JP2014517052A - 炭水化物含有組成物を脱水するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
i)以下、
− 少なくとも1つの炭水化物
− 少なくとも1つのイオン性液体(IL)、及び
− 標準圧力(1013mbar)下で最大120℃の沸点を有する少なくとも1つの溶剤(LM)
を含む組成物を提供すること、
ii)工程i)の組成物を蒸発器中に供給し、そして該組成物を100〜300℃の範囲の温度及び最大500mbarの圧力で反応及び蒸発させること、
iii)蒸発器から脱水生成物を含むガス状放出物を取り出し、そして少なくとも1つのイオン性液体を含む液体放出物を取り出すこと、
iv)ガス状放出物を凝縮し、そしてガス状放出物を分離して脱水生成物を単離すること
を含む、炭水化物含有組成物を脱水するための連続方法に関する。
− 蒸発器中での短い滞留時間;
− 連続方法;
− 触媒を要求しない;
− イオン性溶剤の存在での脱水と、水を含有するガス状流中での生じた脱水生成物の蒸留による分離との有利な組合せ;
− 溶剤(LM)と共にガス状放出物によってイオン性液体(IL)からの生じた脱水生成物の良好な分離;
− 液体放出物中に存在するイオン性液体(IL)は、実質的にガス状態で蒸発及び放出される溶剤(LM)を有さない;
−液体放出物中に存在するイオン性液体(IL)は、実質的に脱水反応において形成された水を有さず、水は蒸発され、かつガス状態で放出される;
− 水の集積によるイオン性液体(IL)の不活化が避けられる。
有利には、工程i)において提供される組成物は、組成物の合計質量に対して、1〜20質量%、特に有利には2〜15質量%の範囲で炭水化物含有出発材料の含有率を有する。
− アルドペントース、
− アルドヘキソース、
− ケトヘキソース、
− アルドペントース、アルドヘキソース、ケトヘキソース及びそれらの混合物に由来する二糖、並びに
− それらの混合物
から選択される。
本明細書の記載内容におけるイオン性液体は、180℃未満の温度で既に液体である有機塩を示す。有利には、イオン性液体は、150℃未満、特に有利には120℃未満、特に100℃未満の融点を有する。
1.)式:F-、Cl-、Br-、I-、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、(CF3SO3)2N-、CF3CO2 -、CCl3CO2 -、CN-、SCN-、OCN-のアニオン。
2.)式:SO4 2-、HSO4 -、SO3 2-、HSO3 -、RcOSO3 -、RcSO3 -のアニオン。
3.)式:PO4 3-、HPO4 2-、H2PO4 -、RcPO4 2-、HRcPO4 -、RcRdPO4 -のアニオン。
4.)式:RcHPO3 -、RcRdPO2 -、RcRdPO3 -のアニオン。
5.)式:PO3 3-、HPO3 2-、H2PO3 -、RcPO3 2-、RcHPO3 -、RcRdPO3 -のアニオン。
6.)式:RcRdPO2 -、RcHPO2 -、RcRdPO-、RcHPO-のアニオン。
7.)式RcCOO-のアニオン。
8.)式:BO3 3-、HBO3 2-、H2BO3 -、RcRdBO3 -、RcHBO3 -、RcBO3 2-、B(ORc)(ORd)(ORe)(ORf)-、B(HSO4)4 -、B(RcSO4)4 -のアニオン。
9.)式:RcBO2 2-、RcRdBO-のアニオン。
10.)式:HCO3 -、CO3 2-、RcCO3 -のアニオン。
11.)式:SiO4 4-、HSiO4 3-、H2SiO4 2-、H3SiO4 -、RcSiO4 3-、RcRdSiO4 2-、RcRdReSiO4 -、HRcSiO4 2-、H2RcSiO4 -、HRcRdSiO4 -のアニオン。
12.)式:RcSiO3 3-、RcRdSiO2 2-、RcRdReSiO-、RcRdReSiO3 -、RcRdReSiO2 -、RcRdSiO3 2-のアニオン。
13.)式:
14.)式:
15.)式RcO-のアニオン。
16.)式HS-、[Sv]2-、[HSv]-、[RcS]-(式中、vは2〜10の正の整数である)のアニオン。
− 水素;
− 少なくとも1つのヘテロ原子又はヘテロ原子含有基によって中断されていてよい、非置換又は置換されたアルキル、有利には非置換又は置換されたC1〜C30アルキル、特に有利には非置換又は置換されたC1〜C18アルキル;
− 非置換又は置換されたアリール、有利には非置換又は置換されたC6〜C14アリール、特に有利には非置換又は置換されたC6〜C10アリール;
− 非置換又は置換されたシクロアルキル、有利には非置換又は置換されたC5〜C12シクロアルキル;
− 非置換又は置換されたヘテロシクロアルキル、有利には環原子5又は6個を有する非置換又は置換されたヘテロシクロアルキル、ここで環は、炭素環原子に加えて、1、2又は3個のヘテロ原子又はヘテロ原子含有基を含む;
− 非置換又は置換されたヘテロアリール、有利には環原子5〜10個を有する非置換又は置換されたヘテロアリール、ここで環は、炭素環原子に加えて、1、2又は3個のヘテロ原子又はヘテロ原子含有基を含み、酸素、窒素、硫黄及びNRaから選択される;
であり、その際多数の基Rc〜Rfを含むアニオンにおいて、それぞれの場合に、これらに結合しているアニオン部分と共にこれらの基の2つは、少なくとも1つの飽和、不飽和もしくは芳香族の環又は炭素原子1〜12個を有する環系であってよく、該環又は環系は、有利には酸素、窒素、硫黄及びNRaから選択される、1〜5個の隣接していないヘテロ原子又はヘテロ原子含有基を含んでよく、かつ該環又は環系は、非置換であり、又は置換されていてよい。
