WO2016207025A1 - Method for synthesizing and separating hmf - Google Patents

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WO2016207025A1
WO2016207025A1 PCT/EP2016/063613 EP2016063613W WO2016207025A1 WO 2016207025 A1 WO2016207025 A1 WO 2016207025A1 EP 2016063613 W EP2016063613 W EP 2016063613W WO 2016207025 A1 WO2016207025 A1 WO 2016207025A1
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WO
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mixture
hydroxymethylfurfural
hmf
range
prepared
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/063613
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Benoit BLANK
Johannes David HOECKER
Holger WERHAN
Ortmund Lang
Sunghee Son
Markus Piepenbrink
René BACKES
Alois Kindler
Original Assignee
Basf Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/02Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D307/34Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D307/38Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with substituted hydrocarbon radicals attached to ring carbon atoms
    • C07D307/40Radicals substituted by oxygen atoms
    • C07D307/46Doubly bound oxygen atoms, or two oxygen atoms singly bound to the same carbon atom

Definitions

  • the present invention relates to a process comprising preparing a mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural (HMF, compound of formula (I)) and separating 5-hydroxymethylfurfural from the prepared mixture.
  • HMF 5-hydroxymethylfurfural
  • the process of the invention comprises the steps of (A) preparing the mixture comprising one or more ionic liquids and 5-hydroxymethylfurfural in an amount of 5 to 50% by weight and (B) separating 5-hydroxymethylfurfural from that prepared in step (A) Mixture by short path evaporation.
  • HMF is usually prepared by acid-catalyzed dehydration of hexoses such as glucose or fructose.
  • Typical product mixtures are pH-acidic solutions, which in addition to HMF usually contain unreacted starting materials and / or by-products.
  • ionic liquids are usually used.
  • CN 102399203 A entitled “Method for preparing 5-hydroxymethylfurfural by degradation of carbohydrates by ionic liquid” discloses in paragraph [0007]: "The present invention provides a method for preparing 5-hydoxy methy Ifu rf u ral (5-HMF) by the degradation of carbohydrate by an ionic liquid: a method which combines the degradation of carbohydrate, and moreover, a high yield of 5-hydroxymethylfurfural product The product is difficult to separate.
  • paragraph [0052] states:
  • the present invention the high-vacuum distillation process and the introduction of the high-vacuum distillation process in the process of producing the water and 5-HMF Production of 5-HMF and product Separation, and effectively solving the problem of 5-HMF being difficult to separate.
  • US 2,994,645 A relates to a "PURIFICATION OF HYDROXYMETHYL FURFURAL". It says in column 1, first paragraph: "This invention relates to the purification of crude hydroxymethyl furfural (HMF), and has for its object the provision of an improved distillation process for distilling the crude HMF in good yield.”
  • US Pat. No. 3,201,331 also relates to a "PURIFICATION OF HYDROXYMETHYL FURFURAL". It says in column 1, first paragraph: "This invention relates to the recovery of hydroxymethyl furfural from mixtures and more particularly to an improved process for the purification of crude hydroxymethyl furfural by vacuum distillation.”
  • EP 2 813 494 A1 discloses a "process for the preparation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF)" (title).
  • WO 2013/087614 A1 describes the preparation of 5-hydroxypropyl fluoride (HMF) from saccharide solutions in the presence of a solvent having a boiling point greater than 60 ° C. and less than 200 ° C. (at normal pressure, in short term low-boiling components) "( Description).
  • WO 2012/175584 A1 describes a "method for dehydrating a carbohydrate-containing composition" (abstract).
  • WO 2008/019219 A1 describes a "method for conversion of carbohydrates in ionic liquids to hydroxymethylfurfural" (Title).
  • the limited thermal stability of the HMF can be improved for example by adding certain salts (see the reference to the scientific article "entrainer-intensified vacuum reactive distillation process for the Separation of 5-hydroxylmethylfurfural from the dehydration of carbohydrates catalyzed by a metal salt-ionic liquid "in the text above).
  • the ratio of the total mass of ionic liquids and other salts to the mass of 5-hydroxymethylfurfural in the mixture is in the range of 19: 1 to 1: 1, preferably from 10: 1 to 1: 1, especially preferably from 6: 1 to 1: 1 and very particularly preferably from 4: 1 to 1: 1, the acid number of the mixture is in the range from 0.1 to 15 mg KOH / g, percentages by weight being based on the total mass of the mixture,
  • step (B) separating 5-hydroxymethylfurfural from the mixture prepared in step (A) by short path evaporation at a pressure in the range of 0.001 to 1 mbar and a temperature in the range of 50 to 250 ° C.
  • An ionic liquid (as mentioned above and below, ie for the purposes of the present invention) is a salt having an organic cation and a melting point of less than 180 ° C and a boiling point greater than 200 ° C, each at a pressure of 1013.25 hPa ionic liquid may comprise an organic or inorganic anion.
  • the compound 5.5 '- [oxybis (methylene)] bis-2-furancarboxaldehyde mentioned under (c) is a dimer of HMF (CAS number: 7389-38-0, compound of formula (II)).
  • the mixture produced according to step (A) with water in an amount of not more than 0.5% by weight leads to excellent to largely acceptable results in short path evaporation. If a value of 0.5% by weight (significantly) is exceeded, no satisfactory release effect is regularly achieved.
  • the mixture comprises water in an amount of not more than 0.4% by weight, more preferably in an amount of not more than 0.3% by weight, more preferably in an amount of not more than 0.2% by weight. %, more preferably in an amount of not more than 0.1% by weight, and particularly preferably in an amount of not more than 0.08% by weight.
  • the "short path evaporation" employed in the process of the present invention includes evaporation and subsequent condensation of appropriate compounds.
  • Short path evaporation for purposes of the present invention, is a thermal separation operation utilizing a short path evaporator.
  • a short-path evaporator is an evaporator in which "the condenser is integrated into the evaporation body, so that the vaporized components only travel a very short distance in the vapor phase tinct", see “Fluidvonstechnik: Fundamentals, Methodology, Technology, Practice ", Ralf Goedecke, Publisher: John Wiley & Sons: 201 1; Page 643, point 7.3.2.7.
  • short path evaporation for the purposes of the present invention also includes the so-called short path distillation (short path distillation).
  • the short-path evaporation is preferably carried out at the pressure to be used according to the invention in the range of 1 to 0.001 mbar and the temperature in the range of 50 to 250 ° C. carried out in a corresponding short-path evaporator with internally arranged capacitor with continuous mixing of the substance film réelletuteden on the evaporator surface.
  • the principle of the short-path evaporation is based on the fact that a mixture of substances supplied to the evaporator is heated at an evaporator surface and the constituents of the substance mixture that evaporate condense on a condenser surface opposite the evaporator surface.
  • the distance between the evaporator surface and the capacitor surface is chosen to be very small.
  • the distance from the evaporator surface to the condenser (or condenser surface) is preferably a few centimeters.
  • a common and for the purposes of the present invention preferred short path evaporator comprises a cylindrical body with an externally disposed heating jacket and an internally arranged wiper system, so that the evaporation can be carried out with continuous mixing of the substance film to be separated.
  • Short path evaporators suitable for the purposes of the present invention are commercially available, e.g. from UIC GmbH or Buss-SMS-Canzler GmbH.
  • the short-path evaporator used in the method according to the invention usually comprises an evaporator surface and a condenser surface.
  • the surface of the evaporator means the evaporator surface of the short-path evaporator used and the condenser surface means the condenser surface of the short-path evaporator used.
  • the above-mentioned temperature in the range of 50 to 250 ° C is the average temperature of the heating medium, with which the Verdampferoberfikiee is heated in short path evaporator. This also applies to the preferred temperatures mentioned below in the text.
  • the mean temperature of the heating medium is understood as the arithmetic mean of the inlet and outlet temperature of the heating medium.
  • the evaporator surface and the condenser surface of the short-path evaporator are preferably directly opposite each other.
  • the evaporator surface and the condenser surface of the short-path evaporator are particularly preferably arranged in a cylindrical manner, two cylinders being interlocked in the cylindrical arrangement.
  • the pressure within the pressure range defined above in the text is preferably lowered so far that the mean free path of the vaporized particles in the vapor is greater than the distance between the evaporator surface and the condenser surface (molecular distillation).
  • the mean free path can be determined by known methods.
  • the pressure required therefore depends, inter alia, on the dimensions of the apparatus and on the vapor pressure of the substance to be distilled at the selected temperature (see Kirk Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Ed., Wiley, Volume 8, page 349). Suitable arrangements are described, for example, in: HJL Burgess (ed), Molecular Stills, Chapman and Hall, 1963.
  • An apparatus arrangement comprising the evaporator surface and the condenser surface can be designed in almost any geometric shape as long as short path evaporation is possible. It is preferred that the two surfaces are directly opposite each other, so that the molecules can pass unhindered from the evaporator surface to the condenser surface.
  • evaporator surface is suitably heated, generally by means of backside devices, and also the condenser surface is suitably cooled, also generally by means of backside devices.
  • a feature of a short path evaporator in the context of the present invention is both the evaporation of volatile compounds (compounds having a lower boiling temperature than HMF, for a more precise definition, see below), and (in the context of the present invention) the evaporation of the HMF from a Product movie out.
  • the mechanical influence of the product film by so-called wiper systems.
  • the mixture to be distilled is fed at the top of the apparatus and distributed evenly on the inner circumference of the evaporator by the rotating wiper system.
  • the product flows as a film due to gravity at the externally heated evaporator surface down.
  • the known and common wiper systems can be used. It has now surprisingly been found that in the separation of HMF by short-path evaporation, especially when carrying out a preferred short-path evaporation and when using preferably designed short-path evaporator little or no degradation products or by-products of HMF arise and that in a corresponding inventive method HMF with high purity and very good performance properties is obtained.
  • the ionic liquid can be recycled.
  • HMF (as a desired product) is separated from the mixture prepared in step (A) and withdrawn as distillate from the condenser surface.
  • the ionic liquid (s) remain or remain on the evaporator surface.
  • Suitable devices are e.g. such that the ionic liquid (s) drain from the evaporator surface and are collected; Accordingly, the HMF flows off the condenser surface and is obtained as a distillate.
  • the distance between the evaporator surface and the condenser surface is also dependent on the size of the short-path evaporator due to constructive boundary conditions.
  • a short-path evaporator in which the evaporator surface and the condenser surface are arranged in a cylindrical manner, and in which the distance between the evaporator surface and condenser surface preferably in the range of 1/10 to 1/3, particularly preferably 1 / 8 to 1/4 of the inner diameter of the housing shell lies.
  • the distance between evaporator surface and condenser surface is in the range of 1 cm to 100 cm.
  • the evaporator surface and the condenser surface can be the same size or different sizes.
  • a short path evaporator is used in which the ratio of the evaporator surface to the condenser surface is in the range of 10: 1 to 1:10.
  • the condensation takes place at the condenser surface at a temperature in the range of 0 ° C to 200 ° C, more preferably 10 ° C to 150 ° C and most preferably 20 ° C to 100 ° C, said information to the middle Temperature of the cooling medium, with which the condenser surface is cooled, are related.
  • the mean temperature of the cooling medium is the arithmetic mean of the inlet and outlet temperature of the cooling medium.
  • the average residence time of the residue (ie, essentially the total amount of ionic liquids) on the evaporator surface is preferably in the range of 1 second to 10 minutes, more preferably in the range of 1 second to 5 minutes, and most preferably in the range of 1 second to 2 minutes.
  • the mean residence time is the time which the distillation residue requires on average to flow over the evaporator surface.
  • the effective residence times of individual particles may be different, e.g. due to flow effects and / or turbulence.
  • tracer compounds e.g. Dyes or radiolabelled compounds, preferably dyes, are used.
  • a splash guard is used between the evaporator surface and the condenser surface in order to prevent an undesired transfer of the two products of value (HMF; ionic liquid (s)) into the respective other product of value, i. e.g. from the evaporator surface to the condenser surface, for example by entrainment or spraying, to reduce or largely completely avoided.
  • a splash protection predominantly blinds are used, which usually comprise vertically arranged slats made of metal or plastic.
  • the horizontal spacing of the lamellae is chosen such that a transfer of liquid droplets from the evaporator surface to the condenser surface is reduced or completely prevented.
  • the spray protection used preferably has a pressure drop of less than 0.1 mbar, more preferably less than 0.01 mbar, very particularly preferably less than 0.001 mbar.
  • the attachment of the splash guard can be done both on a wiper system and on an inner capacitor. Design, material and method of attachment of the splash guard are insignificant for the present invention so far as long as the passage of liquid droplets largely prevented or reduced and only a slight pressure loss (preferably as described above) is maintained.
  • the acid value of the mixture described above (and below) in the text (see step (A)) was determined in the context of the present invention using a Metrohm 848 Titrino Plus Titrometer. For this purpose, 0.1 to 0.2 g of a corresponding sample were titrated against tetrabutylammonium hydroxide ([n-Bu 4 N] [OH]) 0.1 mol / L in ethanol). The By internal conversion, the instrument delivers as a result a standard acid number, which is expressed in units of milligrams [mg KOH] (potassium hydroxide) per gram [g] of sample.
  • the ionic liquids used for the mixture often already contain acids of different strengths, so that when tirring a sample of a mixture according to step (A) regularly several points of change are observed.
  • the acid number refers to the sum of all determined individual acid numbers.
  • the acid number of the mixture according to step (A) has the unit milligrams [mg KOH] (mg potassium hydroxide) per gram [g] (mixture according to step (A)).
  • Step (B) of the process according to the invention is preferably carried out continuously, more preferably the steps (A) and (B) are carried out continuously. In some cases, the process according to the invention (as described above, preferably as defined above as being preferred) is preferably carried out semi-continuously.
  • step (A) comprises as constituent of the other substances one, more than one or all substances selected from the group consisting of: (e1) Bronsted acids ( can be used one or more Brönsted acids),
  • the sugars of the substance (e3) are preferably one, several or all of the compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, preferably (e3) comprises fructose and / or glucose.
  • the short-path evaporation to be carried out in the process according to the invention also regularly leads to good separation results in the presence of the abovementioned compounds / substances.
  • a separation e.g. the Humine before performing the short-path evaporation is regularly not required.
  • the total amount of the other substances in the mixture prepared according to step (A) is preferably less than 20% by weight, more preferably less than 15% by weight, particularly preferably less than 10% by weight, based on the total mass of the mixture.
  • Our own investigations on commercially available ionic liquids have shown that in some cases they comprise residues of one or more Brönsted acids from the production process of the ionic liquids.
  • the removal of HMF according to step (B) of the process according to the invention is carried out from the mixture prepared in step (A) by short path evaporation at a pressure in the range of 0.001 to 1 mbar and a temperature in the range of 50 to 250 ° C.
  • the preparation of the mixture according to step (A) usually comprises one or more than one step ((A1), (A2), etc., see below in the text).
  • the mixture is preferably prepared by mixing the compounds comprising the mixture. fertilized, so that a mixture according to step (A) defined results.
  • step (A) comprises the following steps:
  • (A1) by Bronsted acid or otherwise catalyzed dehydration of one, two or more starting compounds selected from the group consisting of hexoses. Oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units. preferably fructose and / or glucose, in a reaction mixture comprising said one or more ionic liquids as solvent to give a product mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural, (A2) optionally partially neutralizing the product mixture obtained according to step (A1) or mixture obtained therefrom in further steps, and
  • step (A3) optionally separating (preferably distillative separation) of water and / or compounds having a boiling temperature which is at least a pressure in the range of 0, 1 to 500 mbar lower than the boiling point of 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value from that according to step (A1) obtained product mixture or a mixture obtained therefrom in further steps or - from the partially neutralized product mixture obtained according to step (A2) or from a mixture obtained therefrom in further steps.
