KR20160106571A - A process for synthesis of furan derivative using an acid catalyst and preparation thereof - Google Patents

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아르빈드 마리나스 라리
히테쉬 수레쉬 파왈
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디파트먼트 오브 바이오테크놀러지
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Abstract

본 발명의 대상에 따르면, 당을 단상성 유기 용매와 접촉시켜 반응 혼합물을 얻는 단계; 및 반응 혼합물을 산 촉매의 존재 하에 0.5 분 내지 4.0 시간 범위의 시간 동안 100℃ 내지 180℃ 범위의 온도로 처리하여 단일 푸란 유도체로의 당의 적어도 70% 전환율을 얻는 단계를 포함하고, 여기서 산 촉매가 균질 산 촉매, 불균질 고체 산 촉매 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 푸란 유도체의 제조 방법이 제공된다. 또한, 불균질 고체 산 촉매의 제조 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for producing a sugar alcohol, comprising: contacting a sugar with a single-phase organic solvent to obtain a reaction mixture; And treating the reaction mixture in the presence of an acid catalyst to a temperature in the range of from 100 DEG C to 180 DEG C for a period of time ranging from 0.5 minutes to 4.0 hours to obtain at least 70% conversion of the sugar to the single furan derivative, A homogeneous acid catalyst, a heterogeneous acid catalyst, and combinations thereof. In addition, a process for producing a heterogeneous solid acid catalyst is provided.

Description

산 촉매를 사용한 푸란 유도체의 합성 방법 및 산 촉매의 제조 {A PROCESS FOR SYNTHESIS OF FURAN DERIVATIVE USING AN ACID CATALYST AND PREPARATION THEREOF}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for synthesizing a furan derivative using an acid catalyst,

본 발명의 대상은 일반적으로 단상성(monophasic) 유기 용매 중에서 산 촉매를 사용한 푸란 유도체의 합성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 대상은 추가로 산 촉매 및 그의 제조에 관한 것이다.The object of the present invention is generally a process for the synthesis of furan derivatives using acid catalysts in monophasic organic solvents. The subject of the present invention further relates to an acid catalyst and its preparation.

푸란 유도체, 예컨대 5-메틸 푸르푸랄 및 5-메틸 푸르푸랄 알콜 뿐만 아니라 히드록시메틸 푸르푸랄 및 푸르푸랄은 높은 산업적 가치를 갖는 사카라이드 탈수반응의 생성물이다. 5-히드록시 메틸 푸르푸랄 (5-HMF)은 합성 유기 화학의 다양한 분야, 예를 들어 벌크 화학약품, 정밀 화학약품, 약제, 농약, 중합체 및 화학 중간체 등에서 넓은 적용 범위를 갖는 다목적 및 다기능성 유기 분자이다. 5-HMF의 구조를 하기에 나타낸다.Furan derivatives such as 5-methylfurfural and 5-methylfurfural alcohol, as well as hydroxymethylfurfural and furfural are products of the saccharide dehydration reaction with high industrial value. 5-hydroxymethyl furfural (5-HMF) is a multipurpose and multifunctional organosilane with a wide range of applications in various fields of synthetic organic chemistry, such as bulk chemicals, fine chemicals, pharmaceuticals, pesticides, It is a molecule. The structure of 5-HMF is shown below.

Figure pct00001
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5-히드록시 메틸 푸르푸랄5-hydroxymethyl furfural

산업적으로 중요한 바이오-기재 화학약품, 예컨대 바이오-기재 중합체, 화학약품 및 약제 등의 제조를 위해 요구되는 푸란 2,5-디카르복실산 (FDCA)의 제조를 위한 5-HMF의 잠재성으로 인하여, 5-HMF의 합성 방법이 화학 산업에서 매우 관심을 끈다. 푸란 2,5-디카르복실산 유래 중합체는 석유-기재 테레프탈산 중합체의 잠재적인 대체물이다. 즉, 바이오-기재 중합체에 의한 석유-기재 중합체의 대규모 대체가 중합체 산업 분야에서 친환경(green) 화학의 중대한 기반을 제공한다. 그러나, 이러한 대체를 위한 주요 역할은 5-HMF의 합성이고 따라서 5-HMF 합성이 바이오-기재 생성물의 합성을 위한 작은 위치를 차지한다.Due to the potential of 5-HMF for the production of furan 2,5-dicarboxylic acids (FDCA) required for the production of industrially important bio-based chemicals such as bio-based polymers, chemicals and pharmaceuticals , The synthesis of 5-HMF is of great interest in the chemical industry. Furan 2,5-dicarboxylic acid derived polymers are potential alternatives to petroleum-based terephthalic acid polymers. That is, large-scale replacement of petroleum-based polymers by bio-based polymers provides a significant basis for green chemistry in the polymer industry. However, the main role for this substitution is the synthesis of 5-HMF and thus 5-HMF synthesis occupies a small position for the synthesis of the bio-based product.

5-HMF의 합성 화학은 헥소스 당류인 글루코스 및 프룩토스, 더욱 구체적으로 프룩토스로부터 산 촉매화 시클로탈수 반응을 거쳐 시작된다. 5-HMF 제조를 위한 합성 화학 응용은 산 촉매작용의 개발을 지향하기 때문에, 이 목적을 위해 광물 산, 무기 산 및 고체 산과 같은 다수의 산 촉매가 사용되어 왔다. 그러나, 산 촉매작용에 의해 5-HMF를 제조하기 위한 합성 방법은 수율, 선택성, 공정 실행가능성 및 공정 경제성의 측면에서 많은 기술적 문제를 겪고 있다. 반응 기질, 탈수반응을 위해 사용된 촉매 및 반응 생성물 분리 간의 복잡한 화학 성질로 인하여, 5-HMF의 합성 동안에 다수의 문제가 발생한다.The synthetic chemistry of 5-HMF begins with the hexose saccharides glucose and fructose, more specifically acid-catalyzed cyclodextration from fructose. Since synthetic chemical applications for the preparation of 5-HMF are directed towards the development of acid catalysis, a number of acid catalysts have been used for this purpose, such as mineral acids, inorganic acids and solid acids. However, synthetic methods for producing 5-HMF by acid catalysis suffer from a number of technical problems in terms of yield, selectivity, process feasibility, and process economics. Due to the complex chemistry between the reaction substrate, the catalyst used for the dehydration reaction and the separation of reaction products, a number of problems arise during the synthesis of 5-HMF.

5-HMF 합성에 영향을 미치는 또 다른 중요한 인자는 탈수 반응을 위해 사용되는 촉매의 유형이다. 다양한 유형의 유기, 무기 및 광물 산이 5-HMF 합성을 위한 계내 촉매로서 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 방법의 대부분은 광물 산의 부식 성질뿐만 아니라 반응 혼합물로부터의 어려운 촉매 분리 프로토콜과 그 이후의 촉매 재활용으로 인한 취급상의 문제를 겪는다.Another important factor affecting 5-HMF synthesis is the type of catalyst used for the dehydration reaction. Various types of organic, inorganic and mineral acids have been used as in-situ catalysts for 5-HMF synthesis. However, most of these processes suffer from the corrosive nature of mineral acids as well as handling difficulties due to difficult catalytic separation protocols from the reaction mixture and subsequent catalyst recycling.

따라서, 불균질 산 촉매작용 뿐만 아니라 다양한 고체 산 촉매, 예컨대 제올라이트, 실리카 및 앰버리스트 수지가 가능한 대안으로서 조사되고 연구되어 왔다. 켄-이치 시미즈(Ken-ichi Shimizu) 및 공동-연구자들은 헤테로다중산, 제올라이트 및 산성 수지 (Catalysis Communications, 2009, 10, 1849-1853)와 용매로서 DMSO의 사용을 보고하였다. 불균질 촉매작용의 사용 결과로 더 높은 수율이 얻어지긴 하지만, 용매의 높은 비점은 생성물의 분리를 어렵게 만들었다.Thus, heterogeneous acid catalysis as well as various solid acid catalysts such as zeolite, silica and Amberlyst resin have been explored and possible alternatives as possible alternatives. Ken-ichi Shimizu and co-workers reported the use of heterogeneous polyacids, zeolites and acid resins ( Catalysis Communications , 2009, 10 , 1849-1853) and DMSO as a solvent. Although higher yields were obtained as a result of the use of heterogeneous catalysis, the high boiling point of the solvent made it difficult to separate the product.

유진 즈항(Yugen zhang) 보고서 (ChemSusChem, 2011, 12, 1745-1748)는 촉매로서 수성 HCl을 사용하여 이소프로필 알콜 중에서의 5-HMF의 합성을 개시하였다. 그러나, 수성 조건에서 촉매로서 할로겐화 부식성 HCl을 사용한 결과, 대규모 제조 동안에 취급의 어려움과 함께 생성물 분리 문제 뿐만 아니라 촉매 회수 문제를 가져왔다.Use Eugene Zhang (Yugen zhang) report (ChemSusChem, 2011, 12, 1745-1748 ) is aqueous HCl as a catalyst was added to initiate the synthesis of 5-HMF in the isopropyl alcohol. However, the use of halogenated, corrosive HCl as a catalyst in aqueous conditions has resulted in problems of product separation as well as catalyst recovery problems, with difficulties in handling during large scale manufacturing.

US2007757461은 1-부탄올, DCM, MIBK, 2-부탄올 및 이들의 혼합물의 수성 및 유기 상을 갖는 이상성(biphasic) 반응기에서, 광물 산, 제올라이트, 실리카-, 실리카-알루미나, 및 산 기, 양이온 교환 수지, 루이스산, 헤테로다중산에 의해 관능화된 티타니아-기재 지지체의 사용을 개시한다. 그러나, 이 발명은 또한 분리가 어렵고 환경-친화적이 아닌 DMSO, DMF, N-메틸 피롤리디논 (NMP)과 같은 개질제를 사용한다.US2007757461 discloses a process for the preparation of mineral acids, zeolites, silica-, silica-alumina, and acid groups, cation exchange resins, and mixtures thereof, in a biphasic reactor with aqueous and organic phases of 1-butanol, DCM, MIBK, 2- , A Lewis acid, a heteropoly acid. However, this invention also uses modifiers such as DMSO, DMF, N-methylpyrrolidinone (NMP) that are difficult to separate and environmentally friendly.

유사하게 특허 서류 WO2009/076627, US2009/0156841, US7579489, EP2233476 및 [Lve et.al (ChemSusChem, 2012, 5, 1737-1742)]는 DMF, N-메틸피롤리디논 (NMP)과 같은 고 비점 용매 중에서 80% 미만의 총 수율을 갖는 불균질 촉매, 앰버리스트-35 수지의 용도를 개시한다. 사용된 용매는 비-친환경이고, 반응 물질로부터 이들을 분리하기 위해 고 에너지를 필요로 한다.Similarly, Patent document WO2009 / 076627, US2009 / 0156841, US7579489, EP2233476 and [Lve et.al (ChemSusChem, 2012, 5, 1737-1742)] is DMF, N- methylpyrrolidinone high boiling point solvent such as (NMP) Discloses the use of a heterogeneous catalyst, Amberlyst-35 resin, having a total yield of less than 80%. The solvents used are non-eco-friendly and require high energy to separate them from the reactants.

전형적으로 산 촉매의 존재 하에 5-HMF의 합성을 위해 수성 이상성 용매 및 이온성 액체를 사용한다. 그러나, 물 중에서 5-HMF의 더 높은 용해도로 인하여, 절차가 복잡해 지고 추출을 위해 다량의 유기 용매를 필요로 한다. 이것은 5-HMF의 벌크 제조를 위한 공정 비용 및 유닛 작업을 실질적으로 증가시킨다. 이것은 비용 효율적일 뿐만 아니라 공정 작업의 용이성을 제공하는 용매 및 촉매 시스템의 최적화를 필요로 한다.Typically, aqueous-based solvents and ionic liquids are used for the synthesis of 5-HMF in the presence of acid catalysts. However, due to the higher solubility of 5-HMF in water, the procedure becomes complicated and requires a large amount of organic solvent for extraction. This substantially increases the process cost and unit work for bulk manufacturing of 5-HMF. This requires optimization of solvents and catalyst systems that are not only cost effective, but also provide ease of processing operations.