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(EMIM Cl、Basionic ST 80)、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホネート(EMIM CH3SO3、Basionic ST 35)、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(BMIM Cl、Basionic ST 70)、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホネート(BMIM CH3SO3、Basionic ST 78)、
メチルイミダゾリウムクロリド(HMIM Cl、Basionic AC 75)、
メチルイミダゾリウムヒドロゲンスルホネート(HMIM HSO4、Basionic AC 39)、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヒドロゲンスルホネート(EMIM HSO4、Basionic AC 25)、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヒドロゲンスルホネート(BMIM HSO4、Basionic AC 28)、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(EMIM Acetate、Basionic BC 01)、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(BMIM Acetate、Basionic BC 02)
である。
工程i)において提供される組成物は、標準条件(100℃、1013mbar)下で最大120℃の沸点を有する少なくとも1つの溶剤(LM)を含む。
i1)少なくとも1つの単糖及び/又は少なくとも1つのオリゴ糖を、水−アルコール混合物中で溶解し、
i2)工程i1)において得られた溶液を、少なくとも1つのイオン性液体(IL)と混合し、
i3)工程i2)において得られた混合物を、直ちに続けて工程ii)の蒸発器中に供給する。
本発明による方法の工程ii)において、工程i)の組成物を、蒸発器に供給し、そして高温及び減圧で、存在する炭水化物を、脱水させ、そして同時に少なくともいくつかの形成された脱水生成物及び溶剤(LM)を蒸発させる。
蒸発器から、脱水生成物を含むガス状放出物を取り出し、そして少なくとも1つのイオン性液体(IL)を含む液体放出物を取り出す。
本発明による方法の工程iv)において、蒸発器からのガス状放出物を凝縮して分離させ、脱水生成物を回収する。
D1)脱水させた炭水化物が豊富な蒸気、及び
D2)溶剤(LM)が豊富な蒸気。
図1は、本発明による方法を実施するための装置を示す。1つは溶剤(LM)中で炭水化物の溶液を供給するために提供し、かつもう1つはイオン性液体(IL)を供給するために提供する2つの制御可能な供給を組合せ、そしてワイパブレード蒸発器中に供給する。使用したワイパブレード蒸発器は、0.1m2の蒸発器表面、4つのワイパブレード及びNormagモーターを有するHC steel社製のSambay(登録商標)蒸発器である。出口の頂部を、冷却器、凝縮容器及び隔壁真空ポンプに連結する。さらに、収集容器を有する底部出口を提供する。
蒸発器を、内部壁面温度200℃まで加熱し、そしてワイパブレードの回転速度を900rpmに設定する。蒸発器を、1mbarの真空で操作する。80℃まで暖めたブチルメチルイミダゾリウムクロリド(BMIMクロリド)の300g/時間の供給及びフルクトース/メタノール/水(1:1:1、g/g/g)の混合物の22.3g/時間の供給を、Sambay(登録商標)蒸発器中に共に及び同時に計量供給する。ガス状放出物421.1g/時間を連続して取り出し、−5℃で冷却器中で凝縮し、そして受け容器中に収集する。その凝縮物をHPLCによって分析する。フルクトース100gに対して2.02gの5−HMFが検出され、収率8%に対応する。
実施例1の方法を実施し、その際イオン性液体として、メチルイミダゾリウムクロリド(HMIMクロリド)を使用する。蒸発器を、内部壁面温度170℃まで加熱する。80℃まで加熱したHMIMクロリドの300g/時間の供給及びフルクトース/メタノール/水(1:1:1、g/g/g)の混合物の44g/時間の供給を、Sambay(登録商標)蒸発器中に共に及び同時に計量供給する。フルクトースに対して10.1%の5−HMFの収率を検出した。
Claims (21)
- 炭水化物含有組成物を脱水するための連続方法であって、
i)以下、
− 少なくとも1つの炭水化物含有出発材料、
− 少なくとも1つのイオン性液体(IL)、及び
− 標準圧力(1013mbar)下で最大120℃の沸点を有する少なくとも1つの溶剤(LM)
を含む組成物を提供すること、
ii)工程i)の組成物を蒸発器中に供給し、そして該組成物を100〜300℃の範囲の温度及び最大500mbarの圧力で反応及び蒸発させること、
iii)蒸発器から脱水生成物を含むガス状放出物を取り出し、そして少なくとも1つのイオン性液体を含む液体放出物を取り出すこと、
iv)ガス状放出物を凝縮し、そしてガス状放出物を分離して脱水生成物を単離すること
を含む、前記方法。 - 前記工程i)において提供される組成物が、組成物の合計質量に対して、1〜20質量%の範囲で、有利には2〜15質量%の範囲で炭水化物含有出発材料の含有率を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記炭水化物含有出発材料が、単糖及び/又はオリゴ糖、特に単糖及び/又は二糖から選択される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記単糖及び/又はオリゴ糖が、