  • the partially neutralized product mixture or mixture obtained after step (A2) has an acid number of less than 10 mg KOH / g, preferably less than 7 mg KOH / g and more preferably less than 5 mg KOH / g and most preferably less than 4 mg KOH / g, however, in each of these preferred cases the acid number of the partially neutralized product mixture is preferably at least 0.2 mg KOH / g, more preferably at least 0.3 mg KOH / g: preferably the acid number is in the range of 0.2 (preferably 0.3) to 1 mg KOH / g (or even lower), preferably in a range of 0.2 (preferably 0.3) to 0.6 mg KOH / g, the acid value after the partial neutralization smaller than before partial neutralizing.
  • Typical compounds having a boiling temperature which is at least at a pressure in the range of 0.1 to 500 mbar lower than the boiling point of 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value are furfural, levulinic acid, alkyl levulinates, formic acid, alkyl formates and formaldehyde.
  • a method according to the invention is preferred (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein the optional step (A3) comprises one, two, three or more than three steps.
  • the optional step (A3) comprises one, two, three or more than three steps.
  • both water and compounds having a boiling temperature which is at least at a pressure in the range of 0.1 to 500 mbar lower than the boiling point of 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value, separated.
  • Step (A) of the process according to the invention in some cases preferably comprises further steps, for example storage.
  • step (A) The number and type of steps required for the preparation of a mixture according to step (A) is irrelevant: it should be noted that (i) a mixture results as defined in step (A) of the process according to the invention and (ii) from this mixture prepared in step (A) according to step (B) by short path evaporation at a pressure in the range of 0.001 to 1 mbar and a temperature in the range of 50 to 250 ° C HMF is separated.
  • Step (A2) concerns an optional partial neutralization.
  • the result is a partially neutralized product mixture with a reduced acid number compared to the product mixture before the partial neutralization.
  • the partial neutralization comprises the addition of a Bronsted base.
  • Partial neutralization is always preferred when (i) the total amount of acidic groups favors the formation of by-products and degradation products of the HMF in the mixture beyond acceptable levels and / or (ii) the acid-reactive groups become one or more compounds that would be separated during the short path evaporation along with the HMF (and correspondingly in the distillate would promote the formation of by-products and degradation products of the HMF).
  • the amount of Bronsted base is chosen so that the acid number of the resulting partially neutralized product mixture is less than 10 mg KOH / g, preferably less than 7 mg KOH / g and more preferably less than 5 mg KOH / g and most preferably less than 4 mg KOH / g, however, in each of these preferred cases the acid number of the partially neutralized product mixture is preferably at least 0.2 mg KOH / g, more preferably at least 0 , 3 mg KOH / g.
  • Preferred Bronsted bases for neutralization are hydroxides of the organic cations which (the cations) are also constituents of the ionic liquids), particularly preferred are EMIM hydroxide, EMIM methyl carbonate and mixtures thereof.
  • inorganic bases are preferred, preferably NaOH, KOH, Mg (OH) 2 and mixtures thereof.
  • inorganic bases have the disadvantage that, unlike EMIM hydroxide and EMIM methyl carbonate, the salts of inorganic bases usually accumulate in the IL.
  • the use of polymer-based ion exchange resins with weakly basic groups eg Amberlite IRA67 is preferred.
  • a process according to the invention is preferred (as described above, preferably as defined above as preferred), with no partial neutralization being carried out if the product mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural obtained in step (A1) comprises those Brönstedt acids which are described in US Pat Step (B) during the short-path evaporation only to a very small extent together with the HMF into the distillate and there lead only to a negligible decomposition of the desired product HMF; especially in the presence of small amounts of conditions of methanesulfonic acid, it is preferable in some cases to dispense with carrying out a partial neutralization according to step (A2).
  • HMF which is largely free from impurities.
  • a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein the total amount of HMF in the distillate is greater than 90 wt .-%, preferably greater than 95 wt .-%, particularly preferably greater than 96 wt .-% , based on the total mass of the distillate.
  • step (B) and optionally after separation of further constituents of the mixture, the one or more ionic liquids are used as solvents for saccharides, preferably fructose and / or glucose, be used
  • step (A1) preferably in a dehydration of one, two or more starting compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, in a reaction mixture according to step (A1), catalyzed by Brönsted acid or otherwise.
  • step (B) the one or more ionic liquids as solvent in a reaction mixture according to step (A1). in a Bronsted acid catalyzed dehydration of one, two or more starter compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units.
  • step (A) no HMF at a temperature of 120 ° C in the mixture stabilizing amount of lrCI 3 and / or CrCl 3 preferably comprises no IrCl 3 and no CrCl 3 , preferably no iridium halide and no chromium halide, more preferably no HMF at a temperature of 120 ° C in the mixture stabilizing amount of iridium and / or chromium ions, most preferably no iridium - And no chromium ions covers.
  • a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred) is preferred, wherein the mixture prepared in step (A) comprises chloride ions in a total amount less than 100 ppm, based on the total amount in step (A) prepared mixture; Preferably, the mixture prepared in step (A) does not comprise chloride ions.
  • Our own investigations have shown that in selected cases the presence of chloride ions and water in the mixture produced in step (A) leads to an undesirable formation of corrosive hydrogen chloride, or the chloride ions themselves lead to severe corrosion on metal surfaces.
  • step (B) no additional entraining agent is used.
  • Conventional entrainers known from the prior art also regularly referred to as stripping agents are compounds which are present in gaseous form under distillation conditions.
  • Commonly preferred entrainers are low or non-reactive gases (inert gases) (preferably nitrogen, carbon dioxide), alkanes of one to eight carbon atoms (preferably hexane), ketones (preferably acetone, isobutyl ketones (preferably methyl isobutyl ketone (MIBK)) and water.
  • no additional compound is used in step (B) selected from the group consisting of nitrogen, carbon dioxide, hexane, acetone, isobutyl ketones and water, preferably no compounds selected from the group consisting of
  • Dispensing with a gaseous entrainment agent is always preferred when the process of the invention (as described above, preferably as defined above as preferred) in a simple and economical manner at the most preferred pressures within the range of 0.001 to 1 mbar and in combination at a temperature in the range of 50 to 250 ° C (for the most preferred pressures see below in the text).
  • the additional presence of a gaseous entrainment agent regularly adversely affects the vacuum in a short path evaporator.
  • step (B) is carried out at least until at least 80% of the 5-hydroxypropyl is optionally removed from the A) are prepared, preferably until at least 85% of the 5-hydroxymethylfurfural are separated from the mixture prepared in step (A), preferably at least 90% and particularly preferably at least 95%.
  • step (A) comprising:
  • the abovementioned percentages by weight relate to the total mass of the mixture prepared in step (A) (and optionally obtained by further treatment).
  • step (A) 5-hydroxymethylfurfural in an amount of 15 wt .-% or more, preferably 20 wt .-% or more, based on the total mass of the mixture produced in step (A) (and optionally obtained by further treatment).
  • the mixture to be separated according to step (B) is fed to the evaporator surface of the short-path evaporator in a predetermined amount per hour and per square meter of the evaporator surface (the so-called surface load).
  • surface loading is meant the mass of the mixture to be separated according to step (B), which is supplied to the evaporator surface of the short path evaporator in one hour, based on one square meter of the evaporator surface.
  • step (B) the surface loading in the range of 2 to 500 kg in step (A) prepared mixture per m 2 evaporator surface per hour, preferably in the range of 50 to 400 kg in step (A) prepared mixture) per m 2 of evaporator surface per hour, more preferably in the range of 80 to 350 kg in step (A) prepared mixture per m 2 of evaporator surface per hour.
  • the unit of surface loading is given below as kg / h / m 2 .
  • Pressure in the range of 0.01 to 0.9 mbar, preferably 0.05 to 0.85 mbar and / or one
  • the combination of pressure and temperature is selected so that at a given pressure a temperature prevails during the short path evaporation which (i) exerts only a small thermal load but at the same time (ii) produces a largely acceptable separation performance.
  • Particularly preferred combinations of pressure and temperature are:
  • one of the immediately above mentioned, differently preferred temperature ranges is combined with one of the directly above mentioned, differently preferred pressure ranges.
  • the person skilled in the art can determine particularly preferred and suitable combinations by means of simple experiments.
  • the one or at least one of the plurality of ionic liquids comprises an organic cation selected from the group consisting of unsubstituted imidazolium ions, substituted imidazolium ions, unsubstituted phosphonium ions and substituted phosphonium ions.
  • imidazolium ions are selected from the group consisting of 1-methylimidazolium, 1-ethylimidazolium, 1- (1-propyl) -imidazolium, 1- (2-propyl) -imidazolium, 1- (1-allyl) -imidazolium, 1 - (1-butyl) -imidazolium, 1- (1-octyl) -imidazolium, 1- (1-dodecyl) -imidazolium, 1- (1-tetradecyl) -imidazolium, 1- (1-hexadecyl) -imidazolium, 1, 3-dimethylimidazolium, 1,3-diethylimidazolium, 1,3-di (1-propyl) -imidazolium, 1,3-di (2-propyl) -imidazolium, 1,3-di (1-allyl) -imidazolium, 1 , 3-dimethyl
  • Particularly preferred imidazolium ions are selected from the group consisting of 1, 3-dimethylimidazolium, 1, 3-diethylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium and 1- (1-butyl) -3-methylimidazolium. In some cases, mixtures of the aforementioned preferred imidazolium ions are preferred.
  • Preferred phosphonium ions are tetraalkylphosphonium ions, preferably selected from the group consisting of tetraalkylphosphonium ions of the formula (II) R1
  • R2, R3 and R4 are each independently selected from the group consisting of methyl, ethyl, n -propyl, iso -propyl, n -butyl, iso -butyl, n -hexyl, n -octyl, Dodecyl, tetradecyl, hexadecyl and allyl.
  • Particularly preferred tetraalkylphosphonium ions are selected from the group consisting of trihexyl (tetradecyl) phosphonium, tributyl (octyl) phosphonium, tributyl (tetradecyl) phosphonium, tetrabutylphosphonium, tributyl (ethyl) phosphonium, triisobutyl (methyl) phosphonium and tributyl (methyl) phosphonium.
  • mixtures of the aforementioned preferred tetraalkylphosphonium ions are preferred.
  • a process according to the invention comprising preparing a mixture comprising 5-hydroxymethylfurfurai and separating 5-hydroxymethylfurfural from the prepared mixture, comprising the following steps:
  • Bronsted acids one or more Bronsted acids can be used
  • salts with inorganic cation one or more of such salts may be used
  • sugars saccharide
  • humins one or more of such sugars may be used
  • (A1) by Brönsted acid or otherwise catalyzed dehydration of one, two or more starting compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, preferably fructose and / or glucose, in a reaction mixture comprising said one or more ionic liquids as solvent to give a product mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural,
  • step (A2) optionally partially neutralizing the product mixture obtained according to step (A1) or a mixture obtained therefrom in further steps, and
  • step (A3) optionally separating water and / or compounds having a boiling temperature which is at least a pressure in the range of 0.1 to 500 mbar lower than the boiling point of 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value from the obtained according to step (A1) product mixture or a mixture obtained therefrom in further steps or from the partially neutralized product mixture obtained according to step (A2) or from a mixture obtained therefrom in further steps,
  • step (B) separating 5-hydroxymethylfurfural from the mixture prepared in step (A) by short path evaporation at a pressure in the range of 0.001 to 1 mbar and a temperature in the range of 50 to 250 ° C, to at least 85% of 5-hydroxymethylfurfural the mixture prepared in step (A) are separated, wherein after step (B) and optionally after separation of further mixture constituents, the one or more ionic liquids are used as solvent in a dehydration of one, two or more catalyzed by said Brönsted acid dehydration
  • Starting compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, in a reaction mixture according to step (A1).
  • step (A) Preparation of a mixture (step (A)):
  • the dehydration was carried out in a 2L jacketed glass reactor with disc stirrer, flow breakers and thermostat, and a distillate transfer with snake cooler and connection for a vacuum pump.
  • the starting compound used was fructose syrup which was fed via a pump to the reactor at a constant metering rate.
  • the ionic liquid used was a salt of the formula (II) (EMIM OMs).
  • a first substep 1200 g of the ionic liquid EMIM OM (Basionics ST35) together with 4.6 g (about 47.9 mmol) of methanesulfonic acid (MsOH) as catalyst were introduced into the 2L double-walled glass reactor. Subsequently, this first part mixture was heated to 150 ° C. at 100 mbar.
  • a second sub-step 1200 g of fructose syrup (as a 67% solution in water) were continuously added within 1 10 min. The temperature of the liquid phase was maintained at an average of 130 ° C by an additional heat input by means of the (external) thermostat. After completion of the addition of the fructose syrup was stirred for a further 30 minutes at 130 ° C. This resulted in a product mixture. Subsequently, the product mixture was allowed to cool to room temperature.
  • the cooled product mixture had the following composition as shown in Table 1: Table 1 :
  • the conversion was 95% and the yield of HMF was 78%, based on the total amount of fructose used (from the fructose syrup).
  • the cooled and partially neutralized product mixture had the following composition as shown in Table 2:
  • Methanesulfonic acid (MsOH) ⁇ 0, 1
  • step 3 The cooled and partially neutralized product mixture obtained according to step 2 was transferred in step 3 for the most complete removal of the water in a continuously operated glass thin-layer evaporator (surface: 920 cm 2 ) and at a temperature of 160 ° C and a pressure of 60 mbar treated. Subsequently, the amount of water was less than 0.3 wt .-%, based on the total mass of the heat-treated product mixture. The result was a low-water, partially neutralized product mixture.
  • the low-water, partially-neutralized product mixture had the following composition as shown in Table 3:
  • Example 2 Separation of HMF by means of Kurzweaverdampfuna (step (B)):
  • Example 1 The low-water, partially neutralized product mixture resulting at the end of Example 1 was then subjected to short-path evaporation to separate the HMF from the ionic liquid into a glass short-path evaporator of the type VKL 70-4-SKR from VTA GmbH.
  • the apparatus for short path evaporation included the following modules: a heated storage tank, a variable gear pump for dosing the original, an evaporator with internal rotor, equipped with a comb wiper from Grafitteflon, a controllable via an HT thermostat wall heater, an intensive cooler, designed as a cold finger and filled with a cooling medium, a heated sump outlet, controllable via a gear pump, a cooled distillate outlet, a low boiler outlet with cold trap (in particular for compounds having a boiling temperature which is at least a pressure value in the range of 0, 1 to 500 mbar lower than the boiling temperature of the 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value) and a two-stage oil rotary vane pump with switchable diffusion pump and vacuum throttling via a needle valve for vacuum generation.
  • the evaporator surface was 465 cm 2 .
  • the internal rotor was operated at a speed of 400 revolutions per minute.
  • the temperature in the storage tank was 50 ° C.
  • the temperature in the condenser was 35 ° C.
  • Example 2 shows that an efficient separation of HMF from an ionic liquid without entrainer and without the addition of stabilizing amounts of inorganic salts is achieved.
  • Step 1 Dehydration of saccharides to HMF in an ionic liquid
  • Example 1 The dehydration was carried out as described above in Example 1, Step 1, with the differences that (i) instead of the 4.6 g methanesulfonic acid (MsOH) 20 g poly (styrenesulfonic acid) (a non-volatile acid, CAS) Number: 28210-41-5) were used and (ii) after completion of the addition of the fructose syrup for a further 90 minutes (instead of 30 minutes) was stirred.
  • MsOH methanesulfonic acid
  • poly (styrenesulfonic acid) a non-volatile acid, CAS
  • the resulting product mixture had the following composition (Table 5):
  • the conversion was> 95% and the yield of HMF was about 76%, based on the total amount of fructose used (from fructose syrup).
  • Step 2 C u rt ve ction:
  • the low-water product mixture (comprising polysulfonic acid) obtained after step 1 is then treated by short path evaporation to separate the HMF from the ionic liquid.
  • the short-path evaporation is carried out in a plant, as described above in the text under Example 2.
  • the following evaporation conditions or evaporation parameters were present:
  • the temperature in the storage tank was 50 ° C.
  • the temperature in the condenser was 35 ° C.
  • the bottom temperature was 70 ° C.
  • a total of 1743.4 g of the low-water product mixture were used in the short-path evaporation.
  • the total mass of the distillate was 381.0 g, with the proportion of HMF in the distillate being 97.52% by weight.
