhydraten durchströmt.Process according to claim 1, characterized characterized in that the extractant is the ionic liquid phase flows through with the carbohydrates contained therein. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel an der ionischen Flüssigkeitsphase mit den darin enthaltenen Kohlenhydraten vorbeiströmt und dabei die ionische Flüssigkeitsphase kontaktiert.Process according to claim 1, characterized characterized in that the extractant at the ionic liquid phase with the carbohydrates it flows past and while contacting the ionic liquid phase. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeitsphase durch Aufnahme, wie Lösung oder Suspension, der Kohlenhydrate in der ionischen Flüssigkeit sowie ggf. unter Zugabe von einem oder mehreren Additiven, wie Brönsted-Säuren (beispielsweise Wasser, Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, HBF4, HPF6, CF3SO3H, [(CF3SO2)2]NH, Essigsäure, Levulinsäure), deren Anhydride (beispielsweise Essigsäureanhydrid, Trifluormethansulfonsäureanhydrid, Trifluoressigsäureanhydrid), Lewis-Säuren (beispielsweise Aluminiumtrichloride, andere Metalhalogenide), Koagulationshilfen und Viskositätsregulierern, gebildet wird.A method according to claim 1, characterized in that the ionic liquid phase by uptake, such as solution or suspension, the carbohydrates in the ionic liquid and optionally with the addition of one or more additives, such as Bronsted acids (for example, water, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid , HBF 4 , HPF 6 , CF 3 SO 3 H, [(CF 3 SO 2 ) 2 ] NH, acetic acid, levulinic acid), their anhydrides (for example acetic anhydride, trifluoromethanesulfonic anhydride, trifluoroacetic anhydride), Lewis acids (for example aluminum trichlorides, other metal halides) , Coagulation aids and viscosity regulators. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeitsphase unmittelbar in der Reaktionszone gebildet wird.A method according to claim 4, characterized characterized in that the ionic liquid phase immediately is formed in the reaction zone. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeitsphase bereits als Mischung in die Reaktionszone eingebracht wird.A method according to claim 4, characterized characterized in that the ionic liquid phase already is introduced as a mixture in the reaction zone. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenhydrate als polymere, dimere oder monomere Saccharosen oder als deren Gemisch in die ionische Flüssigkeit eingebracht werden.A method according to claim 4, characterized characterized in that the carbohydrates as polymeric, dimeric or monomeric sucrose or as their mixture in the ionic liquid be introduced. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenhydrate als Stärke, Cellulose, Inulin, Fructose, Glucose oder Saccharose oder als deren Gemisch in die ionische Flüssigkeit eingebracht werden.A method according to claim 4, characterized characterized in that the carbohydrates as starch, cellulose, inulin, Fructose, glucose or sucrose or as their mixture in the ionic liquid are introduced. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenhydrate als Bestandteil eines Naturstoffes sowie in Form von zerkleinerten Pflanzenteilen in der ionischen Flüssigkeit suspendiert werden.A method according to claim 4, characterized characterized in that the carbohydrates as part of a natural substance as well as in the form of crushed plant parts in the ionic Liquid to be suspended. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenhydrate als Bestandteil eines Naturstoffes und als fester oder flüssiger Extrakt durch Lösung oder Suspension in der ionischen Flüssigkeit aufgenommen werden.A method according to claim 4, characterized characterized in that the carbohydrates as part of a natural substance and as a solid or liquid extract by solution or suspension added in the ionic liquid become. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ionischen Flüssigkeitsphase gelösten oder suspendierten Monosaccharide in situ durch die Spaltung eines Oligo- oder Polysaccharides, wie Saccharose, Stärke, Inulin, oder Kohlenhydrate enthaltende pflanzliche Rohstoffe, z. B. Zichorienwurzeln, Stroh, Holz, Mais oder Zuckerrüben, erhalten werden.Process according to claim 7, characterized characterized in that the dissolved in the ionic liquid phase or suspended monosaccharides in situ by the cleavage of a Oligo- or polysaccharides, such as sucrose, starch, inulin, or carbohydrate-containing vegetable raw materials, eg. B. chicory roots, straw, Wood, corn or sugar beets. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der ionischen Flüssigkeitsphase Kohlenhydrate in einer Konzentration zwischen 5 und 70 Gewichtsprozent, bezogen auf ein Hexoseäquivalent, zugegeben werden.Method according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the ionic liquid phase carbohydrates in one concentration between 5 and 70 percent by weight, based on one hexose equivalent, be added. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeitsphase, welche vom Extraktionsmittel strömend kontaktiert wird, aus einer einzigen ionischen Flüssigkeit besteht.Process according to claim 1, characterized characterized in that the ionic liquid phase, which from the Extraction agent is contacted, flowing from a single ionic liquid. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeitsphase, welche vom Extraktionsmittel strömend kontaktiert wird, aus mehreren ionischen Flüssigkeiten gebildet wird.A method according to claim 1, characterized in that the ionic liquid phase, which contacted by the extractant, is formed from a plurality of ionic liquids. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeitsphase einen Schmelzpunkt geringer als 150°C, vorzugsweise kleiner als 50°C, besitzt.Process according to claim 1, characterized characterized in that the ionic liquid phase has a melting point less than 150 ° C, preferably less than 50 ° C, has. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die oder zumindest eine der ionischen Flüssigkeiten bei einem Druck von 1 bar einen Schmelzpunkt von geringer als 150°C, vorzugsweise kleiner als 50°C, besitzt.A method according to claim 13 or 14, characterized in that the or at least one of the ionic Liquids at a pressure of 1 bar a melting point less than 150 ° C, preferably less than 50 ° C, has. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit durch eine Verbindung gebildet wird, die aus einem Kation [RX]+ und einem Anion [B] besteht, wobei: R: ein Wasserstoffatom, ein „C1-10-alkyl", „C5-10-aryl" oder „C2-10-alkenyl" ist, X: mindestens ein Heteroatom enthält und eine organische substituierte, unsubstituierte aliphatische, aromatische, alicyclische oder heterocyclische Verbindung, beispielsweise eine Schwefel-, Stickstoff- oder Phosphorverbindung, ist, wobei das Heteroatom primär, sekundär oder tertiär gebunden sein kann, z. B. 1-Alkylimidazol, 1,2-Dialkylimidazol, 1-Alkenylimidazol, 1-Alkoxyimidazol, Imidazol, 1-Arylimidazol, 