WO2011124639는 이상성 유기 용매 중에서 염, NaCl, LiCl, LiBr, LiNO3, KCl, KBr, KNO3, FeCl3 등을 사용함으로써 각각 광물 및 루이스 산 촉매, 예컨대 수성 HCl, AlCl3의 용도에 관한 청구항을 열거하며, 여기서 이상성 유기 용매는 물 및 메틸 이소부틸 케톤 (MIBK)의 혼합물로 구성되었다. 그러나, 본 발명의 개시된 방법의 결과로 낮은 수율 (52%) 및 선택성 (65%) 미만이 얻어졌다. 방법은 또한 부식 문제뿐만 아니라 환경적 위험을 일으키는 할로겐화 촉매 및 염을 사용한다.WO2011124639 is an enumeration of the claims relating to each mineral and Lewis acid catalyst, such as the use of aqueous HCl, AlCl 3 by using a salt, such as NaCl, LiCl, LiBr, LiNO 3, KCl, KBr, KNO 3, FeCl 3 in a biphasic organic solvent , Wherein the ideal organic solvent consisted of a mixture of water and methyl isobutyl ketone (MIBK). However, low yields (52%) and selectivities (less than 65%) were obtained as a result of the disclosed method of the present invention. The method also uses halogenated catalysts and salts that cause environmental problems as well as corrosion problems.

5-HMF의 합성을 위한 마이크로파 보조 반응은 반응 시간을 감소시키고, 선택성을 증가시키고 또한 에너지 소모를 감소시키기 때문에 의의를 갖는다. 토마스 S. 한센(Thomas S. Hansen) 및 공동-연구자들 (Carbohydrate Research, 2009, 344, 2568-2572)은 200℃ 온도에서 수성 HCl 촉매를 사용함으로써 단지 52% HMF 수율로 5-HMF의 마이크로파 보조 합성을 보고하였다. 친후아 퀴(Xinhua Qi) 및 공동-연구자들 (Ind . Eng . Chem . Res. 2008, 47, 9234-9239)은 마이크로파 가열 조건 하에서 강 산성 양이온-교환 수지 촉매 및 70:30 w/w 비율의 아세톤 및 DMSO를 포함한 혼합된 유기 용매 시스템을 사용함으로써 HMF 합성을 보고하였다. 반응의 결과로 10-30 분의 반응 시간에 80% 수율이 얻어졌다.Microwave assisted reactions for the synthesis of 5-HMF have significance because they reduce reaction time, increase selectivity and reduce energy consumption. Thomas S. Hansen and co-workers ( Carbohydrate Research, 2009, 344 , 2568-2572) reported that microwave assisted 5-HMF at only 52% HMF yield by using an aqueous HCl catalyst at 200 & Synthesis. Xinhua Qi and co-researchers ( Ind . Eng . Chem . Res. 2008, 47, 9234-9239) reported HMF synthesis by using a mixed organic solvent system comprising a strongly acidic cation-exchange resin catalyst under microwave heating conditions and a 70:30 w / w ratio of acetone and DMSO. As a result of the reaction, 80% yield was obtained at a reaction time of 10-30 minutes.

수디프타 데(Sudipta De) 및 공동-연구자들 (Green Chem ., 2011, 13, 2859)은 용매 DMSO 및 이상성 시스템, 물-MIBK 중에서 루이스 산 촉매 AlCl3을 사용함으로써 21.4-60.6% 수율로 5-HMF의 마이크로파 보조 합성을 보고한다. 친후아 퀴 및 공동-연구자들 (Green Chem., 2008, 10, 799-805)은 양이온 교환 수지 촉매의 존재 하에 아세톤-물 혼합물 중에서 150℃에서 73.4% 만큼 높은 5-HMF의 수율 및 94% 전환율로 HMF 합성을 위한 마이크로파 보조 가열을 사용하였다. 사키타 두타(Sakita Dutta) 및 공동-연구자들 (Applied Catalysis A vol. 409-410, 133-139)은 용매 DMSO 및 NMP 중에서 메조포러스(mesoporous) TiO2 나노입자를 사용함으로써 마이크로파 보조 5-HMF 합성을 수행하였다.Sudipta De and co-workers ( Green Chem . , 2011, 13 , 2859) found that the use of Lewis acid catalyst AlCl 3 in the solvent DMSO and the ideal system, water-MIBK yields 21.4-60.6% We report microwave assisted synthesis of -HMF. (Green Chem., 2008, 10, 799-805) showed the yield of 5-HMF and 94% conversion at 150 ° C as high as 73.4% in an acetone-water mixture in the presence of a cation exchange resin catalyst Microwave assisted heating for HMF synthesis was used. Sakita Dutta and co-workers ( Applied Catalysis A, vol. 409-410 , 133-139 ) synthesized microwave assisted 5-HMF synthesis by using mesoporous TiO 2 nanoparticles in solvent DMSO and NMP Respectively.

WO2012/015616 A1은 DMSO 용매를 사용하여 5-30 분 반응 시간에 촉매 앰버리스트 및 H2SO4를 사용함으로써 0-69.47% 수율로 5-HMF의 마이크로파 보조 합성을 특허청구한다. 이러한 5-HMF의 마이크로파 보조 합성 방법은 또한 방법의 규모 확장에 부정적인 영향을 미치는 더 낮은 수율, 선택성, 비-친환경 용매 시스템의 사용 및 더 높은 비용 경제성의 앞서의 곤경을 초래한다.WO2012 / 015616 A1 obtains a microwave assisted synthesis of 5-HMF at 0-69.47% yield by using a catalytic amberlist and H 2 SO 4 at a reaction time of 5-30 minutes using a DMSO solvent. This microwave assisted synthesis method of 5-HMF also leads to a further problem of lower yield, selectivity, the use of non-environmentally friendly solvent systems and higher cost economics, which negatively impacts the scale-up of the process.

WO2014180979는 사카라이드로부터 5-히드록시메틸 푸르푸랄 (HMF)의 합성 방법을 개시한다. 특히, 이것은 고 순도 5-히드록시메틸 푸르푸랄 (HMF)을 고 수율로 얻기 위해 6개 탄소 원자를 갖는 모노사카라이드 (헥소스), 그로부터 유래된 디사카라이드, 올리고사카라이드 및 폴리사카라이드의 탈수 방법을 개시한다.WO2014180979 discloses a process for the synthesis of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) from saccharides. In particular, it has been found that it is possible to obtain monosaccharide (hexose) having 6 carbon atoms, disaccharides derived therefrom, oligosaccharides and polysaccharides derived therefrom in order to obtain high purity 5-hydroxymethyl furfural (HMF) A dehydration method is disclosed.

선행 기술의 방법들은 마이크로파 보조 뿐만 아니라 통상적인 수단을 통한 5-HMF의 합성을 위해 다양한 촉매 및 용매 시스템의 사용을 개시한다. 명백하게, 이 방법들은 더 높은 비용 경제성, 반응 실행가능성, 더욱 긴 반응 시간, 촉매 및 생성물 분리, 낮은 촉매 활성, 낮은 선택성 & 수율, 및 환경적 위험을 끼치는 비-친환경 용매의 사용에 관한 문제와 연관된다.Prior art methods disclose the use of various catalyst and solvent systems for the synthesis of 5-HMF via microwave assist as well as conventional means. Obviously, these methods are associated with problems with the use of non-eco-friendly solvents with higher cost economics, responsive performance, longer reaction times, catalyst and product separation, lower catalyst activity, lower selectivity & yield, and environmental risks do.

따라서, 더 높은 선택성 및 수율을 가져오고; 향상된 촉매 안정성과 함께 더 높은 전환율을 갖고, 생성물 분리 용이성을 가지며, 가장 중요하게는 100% 회수율로 촉매를 재활용하는 장점을 갖는, 5-HMF의 합성 방법이 선행 기술에서 요구되어 왔다.Thus resulting in higher selectivity and yield; There has been a need in the prior art for a method for the synthesis of 5-HMF, which has the advantage of having higher conversion rates with improved catalyst stability, ease of product separation, and most importantly, the ability to recycle catalysts at 100% recovery.

발명의 요약SUMMARY OF THE INVENTION

본 발명은 a) 당을 단상성 유기 용매와 접촉시켜 반응 혼합물을 얻는 단계; 및 b) 반응 혼합물을 산 촉매의 존재 하에 0.5 분 내지 4.0 시간 범위의 시간 동안 100℃ 내지 180℃ 범위의 온도로 처리하여 단일 푸란 유도체로의 당의 적어도 70% 전환율을 얻는 단계를 포함하고, 여기서 산 촉매가 균질 산 촉매, 불균질 고체 산 촉매 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 푸란 유도체의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for preparing a reaction mixture comprising: a) contacting a sugar with a single-phase organic solvent to obtain a reaction mixture; And b) treating the reaction mixture in the presence of an acid catalyst to a temperature in the range of from 100 ° C to 180 ° C for a time ranging from 0.5 minutes to 4.0 hours to obtain at least 70% conversion of the sugar to a single furan derivative, Wherein the catalyst is selected from the group consisting of homogeneous acid catalysts, heterogeneous solid acid catalysts, and combinations thereof.

본 발명은 또한, 유기 용매의 존재 하에 술폰화제를 중합체와 접촉시켜 반응 현탁액을 얻는 단계; 반응 현탁액을 35℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 30 분 내지 4 시간 범위의 시간 동안 교반하여 불균질 산 촉매의 현탁액을 얻는 단계; 불균질 산 촉매의 현탁액을 단리시켜 불균질 고체 산 촉매를 얻는 단계를 포함하는 불균질 고체 산 촉매의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a process for the preparation of a compound of formula I, which comprises contacting a sulfonating agent with a polymer in the presence of an organic solvent to obtain a reaction suspension; Stirring the reaction suspension at a temperature in the range of 35 占 폚 to 100 占 폚 for a time in the range of 30 minutes to 4 hours to obtain a suspension of the heterogeneous acid catalyst; And isolating a suspension of the heterogeneous acid catalyst to obtain a heterogeneous solid acid catalyst.

본 발명의 대상의 상기 및 기타 특징, 측면, 및 장점은 하기 상세한 설명 및 청구의 범위를 참조하여 더욱 잘 이해될 것이다. 이 요약은 개념의 선택을 간단한 형태로 도입하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 대상의 주요한 특징 또는 필수 특징을 확인하기 위한 의도가 아니며, 청구된 대상의 범위를 제한하기 위해 사용하는 의도도 아니다.These and other features, aspects, and advantages of the subject matter of the present invention will be better understood with reference to the following detailed description and claims. This summary is provided to introduce the selection of concepts in a simplified form. This summary is not intended to identify key features or essential features of the claimed subject matter and is not intended to be used to limit the scope of the subject matter claimed.

관련 기술 분야의 통상의 기술자라면, 구체적으로 기재된 것 이외의 변화 및 변형을 본 발명에 행할 수 있음을 알 것이다. 본 발명이 이러한 모든 변화 및 변형을 포함한다는 것을 이해해야 한다. 또한 본 발명은 본 명세서에 개별적으로 또는 포괄적으로 언급되거나 표시된 모든 단계, 특징, 조성물 및 화합물, 및 이러한 단계 또는 특징의 어느 하나 또는 그 이상의 임의 및 모든 조합을 포함한다.Those skilled in the art will appreciate that variations and modifications other than those specifically described may be made by the present invention. It is to be understood that the invention includes all such variations and modifications. The invention also includes all steps, features, compositions and compounds individually or collectively referred to or indicated herein, and any and all combinations of any of these steps or features.

정의:Justice:

편의상, 본 발명을 추가로 설명하기 전에, 본 명세서 및 실시예에서 사용된 특정한 용어들을 여기에 모은다. 이러한 정의들은 본 발명의 나머지 부분의 관점에서 해독되고 관련 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 이해되어야 한다. 본원에 사용된 용어들은 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 인지되고 공지된 의미를 갖지만, 편의 및 완전성을 위해 특별한 용어 및 그의 의미를 이하에 기재한다.For convenience, before further description of the present invention, specific terms used in the specification and examples are collected here. These definitions are to be interpreted in the light of the remainder of the present invention and should be understood by those of ordinary skill in the relevant arts. The terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art, but for convenience and completeness, specific terms and their meanings are set forth below.

단수 표현은 문법상의 목적으로 하나 또는 하나 초과 (즉, 적어도 하나)를 가리키기 위해 사용된다.The singular expressions are used for grammatical purposes to refer to one or more than one (i. E., At least one).