  • the removal rate of the HMF by short path evaporation was 93.3% in total.

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Abstract

Described is a method that involves synthesizing a mixture containing 5-hydroxmethylfurfural (HMF, compound of formula (I)), and separating 5-hydroxymethylfurfural from the obtained mixture. The disclosed method involves step (A), synthesizing the mixture comprising one or more ionic liquids and 5 to 50 wt% 5-hydroxymethylfurfural, and step (B), separating 5-hydroxymethylfurfural from the mixture obtained in step (A) using short-path evaporation.

Description

Verfahren zum Herstellen und Abtrennen von HMF  Method of making and separating HMF
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren umfassend das Herstellen einer Mischung umfassend 5-Hydroxymethylfurfural (HMF, Verbindung der Formel (I)) und das Abtrennen von 5-Hydroxymethylfurfural aus der hergestellten Mischung. The present invention relates to a process comprising preparing a mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural (HMF, compound of formula (I)) and separating 5-hydroxymethylfurfural from the prepared mixture.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte (A) Herstellen der Mischung umfassend eine oder mehrere ionische Flüssigkeiten und 5-Hydroxymethylfurfural in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-% und (B) Abtrennen von 5-Hydroxymethylfurfural aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung mittels Kurzwegverdampfung. The process of the invention comprises the steps of (A) preparing the mixture comprising one or more ionic liquids and 5-hydroxymethylfurfural in an amount of 5 to 50% by weight and (B) separating 5-hydroxymethylfurfural from that prepared in step (A) Mixture by short path evaporation.
Es sind zahlreiche Verfahren zur Herstellung von HMF aus Hexosen, Oligosacchariden und Polysacchariden bekannt. HMF wird dabei in der Regel durch sauer katalysierte Dehydratisierung von Hexosen wie Glucose oder Fructose hergestellt. Typische Produktgemische sind pH-saure Lösungen, die neben HMF üblicherweise nicht umgesetzte Ausgangsstoffe und/oder Nebenprodukte enthalten. Die Verwendung ionischer Flüssig- Numerous methods of producing HMF from hexoses, oligosaccharides and polysaccharides are known. HMF is usually prepared by acid-catalyzed dehydration of hexoses such as glucose or fructose. Typical product mixtures are pH-acidic solutions, which in addition to HMF usually contain unreacted starting materials and / or by-products. The use of ionic liquids
keiten (IL) als Lösungsmittel in der HMF-Synthese ist besonders vorteilhaft, da in diesen Lösungsmitteln üblicherweise hohe Ausbeuten an HMF erhalten werden. Die Abtrennung des HMF aus dem Produktgemisch, welches neben HMF noch Ausgangsstoffe und/oder Nebenprodukte der HMF-Synthese enthält, ist jedoch im Allgemeinen besonders auf- wendig und erschwert die Herstellung von reinem HMF. Die Abtrennung von HMF aus Produktgemischen umfassend ionische Flüssigkeiten als Lösungsmittel ist wegen der Wechselwirkungen des HMF mit dem Lösungsmittel zusätzlich erschwert. Opportunities (IL) as a solvent in the HMF synthesis is particularly advantageous because in these solvents usually high yields of HMF are obtained. However, the separation of the HMF from the product mixture, which besides HMF also contains starting materials and / or by-products of the HMF synthesis, is generally particularly complicated and hampers the production of pure HMF. The separation of HMF from product mixtures comprising ionic liquids as solvent is additionally complicated because of the interactions of the HMF with the solvent.
Der wissenschaftliche Artikel mit dem Titel„Hydroxymethylfurfural, A Versatile Platform Chemical Made from enewable Resources", Chemical Reviews 2013, 1 13, 1499 bis 1597, offenbart auf Seite 1500, rechte Spalte, Zeilen 5 bis 7:„In this review, the authors focus on one particular route, namely, the dehydration of hexoses to obtain furan-type platform chemicals, HMF in particular." Es heißt dann weiter auf Seite 1548, linke Spalte, erster vollständiger Absatz auszugsweise: "[...] the ionic liquids apparently stabilize the formed HMF, preventing its rehydration." Es heißt weiter im zweiten vollständigen Absatz: „This apparent stabilizing effect also has a disadvantage, as it is difficult to separate the HMF from the ionic liquid, requiring large amounts of extracting solvent. Since ionic liquids have essentially no vapor pressure and HMF is heat sensitive, solvent evaporation and HMF distillation are off the table, leaving extraction as the only method for HMF purification." Der wissenschaftliche Artikel mit dem Titel„Entrainer-intensified vacuum reactive distillation process for the Separation of 5-hydroxylmethylfurfural from the dehydration of carbo- hydrates catalyzed by a metal salt-ionic liquid", Green Chemistry, 2012, 14, 1220 - 1226 offenbart in der Zusammenfassung: "In this paper, for the first time, we have deveioped a process called EIVRD (entrainer-intensified vacuum reactive distillation) to separate 5- HMF from the dehydration Solutions of carbohydrates catalyzed by a metal chloride/1- methyl-3-octyl imidazolium Chloride ([OMIMjCI) ionic liquid, in which high vacuity and entrainers were applied to intensify the distillation of 5-HMF as well as the dehydration of fructose or glucose." Gemäß Seite 1221 , linke Spalte, vorletzter Satz handelt es sich bei dem "entrainer" (Schleppmittel) um„nitrogen and other organic vapours [...] to increase the evaporation efficiency". The scientific article entitled "Hydroxymethylfurfural, A Versatile Platform Chemical Made from Enabling Resources", Chemical Reviews 2013, 1 13, 1499 to 1597, disclosed on page 1500, right column, lines 5 to 7: "In this review, the authors focus on one particular route, namely, the dehydration of hexoses to obtain furan-type platform chemicals, HMF in particular. " It is then further stated on page 1548, left column, first complete paragraph, in excerpts: "[...] the ionic liquids apparently stabilize the formed HMF,". It is further stated in the second complete paragraph: "This apparent stabilizing effect therefore has a disadvantage, it is difficult to separate the HMF from the ionic liquid, requiring large amounts of extracting solvent. Since ionic liquids have essentially no vapor pressure and HMF is the most sensitive, solvent evaporation and HMF distillation, the extraction method is the only method for HMF purification. "The scientific article entitled" Entrainer-intensified vacuum reactive distillation process for the separation of 5-hydroxylmethylfurfural from the dehydration of carbohydrates catalyzed by a metal salt-ionic liquid ", Green Chemistry, 2012, 14, 1220-1226 discloses in the abstract:" In this paper, for the first time, we have entrained a process called EIVRD (entrainer-intensified vacuum reactive distillation) to separate 5-HMF from the dehydration Solutions of carbohydrates catalyzed by a metal chloride / 1-methyl-3-octyl imidazolium chloride ([OMIMjCI) ionic liquid, in which high vacuity and entrainers were used to intensify the distillation of 5-HMF as well as the dehydration of fructose or glucose. " According to page 1221, left column, penultimate sentence, the "entrainer" (entrainer) is "nitrogen and other organic vapors [...] to increase the evaporation efficiency".
Auf Seite 1222, rechte Spalte, erster vollständiger Absatz heißt es zudem:„[...] 5-HMF is quite thermally unstable at 120 °C in [OMIMjCI when no metal salt is added, with only 68% recovery after heating for 3 hours. In contrast, it tends to be much more stable in the presence of either 7 mol% of lrCI3 or CrCI3, in which only 1-3% degradation is found." Gemäß Green Chemistry (siehe oben im Text) kann somit zusammenfassend bei einer Destillation von HMF aus einer ionischen Flüssigkeit regelmäßig nicht auf die zusätzliche Anwesenheit eines Schleppmittels und stabilisierender Salze verzichtet werden. Also, on page 1222, right column, first full paragraph, states: "[...] 5-HMF is quite thermally unstable at 120 ° C in [OMIMjCI when no metal salt is added, with only 68% recovery after heating for 3 hours. In contrast, it is 7 mol% of lrCI 3 or CrCl 3 , in which only 1-3% degradation is found. " In summary, according to Green Chemistry (see above), in a distillation of HMF from an ionic liquid, it is generally not possible to dispense with the additional presence of an entraining agent and stabilizing salts.
CN 102399203 A mit dem Titel„Method for preparing 5-hydroxymethylfurfural by degra- dation of carbohydrate by ionic liquid" offenbart in Absatz [0007] (gemäß einer englischen Übersetzung): „The present invention provides a method for preparing 5- hyd roxy methy Ifu rf u ral (5-HMF) by the degradation of carbohydrate by an ionic liquid: a method which combines entrainer-enhanced reaction with vacuum distillation is employed to promote the degradation of carbohydrate, and moreover, a high yield of 5- hydroxymethylfurfural product of a high purity is obtained, solving the problem in the prior art that the product is difficult to separate." Gemäß CN 102399203 A kann nicht auf ein Schleppmittel („entrainer") verzichtet werden, um HMF von einer ionischen Flüssigkeit abzutrennen (vgl. in CN 102399203 A die Tabelle in Absatz [0050]). Es heißt abschließend in Absatz [0052]: „[...] the present invention combines catalytic reaction with product Separation, employing high-vacuum distillation and the introduction of an entrainer during the reaction to make the water and 5-HMF produced exit the reaction System, thereby achieving the objective of enhancing the production of 5-HMF and product Separation, and effectively solving the problem of 5-HMF being difficult to separate." CN 102399203 A entitled "Method for preparing 5-hydroxymethylfurfural by degradation of carbohydrates by ionic liquid" discloses in paragraph [0007]: "The present invention provides a method for preparing 5-hydoxy methy Ifu rf u ral (5-HMF) by the degradation of carbohydrate by an ionic liquid: a method which combines the degradation of carbohydrate, and moreover, a high yield of 5-hydroxymethylfurfural product The product is difficult to separate. " According to CN 102399203 A, an entrainer can not be dispensed with in order to separate HMF from an ionic liquid (see the table in paragraph [0050] in CN 102399203 A.) Finally, paragraph [0052] states: [...] the present invention, the high-vacuum distillation process and the introduction of the high-vacuum distillation process in the process of producing the water and 5-HMF Production of 5-HMF and product Separation, and effectively solving the problem of 5-HMF being difficult to separate. "
US 2,994,645 A betrifft eine "PURIFICATION OF HYDROXYMETHYL FURFURAL". Es heißt in Spalte 1 , erster Absatz: "This invention relates to the purification of crude hydroxymethyl furfural (HMF), and has for its object the Provision of an improved distillation process for distilling the crude HMF in good yield." US 2,994,645 A relates to a "PURIFICATION OF HYDROXYMETHYL FURFURAL". It says in column 1, first paragraph: "This invention relates to the purification of crude hydroxymethyl furfural (HMF), and has for its object the provision of an improved distillation process for distilling the crude HMF in good yield."
US 3,201 ,331 A betrifft ebenfalls eine " PURIFICATION OF HYDROXYMETHYL FURFURAL". Es heißt in Spalte 1 , erster Absatz: "This invention relates to the recovery of hydroxymethyl furfural from mixtures and more particularly to an improved process for the purification of crude hydroxymethyl furfural by vacuum distillation." US Pat. No. 3,201,331 also relates to a "PURIFICATION OF HYDROXYMETHYL FURFURAL". It says in column 1, first paragraph: "This invention relates to the recovery of hydroxymethyl furfural from mixtures and more particularly to an improved process for the purification of crude hydroxymethyl furfural by vacuum distillation."
Weder US 2.994.645 A noch US 3,201 .331 A offenbaren den Einsatz ionischer Flüssigkeiten. Neither US 2,994,645 A nor US 3,201,331 A disclose the use of ionic liquids.
EP 2 813 494 A1 offenbart ein„Verfahren zur Herstellung von 5-Hydroxymethylfurfural (HMF)" (Titel). WO 2013/087614 A1 beschreibt die„Herstellung von 5-Hyd roxy methy Ifu rfu ra I (HMF) aus Saccharidlösungen in Gegenwart eines Lösungsmittels mit einem Siedepunkt größer 60 °C und kleiner 200 °C (bei Normaldruck, kurz Leichtsieder genannt)" (Bezeichnung). EP 2 813 494 A1 discloses a "process for the preparation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF)" (title). WO 2013/087614 A1 describes the preparation of 5-hydroxypropyl fluoride (HMF) from saccharide solutions in the presence of a solvent having a boiling point greater than 60 ° C. and less than 200 ° C. (at normal pressure, in short term low-boiling components) "( Description).
WO 2012/175584 A1 beschreibt eine„method for dehydrating a carbohydrate-comprising composition" (Abstract). WO 2012/175584 A1 describes a "method for dehydrating a carbohydrate-containing composition" (abstract).
WO 2008/019219 A1 beschreibt eine„method for conversion of carbohydrates in ionic liquids to hydroxymethylfurfural" (Title). WO 2008/019219 A1 describes a "method for conversion of carbohydrates in ionic liquids to hydroxymethylfurfural" (Title).
Bei der Herstellung von HMF aus Sacchariden in ionischen Flüssigkeiten besteht nach wie vor ein dringendes Bedürfnis, durch geeignete und insbesondere schonende Trenn- verfahren das hergestellte HMF von den ionischen Flüssigkeiten abzutrennen. Es ist besonders wünschenswert, dass bei solchen Trennoperationen das Wertprodukt weitestgehend abgetrennt wird und möglichst keine Abbauprodukte bzw. Nebenprodukte des HMF (z.B. Dimer, Oligomere und Polymere des HMF) entstehen, d.h. die Abtrennung möglichst schonend erfolgt. Eine schonende Abtrennung besitzt zudem den Vorteil, dass die von HMF befreiten ionischen Flüssigkeiten wiederverwendet werden können, ohne dass eine aufwendige zusätzliche Reinigung der ionischen Flüssigkeiten notwendig ist. In the production of HMF from saccharides in ionic liquids, there is still an urgent need to separate the produced HMF from the ionic liquids by suitable and in particular gentle separation processes. It is particularly desirable that in such separation operations, the desired product be separated as much as possible and, as far as possible, no degradation products or by-products of HMF (e.g., dimers, oligomers, and polymers of HMF) are formed, i. the separation takes place as gently as possible. Gentle separation also has the advantage that the ionic liquids freed from HMF can be reused without the need for expensive additional purification of the ionic liquids.
Erste eigene Untersuchungen haben die bereits veröffentlichten Erkenntnisse bestätigt, dass eine Standard-Destillation von HMF aus ionischen Flüssigkeiten sehr häufig zu Abbauprodukten bzw. Nebenprodukten des HMF führt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn HMF quantitativ abgetrennt werden soll. Diese Abbauprodukte reduzieren die Ausbeute an HMF und verunreinigen zusätzlich die ionischen Flüssigkeiten, so dass ein Rezyklieren der ionischen Flüssigkeiten erschwert oder unmöglich wird. Es wird vermutet, dass die hohe thermische Belastung bei solchen (quantitativen) Standard-Destillationen zu den Abbauprodukten bzw. Nebenprodukten führt. Die eingeschränkte thermische Stabilität des HMF kann beispielsweise mittels Zugabe bestimmter Salze verbessert werden (siehe den Verweis auf den wissenschaftlichen Artikel „Entrainer-intensified vacuum reactive distillation process for the Separation of 5-hydroxylmethylfurfural from the dehydration of carbohydrates catalyzed by a metal salt-ionic liquid" oben im Text). First own investigations have confirmed the already published findings that a standard distillation of HMF from ionic liquids very often leads to degradation products or by-products of HMF. This is especially the case when HMF is to be quantitatively separated. These degradation products reduce the yield of HMF and additionally contaminate the ionic liquids, making it difficult or impossible to recycle the ionic liquids. It is assumed that the high thermal load in such (quantitative) standard distillations leads to the decomposition products or by-products. The limited thermal stability of the HMF can be improved for example by adding certain salts (see the reference to the scientific article "entrainer-intensified vacuum reactive distillation process for the Separation of 5-hydroxylmethylfurfural from the dehydration of carbohydrates catalyzed by a metal salt-ionic liquid "in the text above).