2-Alkylimidazol, Ammoniak, Chinolin, Isochinolin, Pyridin, Alkylpyridin, Pyrrolidin, N-Alkylpyrrolidin, N-Alkenylpyrrolidin, N-Alkoxypyrrolidin, Morpholin, N-Alkylmorpholin, N-Alkenylmorpholin, N-Alkoxymorpholin, Acridin, Azepin, Benzimidazol, Benzochinolin, Benzothiazol, Benzothiazolin, Benzothiophen, Benzotriazol, Benzoxazol, Benzthiazol, Carbazol, Chinazol, Chinazolin, Chinoxalin, Chinuclidin, Coffein, Dithian, Furazan, Imidazolidin, Imidazolin, Indazol, Indol, Indolin, Indolizin, Isoindolin, Isothiazol, Isoxazol, Melamin, Naphthyridin, Oxadiazol, Oxazol, Phenantridin, Phenantrolin, Phenazin, Phenothiazin, Phenoxadin, Phthalazin, Piperazin, Piperidin, Pteridin, Purin, Pyrazin, Pyrazolidin, Pyrazolin, Pyridazin, Pyrimidin, Pyrrol, Pyrrolin, Pyryl, Tetrazol, Thiadiazin, Thiazin, Thiomorpholin, Thionaphthen, Thiophen, Triazin, Trithian, Trophan etc., sowie vertreten sein kann durch die Formeln VI und VII: PY1Y2Y3 (VI) NY1Y2Y3, (VII)in denen Y1, Y2 und Y3 Wasserstoff, „C1-10-alkyl", „C2-10-alkenyl", „C5-10-aryl" sind und gleich oder verschieden voneinander sein können, und B: F, Cl, Br, I, OH NO3 , BF4 , PF6 , FeCl4 , ZnCl3 , SnCl5 , AsF6 , SbF6 , AlCl4 , CF3CO2 , NiCl3 , ClO4 , [(CF3SO2)2N], CF3SO3 , CN, (CN)2N, (CF3SO2)3C, (CF3)2PF4 , (CF3)3PF3 , (CF3)5PF, (CF3)6P, SF5CF2SO3 , SF5CHFCF2SO3 , CF3CF2(CF3)2CO, (CF3SO2)2CH, (SF5)3C, [O(CF3)2C2CF3)2O]2PO, [H(CF3SO3)2]C, (CF3)2N, B(CN)4 , (C2F5)2P(O)O, (C2F5)3PF3 , (C3F7)3PF3 , (C4F9)3PF3 , Co(CO)4 , HSO3 , HSO4 , H2PO4 , HPO4 2–, BCl4 , SO4 2–, CO3 2–, „C5-10-aryl"sulfonat, „C1-10-alkyl"sulfonat, „C1-10-alkyl"sulfat, Di„C1-10-alkyl"phosphat, „C1-10-alkyl"phosphonat, „C5-10-aryl"phosphonat, „C2-10-alkenyl"sulfonat, „C2-10-alkenyl"carbonat, „C2-10-alkenyl"phosphonat, „C5-10-aryl"sulfat, „C2-10-alkenyl"sulfat, Bis(perfluoro„C1-10-alkyl"sulfonyl)amid, Bis(perfluoro„C5-10-aryl"sulfonyl)amid, Bis(perfluoro„C2-10-alkenyl"sulfonyl) amid, „C1-10-alkyl"carbonat, „C5-10-aryl"carbonat, „C1-10-alkyl"carboxylat, „C2-10-alkenyl"carboxylat oder „C5-10-aryl"carboxylat ist.A method according to claim 1, characterized in that the ionic liquid is formed by a compound consisting of a cation [RX] + and an anion [B] - , wherein: R: a hydrogen atom, a "C 1-10 alkyl "," C 5-10 aryl "or" C 2-10 -alkenyl ", X: at least one hetero atom and an organic substituted, unsubstituted aliphatic, aromatic, alicyclic or heterocyclic compound, such as a sulfur, nitrogen or Phosphorus compound, wherein the heteroatom may be primary, secondary or tertiary, for example 1-alkylimidazole, 1,2-dialkylimidazole, 1-alkenylimidazole, 1-alkoxyimidazole, imidazole, 1-arylimidazole, 2-alkylimidazole, ammonia, Quinoline, isoquinoline, pyridine, alkylpyridine, pyrrolidine, N-alkylpyrrolidine, N-alkenylpyrrolidine, N-alkoxypyrrolidine, morpholine, N-alkylmorpholine, N-alkenylmorpholine, N-alkoxymorpholine, acridine, azepine, benzimidazole, benzoquinoline, benzothiazole, benzothiazoline, benzothiophene en, benzotriazole, benzoxazole, benzthiazole, carbazole, quinazole, quinazoline, quinoxaline, quinuclidine, caffeine, dithiane, furazane, imidazolidine, imidazoline, indazole, indole, indoline, indolizine, isoindoline, isothiazole, isoxazole, melamine, naphthyridine, oxadiazole, oxazole, Phenantridine, phenanthroline, phenazine, phenothiazine, phenoxadine, phthalazine, piperazine, piperidine, pteridine, purine, pyrazine, pyrazolidine, pyrazoline, pyridazine, pyrimidine, pyrrole, pyrroline, pyryl, tetrazole, thiadiazine, thiazine, thiomorpholine, thionaphthene, thiophene, triazine, Trithian, Trophan, etc., and may be represented by the formulas VI and VII: PY 1 Y 2 Y 3 (VI) NY 1 Y 2 Y 3 , (VII) in which Y 1 , Y 2 and Y 3 are hydrogen, "C 1-10 -alkyl", "C 2-10 -alkenyl", "C 5-10 -aryl" and may be the same or different from each other, and B: F -, Cl -, Br -, I -, OH - NO 3 -, BF 4 -, PF 6 -, FeCl 4 -, ZnCl 3 -, SnCl 5 -, AsF 6 -, SbF 6 -, AlCl 4 -, CF 3 CO 2 - , NiCl 3 - , ClO 4 - , [(CF 3 SO 2 ) 2 N] - , CF 3 SO 3 - , CN - , (CN) 2 N - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , SF 5 CF 2 SO 3 - , SF 5 CHFCF 2 SO 3 - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , [O (CF 3 ) 2 C 2 CF 3 ) 2 O] 2 PO - , [H (CF 3 SO 3 ) 2 ] C - , (CF 3 ) 2 N - , B (CN) 4 - , (C 2 F 5 ) 2 P (O) O - , (C 2 F 5 ) 3 PF 3 - , (C 3 F 7 ) 3 PF 3 - , (C 4 F 9 ) 3 PF 3 - , Co (CO) 4 - , HSO 3 - , HSO 4 - , H 2 PO 4 - , HPO 4 2 - , BCl 4 - , SO 4 2- , CO 3 2- , "C 5-10 -aryl" sulfonate, "C 1-10 -alkyl" sulfonate, "C 1-10 -al Kyl "sulfate, di" C 1-10 alkyl "phosphate," C 1-10 alkyl "phosphonate," C 5-10 aryl "phosphonate," C 2-10 alkenyl "sulfonate," C 2-10 alkenyl carbonate, C 2-10 alkenyl phosphonate, C 5-10 aryl sulphate, C 2-10 alkenyl sulphate, bis (perfluoro C 1-10 alkylsulphonyl) amide, Bis (perfluoro "C 5-10 aryl" sulfonyl) amide, bis (perfluoro "C 2-10 alkenyl" sulfonyl) amide, "C 1-10 alkyl" carbonate, "C 5-10 aryl" carbonate, "C 1-10 alkyl" carboxylate, "C 2-10 alkenyl" carboxylate or "C 5-10 aryl" carboxylate. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive in einer Konzentration von 0 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0 bis 2 Gewichtsprozent, bezogen auf die ionische Flüssigkeitsphase, zugesetzt werden.A method according to claim 4, characterized characterized in that the additives in a concentration of 0 to 10 weight percent, preferably 0 to 2 weight percent, based to the ionic liquid phase can be added. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Reaktionszone in einem Bereich zwischen 50° und 150°C, vorzugsweise zwischen 70°C und 90°C, liegt.Process according to claim 1, characterized characterized in that the temperature in the reaction zone in a Range between 50 ° and 150 ° C, preferably between 70 ° C and 90 ° C, lies. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Reaktionszone zwischen 0,5 bar und 80 bar, vorzugsweise zwischen 0,8 bar und 5 bar, bestenfalls bei 1 bar, eingestellt wird.Process according to claim 1, characterized characterized in that the pressure in the reaction zone is between 0.5 bar and 80 bar, preferably between 0.8 bar and 5 bar, at best at 1 bar, is set. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionsphase die ionische Flüssigkeitsphase, insbesondere unter Durchströmung, kontinuierlich kontaktiert.Process according to claim 1, characterized characterized in that the extraction phase is the ionic liquid phase, especially under flow, continuously contacted. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionsphase und die ionische Flüssigkeitsphase im Gleich- oder Gegenstrom mit gleichbleibenden Strömungsgeschwindigkeiten durch die Reaktionszone laufen, wobei die Kontaktierungszeiten in der Reaktionszone vorzugsweise so aufeinander abgestimmt sind, dass eine gleichbleibend hohe Extrationseffizienz der Extraktionsphase gewahrt ist.Method according to claim 21, characterized that the extraction phase and the ionic liquid phase in cocurrent or countercurrent flow with constant flow rates run through the reaction zone, wherein the contacting times in the reaction zone are preferably coordinated so that a consistently high extraction efficiency of the extraction phase is respected. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionsphase aus einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe, aromatische Verbindungen, geradkettige und verzweigte Ether, Ketone, Ester, Carbonate, Lactone, Nitrile, Amide oder Sulfone (z. B. Methyltertiärbutylether, Dibutylether, Methylisobutylketon, 1,2-Dichloroethan, 1,2-Dimethoxyethan, Aceton, Acetonitril, Benzol, Benzonitril, Bromoform, Butylbenzol, Butylhydroxytoluol, Butyrolacton, Chloroform, Cyclohexan, Cyclohexen, Dibutylcarbonat, Dichloromethan, Diethylcarbonat, Diethylether, Bis(2-methoxyethyl)ether, Dimethoxyethan, Dimethylacetamid, Dimethylcarbonat, Dimethylether, Dimethylformamid, Dimethylsulfon, Dimethylsulfoxid, Dioxan, Dioxolan, Essigsäure, Ethanol, Ethylencarbonat, Ethylacetat, Ethylbenzol, Ethylenglykol, Ethylformiat, Ethylmethylcarbonat, Ethylmethylketon, Heptane, Hexane, Mesitylen, Methanol, Methylformiat, Methylpropionat, Methyltetrahydrofuran, Xylole, Nitrobenzole, Nitromethan, N-Methylpyrolidon, Octane, Pentane, Propanole, Propylbenzole, Propylencarbonat, Pyridin, Schwefeldioxid, Schwefelkohlenstoff, Sulfolan, t-Butylalkohol, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrahydrofuran, Tetramethylensulfon, Thiophen, Toluol, Wasser) oder sub- und superkritische Flüssigkeiten, besteht.Process according to claim 1, characterized characterized in that the extraction phase consists of one or more organic solvents, such as saturated and unsaturated hydrocarbons, aromatic compounds, straight-chain and branched ethers, ketones, esters, carbonates, lactones, Nitriles, amides or sulphones (for example methyl tert-butyl ether, Dibutyl ether, methyl isobutyl ketone, 1,2-dichloroethane, 1,2-dimethoxyethane, Acetone, acetonitrile, benzene, benzonitrile, bromoform, butylbenzene, Butylhydroxytoluene, butyrolactone, chloroform, cyclohexane, cyclohexene, Dibutyl carbonate, dichloromethane, diethyl carbonate, diethyl ether, bis (2-methoxyethyl) ether, Dimethoxyethane, dimethylacetamide, dimethyl carbonate, dimethyl ether, Dimethylformamide, dimethylsulfone, dimethyl sulfoxide, dioxane, dioxolane, Acetic acid, ethanol, ethylene carbonate, ethyl acetate, ethylbenzene, Ethylene glycol, ethyl formate, ethyl methyl carbonate, ethyl methyl ketone, Heptanes, hexanes, mesitylene, methanol, methyl formate, methyl propionate, Methyltetrahydrofuran, xylenes, nitrobenzenes, nitromethane, N-methylpyrolidone, Octanes, pentanes, propanols, propylbenzenes, propylene carbonate, pyridine, Sulfur dioxide, carbon disulfide, sulfolane, t-butyl alcohol, carbon tetrachloride, Tetrahydrofuran, tetramethylenesulfone, thiophene, toluene, water) or subcritical and supercritical fluids. Verfahren gemäß Ansprüchen 1, 19 und 20 dadurch gekennzeichnet, dass der Siedepunkt der Extraktionsphase bei gegebenen Druck höher als die Temperatur in der Reaktionszone ist und zwischen 50°C und 200°C, vorzugsweise zwischen 80°C und 140°C, liegt.Process according to claims 1, 19 and 20, characterized in that the boiling point of the extraction phase at a given pressure higher than the temperature in the reaction zone is and between 50 ° C and 200 ° C, preferably between 80 ° C and 140 ° C, lies. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu dessen Durchführung ein Reaktor, beispielsweise ein Rohrreaktor oder ein Rührkessel, Verwendung findet.Process according to claim 1, characterized characterized in that for carrying it out a reactor, for example a tubular reactor or a stirred tank, is used. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme der Extraktionsphase sowie die Zuführung von Kohlenhydraten, insbesondere Monosacchariden, Additiven und ionischer Flüssigkeit oder ionischer Flüssigkeitsphase am Kopf des Reaktors erfolgen.Method according to claim 25, characterized in that that the removal of the extraction phase as well as the feed of carbohydrates, in particular monosaccharides, additives and ionic liquid or ionic liquid phase take place at the head of the reactor. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor eine intensive Vermischung erfolgt.Method according to claim 25, characterized in that that intensive mixing takes place in the reactor. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung aktiv durch entsprechende Impellerformen, beispielsweise mittels Scheibenrührers, erfolgt.Method according to Claim 27, characterized that the mixing active by appropriate impeller shapes, for example by means of disc stirrer. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung passiv durch statische Mischelemente geschieht.Method according to Claim 27, characterized that mixing is done passively by static mixing elements. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor eine mechanische Abtrennung der Extraktionsphase von der ionischen Flüssigkeitsphase in beruhigten Strömungszonen erfolgt, die beispielsweise an konstruktiven Elementen in oder außerhalb des Reaktors, wie an der Oberfläche von Füllkörpern, oder durch Abstellen eines Rührwerks, bewirkt werden.Method according to claim 25, characterized in that that in the reactor, a mechanical separation of the extraction phase from the ionic liquid phase in calm flow zones takes place, for example, on constructive elements in or outside of the reactor, as on the surface of packing, or by switching off an agitator. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeitsphase und/oder die Extraktionsphase durch eine Temperiervorrichtung beheizt werden.Method according to claim 25, characterized in that that the ionic liquid phase and / or the extraction phase be heated by a tempering device. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung im Reaktor konduktiv, beispielsweise mittels Dampf, durch Heizflüssigkeit, oder durch Heizbänder, erfolgt.Method according to claim 31, characterized in that that the heating in the reactor conductively, for example by means of Steam, by heating fluid, or by heating tapes, he follows. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung im Reaktor unter Einstrahlung von Hochfrequenzwellen, beispielsweise durch Verwendung eines Mikrowellenofens, erfolgt.Method according to claim 31, characterized in that that the heating in the reactor under irradiation of high-frequency waves, for example, by using a microwave oven occurs. Verfahren nach Ansprüchen 25 und 31, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeitsphase und/oder die Extraktionsphase vor der Einleitung in den Reaktor, beispielsweise konduktiv oder durch Einstrahlung von Hochfrequenzwellen, vorgeheizt werden.Process according to claims 25 and 31, characterized in that the ionic liquid phase and / or the extraction phase prior to introduction into the reactor, for example Conductive or by irradiation of high frequency waves, preheated become. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in einem geschlossenen Reaktorsystem betrieben wird.Method according to claim 25, characterized in that that this is operated in a closed reactor system. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion in der Reaktionszone unter Schutzgas, beispielsweise Argon oder Stickstoff, betrieben wird.Method according to claim 1, characterized in that that the reaction in the reaction zone under inert gas, for example Argon or nitrogen, is operated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionsphase nach Entfernen des HMF wieder in die Reaktionszone zurückgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the extraction phase after removal of HMF is returned to the reaction zone.
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