용어 "포함한다" 및 "포함하는"은 포괄적, 개방적 의미로 사용되고, 추가의 요소가 포함될 수도 있음을 의미한다. 본 명세서 전반에 걸쳐, 문맥이 달리 필요로 하지 않는 한, 용어 "포함한다" 및 그의 변형, 예컨대 "포함한다" 및 "포함하는"은 언급된 요소 또는 단계, 또는 요소 또는 단계들의 군의 포괄을 내포하지만 임의의 다른 요소 또는 단계, 또는 요소 또는 단계들의 군의 배제는 내포하지 않는 것으로 이해될 것이다.The terms " comprises "and" comprising "are used in a generic, open sense and may include additional elements. Throughout this specification, unless the context requires otherwise, the terms " comprises "and variations thereof, such as" comprising "and" comprising "refer to the inclusion of a stated element or step, It will be understood that they do not imply inclusion of any other element or step, or group of elements or steps.

용어 "포함하는"은 "포함하지만 이에 한정되지 않는"을 의미하기 위해 사용된다. "포함하는" 및 "포함하지만 이에 한정되지 않는"은 서로 바꾸어 사용될 수 있다.The term "comprising" is used to mean "including, but not limited to. "Including" and "including but not limited to" may be used interchangeably.

본원에 사용된 용어 "DICAT"는 본 발명에 개시되고 에너지 바이오사이언시스, 인스티튜트 오브 케미칼 테크놀로지(Energy Biosciences, Institute of Chemical Technology)의 DBT-ICT 센터에서 개발된 고체 산 촉매를 가리킨다. 상이한 중합체 지지체를 사용함으로써 제조되고 본 발명에 개시되며, 본 발명에 추가로 개시된 다양한 고체 산 촉매는 다음과 같다:As used herein, the term "DIC A T" refers to the solid acid catalyst disclosed in the present invention and developed at the DBT-ICT center of the Institute of Chemical Technology, Energy Biosciences. The various solid acid catalysts prepared by using different polymeric supports and disclosed in the present invention and further disclosed herein are as follows:

DICAT-1: 폴리비닐 알콜을 사용함으로써 제조된 DBT-ICT-CEB 촉매DIC A T-1: DBT-ICT-CEB catalyst prepared by using polyvinyl alcohol

DICAT-2: 셀룰로스를 사용함으로써 제조된 DBT-ICT-CEB 촉매DIC A T-2: DBT-ICT-CEB catalyst prepared by using cellulose

DICAT-3: 히드록시 아크릴레이트 중합체를 사용함으로써 제조된 DBT-ICT-CEB 촉매DIC A T-3: DBT-ICT-CEB catalyst prepared by using a hydroxyacrylate polymer

본원에서 사용된 용어 "사카라이드"는 모노사카라이드, 디사카라이드 및/또는 폴리사카라이드로 구성된 화학식 (CH2O)n에 따른 조성을 갖는 당류를 가리킨다. 용어 "당류"는 본 명세서에서 용어 "사카라이드"와 서로 바꾸어 사용될 수 있다.The term "saccharide" as used herein refers to a saccharide having a composition according to the formula (CH 2 O) n consisting of monosaccharide, disaccharide and / or polysaccharide. The term "saccharide" may be used interchangeably with the term "saccharide" herein.

본원에서 비율, 농도, 양 및 기타 수치 데이터를 범위 형식으로 표시할 수도 있다. 이러한 범위 형식은 단순히 편의 및 간결성을 위해 사용되는 것으로 이해되어야 하고, 범위의 경계로서 명백히 열거된 수치를 포함할 뿐만 아니라, 마치 각각의 수치 및 하위-범위가 명백히 열거된 것처럼 그 범위 내에 포함되는 모든 개개의 수치 또는 하위-범위를 포함하는 것으로 융통성있게 해석되어야 한다. 예를 들어, 약 70℃ 내지 약 180℃의 온도 범위는 약 70℃ 내지 약 180℃의 명백히 열거된 경계를 포함할 뿐만 아니라 하위-범위, 예컨대 90℃ 내지 110℃, 120℃ 내지 160℃ 등 뿐만 아니라 규정된 범위 내의 분수 양을 포함한 개개의 양, 예컨대 82℃, 121.6℃ 및 168.3℃를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.Concentrations, concentrations, amounts, and other numerical data may also be expressed herein in a range format. It should be understood that such a range format is used merely for convenience and brevity, and includes not only explicitly recited numerical values as the boundaries of the range, but also all numbers and sub-ranges included within the range as if each numerical value and sub- Should be interpreted flexibly to include individual values or sub-ranges. For example, the temperature range from about 70 ° C to about 180 ° C includes not only the explicitly listed boundaries of from about 70 ° C to about 180 ° C, but also includes sub-ranges such as 90 ° C to 110 ° C, But should be construed to include individual quantities, including 82 ° C, 121.6 ° C, and 168.3 ° C, including the fractional amounts within the specified ranges.

상기 언급된 바와 같이, 마이크로파 보조 방법 및 선행 기술에 개시된 통상적인 방법을 통해 다양한 촉매 및 용매를 사용하는 5-히드록시 메틸 푸르푸랄 (5-HMF)의 합성 방법은 몇 가지 단점, 예컨대 더 긴 반응 시간, 더 높은 비용, 촉매 및 생성물 분리, 낮은 촉매 활성, 및 낮은 수율을 갖는다. 본 발명은 균질 또는 불균질-고체 산 촉매를 사용함으로써 단 시간 마이크로파 보조 또는 통상적인 가열 반응으로 당류로부터 푸란 유도체, 더욱 특별하게는 5-히드록시 메틸 푸르푸랄 (5-HMF)을 합성하는 방법에 관한 것이다. 5-HMF의 합성을 위해 단상성 유기 용매 시스템에서 산 촉매를 사용하면, 뛰어난 촉매 활성, 선택성, 전환율, 제조 속도 및 생성물 수율이 제공된다. 또한, 본 발명에서 불균질-고체 산 촉매, DICAT의 사용은 반응 혼합물로부터 촉매를 분리하는 간단한 방법에 편의를 제공한다. 반응 생성물 및 촉매는 통상적인 방법, 예컨대 간단한 용매 증류 및 여과 절차에 의해 반응 혼합물로부터 쉽게 분리된다.As mentioned above, the process for the synthesis of 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) using various catalysts and solvents via microwave assisted methods and conventional methods disclosed in the prior art has several disadvantages, Time, higher cost, catalyst and product separation, low catalyst activity, and low yield. The present invention relates to a method for synthesizing a furan derivative, more particularly 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) from a saccharide by a short-time microwave assisted or conventional heating reaction by using a homogeneous or heterogeneous- . The use of an acid catalyst in a single phase organic solvent system for the synthesis of 5-HMF provides excellent catalytic activity, selectivity, conversion rate, production rate and product yield. In addition, the use of a heterogeneous-solid acid catalyst, DIC A T, in the present invention provides convenience in a simple manner of separating the catalyst from the reaction mixture. The reaction products and catalysts are readily separated from the reaction mixture by conventional methods, such as simple solvent distillation and filtration procedures.

본원에 개시된 푸란 유도체의 제조 방법은 a) 당을 단상성 유기 용매와 접촉시켜 반응 혼합물을 얻는 단계; 및 b) 반응 혼합물을 산 촉매의 존재 하에 0.5 분 내지 4.0 시간 범위의 시간 동안 100℃ 내지 180℃ 범위의 온도로 처리하여 단일 푸란 유도체로의 당의 적어도 70% 전환율을 얻는 단계를 포함하고, 여기서 산 촉매는 균질 산 촉매, 불균질 고체 산 촉매 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.The process for preparing the furan derivatives disclosed herein comprises the steps of: a) contacting a sugar with a mono-phase organic solvent to obtain a reaction mixture; And b) treating the reaction mixture in the presence of an acid catalyst to a temperature in the range of from 100 ° C to 180 ° C for a time ranging from 0.5 minutes to 4.0 hours to obtain at least 70% conversion of the sugar to a single furan derivative, The catalyst is selected from the group consisting of homogeneous acid catalysts, heterogeneous solid acid catalysts, and combinations thereof.

본 발명은 또한, a) 유기 용매의 존재 하에 술폰화제를 중합체와 접촉시켜 반응 현탁액을 얻는 단계; 및 b) 반응 현탁액을 35℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 30 분 내지 4 시간 범위의 시간 동안 교반하여 불균질 산 촉매의 현탁액을 얻는 단계; c) 불균질 산 촉매의 현탁액을 단리시켜 불균질 고체 산 촉매를 얻는 단계를 포함하는 불균질 고체 산 촉매의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a process for the preparation of a polymer comprising the steps of: a) contacting a sulfonating agent with a polymer in the presence of an organic solvent to obtain a reaction suspension; And b) stirring the reaction suspension at a temperature in the range of 35 DEG C to 100 DEG C for a time in the range of 30 minutes to 4 hours to obtain a suspension of the heterogeneous acid catalyst; and c) isolating a suspension of the heterogeneous acid catalyst to obtain a heterogeneous solid acid catalyst.

한 실시양태에서, 개시된 방법에 의해 제조된 푸란 유도체는 5-히드록시 메틸 푸르푸랄 (5-HMF)이다.In one embodiment, the furan derivative produced by the disclosed method is 5-hydroxymethyl furfural (5-HMF).

사카라이드는 푸란 유도체의 합성을 위한 기질로서 사용된다. 한 실시양태에서, 개시된 방법을 위해 사용된 사카라이드 원료는 이에 한정되지 않지만 헥소스 및 펜토스 당류, 적어도 하나의 헥소스를 포함한 폴리사카라이드, 콘 시럽, 고 프룩토스 콘 시럽, 사탕수수 당 당밀, 프룩토스, 프룩토스 시럽, 결정성 프룩토스, 조 프룩토스; 정제 프룩토스, 고 프룩토스 농축액, 프룩토스 시럽 또는 이들의 조합을 포함한다. 한 실시양태에서, 기질은 헥소스 당이다. 한 실시양태에서, 당은 글루코스, 프룩토스, 수크로스 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또 다른 실시양태에서, 당은 프룩토스이다. 한 응용에서, 프룩토스의 형태는 무수이다. 한 실시양태에서, 당은 비결정성 형태이다. 한 실시양태에서, 당은 결정성 형태이다. Saccharide is used as a substrate for the synthesis of furan derivatives. In one embodiment, the saccharide feedstocks used for the disclosed method include, but are not limited to, hexose and pentose sugars, polysaccharides including at least one hexose, corn syrup, high fructose corn syrup, , Fructose, fructose syrup, crystalline fructose, crude fructose; Refined fructose, high fructose concentrate, fructose syrup, or combinations thereof. In one embodiment, the substrate is hexose sugar. In one embodiment, the sugar is selected from the group consisting of glucose, fructose, sucrose, and combinations thereof. In another embodiment, the sugar is fructose. In one application, the form of fructose is anhydrous. In one embodiment, the sugar is in an amorphous form. In one embodiment, the sugar is in a crystalline form.

본원에 개시된 방법에서 사용된 용매는 단상성 유기 용매이다. 한 실시양태에서, 용매는 화학식 R-OH를 갖는 알콜, N,N-디메틸 포름아미드, 디메틸 술폭시드, 에스테르 및 1,4-디옥산으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 용매는 화학식 R-OH를 갖는 알콜 (식에서, R은 C1 내지 C15, 더욱 바람직하게는 C1 내지 C4의 범위이다)이다. 한 실시양태에서, C1 내지 C4 알콜은 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소-프로판올, sec-부탄올, tert-부탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또 다른 실시양태에서, C1 내지 C4 알콜은 이소프로판올이다. 한 실시양태에서, 단상성 유기 용매는 100℃ 미만의 비점을 갖는다.The solvent used in the process disclosed herein is a mono-phase organic solvent. In one embodiment, the solvent is selected from the group consisting of alcohols having the formula R-OH, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, esters and 1,4-dioxane. In one embodiment, the solvent is an alcohol having the formula R-OH (wherein R is in the range of C 1 to C 15 , more preferably C 1 to C 4 ). In one embodiment, the C 1 to C 4 alcohol is selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, sec-butanol, tert-butanol and combinations thereof. In another embodiment, the C 1 to C 4 alcohol is isopropanol. In one embodiment, the mono-phase organic solvent has a boiling point of less than 100 < 0 > C.