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von HMF und zur schonenden Abtrennung von HMF anzugeben, das die vorstehend genannten Probleme weitestgehend überwindet und insbesondere eine nahezu quantitative Abtrennung des HMF ermöglicht. Das Verfahren soll zudem einfach, ökonomisch und ökologisch sein. Die vorstehend genannten Probleme werden gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren umfassend das Herstellen einer Mischung umfassend 5-Hydroxymethylfurfural und das Abtrennen von 5-Hydroxymethylfurfural aus der hergestellten Mischung, mit folgenden Schritten: It is the object of the present invention to provide a process for the production of HMF and for gentle separation of HMF, which largely overcomes the above-mentioned problems and in particular enables a nearly quantitative separation of the HMF. The process should also be simple, economical and ecological. The above-mentioned problems are solved by a method according to the invention comprising preparing a mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural and separating 5-hydroxymethylfurfural from the prepared mixture, comprising the following steps:
(A) Herstellen der Mischung umfassend: (A) preparing the mixture comprising:
(a) eine oder mehrere ionische Flüssigkeiten, (a) one or more ionic liquids,
(b) 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, (b) 5-hydroxymethylfurfural (HMF) in an amount of 5 to 50% by weight,
(c) 5,5'-[oxybis(methylen)]bis-2-Furancarboxaldehyd (Di-HMF) in einer Menge von nicht mehr als 7 Gew.-%, (c) 5,5 '- [oxybis (methylene)] bis-2-furancarboxaldehyde (Di-HMF) in an amount of not more than 7% by weight,
(d) Wasser in einer Menge von nicht mehr als 0,5 Gew.-%, (d) water in an amount of not more than 0.5% by weight,
(e) sonstige Substanzen, wobei das Verhältnis der Gesamtmasse an ionischen Flüssigkeiten und sonstigen Salzen zu der Masse an 5-Hydroxymethylfurfural in der Mischung im Bereich von 19:1 bis 1 : 1 liegt, bevorzugt von 10:1 bis 1 :1 , besonders bevorzugt von 6: 1 bis 1 :1 und ganz besonders bevorzugt von 4:1 bis 1 :1 , die Säurezahl der Mischung im Bereich von 0,1 bis 15 mg KOH/g liegt, wobei Gewichtsprozentangaben bezogen sind auf die Gesamtmasse der Mischung, (e) other substances, wherein the ratio of the total mass of ionic liquids and other salts to the mass of 5-hydroxymethylfurfural in the mixture is in the range of 19: 1 to 1: 1, preferably from 10: 1 to 1: 1, especially preferably from 6: 1 to 1: 1 and very particularly preferably from 4: 1 to 1: 1, the acid number of the mixture is in the range from 0.1 to 15 mg KOH / g, percentages by weight being based on the total mass of the mixture,
(B) Abtrennen von 5-Hydroxymethylfurfural aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung mittels Kurzwegverdampfung bei einem Druck im Bereich von 0.001 bis 1 mbar und einer Temperatur im Bereich von 50 bis 250 °C. (B) separating 5-hydroxymethylfurfural from the mixture prepared in step (A) by short path evaporation at a pressure in the range of 0.001 to 1 mbar and a temperature in the range of 50 to 250 ° C.
Eine ionische Flüssigkeit (wie vorstehend und nachfolgend erwähnt, d.h. im Sinne der vorliegenden Erfindung) ist ein Salz mit einem organischen Kation und einem Schmelzpunkt kleiner 180°C und einem Siedepunkt größer 200°C, jeweils bei einem Druck von 1013,25 hPa. Die ionische Flüssigkeit kann ein organisches oder anorganisches Anion umfassen. Die unter (c) genannte Verbindung 5.5'-[oxybis(methylen)]bis-2-Furancarboxaldehyd ist ein Dimer des HMF (CAS-Nummer: 7389-38-0, Verbindung der Formel (II)). An ionic liquid (as mentioned above and below, ie for the purposes of the present invention) is a salt having an organic cation and a melting point of less than 180 ° C and a boiling point greater than 200 ° C, each at a pressure of 1013.25 hPa ionic liquid may comprise an organic or inorganic anion. The compound 5.5 '- [oxybis (methylene)] bis-2-furancarboxaldehyde mentioned under (c) is a dimer of HMF (CAS number: 7389-38-0, compound of formula (II)).
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(ii) Zur Bestimmung der Säurezahl siehe die Ausführungen weiter unten im Text. (ii) For the determination of the acid number, see the comments below in the text.
Es hat sich in eigenen Untersuchungen gezeigt, dass die gemäß Schritt (A) hergestellte Mischung mit Wasser in einer Menge von nicht mehr als 0.5 Gew.-% zu hervorragenden bis weitestgehend akzeptablen Ergebnissen in einer Kurzwegverdampfung führt. Wird ein Wert von 0,5 Gew.-% (deutlich) überschritten, wird regelmäßig keine zufriedenstellende Trennwirkung erzielt. Vorzugsweise umfasst die Mischung Wasser in einer Menge von nicht mehr als 0.4 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von nicht mehr als 0,3 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von nicht mehr als 0,2 Gew.-%, noch weiter bevorzugt in einer Menge von nicht mehr als 0.1 Gew.-% und insbesondere bevorzugt in einer Menge von nicht mehr als 0,08 Gew.-%. Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte „Kurzwegverdampfung" umfasst die Verdampfung und die anschließende Kondensation entsprechender Verbindungen. Eine „Kurzwegverdampfung" ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eine thermische Trennoperation, bei der ein Kurzwegverdampfer verwendet wird. It has been shown in our own investigations that the mixture produced according to step (A) with water in an amount of not more than 0.5% by weight leads to excellent to largely acceptable results in short path evaporation. If a value of 0.5% by weight (significantly) is exceeded, no satisfactory release effect is regularly achieved. Preferably, the mixture comprises water in an amount of not more than 0.4% by weight, more preferably in an amount of not more than 0.3% by weight, more preferably in an amount of not more than 0.2% by weight. %, more preferably in an amount of not more than 0.1% by weight, and particularly preferably in an amount of not more than 0.08% by weight. The "short path evaporation" employed in the process of the present invention includes evaporation and subsequent condensation of appropriate compounds. "Short path evaporation", for purposes of the present invention, is a thermal separation operation utilizing a short path evaporator.
Ein Kurzwegverdampfer ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein Verdampfer, bei dem „der Kondensator in den Verdampfungskorpus integriert [ist], sodass die verdampften Komponenten nur einen sehr kurzen Weg in der Dampfphase zurücklegen [...]", vgl. „Fluidverfahrenstechnik: Grundlagen, Methodik, Technik, Praxis", Ralf Goedecke, Verlag: John Wiley & Sons: 201 1 ; Seite 643, Punkt 7.3.2.7. For the purposes of the present invention, a short-path evaporator is an evaporator in which "the condenser is integrated into the evaporation body, so that the vaporized components only travel a very short distance in the vapor phase [...]", see "Fluidverfahrenstechnik: Fundamentals, Methodology, Technology, Practice ", Ralf Goedecke, Publisher: John Wiley & Sons: 201 1; Page 643, point 7.3.2.7.
Der Begriff „Kurzwegverdampfung" (englisch: „short path evaporation") umfasst für die Zwecke der vorliegenden Erfindung auch die sogenannten Kurzwegdestillationen (short path distillation). The term "short path evaporation" for the purposes of the present invention also includes the so-called short path distillation (short path distillation).
Die Kurzwegverdampfung wird vorzugsweise bei dem erfindungsgemäß anzuwendenden Druck im Bereich von 1 bis 0,001 mbar und der Temperatur im Bereich von 50 bis 250°C in einem entsprechenden Kurzwegverdampfer mit innen angeordnetem Kondensator bei kontinuierlicher Durchmischung des aufzutrennenden Substanzfilms auf der Verdampferfläche durchgeführt. The short-path evaporation is preferably carried out at the pressure to be used according to the invention in the range of 1 to 0.001 mbar and the temperature in the range of 50 to 250 ° C. carried out in a corresponding short-path evaporator with internally arranged capacitor with continuous mixing of the substance film aufzutrennenden on the evaporator surface.
Das Prinzip der Kurzwegverdampfung beruht darauf, dass ein dem Verdampfer zugeführ- tes Stoffgemisch an einer Verdampferfläche erhitzt wird und die dabei verdampfenden Bestandteile des Stoffgemischs an einer der Verdampferfläche gegenüberliegenden Kondensatorfläche kondensieren. Um Druckverluste zu minimieren, wird der Abstand zwischen der Verdampferfläche und der Kondensatorfläche regelmäßig sehr gering gewählt. Der Abstand von der Verdampferoberfläche zum Kondensator (bzw. Kondensatoroberfläche) beträgt dabei bevorzugt wenige Zentimeter. The principle of the short-path evaporation is based on the fact that a mixture of substances supplied to the evaporator is heated at an evaporator surface and the constituents of the substance mixture that evaporate condense on a condenser surface opposite the evaporator surface. In order to minimize pressure losses, the distance between the evaporator surface and the capacitor surface is chosen to be very small. The distance from the evaporator surface to the condenser (or condenser surface) is preferably a few centimeters.
Ein üblicher und für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bevorzugter Kurzwegverdampfer (short path evaporator) umfasst einen zylindrischen Körper mit einem außen angeordneten Heizmantel und einem innen angeordneten Wischersystem, so dass die Verdampfung bei kontinuierlicher Durchmischung des aufzutrennenden Substanzfilms erfolgen kann. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Kurzwegverdampfer sind kommerziell erhältlich, z.B. von der UIC GmbH oder der Buss-SMS-Canzler GmbH. A common and for the purposes of the present invention preferred short path evaporator (short path evaporator) comprises a cylindrical body with an externally disposed heating jacket and an internally arranged wiper system, so that the evaporation can be carried out with continuous mixing of the substance film to be separated. Short path evaporators suitable for the purposes of the present invention are commercially available, e.g. from UIC GmbH or Buss-SMS-Canzler GmbH.
Der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Kurzwegverdampfer umfasst üblicherweise eine Verdampferoberfläche und eine Kondensatoroberfläche. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist mit Verdampferoberfiäche die Verdampferoberfiäche des verwendeten Kurzwegverdampfers und mit Kondensatoroberfläche die Kondensatoroberfläche des verwendeten Kurzwegverdampfers gemeint. The short-path evaporator used in the method according to the invention usually comprises an evaporator surface and a condenser surface. In the context of the present invention, the surface of the evaporator means the evaporator surface of the short-path evaporator used and the condenser surface means the condenser surface of the short-path evaporator used.
Die vorstehend genannte Temperatur im Bereich von 50 bis 250 °C ist die mittlere Temperatur des Heizmediums, mit dem die Verdampferoberfiäche im Kurzwegverdampfer beheizt wird. Dies gilt auch für die weiter unten im Text genannten bevorzugten Tempera- turen. Unter der mittleren Temperatur des Heizmediums versteht man das arithmetische Mittel der Eintritts- und Austrittstemperatur des Heizmediums. The above-mentioned temperature in the range of 50 to 250 ° C is the average temperature of the heating medium, with which the Verdampferoberfiäche is heated in short path evaporator. This also applies to the preferred temperatures mentioned below in the text. The mean temperature of the heating medium is understood as the arithmetic mean of the inlet and outlet temperature of the heating medium.
Bevorzugt liegen bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Verdampferoberfiäche und die Kondensatoroberfläche des Kurzwegverdampfers einander direkt gegenüber. Besonders bevorzugt sind dabei die Verdampferoberfiäche und die Kondensatoroberfläche des Kurzwegverdampfers zylinderförmig angeordnet, wobei bei der zylinderförmigen Anordnung zwei Zylinder ineinander gesetzt sind. Vorzugsweise wird bei der Verdampfung der Druck innerhalb des oben im Text definierten Druckbereiches so weit abgesenkt, dass die mittlere freie Weglänge der verdampften Teilchen im Dampf räum größer ist als der Abstand zwischen Verdampferfläche und Kondensatorfläche (Molekulardestillation). Die mittlere freie Weg länge lässt sich nach bekannten Verfahren bestimmen. Der benötigte Druck hängt daher u. a. von den Appara- tedimensionen und vom Dampfdruck der zu destillierenden Substanz bei der gewählten Temperatur ab (vgl. Kirk Othmer. Encyclopedia of chemical technology, 4th Ed., Wiley. Band 8, Seite 349). Geeignete Anordnungen sind z.B. beschrieben in: HJL Burgess (ed), Molecular Stills, Chapman and Hall, 1963. Eine apparative Anordnung, umfassend die Verdampferoberfläche und die Kondensatoroberfläche, kann in nahezu beliebiger geometrischer Form ausgestaltet sein, solange eine Kurzwegverdampfung ermöglicht ist. Bevorzugt ist, dass die beiden Flächen einander direkt gegenüberliegen, so dass die Moleküle ungehindert von der Verdampferoberfläche zur Kondensatoroberfläche gelangen können. In Betracht kommt z.B. eine planparallele Anordnung der beiden Flächen oder auch eine zylinderförmige Anordnung, bei der zwei Zylinder ineinander gesetzt sind und die direkt gegenüberliegenden Flächen der beiden Zylinder die Verdampfer- und die Kondensatoroberfläche bilden. Die Verdampferoberfläche wird in geeigneter Weise beheizt, im Allgemeinen durch Vorrichtungen auf der Rückseite, und auch die Kondensatoroberfläche wird in geeigneter Weise gekühlt, im Allgemeinen ebenfalls durch Vorrichtungen auf der Rückseite. When carrying out the process according to the invention, the evaporator surface and the condenser surface of the short-path evaporator are preferably directly opposite each other. In this case, the evaporator surface and the condenser surface of the short-path evaporator are particularly preferably arranged in a cylindrical manner, two cylinders being interlocked in the cylindrical arrangement. During the evaporation, the pressure within the pressure range defined above in the text is preferably lowered so far that the mean free path of the vaporized particles in the vapor is greater than the distance between the evaporator surface and the condenser surface (molecular distillation). The mean free path can be determined by known methods. The pressure required therefore depends, inter alia, on the dimensions of the apparatus and on the vapor pressure of the substance to be distilled at the selected temperature (see Kirk Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Ed., Wiley, Volume 8, page 349). Suitable arrangements are described, for example, in: HJL Burgess (ed), Molecular Stills, Chapman and Hall, 1963. An apparatus arrangement comprising the evaporator surface and the condenser surface can be designed in almost any geometric shape as long as short path evaporation is possible. It is preferred that the two surfaces are directly opposite each other, so that the molecules can pass unhindered from the evaporator surface to the condenser surface. Considering, for example, a plane-parallel arrangement of the two surfaces or a cylindrical arrangement in which two cylinders are set into each other and the directly opposite surfaces of the two cylinders form the evaporator and the condenser surface. The evaporator surface is suitably heated, generally by means of backside devices, and also the condenser surface is suitably cooled, also generally by means of backside devices.