− アルドペントース、
− アルドヘキソース、
− ケトヘキソース、
− アルドペントース、アルドヘキソース、ケトヘキソース及びそれらの混合物に由来する二糖、
− それらの混合物
から選択される、請求項3に記載の方法。 - 前記単糖及び/又はオリゴ糖が、フルクトース、グルコース、スクロース、キシロース及びそれらの混合物から選択される、請求項3又は4に記載の方法。
- 前記炭水化物含有出発材料が、セルロース出発材料及びリグノセルロース出発材料から選択される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記溶剤(LM)が、水、並びに水と少なくとも1つの水混和性有機溶剤との混合物から選択される、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記溶剤(LM)として、水−アルコール混合物、有利には水−メタノール混合物を使用する、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程i)において、溶剤(LM)として、10:90〜90:10、特に有利には25:75〜75:25、特に40:60〜60:40の質量比で、水と少なくとも1つの水混和性有機溶剤との混合物を使用する、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程i)において提供される炭水化物含有組成物において、イオン性液体(IL)と溶剤(LM)との質量比が、99.5:0.5〜50:50、特に有利には99:1〜75:25の範囲である、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程i)において炭水化物含有組成物を提供するために、少なくとも1つのイオン性液体(IL)及び少なくとも1つの溶剤(LM)を、蒸発器に入れる前に互いに直ちに接触させる、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程i)において炭水化物含有組成物を提供するために、前記イオン性液体(IL)が、少なくとも50℃、有利には少なくとも75℃の温度を有する、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程i)において、
i1)少なくとも1つの単糖及び/又は少なくとも1つのオリゴ糖を、水−アルコール混合物中で溶解し、
i2)工程i1)において得られた溶液を、少なくとも1つのイオン性液体(IL)と混合し、
i3)工程i2)において得られた混合物を、直ちに続いて工程ii)の蒸発器中に供給する、
単糖及び/又はオリゴ糖含有組成物を脱水するための、請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記工程ii)において、蒸発器として、短い滞留時間を有する蒸発器、有利には薄膜蒸発器、特にワイパブレード蒸発器を使用する、請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記蒸発器における滞留時間が、イオン性液体(IL)に基づいて、0.1秒〜2分、有利には1秒〜1分の範囲である、請求項1から14までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程ii)において、蒸発器における温度が、150℃〜250℃の範囲である、請求項1から15までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程ii)において、蒸発器における圧力が、250mbar〜0.1mbar、有利には100mbar〜1mbarの範囲である、請求項1から16までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程iii)において蒸発器から取り出されるガス状放出物が、工程i)において提供される溶剤(LM)の合計量に対して、少なくとも75質量%、有利には少なくとも90質量%、特に少なくとも95質量%、特に少なくとも99質量%、より特に少なくとも99.5質量%の溶剤(LM)を含む、請求項1から17までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程iii)において蒸発器から取り出される液体放出物が、工程i)において提供されるイオン性液体の合計量に対して、少なくとも90質量%、有利には少なくとも95質量%、特に少なくとも99質量%、より特に少なくとも99.5質量%のイオン性液体(IL)を含む、請求項1から18までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程iii)において蒸発器から取り出される液体放出物が、液体放出物の合計質量に対して、最大5質量%、特に有利には最大1質量%、特に最大0.5質量%の含水率を有する、請求項1から19までのいずれか1項に記載の方法。
- 以下、
− フルクトースから5−ヒドロキシメチルフルフラール、又は
− スクロースから5−ヒドロキシメチルフルフラール、又は
− キシロースからフルフラール
を製造するための、請求項1から20までのいずれか1項に記載の方法。
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