푸란 유도체의 제조를 위한 반응 혼합물은 당 및 저 비점 유기 용매를 포함한다. 한 실시양태에서, 반응 혼합물 중의 당의 농도는 1-50% (w/v), 바람직하게는 1-10% (w/v)의 범위이다. 한 실시양태에서, 반응 혼합물 중의 물 함량은 0 내지 20%, 바람직하게는 0 내지 6% w/w의 범위이다.The reaction mixture for the preparation of the furan derivatives includes sugar and low boiling organic solvents. In one embodiment, the concentration of sugar in the reaction mixture is in the range of 1-50% (w / v), preferably 1-10% (w / v). In one embodiment, the water content in the reaction mixture is in the range of 0 to 20%, preferably 0 to 6% w / w.

한 실시양태에서, 100-180℃ 범위의 온도에서 반응을 수행한다. 한 실시양태에서, 반응물의 적어도 70%를 원하는 생성물로 전환시키기 위해서, 반응 혼합물을 원하는 시간 동안 마이크로파 복사선과 접촉시켜 100℃ 내지 180℃ 범위의 온도로 만드는 것으로 충분하다. 또 다른 실시양태에서, 반응물의 적어도 90%를 원하는 생성물로 전환시키기 위해서, 반응 혼합물을 원하는 시간 동안 마이크로파 복사선과 접촉시켜 100℃ 내지 180℃ 범위의 온도로 만드는 것으로 충분하다.In one embodiment, the reaction is conducted at a temperature in the range of 100-180 [deg.] C. In one embodiment, in order to convert at least 70% of the reactants to the desired product, it is sufficient to bring the reaction mixture into contact with microwave radiation for a desired period of time to a temperature in the range of 100 ° C to 180 ° C. In another embodiment, in order to convert at least 90% of the reactants to the desired product, it is sufficient to bring the reaction mixture into contact with microwave radiation for a desired period of time to a temperature in the range of 100 ° C to 180 ° C.

한 실시양태에서, 100-180℃ 범위의 온도에서 반응을 수행한다. 한 실시양태에서, 반응물의 적어도 70%를 원하는 생성물로 전환시키기 위해서, 반응 혼합물을 원하는 시간 동안 통상적인 히터와 접촉시켜 100℃ 내지 180℃ 범위의 온도로 만드는 것으로 충분하다. 또 다른 실시양태에서, 반응물의 적어도 90%를 원하는 생성물로 전환시키기 위해서, 반응 혼합물을 원하는 시간 동안 통상적인 히터와 접촉시켜 100℃ 내지 180℃ 범위의 온도로 만드는 것으로 충분하다.In one embodiment, the reaction is conducted at a temperature in the range of 100-180 [deg.] C. In one embodiment, to convert at least 70% of the reactants to the desired product, it is sufficient to bring the reaction mixture into contact with a conventional heater for a desired period of time to a temperature in the range of 100 ° C to 180 ° C. In another embodiment, in order to convert at least 90% of the reactants to the desired product, it is sufficient to bring the reaction mixture into contact with a conventional heater for a desired time to a temperature in the range of 100 ° C to 180 ° C.

한 실시양태에서, 5-HMF의 합성 방법을 마이크로파 반응기에서 수행하고, 여기서 온도는 100-180℃의 범위이다. 또 다른 실시양태에서, 바람직한 온도는 마이크로파 가열 조건 하에서 110-150℃의 범위이다. 한 실시양태에서, 방법은 2.45 GHz의 주파수 및 10-400 와트 범위의 전력을 갖는 마이크로파 반응기의 사용을 제공한다. 한 실시양태에서, 반응 혼합물을 200-800 rpm 범위의 회전 속도로 교반한다. 또 다른 실시양태에서, 반응 혼합물을 400-650 rpm 범위의 회전 속도로 교반한다. 한 실시양태에서, 30-300초 동안 마이크로파 가열 조건 하에서 반응을 수행한다. 또 다른 실시양태에서, 30-120초 동안 마이크로파 가열 조건 하에서 반응을 수행한다. In one embodiment, the method of synthesis of 5-HMF is carried out in a microwave reactor, wherein the temperature is in the range of 100-180 占 폚. In another embodiment, the preferred temperature is in the range of 110-150 占 폚 under microwave heating conditions. In one embodiment, the method provides for the use of a microwave reactor having a frequency of 2.45 GHz and a power in the range of 10-400 watts. In one embodiment, the reaction mixture is stirred at a rotational speed in the range of 200-800 rpm. In another embodiment, the reaction mixture is stirred at a rotational speed in the range of 400-650 rpm. In one embodiment, the reaction is conducted under microwave heating conditions for 30-300 seconds. In another embodiment, the reaction is conducted under microwave heating conditions for 30-120 seconds.

한 실시양태에서, 5-50 bar 범위의 압력 하에서 통상적인 가열에 의해 5-HMF의 합성 방법을 수행한다. 또 다른 실시양태에서, 5-30 bar 범위의 압력 하에 통상적인 가열을 수행한다. 한 실시양태에서, 반응 혼합물을 100-180℃ 범위의 온도로 가열한다. 또 다른 실시양태에서, 반응 혼합물을 100-150℃ 범위의 온도로 가열한다. 비례-적분-미분 (PID) 가열 온도 조절기에 의해 온도를 유지한다. 한 실시양태에서, 통상적인 가열 하의 반응 시간은 0.5-5 시간의 범위이다. 한 실시양태에서, 통상적인 가열 하의 반응 시간은 0.5-4 시간의 범위이다. 한 실시양태에서, 통상적인 가열 하의 반응 시간은 0.5-3 시간의 범위이다. 한 실시양태에서, 100-800 rpm 범위의 회전 속도로 4 피치 날개 임펠러에 의해 반응 혼합물의 교반을 수행한다.In one embodiment, the method of synthesis of 5-HMF is carried out by conventional heating at a pressure in the range of 5-50 bar. In another embodiment, conventional heating is performed under a pressure in the range of 5-30 bar. In one embodiment, the reaction mixture is heated to a temperature in the range of 100-180 占 폚. In another embodiment, the reaction mixture is heated to a temperature in the range of 100-150 占 폚. Proportional-Integral-Derivative (PID) Heating is maintained by a temperature controller. In one embodiment, the reaction time under typical heating is in the range of 0.5-5 hours. In one embodiment, the reaction time under typical heating is in the range of 0.5-4 hours. In one embodiment, the reaction time under typical heating is in the range of 0.5-3 hours. In one embodiment, agitation of the reaction mixture is performed by a four pitch blade impeller at a rotational speed in the range of 100-800 rpm.

한 실시양태에서, 본원에 개시된 방법에 의한 당의 전환율은 45-100%의 범위이다. 또 다른 실시양태에서, 본원에 개시된 방법에 의한 당의 전환율은 95-100%의 범위이다.In one embodiment, the conversion of sugar by the methods disclosed herein ranges from 45-100%. In another embodiment, the conversion of sugar by the methods disclosed herein ranges from 95% to 100%.

한 실시양태에서, 본원에 개시된 방법에 의한 푸란 유도체의 수율은 10-95%의 범위이다. 또 다른 실시양태에서, 본원에 개시된 방법에 의한 푸란 유도체의 수율은 80-95%의 범위이다.In one embodiment, the yield of the furan derivative by the methods disclosed herein is in the range of 10-95%. In another embodiment, the yield of the furan derivative by the methods disclosed herein is in the range of 80-95%.

한 실시양태에서, 방법을 회분 방식 반응기에서 수행한다. 한 실시양태에서, 방법을 연속 반응기에서 수행한다. 한 실시양태에서, 방법을 고정층 반응기에서 수행한다.In one embodiment, the process is carried out in a batch reactor. In one embodiment, the process is carried out in a continuous reactor. In one embodiment, the process is carried out in a fixed bed reactor.

당으로부터 푸란 유도체의 제조 방법을 산 촉매의 존재 하에 수행한다. 한 실시양태에서, 산 촉매를 반응 혼합물 1 cc당 0.01 내지 5 g 범위의 양으로 사용한다. 또 다른 실시양태에서, 산 촉매를 반응 혼합물 1 cc당 0.1 내지 1.0 g 범위의 양으로 사용한다.A method for producing a furan derivative from a sugar is carried out in the presence of an acid catalyst. In one embodiment, the acid catalyst is used in an amount ranging from 0.01 to 5 g per cc of the reaction mixture. In another embodiment, the acid catalyst is used in an amount ranging from 0.1 to 1.0 g per cc of the reaction mixture.

푸란 유도체로의 당의 전환 후에, 반응 혼합물을 냉각하고 여과에 의해 촉매를 분리하고 이후 반응을 위해 재사용한다. 한 실시양태에서, 새로운 촉매의 첨가 없이 재생 없이 20회 이하로 촉매의 재활용을 수행한다. 또 다른 실시양태에서, 새로운 촉매의 첨가 없이 재생 없이 20회 초과로 촉매의 재활용을 수행한다. 또 다른 실시양태에서, 새로운 촉매의 첨가 없이 재생 없이 5회 이하로 촉매의 재활용을 수행한다.After conversion of the sugar to the furan derivative, the reaction mixture is cooled and the catalyst is separated by filtration and then reused for subsequent reaction. In one embodiment, the recycling of the catalyst is performed no more than 20 times without regeneration without the addition of fresh catalyst. In another embodiment, the recycling of the catalyst is carried out more than 20 times without regeneration without the addition of fresh catalyst. In another embodiment, the recycling of the catalyst is performed no more than five times without regeneration without the addition of fresh catalyst.

한 실시양태에서, 산 촉매는 균질 산 촉매이다. 한 실시양태에서, 균질 산 촉매는 지방족 술폰산이다. 한 실시양태에서, 균질 산 촉매는 방향족 술폰산이다. 한 실시양태에서, 방향족 술폰산은 나프탈렌 술폰산, 디메틸 아닐린 술폰산, 파라-톨루엔 술폰산 (p-TSA), 오르토/메타-톨루엔 술폰산 (o/m-TSA) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또 다른 실시양태에서, 방향족 술폰산은 파라-톨루엔 술폰산 (p-TSA)이다.In one embodiment, the acid catalyst is a homogeneous acid catalyst. In one embodiment, the homogeneous acid catalyst is an aliphatic sulfonic acid. In one embodiment, the homogeneous acid catalyst is an aromatic sulfonic acid. In one embodiment, the aromatic sulfonic acid is selected from the group consisting of naphthalenesulfonic acid, dimethylanilinesulfonic acid, para-toluenesulfonic acid (p-TSA), ortho / meta-toluenesulfonic acid (o / m-TSA) and combinations thereof. In another embodiment, the aromatic sulfonic acid is para-toluenesulfonic acid (p-TSA).

한 실시양태에서, 산 촉매는 불균질 고체 산 촉매이다. 한 실시양태에서, 불균질 고체 산 촉매는 친수성 술폰화 고체 다공성 매트릭스이다. 한 실시양태에서, 불균질 고체 산 촉매는 DICAT 산 촉매이다.In one embodiment, the acid catalyst is a heterogeneous solid acid catalyst. In one embodiment, the heterogeneous solid acid catalyst is a hydrophilic sulfonated solid porous matrix. In one embodiment, the heterogeneous solid acid catalyst is a DIC A T acid catalyst.

한 실시양태에서, 불균질 고체 산 촉매의 제조 방법이 제공된다. 불균질 고체 산 촉매의 제조 방법은 a) 유기 용매의 존재 하에 술폰화제를 중합체와 접촉시켜 반응 현탁액을 얻는 단계; 및 b) 반응 현탁액을 35℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 30 분 내지 4 시간 범위의 시간 동안 교반하여 불균질 산 촉매의 현탁액을 얻는 단계; c) 불균질 산 촉매의 현탁액을 단리시켜 불균질 고체 산 촉매를 얻는 단계를 포함한다.In one embodiment, a process for preparing a heterogeneous solid acid catalyst is provided. A process for preparing a heterogeneous solid acid catalyst comprises the steps of: a) contacting a sulfonating agent with a polymer in the presence of an organic solvent to obtain a reaction suspension; And b) stirring the reaction suspension at a temperature in the range of 35 DEG C to 100 DEG C for a time in the range of 30 minutes to 4 hours to obtain a suspension of the heterogeneous acid catalyst; c) isolating a suspension of the heterogeneous acid catalyst to obtain a heterogeneous solid acid catalyst.