Ein Merkmal eines Kurzwegverdampfers ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl die Verdampfung leicht flüchtiger Verbindungen (Verbindungen mit einer geringeren Siedetemperatur als HMF; für eine genauere Definition siehe unten im Text), als auch (im Rahmen der vorliegenden Erfindung) die Verdampfung des HMF aus einem Produktfilm heraus. Bevorzugt ist die mechanische Beeinflussung des Produktfilms durch sogenannte Wischersysteme. Die zu destillierende Mischung wird am oberen Ende des Apparats aufgegeben und durch das rotierende Wischersystem gleichmäßig auf dem inneren Umfang des Verdampfers verteilt. Das Produkt fließt als Film aufgrund der Schwerkraft an der von außen beheizten Verdampferoberfläche nach unten. Um eine gleichmäßige Benetzung der Verdampferoberfläche zu gewährleisten, eine intensive Durchmischung und eine hohe Turbulenz im Produktfilm zu erzeugen und damit die Verdampfungsleistung zu steigern, können die bekannten und gängigen Wischersysteme verwendet werden. Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass bei der Abtrennung von HMF durch Kurzwegverdampfung, insbesondere bei Durchführung einer bevorzugten Kurzwegverdampfung und bei Einsatz bevorzugt gestalteter Kurzwegverdampfer kaum oder keine Abbauprodukte bzw. Nebenprodukte des HMF entstehen und dass bei einem entspre- chenden erfindungsgemäßen Verfahren HMF mit hoher Reinheit und sehr guten anwendungstechnischen Eigenschaften erhalten wird. Zudem kann die ionische Flüssigkeit rezykliert werden. A feature of a short path evaporator in the context of the present invention is both the evaporation of volatile compounds (compounds having a lower boiling temperature than HMF, for a more precise definition, see below), and (in the context of the present invention) the evaporation of the HMF from a Product movie out. Preferably, the mechanical influence of the product film by so-called wiper systems. The mixture to be distilled is fed at the top of the apparatus and distributed evenly on the inner circumference of the evaporator by the rotating wiper system. The product flows as a film due to gravity at the externally heated evaporator surface down. To ensure a uniform wetting of the evaporator surface, to produce an intensive mixing and a high turbulence in the product film and thus to increase the evaporation performance, the known and common wiper systems can be used. It has now surprisingly been found that in the separation of HMF by short-path evaporation, especially when carrying out a preferred short-path evaporation and when using preferably designed short-path evaporator little or no degradation products or by-products of HMF arise and that in a corresponding inventive method HMF with high purity and very good performance properties is obtained. In addition, the ionic liquid can be recycled.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird HMF (als ein Wertprodukt) aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung abgetrennt und als Destillat von der Kondensatoroberfläche abgezogen. Die ionische(n) Flüssigkeit(en) verbleibt bzw. verbleiben auf der Verdampferoberfläche. Geeignete Vorrichtungen sind z.B. derart ausgestaltet, dass die ionische(n) Flüssigkeit(en) von der Verdampferoberfläche abläuft bzw. ablaufen und aufgefangen wird bzw. werden; entsprechend fließt das HMF von der Kondensatoroberfläche ab und wird als Destillat erhalten. Der Abstand zwischen Verdampferoberfläche und Kondensatoroberfläche ist aufgrund konstruktiver Randbedingungen auch abhängig von der Größe des Kurzwegverdampfers. In the process according to the invention, HMF (as a desired product) is separated from the mixture prepared in step (A) and withdrawn as distillate from the condenser surface. The ionic liquid (s) remain or remain on the evaporator surface. Suitable devices are e.g. such that the ionic liquid (s) drain from the evaporator surface and are collected; Accordingly, the HMF flows off the condenser surface and is obtained as a distillate. The distance between the evaporator surface and the condenser surface is also dependent on the size of the short-path evaporator due to constructive boundary conditions.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Kurzwegverdampfer verwendet, bei dem die Verdampferoberfläche und die Kondensatoroberfläche zylinderförmig angeordnet sind, und bei dem der Abstand zwi- sehen Verdampferoberfläche und Kondensatoroberfläche bevorzugt im Bereich von 1/10 bis 1/3, besonders bevorzugt 1/8 bis 1/4 des Innendurchmessers des Gehäusemantels liegt. In a preferred embodiment of the method according to the invention, a short-path evaporator is used, in which the evaporator surface and the condenser surface are arranged in a cylindrical manner, and in which the distance between the evaporator surface and condenser surface preferably in the range of 1/10 to 1/3, particularly preferably 1 / 8 to 1/4 of the inner diameter of the housing shell lies.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform liegt der Abstand zwischen Verdampferoberfläche und Kondensatoroberfläche im Bereich von 1 cm bis 100 cm. Die Verdampferoberfläche und die Kondensatoroberfläche können gleich groß oder unterschiedlich groß sein. Bevorzugt wird ein Kurzwegverdampfer verwendet, bei dem das Verhältnis der Verdampferoberfläche zur Kondensatoroberfläche im Bereich von 10: 1 bis 1 : 10 liegt. According to another preferred embodiment, the distance between evaporator surface and condenser surface is in the range of 1 cm to 100 cm. The evaporator surface and the condenser surface can be the same size or different sizes. Preferably, a short path evaporator is used in which the ratio of the evaporator surface to the condenser surface is in the range of 10: 1 to 1:10.
Vorzugsweise erfolgt die Kondensation an der Kondensatoroberfläche bei einer Tempe- ratur im Bereich von 0 °C bis 200 °C, besonders bevorzugt 10 °C bis 150 °C und ganz besonders bevorzugt 20 °C bis 100 °C, wobei diese Angaben auf die mittlere Temperatur des Kühlmediums, mit dem die Kondensatoroberfläche gekühlt wird, bezogen sind. Unter der mittleren Temperatur des Kühlmediums versteht man das arithmetische Mittel der Eintritts- und Austrittstemperatur des Kühlmediums. Preferably, the condensation takes place at the condenser surface at a temperature in the range of 0 ° C to 200 ° C, more preferably 10 ° C to 150 ° C and most preferably 20 ° C to 100 ° C, said information to the middle Temperature of the cooling medium, with which the condenser surface is cooled, are related. The mean temperature of the cooling medium is the arithmetic mean of the inlet and outlet temperature of the cooling medium.
Die mittlere Verweilzeit des Rückstands (d.h. im Wesentlichen die Gesamtmenge an ionischen Flüssigkeiten) auf der Verdampferoberfläche liegt bevorzugt im Bereich von 1 Sekunde bis 10 Minuten, besonders bevorzugt im Bereich von 1 Sekunde bis 5 Minuten und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 Sekunde bis 2 Minuten. Unter der mittleren Verweilzeit versteht man die Zeit, welche der Destillationsrückstand im Mittel benötigt, um über die Verdampferoberfläche hinweg zu strömen. Die effektiven Verweilzeiten einzelner Teilchen können unterschiedlich sein, z.B. aufgrund von Ström ungseffek- ten und/oder Verwirbelungen. Zur Bestimmung der mittleren Verweilzeit können Tracer- Verbindungen, z.B. Farbstoffe oder radioaktiv markierte Verbindungen, vorzugsweise Farbstoffe, verwendet werden. The average residence time of the residue (ie, essentially the total amount of ionic liquids) on the evaporator surface is preferably in the range of 1 second to 10 minutes, more preferably in the range of 1 second to 5 minutes, and most preferably in the range of 1 second to 2 minutes. The mean residence time is the time which the distillation residue requires on average to flow over the evaporator surface. The effective residence times of individual particles may be different, e.g. due to flow effects and / or turbulence. To determine the average residence time, tracer compounds, e.g. Dyes or radiolabelled compounds, preferably dyes, are used.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Spritzschutz zwischen Verdampfer- und Kondensatoroberfläche eingesetzt, um einen unerwünschten Übertritt der beiden Wert- produkte (HMF; ionische Flüssigkeit(en)) in das jeweils andere Wertprodukt, d.h. z.B. von der Verdampferoberfläche zur Kondensatoroberfläche, beispielsweise durch Mitreißen oder Spritzen, zu reduzieren oder weitestgehend vollständig zu vermeiden. In a preferred embodiment, a splash guard is used between the evaporator surface and the condenser surface in order to prevent an undesired transfer of the two products of value (HMF; ionic liquid (s)) into the respective other product of value, i. e.g. from the evaporator surface to the condenser surface, for example by entrainment or spraying, to reduce or largely completely avoided.
Als Spritzschutz werden überwiegend Jalousien verwendet, die meist vertikal angeordnete Lamellen aus Metall oder Kunststoff umfassen. Der horizontale Abstand der Lamellen wird dabei so gewählt, dass ein Übertritt von Flüssigkeitströpfchen von der Verdampferoberfläche zur Kondensatoroberfläche reduziert oder ganz unterbunden wird. Bevorzugt weist der eingesetzte Spritzschutz einen Druckverlust von kleiner 0, 1 mbar, besonders bevorzugt kleiner 0,01 mbar, ganz besonders bevorzugt kleiner 0,001 mbar auf. Die Befestigung des Spritzschutzes kann sowohl an einem Wischersystem als auch an einem innenliegenden Kondensator erfolgen. Ausführung, Material und Art der Befestigung des Spritzschutzes sind für die vorliegende Erfindung insoweit unerheblich, solange der Übertritt von Flüssigkeitströpfchen weitestgehend verhindert oder reduziert und ein nur geringer Druckverlust (vorzugsweise wie oben beschrieben) eingehalten wird. Die Säurezahl der vorstehend (und nachfolgend) im Text beschriebenen Mischung (vgl. Schritt (A)) wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit einem Metrohm 848 Titrino Plus Titrometer bestimmt. Hierzu wurden 0, 1 bis 0.2 g einer entsprechenden Probe gegen Tetrabutylammonium Hydroxid ([n-Bu4N][OH]) 0,1 mol/L in Ethanol) titriert. Das Gerät liefert durch interne Umrechnung als Ergebnis eine Norm-Säurezahl, die in der Einheit Milligramm [mg KOH] (Kaliumhydroxid) pro Gramm [g] Probe angegeben wird. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass die für die Mischung eingesetzten ionischen Flüssigkeiten häufig bereits unterschiedlich starke Säuren enthalten, so dass beim Titrie- ren einer Probe einer Mischung gemäß Schritt (A) regelmäßig mehrere Umschlagpunkte beobachtet werden. In diesem Fall bezieht sich die Säurezahl auf die Summe aller ermittelten einzelnen Säurezahlen. Die Säurezahl der Mischung gemäß Schritt (A) besitzt die Einheit Milligramm [mg KOH] (mg Kaliumhydroxid) pro Gramm [g] (Mischung gemäß Schritt (A)). Zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der Kationen der ionischen Flüssigkeiten sowie des HMF und Di-HMF sind dem Fachmann geeignete Methoden bekannt, insbesondere auf Referenzproben basierende, vergleichende HPLC-Analysen. As a splash protection predominantly blinds are used, which usually comprise vertically arranged slats made of metal or plastic. The horizontal spacing of the lamellae is chosen such that a transfer of liquid droplets from the evaporator surface to the condenser surface is reduced or completely prevented. The spray protection used preferably has a pressure drop of less than 0.1 mbar, more preferably less than 0.01 mbar, very particularly preferably less than 0.001 mbar. The attachment of the splash guard can be done both on a wiper system and on an inner capacitor. Design, material and method of attachment of the splash guard are insignificant for the present invention so far as long as the passage of liquid droplets largely prevented or reduced and only a slight pressure loss (preferably as described above) is maintained. The acid value of the mixture described above (and below) in the text (see step (A)) was determined in the context of the present invention using a Metrohm 848 Titrino Plus Titrometer. For this purpose, 0.1 to 0.2 g of a corresponding sample were titrated against tetrabutylammonium hydroxide ([n-Bu 4 N] [OH]) 0.1 mol / L in ethanol). The By internal conversion, the instrument delivers as a result a standard acid number, which is expressed in units of milligrams [mg KOH] (potassium hydroxide) per gram [g] of sample. Our own investigations have shown that the ionic liquids used for the mixture often already contain acids of different strengths, so that when tirring a sample of a mixture according to step (A) regularly several points of change are observed. In this case, the acid number refers to the sum of all determined individual acid numbers. The acid number of the mixture according to step (A) has the unit milligrams [mg KOH] (mg potassium hydroxide) per gram [g] (mixture according to step (A)). For the qualitative and quantitative determination of the cations of the ionic liquids and the HMF and Di-HMF, methods suitable for the person skilled in the art are known, in particular comparative HPLC analyzes based on reference samples.
Zur quantitativen Bestimmung von HMF, Di-HMF und Imidazolium-basierten ionischen Flüssigkeiten (beispielsweise die quantitative Bestimmung des Ethyl-Methylimidazolium- Kations (EMIM)) wird vorzugsweise eine solche HPLC-Analyse verwendet. Anhand von Referenzproben mit bekannten Konzentrationen (EMIM aus EMIM Octanoat, HMF, Di- HMF) werden dabei zunächst separate Kalibrierungsläufe für die jeweiligen Analyten durchgeführt. Dies ermöglicht eine Quantifizierung in Proben, in denen die quantitative Zusammensetzung unbekannt ist. Die HPLC-Analyse erfolgte in eigenen Untersuchun- gen folgendermaßen: For the quantitative determination of HMF, Di-HMF and imidazolium-based ionic liquids (for example the quantitative determination of the ethyl-methylimidazolium cation (EMIM)), such an HPLC analysis is preferably used. Using reference samples with known concentrations (EMIM from EMIM Octanoate, HMF, Di- HMF), separate calibration runs are first carried out for the respective analytes. This allows for quantitation in samples where the quantitative composition is unknown. The HPLC analysis was carried out in own investigations as follows:
Trennsäule: Primesep 200 (250*3,2mm), 2 Säulen hintereinander, Separation column: Primesep 200 (250 * 3.2mm), 2 columns in a row,
Temperatur: 25°C,  Temperature: 25 ° C,
Injektionsvolu 6 μΙ,  Injection volume 6 μΙ,
Detektion: UV, 210 nm,  Detection: UV, 210 nm,
Eluent: 60 Vol% H20 + 40 Vol% Acetonitril + 0,03 Vol% 85%ige H3P04,Eluent: 60 vol% H 2 O + 40 vol% acetonitrile + 0.03 vol% 85% H 3 P0 4 ,
Fluss: 0.5 ml/min. Flow: 0.5 ml / min.
Laufzeit: 30 min  Running time: 30 min
Eigene Untersuchungen haben zudem gezeigt, dass bei einem (erfindungsgemäß in Schritt (B) einzustellenden) Druck im Bereich von 0,001 bis 1 mbar und einer Temperatur im Bereich von 50 bis 250 °C regelmäßig hervorragende bis zufriedenstellende Trennergebnisse erreicht werden. Übersteigt der Druck (deutlich) 1 mbar, sind höhere Temperaturen erforderlich, um die Trennleistung aufrecht zu erhalten. Dies führt jedoch zu einer erhöhten thermischen Belastung und somit zu einem deutlich höheren Risiko, dass unerwünschte Abbau- bzw. Nebenprodukte entstehen. Dies gilt gleichermaßen für Temperaturen (deutlich) größer 250°C. Our own investigations have also shown that in a (to be set according to the invention in step (B)) in the range of 0.001 to 1 mbar and a temperature in the range of 50 to 250 ° C regularly excellent to satisfactory separation results are achieved. If the pressure exceeds (significantly) 1 mbar, higher temperatures are required to maintain the separation efficiency. However, this leads to a increased thermal load and thus to a much higher risk that unwanted degradation or by-products arise. This applies equally to temperatures (significantly) greater than 250 ° C.
Unterschreitet der Druck (deutlich) 0.001 mbar, ist das Verfahren nicht mehr auf einfache und ökonomische Weise durchführbar und es entstehen zusätzliche apparative Anforderungen an die Anlage, um das Vakuum aufrecht zu erhalten. Zudem verschlechtert sich die Kondensation des verdampften HMF an der Kondensatoroberfiäche, was zu einem Verlust an HMF im Destillat führt und somit zu unnötigen Verlusten an HMF. If the pressure falls below (clearly) 0.001 mbar, the process can no longer be carried out in a simple and economical manner, and additional apparatus requirements are imposed on the plant in order to maintain the vacuum. In addition, the condensation of the vaporized HMF on the condenser surface deteriorates, resulting in a loss of HMF in the distillate and thus unnecessary losses of HMF.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass bei (deutlicher) Unterschreitung einer Temperatur von 50°C das erfindungsgemäße Verfahren regelmäßig nicht mehr effizient durchführbar ist. In diesen Fällen ist eine vergleichsweise deutlich höhere Verweilzeit im Kurzwegverdampfer erforderlich (oder es sind alternativ zusätzliche Durchläufe durch den Kurzwegverdampfer erforderlich), um die Trennleistung aufrecht zu erhalten und um eine ineffiziente Abtrennung zu vermeiden. Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert) wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt, besonders bevorzugt werden die Schritte (A) und (B) kontinuierlich durchgeführt. In manchen Fällen wird das erfindungsgemäße Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert) vorzugsweise semi-kontinuierlich durchgeführt. Our own investigations have shown that when (clearly) falling below a temperature of 50 ° C, the inventive method is regularly no longer efficiently feasible. In these cases, a comparatively much longer residence time is required in the short path evaporator (or, alternatively, additional passes through the short path evaporator are required) to maintain separation efficiency and to avoid inefficient separation. Step (B) of the process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred) is preferably carried out continuously, more preferably the steps (A) and (B) are carried out continuously. In some cases, the process according to the invention (as described above, preferably as defined above as being preferred) is preferably carried out semi-continuously.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben), wobei die in Schritt (A) hergestellte Mischung als Bestandteil der sonstigen Substanzen eine, mehr als eine oder sämtliche Substanzen umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (e1 ) Brönsted-Säuren (eingesetzt werden können eine oder mehrere Brönsted- Säuren), Particular preference is given to a process according to the invention (as described above), wherein the mixture prepared in step (A) comprises as constituent of the other substances one, more than one or all substances selected from the group consisting of: (e1) Bronsted acids ( can be used one or more Brönsted acids),
(e2) Salze mit anorganischem Kation (eingesetzt werden können eine oder mehrere solcher Salze), (e2) salts with inorganic cation (it is possible to use one or more such salts),
(e3) Zucker (Saccharid) (eingesetzt werden können eine oder mehrere solcher Zucker), (e3) sugar (saccharide) (it is possible to use one or more such sugars),
(e4) Humine, (e5) Furfural und (e4) Humins, (e5) Furfural and
(e6) Lävulinsäure, (e6) levulinic acid,
Die Zucker der Substanz (e3) sind vorzugsweise eine, mehrere oder sämtliche der Ver- bindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexosen, Oligosacchariden umfassend Hexose-Einheiten, und Polysacchariden umfassend Hexose-Einheiten, vorzugsweise umfasst (e3) Fructose und/oder Glucose. The sugars of the substance (e3) are preferably one, several or all of the compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, preferably (e3) comprises fructose and / or glucose.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführende Kurzwegverdampfung führt auch in Gegenwart der vorstehend genannten Verbindungen / Substanzen regelmäßig zu guten Trennergebnissen. Ein Abtrennen z.B. der Humine vor der Durchführung der Kurzwegverdampfung ist regelmäßig nicht erforderlich. Die Gesamtmenge der sonstigen Substanzen in der gemäß Schritt (A) hergestellten Mischung ist vorzugsweise kleiner 20 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner 15 Gew.-%, insbesondere bevorzugt kleiner 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Mischung. Eigene Untersuchungen an handelsüblichen ionischen Flüssigkeiten haben gezeigt, dass diese in manchen Fällen Rückstände von einer oder mehreren Brönsted-Säuren aus dem Herstellungsprozess der ionischen Flüssigkeiten umfassen. Diese Rückstände führen dazu, dass solche handelsüblichen ionischen Flüssigkeiten eine Säurezahl besitzen, die typischerweise im Bereich von 0,2 bis 15 mg KOH/g liegt. Eigene Untersuchungen haben zudem gezeigt, dass einige dieser Brönsted-Säuren destillativ regelmäßig nicht bzw. nicht vollständig aus den handelsüblichen ionischen Flüssigkeiten abgetrennt werden können, insbesondere solche Brönsted-Säuren, deren Siedetemperatur 300°C oder mehr, bei einem Druck von 1013,25 hPa, beträgt. The short-path evaporation to be carried out in the process according to the invention also regularly leads to good separation results in the presence of the abovementioned compounds / substances. A separation e.g. the Humine before performing the short-path evaporation is regularly not required. The total amount of the other substances in the mixture prepared according to step (A) is preferably less than 20% by weight, more preferably less than 15% by weight, particularly preferably less than 10% by weight, based on the total mass of the mixture. Our own investigations on commercially available ionic liquids have shown that in some cases they comprise residues of one or more Brönsted acids from the production process of the ionic liquids. These residues cause such commercial ionic liquids to have an acid number typically in the range of 0.2 to 15 mg KOH / g. Our own investigations have also shown that some of these Brönsted acids can not be separated from the commercially available ionic liquids by distillation regularly, or not completely, in particular those Brönsted acids whose boiling point is 300 ° C or more, at a pressure of 1013.25 hPa , is.
Zu vorzugsweise nicht in der Mischung enthaltenen Salzen und deren Mengen siehe weiter unten im Text. For salts preferably not contained in the mixture and their amounts, see below in the text.
Das Abtrennen von HMF gemäß Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung mittels Kurzwegverdampfung bei einem Druck im Bereich von 0,001 bis 1 mbar und einer Temperatur im Bereich von 50 bis 250 °C. Das Herstellen der Mischung gemäß Schritt (A) umfasst üblicherweise einen oder mehr als einen Schritt ((A1 ), (A2), usw., siehe nachfolgend im Text). In manchen Fällen wird die Mischung vorzugsweise durch Mischen der von der Mischung umfassten Verbin- düngen hergestellt, so dass eine gemäß Schritt (A) definierte Mischung resultiert. In anderen Fällen ist es bevorzugt, in einem Reaktionsmedium eine oder mehrere Startverbindungen durch Reaktion in Produktverbindungen zu überführen, so dass gemäß Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine (Produkt)Mischung resultiert und hergestellt wird. The removal of HMF according to step (B) of the process according to the invention is carried out from the mixture prepared in step (A) by short path evaporation at a pressure in the range of 0.001 to 1 mbar and a temperature in the range of 50 to 250 ° C. The preparation of the mixture according to step (A) usually comprises one or more than one step ((A1), (A2), etc., see below in the text). In some cases, the mixture is preferably prepared by mixing the compounds comprising the mixture. fertilized, so that a mixture according to step (A) defined results. In other cases it is preferred to convert one or more starting compounds into a reaction medium by reaction in product compounds, so that according to step (A) of the process according to the invention, a (product) mixture results and is produced.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei das Herstellen der Mischung gemäß Schritt (A) die folgenden Schritte umfasst: Particular preference is given to a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as being preferred), wherein the preparation of the mixture according to step (A) comprises the following steps:
(A1 ) durch Brönsted-Säure oder auf sonstige Weise katalysierte Dehydratisierung von ein, zwei oder mehr Startverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexo- sen. Oligosacchariden umfassend Hexose-Einheiten, und Polysacchariden umfassend Hexose-Einheiten. vorzugsweise Fructose und/oder Glucose, in einer Reaktionsmischung umfassend die besagte eine oder die mehreren ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel, so dass eine Produktmischung umfassend 5-Hydroxymethylfurfural erhalten wird, (A2) optional Teil-Neutralisieren der gemäß Schritt (A1 ) erhaltenen Produktmischung oder einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung, und (A1) by Bronsted acid or otherwise catalyzed dehydration of one, two or more starting compounds selected from the group consisting of hexoses. Oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units. preferably fructose and / or glucose, in a reaction mixture comprising said one or more ionic liquids as solvent to give a product mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural, (A2) optionally partially neutralizing the product mixture obtained according to step (A1) or mixture obtained therefrom in further steps, and
(A3) optional Abtrennen (vorzugsweise destillatives Abtrennen) von Wasser und/oder Verbindungen mit einer Siedetemperatur, die bei zumindest einem Druckwert im Bereich von 0, 1 bis 500 mbar niedriger ist als die Siedetemperatur des 5-Hydroxymethylfurfurals bei gleichem Druckwert aus der gemäß Schritt (A1 ) erhaltenen Produktmischung oder einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung oder - aus der gemäß Schritt (A2) erhaltenen teil-neutralisierten Produktmischung oder aus einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung. (A3) optionally separating (preferably distillative separation) of water and / or compounds having a boiling temperature which is at least a pressure in the range of 0, 1 to 500 mbar lower than the boiling point of 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value from that according to step (A1) obtained product mixture or a mixture obtained therefrom in further steps or - from the partially neutralized product mixture obtained according to step (A2) or from a mixture obtained therefrom in further steps.
Vorzugsweise besitzt die nach Schritt (A2) erhaltene teil-neutralisierte Produktmischung bzw. Mischung eine Säurezahl kleiner 10 mg KOH/g, vorzugsweise kleiner 7 mg KOH/g und besonders bevorzugt kleiner 5 mg KOH/g und ganz besonders bevorzugt kleiner 4 mg KOH/g ist, jedoch beträgt in jedem dieser bevorzugten Fälle die Säurezahl der teilneutralisierten Produktmischung vorzugsweise mindestens 0,2 mg KOH/g, besonders bevorzugt mindestens 0,3 mg KOH/g: bevorzugt liegt die Säurezahl in einem Bereich von 0,2 (vorzugsweise 0,3) bis 1 mg KOH/g (oder sogar noch niedriger), vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 (vorzugsweise 0,3) bis 0,6 mg KOH/g, wobei die Säurezahl nach dem Teil-Neutralisieren kleiner ist als vor dem Teil-Neutralisieren. Preferably, the partially neutralized product mixture or mixture obtained after step (A2) has an acid number of less than 10 mg KOH / g, preferably less than 7 mg KOH / g and more preferably less than 5 mg KOH / g and most preferably less than 4 mg KOH / g, however, in each of these preferred cases the acid number of the partially neutralized product mixture is preferably at least 0.2 mg KOH / g, more preferably at least 0.3 mg KOH / g: preferably the acid number is in the range of 0.2 (preferably 0.3) to 1 mg KOH / g (or even lower), preferably in a range of 0.2 (preferably 0.3) to 0.6 mg KOH / g, the acid value after the partial neutralization smaller than before partial neutralizing.
Typische Verbindungen mit einer Siedetemperatur, die bei zumindest einem Druckwert im Bereich von 0,1 bis 500 mbar niedriger ist als die Siedetemperatur des 5- Hydroxymethylfurfurals bei gleichem Druckwert sind Furfural, Lävulinsäure, Alkyl- Lävulinate, Ameisensäure, Alkylformiate und Formaldehyd. Typical compounds having a boiling temperature which is at least at a pressure in the range of 0.1 to 500 mbar lower than the boiling point of 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value are furfural, levulinic acid, alkyl levulinates, formic acid, alkyl formates and formaldehyde.
In manchen Fällen ist ein erfindungsgemäßes Verfahren bevorzugt (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei der optionale Schritt (A3) ein, zwei, drei oder mehr als drei Schritte umfasst. Vorzugsweise werden aus der nach Schritt (A1 ) bzw. (A1 ) und (A2) resultierenden Mischung sowohl Wasser als auch Verbindungen mit einer Siedetemperatur, die bei zumindest einem Druckwert im Bereich von 0.1 bis 500 mbar niedriger ist als die Siedetemperatur des 5- Hydroxymethylfurfurals bei gleichem Druckwert, abgetrennt. Vorzugsweise erfolgt das Abtrennen dieser Verbindungen in zwei, drei oder mehr als drei Teilschritten, wobei vorzugsweise für die Teilschritte gilt: der Druck in einem unmittelbar auf einen Teilschritt N folgenden Teilschritt N+1 ist geringer, verglichen mit dem Druck in dem Teilschritt N und/oder die Temperatur in dem unmittelbar folgenden Teilschritt N+1 ist höher, verglichen mit der Temperatur in dem Teilschritt N. Vorzugsweise wird anschließend die resultierende Mischung der Ku rzweg verdam pf u ng gemäß Schritt (B) zugeführt. Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorste- hend als bevorzugt definiert) umfasst in manchen Fällen vorzugsweise weitere Schritte, beispielsweise eine Lagerung. Die Anzahl und die Art der Schritte, die für die Herstellung einer Mischung gemäß Schritt (A) erforderlich sind, ist unerheblich: zu beachten ist, dass (i) eine Mischung resultiert, wie sie in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens definiert ist und (ii) aus dieser in Schritt (A) hergestellten Mischung gemäß Schritt (B) mittels Kurzwegverdampfung bei einem Druck im Bereich von 0,001 bis 1 mbar und einer Temperatur im Bereich von 50 bis 250 °C HMF abgetrennt wird. In some cases, a method according to the invention is preferred (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein the optional step (A3) comprises one, two, three or more than three steps. Preferably, from the mixture resulting after step (A1) or (A1) and (A2), both water and compounds having a boiling temperature which is at least at a pressure in the range of 0.1 to 500 mbar lower than the boiling point of 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value, separated. The separation of these compounds is preferably carried out in two, three or more than three substeps, the following preferably applying to the substeps: the pressure in a substep N + 1 immediately following a substep N is lower compared to the pressure in substep N and / or the temperature in the immediately following substep N + 1 is higher compared to the temperature in substep N. Preferably, the resulting mixture is subsequently fed to the cake in accordance with step (B). Step (A) of the process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred) in some cases preferably comprises further steps, for example storage. The number and type of steps required for the preparation of a mixture according to step (A) is irrelevant: it should be noted that (i) a mixture results as defined in step (A) of the process according to the invention and (ii) from this mixture prepared in step (A) according to step (B) by short path evaporation at a pressure in the range of 0.001 to 1 mbar and a temperature in the range of 50 to 250 ° C HMF is separated.
Die Herstellung von HMF aus Hexosen bzw. Hexose-haltigen Edukten ist dem Fachmann bekannt (vgl. Hydroxymethylfurfural, A Versatile Platform Chemical Made from enewable Resources, Chemical Reviews, 2013, 1 13, 1499 bis 1597). Schritt (A2) betrifft eine optionale Teil-Neutralisierung. Dies bedeutet beispielsweise, dass durch Zugabe einer geeigneten Menge einer Brönsted-Base die Gesamtmenge an sauer reagierenden Gruppen in der Mischung mittels Neutralisationsreaktion verringert (teilneutralisiert) wird. Es resultiert eine teil-neutralisierte Produktmischung mit einer verrin- gerten Säurezahl, verglichen mit der Produktmischung vor der Teil-Neutralisierung. Vorzugsweise umfasst die Teil-Neutralisierung die Zugabe einer Brönsted-Base. Eine Teil-Neutralisierung ist immer dann bevorzugt, wenn (i) die Gesamtmenge an sauer reagierenden Gruppen die Bildung von Neben- und Abbauprodukten des HMF in der Mischung über ein noch akzeptables Maß hinaus begünstigt und/oder (ii) die sauer reagierenden Gruppen zu einer oder mehreren Verbindungen gehören, die während der Kurzwegverdampfung zusammen mit dem HMF abgetrennt würden (und entsprechend im Destillat die Bildung von Neben- und Abbauprodukten des HMF begünstigen würden). The preparation of HMF from hexoses or hexose-containing educts is known to the person skilled in the art (cf Hydroxymethylfurfural, A Versatile Platform Chemical Made from Enabling Resources, Chemical Reviews, 2013, 1 13, 1499 to 1597). Step (A2) concerns an optional partial neutralization. This means, for example, that the total amount of acidic groups in the mixture is reduced (partially neutralized) by neutralization reaction by adding a suitable amount of a Brönsted base. The result is a partially neutralized product mixture with a reduced acid number compared to the product mixture before the partial neutralization. Preferably, the partial neutralization comprises the addition of a Bronsted base. Partial neutralization is always preferred when (i) the total amount of acidic groups favors the formation of by-products and degradation products of the HMF in the mixture beyond acceptable levels and / or (ii) the acid-reactive groups become one or more compounds that would be separated during the short path evaporation along with the HMF (and correspondingly in the distillate would promote the formation of by-products and degradation products of the HMF).