한 실시양태에서, 술폰화제를 클로로술폰산, 황산, 삼산화황 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택한다. 한 실시양태에서, 술폰화제는 클로로술폰산이다.In one embodiment, the sulfonating agent is selected from the group consisting of chlorosulfonic acid, sulfuric acid, sulfur trioxide, and combinations thereof. In one embodiment, the sulfonating agent is chlorosulfonic acid.

한 실시양태에서, 불균질 고체 산 촉매는 친수성 관능화 중합체로 구성된다. 한 실시양태에서, 관능화 중합체는 5-200 m2/g 범위의 표면적을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 관능화 중합체는 5-50 m2/g 범위의 표면적, 2-50 nm 범위의 공극 크기, 0.5-10 mmol/g 범위의 산성도, 0.022-2.0 cc/g 범위의 공극 부피를 갖는다. 한 실시양태에서, 중합체의 분자량은 3-23 kDa의 범위이고, 입자 크기는 10-300 ㎛의 범위이고, 히드록시 값은 1 내지 20 mg/g의 범위이다. 한 실시양태에서, 중합체는 단독선형 중합체이다. 한 실시양태에서, 중합체는 가교 중합체이다. 한 실시양태에서, 사용된 중합체는 결정성 형태이다. 한 실시양태에서, 사용된 중합체는 비결정성 형태이다. 한 실시양태에서, 중합체는 구형 비드의 형태이다.In one embodiment, the heterogeneous solid acid catalyst is comprised of a hydrophilic functionalized polymer. In one embodiment, the functionalized polymer has a surface area in the range of 5-200 m 2 / g. In another embodiment, the functionalized polymer has a surface area in the range of 5-50 m 2 / g, a pore size in the range of 2-50 nm, an acidity in the range of 0.5-10 mmol / g, a void volume in the range of 0.022-2.0 cc / g . In one embodiment, the molecular weight of the polymer is in the range of 3-23 kDa, the particle size is in the range of 10-300 [mu] m, and the hydroxy value is in the range of 1-20 mg / g. In one embodiment, the polymer is a single linear polymer. In one embodiment, the polymer is a crosslinked polymer. In one embodiment, the polymer used is in crystalline form. In one embodiment, the polymer used is an amorphous form. In one embodiment, the polymer is in the form of a spherical bead.

한 실시양태에서, 중합체는 히드록시 관능기를 포함한다. 한 실시양태에서, 중합체는 아민 관능기를 포함한다. 한 실시양태에서, 중합체는 셀룰로스, 폴리비닐 알콜, 폴리히드록시에틸메타크릴레이트, 폴리히드록시메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 실리카, 알루미나, 폴리에틸렌 아민, 폴리아미드 및 폴리알릴아민으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또 다른 실시양태에서, 중합체는 셀룰로스, 폴리비닐 알콜, 폴리히드록시에틸메타크릴레이트 및 폴리히드록시메틸메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된다.In one embodiment, the polymer comprises a hydroxy functionality. In one embodiment, the polymer comprises an amine functionality. In one embodiment, the polymer is selected from the group consisting of cellulose, polyvinyl alcohol, polyhydroxyethyl methacrylate, polyhydroxymethyl methacrylate, polyethylene glycol, polypropylene glycol, silica, alumina, polyethyleneamine, polyamide and polyallylamine ≪ / RTI > In another embodiment, the polymer is selected from the group consisting of cellulose, polyvinyl alcohol, polyhydroxyethyl methacrylate, and polyhydroxymethyl methacrylate.

한 실시양태에서, 불균질 고체 산 촉매를 얻기 위한 중합체 표면의 술폰산 유도체화를 유기 용매의 존재 하에 수행한다. 한 실시양태에서, 유기 용매는 비 친핵 용매이다. 한 실시양태에서, 유기 용매는 메틸렌 디클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소, 에틸렌 디클로라이드, 프로필렌 디클로라이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.In one embodiment, sulfonation derivatization of the polymer surface to obtain a heterogeneous solid acid catalyst is carried out in the presence of an organic solvent. In one embodiment, the organic solvent is a non-nucleophilic solvent. In one embodiment, the organic solvent is selected from the group consisting of methylene dichloride, chloroform, carbon tetrachloride, ethylene dichloride, propylene dichloride, and combinations thereof.

한 실시양태에서, 다양한 산 촉매화 유기 변형, 예컨대 가수분해, 제거, 첨가, 치환, 응축, 에스테르화, 보호, 탈보호, 재배열 및 개환을 위하여 본원에 개시된 방법에 의해 제조되는 불균질 고체 산 촉매를 또한 사용할 수 있다.In one embodiment, heterogeneous solid acids prepared by the methods disclosed herein for various acid catalysed organic modifications such as hydrolysis, removal, addition, substitution, condensation, esterification, protection, deprotection, Catalysts may also be used.

한 실시양태에서, a) 프룩토스를 이소프로판올과 접촉시켜 반응 혼합물을 얻는 단계; 및 b) 반응 혼합물을 산 촉매의 존재 하에 2.0 분의 시간 동안 120℃의 온도로 처리하여 5-HMF로의 프룩토스의 적어도 70% 전환율을 얻는 단계를 포함하고, 여기서 산 촉매가 PTSA인, 5-HMF의 제조 방법이 개시된다. In one embodiment, a) contacting the fructose with isopropanol to obtain a reaction mixture; And b) treating the reaction mixture in the presence of an acid catalyst for a time of 2.0 minutes at a temperature of 120 DEG C to obtain at least 70% conversion of fructose to 5-HMF, wherein the acid catalyst is PTSA, A process for producing HMF is disclosed.

한 실시양태에서, a) 프룩토스를 이소프로판올과 접촉시켜 반응 혼합물을 얻는 단계; 및 b) 반응 혼합물을 산 촉매의 존재 하에 2.0 분 범위의 시간 동안 130℃의 온도로 처리하여 5-HMF로의 프룩토스의 적어도 70% 전환율을 얻는 단계를 포함하고, 여기서 산 촉매가 DICAT인, 5-HMF의 제조 방법이 개시된다. In one embodiment, a) contacting the fructose with isopropanol to obtain a reaction mixture; And b) treating the reaction mixture in the presence of an acid catalyst at a temperature of 130 캜 for a time in the range of 2.0 minutes to obtain at least 70% conversion of the fructose to 5-HMF, wherein the acid catalyst is DIC A T , A process for producing 5-HMF is disclosed.

본 발명은 또한 하기 반응식으로 도시된다:The invention is also illustrated by the following scheme:

반응식 1. 프룩토스로부터의 5-HMF 합성 반응은 다음과 같다.Reaction 1. Synthesis of 5-HMF from fructose is as follows.

Figure pct00002
Figure pct00002

실시예Example

이제 본 발명을 실시예로 예증할 것이고, 이 실시예들은 본 발명의 실행을 예증하기 위한 것이고 본 발명의 범위에 한정적으로 어떠한 제약을 수반하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 범위 내에 있는 다른 실시예들도 또한 가능하다. The present invention will now be illustrated by way of example and these embodiments are intended to illustrate the practice of the invention and are not intended to be construed as being bound by any limitation to the scope of the invention. Other embodiments within the scope of the invention are also possible.

실시예Example 1 One

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 이소프로필 알콜 8 ml에 결정성 프룩토스 1 gm을 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하여 반응 현탁액을 얻었다. 연속 교반 하에서 이 반응 현탁액에 0.1 gm/cc의 산 촉매 (표 1에 제공됨)를 첨가하였다. 얻어진 반응 혼합물을 교반 하에서 120초 동안 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 120℃로 가열하였다. 120초 후에, 반응 물질을 실온으로 냉각하였다. HMF의 84-94% 몰 수율과 97-98%의 프룩토스 전환율을 증명하는 샘플의 HPLC 분석을 얻었다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. 1 gm of crystalline fructose was added to 8 ml of isopropyl alcohol in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer; And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes to obtain a reaction suspension. To this reaction suspension under continuous stirring was added 0.1 gm / cc of an acid catalyst (provided in Table 1). The resulting reaction mixture was heated to 120 < 0 > C by treatment with microwave radiation for 120 seconds under stirring. After 120 seconds, the reaction material was cooled to room temperature. HPLC analysis of a sample demonstrating 84-94% molar yield of HMF and 97-98% fructose conversion was obtained. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 1은 상기 기재된 방법을 사용하여 상이한 산 촉매에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 1 given below gives the HMF yield and fructose conversion in different acid catalysts using the methods described above.

<표 1><Table 1>

Figure pct00003
Figure pct00003

실시예Example 2 2

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 용매 (표 2에 제공됨) 8 ml에 결정성 프룩토스 1 gm을 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하여 반응 현탁액을 얻었다. 연속 교반 하에서 이 반응 현탁액에 0.1 gm/cc의 산 촉매 (PTSA)를 첨가하였다. 얻어진 반응 물질을 120초 동안 교반 하에서 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 가열하였다. 120초 후에, 반응 혼합물을 실온으로 냉각하였다. HMF의 76-88% 몰 수율과 80-99%의 프룩토스 전환율을 증명하는 샘플의 HPLC 분석을 얻었다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. 1 gm of crystalline fructose was added to 8 ml of a solvent (provided in Table 2) in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer; And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes to obtain a reaction suspension. 0.1 gm / cc of the acid catalyst (PTSA) was added to the reaction suspension under continuous stirring. The resulting reaction material was heated by treatment with microwave radiation under stirring for 120 seconds. After 120 seconds, the reaction mixture was cooled to room temperature. HPLC analysis of a sample demonstrating 76-88% molar yield of HMF and 80-99% fructose conversion was obtained. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 2는 상기 기재된 방법을 사용하여 상이한 용매에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 2 given below gives the HMF yield and fructose conversion in the different solvents using the methods described above.

<표 2><Table 2>

Figure pct00004
Figure pct00004

실시예Example 3 3

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 이소프로필 알콜 8 ml에 결정성 프룩토스 1 gm을 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하였다. 교반 하에서 이 반응 현탁액에 원하는 양의 PTSA (표 3에 제공됨)를 충전하였다. 얻어진 반응 물질을 90초 동안 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 가열하였다. 90초 후에, 반응 물질을 실온에서 냉각하였다. HMF의 74-88% 몰 수율과 94-98%의 프룩토스 전환율을 증명하는 샘플의 HPLC 분석을 얻었다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. 1 gm of crystalline fructose was added to 8 ml of isopropyl alcohol in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer; And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. This reaction suspension was charged with the desired amount of PTSA (provided in Table 3) under stirring. The resulting reaction material was heated by treatment with microwave radiation for 90 seconds. After 90 seconds, the reaction material was cooled at room temperature. HPLC analysis of a sample demonstrating 74-88% molar yield of HMF and 94-98% fructose conversion was obtained. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 3은 상기 기재된 방법을 사용하여 다양한 산 촉매 농도에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 3 given below gives the HMF yield and fructose conversion at various acid catalyst concentrations using the methods described above.

<표 3><Table 3>

Figure pct00005
Figure pct00005

실시예Example 4 4

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 이소프로필 알콜 8 ml에 결정성 프룩토스 1 gm을 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하였다. 교반 하에서 이 반응 현탁액에 0.10 gm/cc의 PTSA를 충전하였다. 얻어진 반응 물질을 원하는 시간 동안 (표 4에 제공됨) 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 120℃로 가열하였다. 그 후에, 반응 물질을 실온으로 냉각하였다. HMF의 32-91% 몰 수율과 50-100%의 프룩토스 전환율을 증명하는 샘플의 HPLC 분석을 얻었다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. 1 gm of crystalline fructose was added to 8 ml of isopropyl alcohol in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer; And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. This reaction suspension was charged with 0.10 gm / cc PTSA under stirring. The resulting reaction material was heated to 120 &lt; 0 &gt; C by treatment with microwave radiation for a desired period of time (provided in Table 4). Thereafter, the reaction material was cooled to room temperature. HPLC analysis of samples demonstrating 32-91% molar yield of HMF and 50-100% fructose conversion was obtained. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 4는 상기 기재된 방법을 사용하여 다양한 반응 시간에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 4 given below gives the HMF yield and fructose conversion at various reaction times using the methods described above.

<표 4><Table 4>

Figure pct00006
Figure pct00006

실시예Example 5 5

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 용매 (표 5에 제공됨) 8 ml에 결정성 프룩토스 1 gm을 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하였다. 교반 하에서 이 반응 현탁액에 원하는 양의 산 촉매 (DICAT-1)를 첨가하였다. 얻어진 반응 혼합물을 120초 동안 교반 하에서 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 가열하였다. 120초 후에, 반응 물질을 실온에서 냉각하고 진공 여과에 의해 촉매를 제거하였다. 얻어진 샘플은 HPLC 분석을 통해 HMF의 50-94% 몰 수율과 80-99%의 프룩토스 전환율을 증명하였다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. 1 gm of crystalline fructose was added to 8 ml of a solvent (provided in Table 5) in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer; And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. The desired amount of acid catalyst (DIC A T-1) was added to the reaction suspension under stirring. The resulting reaction mixture was heated by treatment with microwave radiation under stirring for 120 seconds. After 120 seconds, the reaction material was cooled to room temperature and the catalyst was removed by vacuum filtration. The obtained sample demonstrated a 50-94% molar yield of HMF and a fructose conversion of 80-99% by HPLC analysis. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 5는 상기 기재된 방법을 사용하여 다양한 반응 용매에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 5 below provides the HMF yield and fructose conversion in various reaction solvents using the methods described above.

<표 5><Table 5>

Figure pct00007
Figure pct00007

실시예Example 6 6

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 용매 (표 6에 제공됨) 8 ml에 결정성 프룩토스 1 gm을 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하였다. 교반 하에서 이 반응 현탁액에 원하는 양의 산 촉매 (DICAT-3)를 첨가하였다. 얻어진 반응 혼합물을 120초 동안 교반 하에서 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 가열하였다. 120초 후에, 반응 물질을 실온에서 냉각하고 진공 여과에 의해 촉매를 제거하였다. 얻어진 샘플은 HPLC 분석을 통해 HMF의 50-94% 몰 수율과 80-99%의 프룩토스 전환율을 증명하였다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. 1 gm of crystalline fructose was added to 8 ml of a solvent (provided in Table 6) in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer; And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. The desired amount of acid catalyst (DIC A T-3) was added to the reaction suspension under stirring. The resulting reaction mixture was heated by treatment with microwave radiation under stirring for 120 seconds. After 120 seconds, the reaction material was cooled to room temperature and the catalyst was removed by vacuum filtration. The obtained sample demonstrated a 50-94% molar yield of HMF and a fructose conversion of 80-99% by HPLC analysis. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 6은 상기 기재된 방법을 사용하여 다양한 반응 용매에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 6 given below provides the HMF yield and fructose conversion in various reaction solvents using the methods described above.

<표 6><Table 6>

Figure pct00008
Figure pct00008

실시예Example 7 7

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 용매 (표 6에 제공됨) 8 ml에 결정성 프룩토스 1 gm을 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하였다. 이 반응 현탁액에 원하는 양의 산 촉매 (DICAT-3)를 충전하였다 (표 6에 제공됨). 얻어진 반응 물질을 120초 동안 교반 하에서 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 가열하였다. 120초 후에, 반응 물질을 실온에서 냉각하고 진공 여과에 의해 촉매를 제거하였다. 샘플의 HPLC 분석은 HMF의 61-93% 몰 수율과 97-100%의 프룩토스 전환율을 증명하였다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. 1 gm of crystalline fructose was added to 8 ml of a solvent (provided in Table 6) in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer; And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. The reaction suspension was charged with the desired amount of acid catalyst (DIC A T-3) (provided in Table 6). The resulting reaction material was heated by treatment with microwave radiation under stirring for 120 seconds. After 120 seconds, the reaction material was cooled to room temperature and the catalyst was removed by vacuum filtration. HPLC analysis of the samples demonstrated a 61-93% molar yield of HMF and 97-100% fructose conversion. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 7은 상기 기재된 방법을 사용하여 다양한 촉매 DICAT-3 농도에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 7 below provides HMF yield and fructose conversion at various catalyst DIC A T-3 concentrations using the methods described above.

<표 7><Table 7>

Figure pct00009
Figure pct00009

실시예Example 8 8

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 이소프로필 알콜 8 ml에 결정성 프룩토스 1 gm을 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하였다. 교반 하에서 이 반응 현탁액에 0.11 gm/cc의 산 촉매 (DICAT-3)를 충전하였다. 얻어진 반응 물질을 연속 교반 하에서 원하는 시간 동안 (표 8에 제공됨) 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 130℃로 가열하였다. 반응의 완결 후에, 반응 물질을 실온에서 냉각하고 진공 여과에 의해 촉매를 제거하였다. 얻어진 샘플은 HPLC 분석을 통해 HMF의 50-92% 몰 수율과 98-100%의 프룩토스 전환율을 증명하였다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. 1 gm of crystalline fructose was added to 8 ml of isopropyl alcohol in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer; And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. This reaction suspension was charged with 0.11 gm / cc of an acid catalyst (DIC A T-3) under stirring. The resulting reaction material was heated to 130 DEG C by treatment with microwave radiation for a desired period of time (provided in Table 8) under continuous agitation. After completion of the reaction, the reaction material was cooled at room temperature and the catalyst was removed by vacuum filtration. The obtained sample demonstrated a 50-92% molar yield of HMF and 98-100% fructose conversion by HPLC analysis. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 8은 다양한 반응 시간에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 8 below provides HMF yield and fructose conversion at various reaction times.

<표 8><Table 8>

Figure pct00010
Figure pct00010

실시예Example 9 9

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 이소프로필 알콜 8 ml에 결정성 프룩토스 1 gm을 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하였다. 교반 하에서 이 반응 현탁액에 0.11 gm/cc의 산 촉매 (DICAT-3)를 충전하였다. 얻어진 반응 물질을 연속 교반 하에서 120초 동안 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 원하는 온도로 (표 9에 제공됨) 가열하였다. 반응의 완결 후에, 반응 물질을 실온에서 냉각하고 진공 여과에 의해 촉매를 제거하였다. 얻어진 샘플은 HPLC 분석을 통해 HMF의 21-93% 몰 수율과 73-100%의 프룩토스 전환율을 증명하였다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. 1 gm of crystalline fructose was added to 8 ml of isopropyl alcohol in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer; And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. This reaction suspension was charged with 0.11 gm / cc of an acid catalyst (DIC A T-3) under stirring. The resulting reaction material was heated to the desired temperature (provided in Table 9) by treatment with microwave radiation for 120 seconds under continuous stirring. After completion of the reaction, the reaction material was cooled at room temperature and the catalyst was removed by vacuum filtration. The obtained sample demonstrated 21-93% molar yield of HMF and 73-100% fructose conversion by HPLC analysis. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 9는 상기 기재된 방법을 사용하여 다양한 반응 온도에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 9 below provides HMF yield and fructose conversion at various reaction temperatures using the methods described above.

<표 9><Table 9>

Figure pct00011
Figure pct00011

실시예Example 10 10

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 요구 량의 용매에 원하는 양의 결정성 프룩토스 (표 10에 표시됨)를 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하였다. 교반 하에서 이 반응 현탁액에 0.11 gm/cc의 산 촉매 (DICAT-3)를 충전하였다. 얻어진 반응 물질을 연속 교반 하에서 120초 동안 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 130℃의 온도로 가열하였다. 반응의 완결 후에, 반응 물질을 실온에서 냉각하고 진공 여과에 의해 촉매를 제거하였다. 얻어진 샘플은 HPLC 분석을 통해 HMF의 26-92% 몰 수율과 99-100%의 프룩토스 전환율을 증명하였다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. Adding the desired amount of crystalline fructose (as shown in Table 10) to the required amount of solvent in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer; And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. This reaction suspension was charged with 0.11 gm / cc of an acid catalyst (DIC A T-3) under stirring. The resulting reaction material was heated to 130 &lt; 0 &gt; C by treatment with microwave radiation for 120 seconds under continuous stirring. After completion of the reaction, the reaction material was cooled at room temperature and the catalyst was removed by vacuum filtration. The obtained sample demonstrated a 26-92% molar yield of HMF and 99-100% fructose conversion by HPLC analysis. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 10은 상기 기재된 방법을 사용하여 다양한 프룩토스 농도에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 10 below provides the HMF yield and fructose conversion at various fructose concentrations using the methods described above.

<표 10><Table 10>

Figure pct00012
Figure pct00012

실시예Example 11 11

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 요구 량의 용매 (16 ml)에 원하는 기질 (표 11에 표시됨) 1 gm을 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하였다. 교반 하에서 이 반응 현탁액에 0.11 gm/cc의 산 촉매 (DICAT-3)를 충전하였다. 얻어진 반응 물질을 연속 교반 하에서 120초 동안 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 130℃의 온도로 가열하였다. 반응의 완결 후에, 반응 물질을 실온으로 냉각하고 진공 여과에 의해 촉매를 제거하였다. 얻어진 샘플은 HPLC 분석을 통해 HMF의 48-93% 몰 수율과 99-100%의 프룩토스 전환율을 증명하였다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. To a required amount of solvent (16 ml) in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer was added 1 gm of the desired substrate (shown in Table 11); And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. This reaction suspension was charged with 0.11 gm / cc of an acid catalyst (DIC A T-3) under stirring. The resulting reaction material was heated to 130 &lt; 0 &gt; C by treatment with microwave radiation for 120 seconds under continuous stirring. After completion of the reaction, the reaction material was cooled to room temperature and the catalyst was removed by vacuum filtration. The obtained sample demonstrated a 48-93% molar yield of HMF and 99-100% fructose conversion by HPLC analysis. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 11은 상기 기재된 방법을 사용하여 다양한 기질에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 11 given below provides the HMF yield and fructose conversion at various substrates using the methods described above.

<표 11><Table 11>

Figure pct00013
Figure pct00013

실시예Example 12 12

2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 자기 교반기를 갖는 20 ml 밀봉 유리관 내의 요구 량의 용매 (16 ml)에 프룩토스 1 gm을 첨가하고; 실온에서 5분 동안 교반하였다. 교반 하에서 이 반응 현탁액에 0.11 gm/cc의 산 촉매 (DICAT-1)를 충전하였다. 얻어진 반응 물질을 연속 교반 하에서 120초 동안 마이크로파 복사선으로 처리함으로써 130℃의 온도로 가열하였다. 반응의 완결 후에, 반응 물질을 실온으로 냉각하고 진공 여과에 의해 촉매를 제거하고 이후의 시행을 위해 촉매를 재활용하였다 (표 12에 제공됨). 얻어진 여액 샘플을 HPLC로 분석하고, 이것은 HMF의 94-95% 몰 수율과 98-99%의 프룩토스 전환율을 증명하였다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were conducted in a batch mode operation under microwave heating at a frequency of 2.45 GHz. 1 gm of fructose was added to the required amount of solvent (16 ml) in a 20 ml sealed glass tube with magnetic stirrer; And the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. The reaction suspension was charged with 0.11 gm / cc of the acid catalyst (DIC A T-1) under stirring. The resulting reaction material was heated to 130 &lt; 0 &gt; C by treatment with microwave radiation for 120 seconds under continuous stirring. After completion of the reaction, the reaction material was cooled to room temperature and the catalyst was removed by vacuum filtration and the catalyst was recycled for subsequent run (provided in Table 12). The resulting filtrate sample was analyzed by HPLC, which demonstrated 94-95% molar yield of HMF and 98-99% fructose conversion. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 12는 상기 기재된 방법을 사용하여 촉매 재활용의 횟수에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 12 below provides the HMF yield and the fructose conversion rate in the number of catalyst recycles using the method described above.