In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert) wird die Menge an Brönsted-Base so gewählt, dass die Säurezahl der resultierenden teil-neutralisierten Produktmischung kleiner 10 mg KOH/g, vorzugsweise kleiner 7 mg KOH/g und besonders bevorzugt kleiner 5 mg KOH/g und ganz besonders bevorzugt kleiner 4 mg KOH/g ist, jedoch beträgt in jedem dieser bevorzugten Fälle die Säurezahl der teil-neutralisierten Produktmischung vorzugsweise mindestens 0.2 mg KOH/g, besonders bevorzugt min- destens 0,3 mg KOH/g. Bevorzugte Brönsted-Basen zur Neutralisation sind Hydroxide der organischen Kationen, die (die Kationen) auch Bestandteil der ionischen Flüssigkeiten) sind, besonders bevorzugt sind EMIM Hydroxid, EMIM Methylcarbonat sowie Mischungen daraus. In manchen Fällen sind anorganische Basen bevorzugt, vorzugsweise NaOH, KOH, Mg(OH)2 sowie deren Mischungen. Anorganische Basen haben jedoch den Nachteil, dass sich - im Gegensatz zu EMIM Hydroxid und EMIM Methylcarbonat - die Salze der anorganischen Basen in der IL üblicherweise akkumulieren. In anderen Fällen ist der Einsatz von Polymer-basierten lonentauscher-Harzen mit schwach basischen Gruppen (z.B. Amberlite IRA67) bevorzugt. In preferred embodiments of the process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), the amount of Bronsted base is chosen so that the acid number of the resulting partially neutralized product mixture is less than 10 mg KOH / g, preferably less than 7 mg KOH / g and more preferably less than 5 mg KOH / g and most preferably less than 4 mg KOH / g, however, in each of these preferred cases the acid number of the partially neutralized product mixture is preferably at least 0.2 mg KOH / g, more preferably at least 0 , 3 mg KOH / g. Preferred Bronsted bases for neutralization are hydroxides of the organic cations which (the cations) are also constituents of the ionic liquids), particularly preferred are EMIM hydroxide, EMIM methyl carbonate and mixtures thereof. In some cases, inorganic bases are preferred, preferably NaOH, KOH, Mg (OH) 2 and mixtures thereof. However, inorganic bases have the disadvantage that, unlike EMIM hydroxide and EMIM methyl carbonate, the salts of inorganic bases usually accumulate in the IL. In other cases, the use of polymer-based ion exchange resins with weakly basic groups (eg Amberlite IRA67) is preferred.
In manchen Fällen ist ein erfindungsgemäßes Verfahren bevorzugt (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei keine Teil- Neutralisierung durchgeführt wird, wenn die in Schritt (A1 ) erhaltene Produktmischung umfassend 5-Hydroxymethylfurfural solche Brönstedt-Säuren umfasst, die in Schritt (B) während der Kurzwegverdampfung nur zu einem sehr geringen Anteil zusammen mit dem HMF in das Destillat übertreten und dort nur zu einer vernachlässig baren Zerset- zung des Wertprodukts HMF führen; insbesondere bei Anwesenheit von geringen Men- gen an Methansuifonsäure ist es in manchen Fällen bevorzugt, auf Durchführung einer Teil-Neutralisation gemäß Schritt (A2) zu verzichten. In some cases, a process according to the invention is preferred (as described above, preferably as defined above as preferred), with no partial neutralization being carried out if the product mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural obtained in step (A1) comprises those Brönstedt acids which are described in US Pat Step (B) during the short-path evaporation only to a very small extent together with the HMF into the distillate and there lead only to a negligible decomposition of the desired product HMF; especially in the presence of small amounts of conditions of methanesulfonic acid, it is preferable in some cases to dispense with carrying out a partial neutralization according to step (A2).
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren zu HMF führt, das weitestgehend frei ist von Verunreinigungen. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei die Gesamtmenge an HMF im Destillat größer 90 Gew.-%, vorzugsweise größer 95 Gew.-%, besonders bevorzugt größer 96 Gew.-% ist, bezogen auf die Gesamtmasse des Destillats. Our own investigations have shown that the process according to the invention leads to HMF which is largely free from impurities. Particularly preferred is a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein the total amount of HMF in the distillate is greater than 90 wt .-%, preferably greater than 95 wt .-%, particularly preferably greater than 96 wt .-% , based on the total mass of the distillate.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei nach Schritt (B) und gegebenenfalls nach Abtrennung weiterer Mischungsbestandteile die eine oder die mehreren ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel für Saccharide, vorzugsweise Fructose und/oder Glucose, eingesetzt werden, Particular preference is given to a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein after step (B) and optionally after separation of further constituents of the mixture, the one or more ionic liquids are used as solvents for saccharides, preferably fructose and / or glucose, be used
bevorzugt bei einer durch Brönsted-Säure oder auf sonstige Weise katalysierten Dehydratisierung von ein, zwei oder mehr Startverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexosen, Oligosacchariden umfassend Hexose-Einheiten, und Polysacchariden umfassend Hexose-Einheiten, in einer Reaktionsmischung gemäß Schritt (A1 ). preferably in a dehydration of one, two or more starting compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, in a reaction mixture according to step (A1), catalyzed by Brönsted acid or otherwise.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei nach Schritt (B) und gege- benenfalls nach Abtrennung weiterer Mischungsbestandteile die eine oder die mehreren ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel in einer Reaktionsmischung gemäß Schritt (A1 ) bei einer durch Brönsted-Säure katalysierten Dehydratisierung von ein, zwei oder mehr Startverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexosen, Oligosacchariden umfassend Hexose-Einheiten, und Polysacchariden umfassend Hexo- se-Einheiten eingesetzt werden. Particular preference is given to a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), after step (B) and optionally after separation of further mixture constituents, the one or more ionic liquids as solvent in a reaction mixture according to step (A1). in a Bronsted acid catalyzed dehydration of one, two or more starter compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei die in Schritt (A) hergestellte Mischung keine HMF bei einer Temperatur von 120 °C in der Mischung stabilisierende Menge an lrCI3 und/oder CrCI3 umfasst, vorzugsweise kein lrCI3 und kein CrCI3 umfasst, vorzugsweise kein Iridiumhalogenid und kein Chromhalogenid umfasst, besonders bevorzugt keine HMF bei einer Temperatur von 120 °C in der Mischung stabilisierende Menge an Iridium- und/oder Chromionen umfasst, ganz besonders bevorzugt keine Iridium- und keine Chromionen umfasst. In manchen Fällen ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert) bevorzugt, wobei die in Schritt (A) hergestellte Mischung Chlorid ionen in einer Gesamtmenge kleiner 100 ppm umfasst, bezogen auf die Gesamtmenge der in Schritt (A) hergestellten Mischung; vorzugsweise umfasst die in Schritt (A) hergestellte Mischung keine Chlorid ionen. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass in ausgewählten Fällen die Anwesenheit von Chlorid ionen und Wasser in der in Schritt (A) hergestellten Mischung zu einer unerwünschten Bildung von korrosiv wirkendem Chlorwasserstoff führt, bzw. die Chlorid ionen selbst zu starker Korrosion an Metalloberflächen führen. Eigene Untersuchungen haben überraschend gezeigt, dass bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens (d.h. mittels Kurzwegverdampfung) regelmäßig auf die Zugabe der aus dem Stand der Technik bekannten, stabilisierend wirkenden Gesamtmenge an Iridiumchlorid und Chromchlorid verzichtet werden kann. Dies vereinfacht einerseits die Verfahrensgestaltung und führt andererseits zu einem ökonomischeren Verfahren, da Iridiumsalze sehr kostspielig sind. Zudem sind Chromverbindungen potentielle Umweltgifte. Ein Verzicht auf Chromsalze führt somit zusätzlich zu einem ökologischeren Verfahren. Particularly preferred is a process of the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein the mixture prepared in step (A) no HMF at a temperature of 120 ° C in the mixture stabilizing amount of lrCI 3 and / or CrCl 3 preferably comprises no IrCl 3 and no CrCl 3 , preferably no iridium halide and no chromium halide, more preferably no HMF at a temperature of 120 ° C in the mixture stabilizing amount of iridium and / or chromium ions, most preferably no iridium - And no chromium ions covers. In some cases, a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred) is preferred, wherein the mixture prepared in step (A) comprises chloride ions in a total amount less than 100 ppm, based on the total amount in step (A) prepared mixture; Preferably, the mixture prepared in step (A) does not comprise chloride ions. Our own investigations have shown that in selected cases the presence of chloride ions and water in the mixture produced in step (A) leads to an undesirable formation of corrosive hydrogen chloride, or the chloride ions themselves lead to severe corrosion on metal surfaces. Our own investigations have surprisingly shown that when carrying out the process according to the invention (ie by means of short-path evaporation) it is possible to dispense regularly with the addition of the stabilizing total amount of iridium chloride and chromium chloride known from the prior art. On the one hand, this simplifies the process design and, on the other hand, leads to a more economical process, since iridium salts are very costly. In addition, chromium compounds are potential environmental toxins. A waiver of chromium salts thus leads in addition to a more ecological process.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei in Schritt (B) kein zusätzli- ches Schleppmittel eingesetzt wird. Übliche, aus dem Stand der Technik bekannte Schleppmittel (regelmäßig auch als Strippmittel bezeichnet) sind Verbindungen, die unter Destillationsbedingungen gasförmig vorliegen. Üblicherweise bevorzugte Schleppmittel sind wenig- oder nicht-reaktive Gase (Schutzgase) (vorzugsweise Stickstoff, Kohlenstoff - dioxid), Alkane mit einem bis acht Kohlenstoffatomen (vorzugsweise Hexan), Ketone (vorzugsweise Aceton, Isobutylketone (vorzugsweise Methylisobutylketon (MIBK)) und Wasser. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt (B) keine zusätzliche Verbindung (als Schleppmittel) eingesetzt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Hexan, Aceton, Isobutylketonen und Wasser, vorzugsweise keine Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Particularly preferred is a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein in step (B) no additional entraining agent is used. Conventional entrainers known from the prior art (also regularly referred to as stripping agents) are compounds which are present in gaseous form under distillation conditions. Commonly preferred entrainers are low or non-reactive gases (inert gases) (preferably nitrogen, carbon dioxide), alkanes of one to eight carbon atoms (preferably hexane), ketones (preferably acetone, isobutyl ketones (preferably methyl isobutyl ketone (MIBK)) and water. According to a particularly preferred embodiment of the process according to the invention, no additional compound (as entrainer) is used in step (B) selected from the group consisting of nitrogen, carbon dioxide, hexane, acetone, isobutyl ketones and water, preferably no compounds selected from the group consisting of
- Schutzgasen, - protective gases,
- Alkanen mit einem bis acht Kohlenstoffatomen, Alkanes of one to eight carbon atoms,
- Ketonen und - Wasser. - ketones and - Water.
Ein Verzicht auf ein gasförmiges Schleppmittel ist immer dann bevorzugt, wenn das erfindungsgemäße Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert) auf einfache und ökonomische Weise bei den besonders bevor- zugten Drücken innerhalb des Bereiches von 0.001 bis 1 mbar und in Kombination mit einer Temperatur im Bereich von 50 bis 250 °C durchgeführt wird (zu den besonders bevorzugten Drücken siehe weiter unten im Text). Die zusätzliche Anwesenheit eines gasförmigen Schleppmittels beeinfiusst regelmäßig auf nachteilige Weise das Vakuum in einem Kurzwegverdampfer. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei Schritt (B) zumindest so lange durchgeführt wird, bis zumindest 80 % des 5-Hyd roxy methy If u rf u ral aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung abgetrennt sind, vorzugsweise bis zumindest 85 % des 5-Hydroxymethylfurfural aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung abgetrennt sind, bevorzugt zumindest 90 % und besonders bevorzugt zumindest 95 %. Dispensing with a gaseous entrainment agent is always preferred when the process of the invention (as described above, preferably as defined above as preferred) in a simple and economical manner at the most preferred pressures within the range of 0.001 to 1 mbar and in combination at a temperature in the range of 50 to 250 ° C (for the most preferred pressures see below in the text). The additional presence of a gaseous entrainment agent regularly adversely affects the vacuum in a short path evaporator. Particular preference is given to a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein step (B) is carried out at least until at least 80% of the 5-hydroxypropyl is optionally removed from the A) are prepared, preferably until at least 85% of the 5-hydroxymethylfurfural are separated from the mixture prepared in step (A), preferably at least 90% and particularly preferably at least 95%.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei die in Schritt (A) hergestellte Mischung umfasst: Particular preference is given to a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as being preferred), the mixture prepared in step (A) comprising:
(b) 5-Hydroxymethylfurfural in einer Menge von 10 Gew.-% oder mehr als 10 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 15 Gew.-%, und bevorzugt weniger als 50 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 40 Gew.-%. (b) 5-hydroxymethylfurfural in an amount of 10% by weight or more than 10% by weight, preferably more than 15% by weight, and preferably less than 50% by weight, more preferably less than 40% by weight. -%.
Die vorstehend genannten Gewichtsprozentangaben beziehen sich auf die Gesamtmasse der in Schritt (A) hergestellten (und ggf. durch Weiterbehandlung erhaltenen) Mi- schung. The abovementioned percentages by weight relate to the total mass of the mixture prepared in step (A) (and optionally obtained by further treatment).
Eigene Untersuchungen haben überraschend gezeigt, dass bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens (d.h. mittels Kurzwegverdampfung) regelmäßig eine vergleichsweise geringe Bildung von Dimeren und/oder Oligomeren des HMF beobachtet wird. Dies ist eine Überraschung, da mit zunehmender Gesamtmenge an HMF in der in Schritt (A) hergesteilten Mischung, insbesondere in Anwesenheit signifikanter Mengen von Brönsted-Säuren (die Säurezahl der Mischung liegt erfindungsgemäß im Bereich von 0.1 bis 15 mg KOH/g) sowohl das Risiko einer Dimeren- und/oder Oligomerenbildung steigt, als auch das Risiko vermehrter Abbaureaktionen. Die in der Kurzwegverdampfung üblichen kurzen Verweilzeiten - und damit schonenden Verdampfungsbedingungen - wirken sich hingegen überraschend günstig auf die vorstehend genannten Risiken aus, so dass die sonst aus dem Stand der Technik bekannte und übliche Menge an HMF in einer entsprechenden Mischung in vielen Fällen ohne Nachteile deutlich überschritten werden darf. So offenbart der bereits oben genannte wissenschaftliche Artikel in Green Chemistry auf Seite 1223, linke Spalte, erster vollständiger Absatz auszugsweise:„[...] and the fraction of 5-HMF in [OMIMJCI is always less than 10% in the dehydration of carbohydrate [...]". Our own investigations have surprisingly shown that when carrying out the process according to the invention (ie by means of short-path evaporation), a comparatively small formation of dimers and / or oligomers of the HMF is regularly observed. This is a surprise given that with increasing total amount of HMF in the Step (A) vorgesteilten mixture, especially in the presence of significant amounts of Bronsted acids (the acid number of the mixture is according to the invention in the range of 0.1 to 15 mg KOH / g) both the risk of dimer and / or oligomer formation increases, as well as the risk increased degradation reactions. On the other hand, the short residence times which are usual in short-path evaporation - and thus gentle evaporation conditions - have a surprisingly favorable effect on the risks mentioned above, so that the otherwise known and customary amount of HMF in a corresponding mixture in many cases becomes apparent without disadvantages may be exceeded. Thus, the above-mentioned scientific article in Green Chemistry on page 1223, left column, first excerpt paragraph extracts: "[...] and the fraction of 5-HMF in [OMIMJCI is always less than 10% in the dehydration of carbohydrates [...] ".
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei die in Schritt (A) hergestellte Mischung 5-Hydroxymethylfurfural in einer Menge von 15 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 20 Gew.-% oder mehr umfasst, bezogen auf die Gesamtmasse der in Schritt (A) hergestellten (und ggf. durch Weiterbehandlung erhaltenen) Mischung. Particularly preferred is a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein the mixture produced in step (A) 5-hydroxymethylfurfural in an amount of 15 wt .-% or more, preferably 20 wt .-% or more, based on the total mass of the mixture produced in step (A) (and optionally obtained by further treatment).