<표 12><Table 12>

Figure pct00014
Figure pct00014

실시예Example 13 13

4 피치 날개 앰플러 및 ±1℃의 정확도를 갖는 PID 온도 조절기를 갖는 300 ml 파르 압력 반응기 오토클레이브 어셈블리에서 통상적인 가열 하에 회분 방식 작업으로 실험을 수행하였다. 오토클레이브에 원하는 양의 용매 (32 ml) 중의 결정성 프룩토스 2 gm 및 원하는 산 촉매 DICAT (표 13에 제공됨)를 부하하였다. 오토클레이브 내의 반응 물질을 실온에서 5분 동안 교반한 다음 2-3회 질소 퍼어징하였다. 오토클레이브를 질소 하에 15 kg/cm3으로 가압하고, 반응 물질을 일정한 교반 하에서 120 분 동안 가열하였다. 120 분의 반응 후에, 반응 물질을 실온으로 냉각하고 마지막으로 질소 압력을 방출시켰다. 반응 물질 중의 불균질 촉매를 진공 여과에 의해 제거하였다. 이 여액으로부터의 샘플을 HPLC로 분석하였으며, HMF의 68-90% 몰 수율 및 96-98% 프룩토스 전환율을 증명하였다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.Experiments were carried out in a batch-wise operation under conventional heating in a 300 ml Parr pressure reactor autoclave assembly with a four-pitch wing amp and a PID thermostat with an accuracy of 占 1 占 폚. The autoclave was loaded with 2 gm of crystalline fructose in the desired amount of solvent (32 ml) and the desired acid catalyst DIC A T (provided in Table 13). The reactants in the autoclave were stirred at room temperature for 5 minutes and then nitrogen purged 2-3 times. The autoclave was pressurized to 15 kg / cm &lt; 3 &gt; under nitrogen and the reaction material was heated for 120 minutes under constant stirring. After 120 minutes of reaction, the reaction was cooled to room temperature and finally the nitrogen pressure was released. The heterogeneous catalyst in the reactants was removed by vacuum filtration. Samples from this filtrate were analyzed by HPLC, demonstrating 68-90% molar yield of HMF and 96-98% fructose conversion. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 13은 상기 기재된 방법을 사용하여 다양한 산 촉매에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 13 given below provides the HMF yield and fructose conversion in various acid catalysts using the methods described above.

<표 13><Table 13>

Figure pct00015
Figure pct00015

실시예Example 14 14

4 피치 날개 앰플러 및 ±1℃의 정확도를 갖는 PID 온도 조절기를 갖는 300 ml 파르 압력 반응기 오토클레이브 어셈블리에서 통상적인 가열 하에 회분 방식 작업으로 모든 실험을 수행하였다. 오토클레이브에 원하는 양의 용매 (32 ml) 중의 결정성 프룩토스 2 gm 및 원하는 산 촉매 DICAT-3을 부하하였다. 오토클레이브 내의 반응 물질을 실온에서 5분 동안 교반한 다음 2-3회 질소 퍼어징하였다. 질소 기체를 사용함으로써 원하는 압력 (표 14에 제공됨)을 얻었고 교반 하에서 반응 물질을 120분 동안 가열한 다음 원하는 시간 간격으로 샘플을 제거하였다. 120분 후에, 반응 물질을 실온에서 냉각하고 질소 압력을 방출시켰다. 불균질 촉매를 진공 여과에 의해 제거하였다. 이 여액으로부터의 샘플을 HPLC로 분석하였으며, HMF의 40-90% 몰 수율 및 60-100% 프룩토스 전환율을 증명하였다. 이어서 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.All experiments were performed in a 300 ml Parr pressure reactor autoclave assembly with a four-pitch wing amp and a PID thermostat with an accuracy of plus or minus 1 ° C under aseptic working under conventional heating. The autoclave was loaded with 2 gm of crystalline fructose in the desired amount of solvent (32 ml) and the desired acid catalyst DIC A T-3. The reactants in the autoclave were stirred at room temperature for 5 minutes and then nitrogen purged 2-3 times. The desired pressure (provided in Table 14) was obtained by using nitrogen gas and the reaction mass was heated for 120 minutes under stirring and then the sample was removed at the desired time intervals. After 120 minutes, the reaction material was cooled to room temperature and nitrogen pressure was released. The heterogeneous catalyst was removed by vacuum filtration. Samples from this filtrate were analyzed by HPLC and demonstrated a 40-90% molar yield and 60-100% fructose conversion of HMF. The solvent was then removed by vacuum distillation to give a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 14는 상기 기재된 방법을 사용하여 다양한 압력에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 14 below provides HMF yield and fructose conversion at various pressures using the methods described above.

<표 14><Table 14>

Figure pct00016
Figure pct00016

실시예Example 15 15

4 피치 날개 앰플러 및 ±1℃의 정확도를 갖는 PID 온도 조절기를 갖는 300 ml 파르 압력 반응기 오토클레이브 어셈블리에서 통상적인 가열 하에 회분 방식 작업으로 모든 실험을 수행하였다. 오토클레이브에 원하는 양의 IPA (32 ml) 중의 결정성 프룩토스 2 gm 및 원하는 산 촉매 DICAT-3을 부하하였다. 오토클레이브 내의 반응 물질을 실온에서 5분 동안 교반한 다음 2-3회 질소 퍼어징하였다. 15 kg/cm3의 원하는 질소 압력을 사용하고, 반응 물질을 일정한 교반 하에 원하는 시간 동안 (표 15에 제공됨) 가열하였다. 반응 완료 후에, 반응 물질을 실온에서 냉각하고 질소 압력을 방출하였다. 불균질 촉매를 진공 여과에 의해 반응 물질로부터 제거하였다. 이 여액으로부터의 샘플을 HPLC로 분석하였으며, HMF의 30-90% 몰 수율 및 60-100% 프룩토스 전환율을 나타내었다. 진공 증류에 의해 용매를 제거하여 조 HMF의 암갈색 점성 오일을 얻었다.All experiments were performed in a 300 ml Parr pressure reactor autoclave assembly with a four-pitch wing amp and a PID thermostat with an accuracy of plus or minus 1 ° C under aseptic working under conventional heating. The autoclave was loaded with 2 gm of crystalline fructose in the desired amount of IPA (32 ml) and the desired acid catalyst DIC A T-3. The reactants in the autoclave were stirred at room temperature for 5 minutes and then nitrogen purged 2-3 times. A desired nitrogen pressure of 15 kg / cm &lt; 3 &gt; was used and the reactants were heated under constant agitation for a desired time (provided in Table 15). After completion of the reaction, the reaction material was cooled at room temperature and nitrogen pressure was released. The heterogeneous catalyst was removed from the reactants by vacuum filtration. Samples from this filtrate were analyzed by HPLC and showed 30-90% molar yield of HMF and 60-100% fructose conversion. The solvent was removed by vacuum distillation to obtain a dark brown viscous oil of crude HMF.

하기 주어진 표 15는 상기 기재된 방법을 사용하여 다양한 시간에서의 HMF 수율 및 프룩토스 전환율을 제공한다.Table 15 given below provides the HMF yield and fructose conversion at various times using the methods described above.

<표 15><Table 15>

Figure pct00017
Figure pct00017

실시예Example 16 16

유기 결합을 통해 친수성 중합체의 지방족 히드록시 기 상에 술폰산 앵커링(anchoring)에 의해 불균질 고체 산 촉매 DICAT를 제조하였다. DICAT의 제조를 위한 전형적인 실험 방법은 다음과 같다: A heterogeneous solid acid catalyst, DIC A T, was prepared by sulfonation anchoring on the aliphatic hydroxy group of the hydrophilic polymer via organic linkages. A typical experimental procedure for the preparation of DIC A T is as follows:

가열 오일 배쓰, 환류 응축기, 온도계 포켓, 첨가 깔때기 및 오버헤드 교반기를 갖는 4 목 250 ml 건식 둥근 바닥 플라스크에서 반응을 수행하였다. 1 gm의 히드록시 중합체 (폴리비닐 알콜)를 질소 블랭킷 하에서 첨가하였다. 10 ml의 에틸렌 디클로라이드를 느린 교반 하에서 플라스크에 충전하였다. 격렬한 교반 하에서 첨가 깔때기를 통해 9.5 ml의 술폰화제 (클로로술폰산)를 30 분 동안 적가하였다. 첨가 반응의 완료 후에, 반응 물질을 실온에서 20-30 분 동안 격렬히 교반한 다음 1 시간 동안 가열 환류시켰다. 1 시간 환류의 완결 시에, 반응 물질을 실온에서 냉각한 다음 0℃로 냉각하고; 그 후에 10 ml의 수성 메탄올을 첨가 깔때기를 통해 30 분 내에 서서히 첨가하고, 격렬한 교반 하에서 추가의 30 분 동안 0℃로 유지하였다. 얻어지는 흑색 고체를 흡인 펌프에 의해 여과하고, AgNO3 침전 시험에 의해 시험되는 여액으로부터의 염소 제거 시까지 냉수로 세척하였다. 마지막으로, 고체 케이크를 흡인 펌프에 의해 흡인 건조시키고, 진공 하에 70-80℃에서 건조를 위해 유지하였다. 얻어진 DICAT의 얻어지는 흑색 건조 분말을 반응을 위해 사용하였다.The reaction was carried out in a 4 neck 250 ml dry round bottomed flask with heating oil bath, reflux condenser, thermometer pocket, addition funnel and overhead stirrer. 1 gm of a hydroxy polymer (polyvinyl alcohol) was added under a nitrogen blanket. 10 ml of ethylene dichloride was charged to the flask under slow stirring. 9.5 ml of sulfonating agent (chlorosulfonic acid) was added dropwise over 30 minutes via an addition funnel under vigorous stirring. After completion of the addition reaction, the reaction material was vigorously stirred at room temperature for 20-30 minutes and then heated to reflux for 1 hour. Upon completion of the 1 hour reflux, the reaction material is cooled to room temperature and then cooled to 0 &lt; 0 &gt;C; Then 10 ml of aqueous methanol was slowly added via an addition funnel over 30 minutes and maintained at 0 [deg.] C for an additional 30 minutes under vigorous stirring. The resulting black solid was filtered by suction pump and washed with cold water until chlorine removal from the filtrate tested by the AgNO 3 precipitation test. Finally, the solid cake was suction dried by suction pump and maintained at 70-80 &lt; 0 &gt; C under vacuum for drying. The resulting black dry powder of DIC A T was used for the reaction.

실시예Example 17 17

입구 출구 온도 센서 및 압력 조절 밸브를 갖는 가열 자켓을 갖는 2 × 20cm 높이의 스틸 컬럼에서 충전 층 반응기에서의 HMF의 합성을 수행하였다. 5cm 촉매 층을 충분한 양의 불활성 물질로 충전하였다. 충전 층 컬럼을 통해 기질을 통과시키기 전에, 2-5 컬럼 부피 (CV)의 새로운 물 및 IPA를 통과시킴으로써 컬럼을 미리 평형화하여 120℃의 컬럼 온도 및 10-15 kg/cm3 압력을 얻었다. 미리 가열된 IPA 중의 6.25% 프룩토스 용액 100 ml를, 이원 피스톤 압력 펌프에 의해 시클릭 루프에서 원하는 유동 속도로 통상적인 가열에 의해 120℃로 유지된 촉매 층을 통해 통과시켰다. 동시에, 공정내 HPLC 분석을 위하여 반응 혼합물로부터의 샘플을 상이한 시간 간격으로 제거하였다. 일단 필요한 HMF 수율 및 프룩토스 전환율이 얻어지면, 기질 유동을 중단하고, 라인을 제거하기 위해 촉매 층을 2 CV의 새로운 IPA로 세척하고 촉매 층을 그대로 두었다. 얻어지는 복합체 분획을 HPLC로 분석하고, 88-94% HMF 수율 및 95-100%의 프룩토스 전환율 범위의 결과를 나타내었다.Synthesis of HMF in a packed bed reactor was performed in a 2 x 20 cm high steel column with heating jacket with inlet outlet temperature sensor and pressure regulating valve. The 5 cm catalyst layer was filled with a sufficient amount of inert material. Prior to passing the substrate through the packed bed column, the column was pre-equilibrated by passing 2-5 column volumes (CV) of fresh water and IPA to obtain a column temperature of 120 ° C and a pressure of 10-15 kg / cm 3 . 100 ml of a 6.25% Fructose solution in preheated IPA was passed through a catalyst bed maintained at 120 占 폚 by conventional heating at a desired flow rate in a cyclic loop by a dual piston pressure pump. Simultaneously, samples from the reaction mixture were removed at different time intervals for in-process HPLC analysis. Once the required HMF yield and Fructot conversion were achieved, the substrate flow was stopped and the catalyst layer was washed with 2 CV of fresh IPA to remove the line and leaving the catalyst layer intact. The resulting complex fraction was analyzed by HPLC and the results were in the range of 88-94% HMF yield and 95-100% fructose conversion.

실시예Example 18 18

입구 출구 온도 센서 및 압력 조절 밸브를 갖는 가열 자켓을 갖는 2 × 20cm 높이의 스틸 컬럼에서 충전 층 반응기에서의 HMF의 합성을 수행하였다. 5cm 촉매 층을 충분한 양의 불활성 물질로 충전하였다. 충전 층 컬럼을 통해 기질을 통과시키기 전에, 2-5 컬럼 부피 (CV)의 새로운 물 및 IPA를 통과시킴으로써 컬럼을 미리 평형화하여 120℃의 컬럼 온도 및 10-15 kg/cm3 압력을 얻었다. 미리 가열된 IPA 중의 6.25% 프룩토스 용액 100 ml를, 이원 피스톤 압력 펌프에 의해 시클릭 루프에서 원하는 유동 속도로 마이크로파 가열에 의해 120℃로 유지된 촉매 층을 통해 통과시켰다. 동시에, 공정내 HPLC 분석을 위하여 반응 혼합물로부터의 샘플을 상이한 시간 간격으로 제거하였다. 일단 필요한 HMF 수율 및 프룩토스 전환율이 얻어지면, 기질 유동을 중단하고, 라인을 제거하기 위해 촉매 층을 2 CV의 새로운 IPA로 세척하고 촉매 층을 그대로 두었다. 얻어지는 복합체 분획을 HPLC로 분석하고, 88-94% HMF 수율 및 95-100%의 프룩토스 전환율 범위의 결과를 나타내었다.Synthesis of HMF in a packed bed reactor was performed in a 2 x 20 cm high steel column with heating jacket with inlet outlet temperature sensor and pressure regulating valve. The 5 cm catalyst layer was filled with a sufficient amount of inert material. Prior to passing the substrate through the packed bed column, the column was pre-equilibrated by passing 2-5 column volumes (CV) of fresh water and IPA to obtain a column temperature of 120 ° C and a pressure of 10-15 kg / cm 3 . 100 ml of a 6.25% Fructose solution in preheated IPA was passed through a catalyst bed maintained at 120 占 폚 by microwave heating at a desired flow rate in a cyclic loop by a dual piston pressure pump. Simultaneously, samples from the reaction mixture were removed at different time intervals for in-process HPLC analysis. Once the required HMF yield and Fructot conversion were achieved, the substrate flow was stopped and the catalyst layer was washed with 2 CV of fresh IPA to remove the line and leaving the catalyst layer intact. The resulting complex fraction was analyzed by HPLC and the results were in the range of 88-94% HMF yield and 95-100% fructose conversion.

본 발명의 대상 내의 일례의 방법에서 얻어지는 장점Advantages obtained in an exemplary method within the subject of the present invention

본 발명은 산 촉매를 사용하여 사카라이드로부터 5-히드록시메틸 푸르푸랄 (5-HMF)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 5-HMF의 합성을 위한 산 촉매화 시클로탈수 방법은 단상성 유기 용매 중에서 5-HMF의 제조를 위해 간단하고 비용 효율적인 경로를 제공한다. 본원에 개시된 방법에서 사용되는 불균질 고체 산 촉매, DICAT는 원하는 생성물에 대해 뛰어난 촉매 활성, 안정성 및 선택성을 갖는다. 촉매의 더 높은 선택성으로 인해, 중합체, 후민, 레불린산 및 축합 생성물과 같은 부산물의 형성이 상당히 감소된다. 전체 방법은 용매 증류를 위한 최소의 에너지 사용으로 쉽게 분리되는 단상성 유기 용매 (저 비점 또는 고 비점)를 사용한다. 통상적인 또는 마이크로파 보조 가열을 통하여 상당히 감소된 반응 시간에 방법을 수행하고, 그 결과 생산성이 증가된다.The present invention relates to a process for preparing 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) from a saccharide using an acid catalyst. The acid-catalyzed cyclodextration process for the synthesis of 5-HMF provides a simple and cost-effective route for the preparation of 5-HMF in mono-phase organic solvents. The heterogeneous solid acid catalyst, DIC A T, used in the process disclosed herein has excellent catalytic activity, stability and selectivity for the desired product. Due to the higher selectivity of the catalyst, the formation of by-products such as polymers, cumene, levulic acid and condensation products is significantly reduced. The entire process uses a single phase organic solvent (low boiling or high boiling point) which is easily separated by minimal energy use for solvent distillation. The process is carried out at considerably reduced reaction times through conventional or microwave auxiliary heating, resulting in increased productivity.

본 발명은 100-180℃의 온도 범위에서 단상성 유기 용매 중에서 수행되는 마이크로파 보조 단시간 반응을 포함하고, 따라서 경제적인 비용으로 낮은 에너지 소모를 사용하는 공정 실행가능성을 제공한다. 30-120초의 짧은 반응 시간이 주어진 시간 내에 5-HMF 제조의 벌크 제조 및 경제성을 향상시킨다.The present invention involves a microwave assisted short-time reaction carried out in a single phase organic solvent at a temperature range of 100-180 DEG C, thus providing process viability using low energy consumption at an economical cost. A short reaction time of 30-120 seconds improves bulk manufacture and economics of 5-HMF production within a given time.

본 발명의 5-HMF 합성 방법은 최소의 폐기물 및 유출물을 생성하면서 낮은 에너지 사용을 수반한다.The 5-HMF synthesis method of the present invention involves low energy use while producing minimal waste and effluent.

따라서, 개시된 방법은 더 높은 선택성 및 수율의 결과를 가져오고; 향상된 촉매 안정성과 더 높은 전환율을 갖고, 분리 용이성을 갖고 가장 중요하게는 100% 회수율로 촉매 재활용의 장점을 갖는, 친환경 및 효율적 방법이다.Thus, the disclosed method results in higher selectivity and yield; It is an eco-friendly and efficient method with improved catalyst stability and higher conversion rate, ease of separation and most importantly the advantage of catalyst recycling at 100% recovery.

본 발명의 대상을 특정한 실시예 및 그의 실시양태를 참조하여 상당히 상세히 설명하였으나, 다른 실시양태도 가능하다. 즉, 첨부된 청구 범위의 의도 및 범위가 여기에 포함된 바람직한 실시예 및 실시양태의 설명으로 제한되어서는 안된다.While the subject matter of the invention has been described in considerable detail with reference to specific embodiments thereof and embodiments thereof, other embodiments are possible. That is, the intent and scope of the appended claims should not be limited to the description of the preferred embodiments and embodiments contained herein.

Claims (12)

a) 당을 단상성(monophasic) 유기 용매와 접촉시켜 반응 혼합물을 얻는 단계; 및
b) 반응 혼합물을 산 촉매의 존재 하에 0.5 분 내지 4.0 시간 범위의 시간 동안 100℃ 내지 180℃ 범위의 온도로 처리하여 단일 푸란 유도체로의 당의 적어도 70% 전환율을 얻는 단계
를 포함하고, 여기서 산 촉매는 균질 산 촉매, 불균질 고체 산 촉매 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인,
푸란 유도체의 제조 방법.
a) contacting the sugar with a monophasic organic solvent to obtain a reaction mixture; And
b) treating the reaction mixture in the presence of an acid catalyst to a temperature in the range of from 100 ° C to 180 ° C for a period of time ranging from 0.5 minutes to 4.0 hours to obtain at least 70% conversion of the sugar to the single furan derivative
Wherein the acid catalyst is selected from the group consisting of homogeneous acid catalysts, heterogeneous solid acid catalysts, and combinations thereof.
Lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서, 당이 글루코스, 프룩토스, 수크로스 및 이들의 조합으로 이루어진 군, 바람직하게는 프룩토스로부터 선택되는 것인 방법.The method according to claim 1, wherein the sugar is selected from the group consisting of glucose, fructose, sucrose, and combinations thereof, preferably fructose. 제1항에 있어서, 단상성 유기 용매가 C1 내지 C15 알콜, 바람직하게는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소-프로판올, sec-부탄올, tert-부탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 C1 내지 C4 알콜, 바람직하게는 이소-프로판올을 포함하는 것인 방법.The process of claim 1, wherein the mono-phase organic solvent is selected from the group consisting of C 1 to C 15 alcohols, preferably methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, sec-butanol, tert- C 1 to C 4 alcohols, preferably iso-propanol. 제1항에 있어서, 균질 산 촉매가 나프탈렌 술폰산, 디메틸 아닐린 술폰산, 파라-톨루엔 술폰산 (p-TSA), 오르토/메타-톨루엔 술폰산 (o/m-TSA) 및 이들의 조합으로 이루어진 군, 바람직하게는 파라-톨루엔 술폰산 (p-TSA)으로부터 선택되는 방향족 술폰산인 방법.3. The catalyst according to claim 1, wherein the homogeneous acid catalyst is selected from the group consisting of naphthalenesulfonic acid, dimethylanilinesulfonic acid, para-toluenesulfonic acid (p-TSA), ortho / meta-toluenesulfonic acid (o / m- TSA) Is an aromatic sulfonic acid selected from para-toluenesulfonic acid (p-TSA). 제1항에 있어서, 불균질 고체 산 촉매가 친수성 술폰화 고체 다공성 매트릭스인 방법.The method of claim 1, wherein the heterogeneous solid acid catalyst is a hydrophilic sulfonated solid porous matrix. 제1항에 있어서, 산 촉매가 반응 혼합물 1 cc당 0.01 내지 5 g의 범위, 바람직하게는 반응 혼합물 1 cc당 0.1 내지 1.0 g 범위의 양으로 사용되는 것인 방법.The process according to claim 1, wherein the acid catalyst is used in an amount ranging from 0.01 to 5 g per cc of the reaction mixture, preferably from 0.1 to 1.0 g per cc of the reaction mixture. 제1항에 있어서, 푸란 유도체가 마이크로파 보조 가열 방법 또는 통상적인 가열 방법에 의해 얻어지는 것인 방법.The method according to claim 1, wherein the furan derivative is obtained by a microwave auxiliary heating method or a conventional heating method. 제1항에 있어서, 푸란 유도체가 5-히드록시메틸 푸르푸랄 (5-HMF)인 방법.The method of claim 1, wherein the furan derivative is 5-hydroxymethyl furfural (5-HMF). a. 유기 용매의 존재 하에 술폰화제를 중합체와 접촉시켜 반응 현탁액을 얻는 단계;
b. 반응 현탁액을 35℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 30 분 내지 4 시간 범위의 시간 동안 교반하여 불균질 산 촉매의 현탁액을 얻는 단계; 및
c. 불균질 산 촉매의 현탁액을 단리시켜 불균질 고체 산 촉매를 얻는 단계
를 포함하는, 제1항에 기재된 불균질 고체 산 촉매의 제조 방법.
a. Contacting the sulfonating agent with a polymer in the presence of an organic solvent to obtain a reaction suspension;
b. Stirring the reaction suspension at a temperature in the range of 35 占 폚 to 100 占 폚 for a time in the range of 30 minutes to 4 hours to obtain a suspension of the heterogeneous acid catalyst; And
c. Isolating a suspension of the heterogeneous acid catalyst to obtain a heterogeneous solid acid catalyst
The method of producing a heterogeneous solid acid catalyst according to claim 1,
제9항에 있어서, 술폰화제가 클로로술폰산, 황산, 삼산화황 및 이들의 조합으로 이루어진 군, 바람직하게는 클로로술폰산으로부터 선택되는 것인 방법.The method of claim 9, wherein the sulfonating agent is selected from the group consisting of chlorosulfonic acid, sulfuric acid, sulfur trioxide, and combinations thereof, preferably chlorosulfonic acid. 제9항에 있어서, 중합체가 셀룰로스, 폴리비닐 알콜, 폴리히드록시에틸메타크릴레이트, 폴리히드록시메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 실리카, 알루미나, 폴리에틸렌 아민, 폴리아미드, 폴리알릴아민으로 이루어진 군, 바람직하게는 셀룰로스, 폴리비닐 알콜, 폴리히드록시에틸메타크릴레이트 및 폴리히드록시메틸메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.The method of claim 9, wherein the polymer is selected from the group consisting of cellulose, polyvinyl alcohol, polyhydroxyethyl methacrylate, polyhydroxymethyl methacrylate, polyethylene glycol, polypropylene glycol, silica, alumina, polyethyleneamine, polyamide, polyallylamine , Preferably selected from the group consisting of cellulose, polyvinyl alcohol, polyhydroxyethyl methacrylate and polyhydroxymethyl methacrylate. 제9항에 있어서, 유기 용매가 메틸렌 디클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소, 에틸렌 디클로라이드, 프로필렌 디클로라이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
10. The process of claim 9, wherein the organic solvent is selected from the group consisting of methylene dichloride, chloroform, carbon tetrachloride, ethylene dichloride, propylene dichloride, and combinations thereof.
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