Bevorzugt wird die gemäß Schritt (B) zu trennende Mischung der Verdampferoberfläche des Kurzwegverdampfers in einer vorbestimmten Menge pro Stunde und pro Quadratme- ter der Verdampferoberfläche zugeführt (die sogenannte Flächenbelastung). Unter Flächenbelastung versteht man die Masse der gemäß Schritt (B) zu trennenden Mischung, welche der Verdampferoberfläche des Kurzwegverdampfers in einer Stunde zugeführt wird, bezogen auf einen Quadratmeter der Verdampferoberfläche. Preferably, the mixture to be separated according to step (B) is fed to the evaporator surface of the short-path evaporator in a predetermined amount per hour and per square meter of the evaporator surface (the so-called surface load). By surface loading is meant the mass of the mixture to be separated according to step (B), which is supplied to the evaporator surface of the short path evaporator in one hour, based on one square meter of the evaporator surface.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei in Schritt (B) die Flächenbelastung im Bereich von 2 bis 500 kg in Schritt (A) hergestellte Mischung pro m2 Verdampferfläche pro Stunde liegt, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 400 kg in Schritt (A) hergestellte Mischung) pro m2 Verdampferfläche pro Stunde, besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 350 kg in Schritt (A) hergestellte Mischung pro m2 Verdampferfläche pro Stunde. Nachfolgend wird die Einheit der Flächenbelastung mit kg/h/m2 angegeben. Particularly preferred is a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein in step (B) the surface loading in the range of 2 to 500 kg in step (A) prepared mixture per m 2 evaporator surface per hour, preferably in the range of 50 to 400 kg in step (A) prepared mixture) per m 2 of evaporator surface per hour, more preferably in the range of 80 to 350 kg in step (A) prepared mixture per m 2 of evaporator surface per hour. The unit of surface loading is given below as kg / h / m 2 .
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass bei (deutlicher) Überschreitung des Wertes von 500 kg/h/m2 die Verweilzeit der Mischung auf der Verdampferoberfläche häufig zu gering ist. Dies hat in manchen Fällen zur Folge, dass das HMF (aufgrund der zu hohen Flächenbelastung) nicht vollständig bzw. nicht ausreichend abgetrennt wird. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei in Schritt (B) die Kurzwegverdampfung bei einem Our own investigations have shown that when (significantly) exceeding the value of 500 kg / h / m 2, the residence time of the mixture on the evaporator surface is often too low. In some cases, this means that the HMF is not completely or sufficiently isolated (due to excessive surface loading). Particularly preferred is a method according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein in step (B) the short-path evaporation in a
Druck im Bereich von 0,01 bis 0,9 mbar, vorzugsweise 0,05 bis 0,85 mbar und/oder einer  Pressure in the range of 0.01 to 0.9 mbar, preferably 0.05 to 0.85 mbar and / or one
Temperatur im Bereich von 80 bis 245°C, vorzugsweise 100 bis 240°C, weiter bevorzugt 140 bis 240 °C, insbesondere vorzugsweise 160 bis 220 °C durchgeführt wird. Temperature in the range of 80 to 245 ° C, preferably 100 to 240 ° C, more preferably 140 to 240 ° C, in particular preferably 160 to 220 ° C is performed.
Besonders bevorzugt wird die Kombination aus Druck und Temperatur so gewählt, dass bei einem gegebenen Druck eine Temperatur während der Kurzwegverdampfung vorherrscht, die (i) eine nur geringe thermische Belastung ausübt, aber gleichzeitig (ii) eine weitestgehend akzeptable Trennleistung bewirkt. Besonders bevorzugte Kombinationen aus Druck und Temperatur sind: More preferably, the combination of pressure and temperature is selected so that at a given pressure a temperature prevails during the short path evaporation which (i) exerts only a small thermal load but at the same time (ii) produces a largely acceptable separation performance. Particularly preferred combinations of pressure and temperature are:
Temperaturen im Bereich von 160 bis 250°C, vorzugsweise 175 bis 230°C, beson- ders bevorzugt 190-230°C und Temperatures in the range of 160 to 250 ° C, preferably 175 to 230 ° C, more preferably 190-230 ° C and
Drücke im Bereich von 0,05 bis 0,9 mbar, bevorzugt 0,05 bis 0.6 mbar, besonders bevorzugt von 0,05 bis 0,4 mbar. Pressures in the range of 0.05 to 0.9 mbar, preferably 0.05 to 0.6 mbar, particularly preferably from 0.05 to 0.4 mbar.
Vorzugsweise wird einer der unmittelbar vorstehend genannten, unterschiedlich bevor- zugten Temperaturbereiche mit einem der unmittelbar vorstehend genannten, unterschiedlich bevorzugten Druckbereiche kombiniert. Der Fachmann kann anhand einfacher Experimente besonders bevorzugte und geeignete Kombinationen bestimmen. Preferably, one of the immediately above mentioned, differently preferred temperature ranges is combined with one of the directly above mentioned, differently preferred pressure ranges. The person skilled in the art can determine particularly preferred and suitable combinations by means of simple experiments.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt definiert), wobei die eine oder zumindest eine der mehreren ionischen Flüssigkeiten ein organisches Kation umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus unsubstituierten Imidazoliumionen, substituierten Imidazoliumionen, unsubstituierten Phosphoniumionen und substituierten Phosphoniumionen. Besonders bevorzugte Imidazoliumionen sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 -Methylimidazolium, 1-Ethylimidazolium, 1-(1-Propyl)-imidazolium, 1-(2-Propyl)- imidazolium, 1-(1-Allyl)-imidazolium, 1 -(1 -Butyl)-imidazolium, 1-(1-Octyl)-imidazolium, 1- (l-Dodecyl)-imidazolium, 1-(1-Tetradecyl)-imidazolium, 1-(1-Hexadecyl)-imidazolium, 1 ,3- Dimethylimidazolium, 1 ,3-Diethylimidazolium, 1 ,3-Di(1-Propyl)-imidazolium, 1 ,3-Di(2- Propyl)-imidazolium, 1 ,3-Di(1-Allyl)-imidazolium, 1 ,3-Di(1-Butyl)-imidazolium, 1 ,3-Di(1- Octyl)-imidazolium, 1 ,3-Di(1-Dodecyl)-imidazolium, 1 ,3-Di(1-Tetradecyl)-imidazolium, 1.3- Di(1 -Hexadecyl)-imidazolium. 1-Ethyl-3-methylimidazolium, 1 -(1 -Butyl)-3- methylimidazolium, 1-(1 -Butyl)-3-ethylimidazolium, 1-(1-Hexyl)-3-methyl-imidazolium, 1- (1-Hexyl)-3-ethyl-imidazolium, 1-(1-Hexyl)-3-butyl-imidazolium, 1-(1-Octyl)-3- methylimidazolium, 1-(1-Octyl)-3-ethylimidazolium, 1-(1-Octyl)-3-butylimidazolium, 1-(1- Dodecyl)-3-methylimidazolium, 1-(1-Dodecyl)-3-ethylimidazolium, 1 -(1-Dodecyl)-3- butylimidazolium, 1-(1-Dodecyl)-3-octylimidazolium, 1-(1-Tetradecyl)-3- methylimidazolium, 1-(1-Tetradecyl)-3-ethylimidazolium, 1 -(1-Tetradecyl)-3- butylimidazolium, 1-(1-Tetradecyl)-3-octylimidazolium, 1-(1 -Hexadecyl)-3- methylimidazolium, 1-(1-Hexadecyl)-3-ethyl-imidazolium, 1-(1-Hexadecyl)-3- butylimidazolium, 1-(1-Hexadecyl)-3-octylimidazolium, 1 ,2-Dimethylimidazolium, 1 ,2,3- Trimethylimidazolium, 1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-(1 -Butyl)-2,3- dimethylimidazolium, 1-(1-Hexy!)-2,3-dimethyl-imidazolium, 1-(1-Octyl)-2,3- dimethylimidazolium, 1 ,4-Dimethylimidazolium, 1 ,3,4-Trimethylimidazolium, 1 ,4-Dimethyl- 3-ethylimidazolium, 3-Methylimidazolium, 3-Ethylimidazolium, 3-n-Propylimidazolium, 3-n- Butylimidazolium, 1 ,4-Dimethyl-3-octylimidazolium, 1.4.5-Trimethylimidazolium, 1.3,4.5- Tetramethylimidazolium, 1 ,4,5-Trimethyl-3-ethylimidazolium, 1 ,4.5-Trimethyl-3- butylimidazolium, 1 ,4.5-Trimethyl-3-octylimidazolium, 1-Prop-1-en-3-yl-3- methylimidazolium und 1-Prop-1-en-3-yl-3-butylimidazolium. Insbesondere bevorzugte Imidazoliumionen sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 ,3- Dimethylimidazolium, 1 ,3-Diethylimidazolium, 1 -Ethyl-3-methylimidazolium und 1-(1- Butyl)-3-methylimidazolium. In einigen Fällen sind Mischungen der vorstehend genannten bevorzugten Imidazoliumionen bevorzugt. Bevorzugte Phosphoniumionen sind Tetraalkylphosphoniumionen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetraalkylphosphoniumionen der Formel (II) R1 Particularly preferred is a method of the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), wherein the one or at least one of the plurality of ionic liquids comprises an organic cation selected from the group consisting of unsubstituted imidazolium ions, substituted imidazolium ions, unsubstituted phosphonium ions and substituted phosphonium ions. Particularly preferred imidazolium ions are selected from the group consisting of 1-methylimidazolium, 1-ethylimidazolium, 1- (1-propyl) -imidazolium, 1- (2-propyl) -imidazolium, 1- (1-allyl) -imidazolium, 1 - (1-butyl) -imidazolium, 1- (1-octyl) -imidazolium, 1- (1-dodecyl) -imidazolium, 1- (1-tetradecyl) -imidazolium, 1- (1-hexadecyl) -imidazolium, 1, 3-dimethylimidazolium, 1,3-diethylimidazolium, 1,3-di (1-propyl) -imidazolium, 1,3-di (2-propyl) -imidazolium, 1,3-di (1-allyl) -imidazolium, 1 , 3-di (1-butyl) -imidazolium, 1, 3-di (1-octyl) -imidazolium, 1, 3-di (1-dodecyl) -imidazolium, 1, 3-di (1-tetradecyl) -imidazolium , 1,3-di (1-hexadecyl) -imidazolium. 1-Ethyl-3-methylimidazolium, 1- (1-butyl) -3-methylimidazolium, 1- (1-butyl) -3-ethylimidazolium, 1- (1-hexyl) -3-methylimidazolium, 1- (1 -Hexyl) -3-ethylimidazolium, 1- (1-hexyl) -3-butylimidazolium, 1- (1-octyl) -3-methylimidazolium, 1- (1-octyl) -3-ethylimidazolium, 1- (1-octyl) -3-butylimidazolium, 1- (1-dodecyl) -3-methylimidazolium, 1- (1-dodecyl) -3-ethylimidazolium, 1- (1-dodecyl) -3-butylimidazolium, 1- (1 Dodecyl) -3-octylimidazolium, 1- (1-tetradecyl) -3-methylimidazolium, 1- (1-tetradecyl) -3-ethylimidazolium, 1- (1-tetradecyl) -3-butylimidazolium, 1- (1-tetradecyl ) -3-octylimidazolium, 1- (1-hexadecyl) -3-methylimidazolium, 1- (1-hexadecyl) -3-ethylimidazolium, 1- (1-hexadecyl) -3-butylimidazolium, 1- (1-hexadecyl ) -3-octylimidazolium, 1, 2-dimethylimidazolium, 1, 2,3-trimethylimidazolium, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium, 1- (1-butyl) -2,3-dimethylimidazolium, 1- (1-Hexy !) - 2,3-dimethyl-imidazolium, 1- (1-octyl) -2,3-dimethylimidazolium, 1,4-dimethylimidazolium, 1,3,4-trimethylimidazolium, 1, 4-dimethyl-3-ethylimidazolium, 3-methylimidazolium, 3-ethylimidazolium, 3-n-propylimidazolium, 3-n-butylimidazolium, 1, 4-dimethyl-3-octylimidazolium, 1,4,5-trimethylimidazolium, 1,3,4,5-tetramethylimidazolium, 1, 4,5-trimethyl-3-ethylimidazolium, 1, 4,5-trimethyl-3-butylimidazolium, 1, 4,5-trimethyl-3-octylimidazolium, 1-prop-1-en-3-yl-3-methylimidazolium and 1- prop-1-en-3-yl-3-butylimidazolium. Particularly preferred imidazolium ions are selected from the group consisting of 1, 3-dimethylimidazolium, 1, 3-diethylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium and 1- (1-butyl) -3-methylimidazolium. In some cases, mixtures of the aforementioned preferred imidazolium ions are preferred. Preferred phosphonium ions are tetraalkylphosphonium ions, preferably selected from the group consisting of tetraalkylphosphonium ions of the formula (II) R1
R4^ \ R4 ^ \
R2  R2
R3  R3
(II), wobei 1 , R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, n-Hexyl, n- Octyl, Dodecyl, Tetradecyl, Hexadecyl und Allyl. (II) wherein 1, R2, R3 and R4 are each independently selected from the group consisting of methyl, ethyl, n -propyl, iso -propyl, n -butyl, iso -butyl, n -hexyl, n -octyl, Dodecyl, tetradecyl, hexadecyl and allyl.
Besonders bevorzugte Tetraalkylphosphoniumionen sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus trihexyl(tetradecyl)phosphonium, tributyl(octyl)phosphonium, tributyl(tetradecyl)phosphonium, tetrabutylphosphonium, tributyl(ethyl)phosphonium, triisobutyl(methyl)phosphonium und tributyl(methyl)phosphonium. Particularly preferred tetraalkylphosphonium ions are selected from the group consisting of trihexyl (tetradecyl) phosphonium, tributyl (octyl) phosphonium, tributyl (tetradecyl) phosphonium, tetrabutylphosphonium, tributyl (ethyl) phosphonium, triisobutyl (methyl) phosphonium and tributyl (methyl) phosphonium.
In einigen Fällen sind Mischungen der vorstehend genannten bevorzugten Tetraalkylphosphoniumionen bevorzugt. In some cases, mixtures of the aforementioned preferred tetraalkylphosphonium ions are preferred.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, bevorzugt wie vorstehend als bevorzugt definiert), umfassend das Herstellen einer Mischung umfassend 5-Hydroxymethylfurfurai und das Abtrennen von 5- Hydroxymethylfurfural aus der hergestellten Mischung, mit folgenden Schritten: Particularly preferred is a process according to the invention (as described above, preferably as defined above as preferred), comprising preparing a mixture comprising 5-hydroxymethylfurfurai and separating 5-hydroxymethylfurfural from the prepared mixture, comprising the following steps:
(A) Herstellen der Mischung umfassend: (A) preparing the mixture comprising:
(a) eine oder mehrere ionische Flüssigkeiten, (a) one or more ionic liquids,
(b) 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 10 Gew.-%, (b) 5-hydroxymethylfurfural (HMF) in an amount of 5 to 50% by weight, preferably more than 10% by weight,
(c) 5,5'-[oxybis(methylen)]bis-2-Furancarboxaldehyd in einer Menge von nicht mehr als 7 Gew.-% (c) 5,5 '- [oxybis (methylene)] bis-2-furancarboxaldehyde in an amount of not more than 7% by weight
(d) Wasser in einer Menge von nicht mehr als 0,5 Gew.-%, (d) water in an amount of not more than 0.5% by weight,
(e) sonstige Substanzen, wobei das Verhältnis der Gesamtmasse an ionischen Flüssigkeiten und sonstigen Salzen zu der Masse an 5-Hydroxymethylfurfural in der Mischung im Bereich von 19: 1 bis 1 : 1 liegt, bevorzugt von 10:1 bis 1 : 1 , besonders bevorzugt von 6: 1 bis 1 :1 und ganz besonders bevorzugt von 4:1 bis 1 :1 . und die Säurezahl der Mischung im Bereich von 0,1 bis 15 mg KOH/g liegt, wobei Gewichtsprozentangaben bezogen sind auf die Gesamtmasse der Mischung, wobei die in Schritt (A) hergestellte Mischung als Bestandteil der sonstigen Substanzen eine, mehr als eine oder sämtliche Substanzen umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (e) other substances, wherein the ratio of the total mass of ionic liquids and other salts to the mass of 5-hydroxymethylfurfural in the mixture is in the range of 19: 1 to 1: 1, preferably from 10: 1 to 1: 1, more preferably from 6: 1 to 1: 1 and most preferably from 4: 1 to 1: 1. and the acid number of the mixture is in the range of 0.1 to 15 mg KOH / g, wherein percentages by weight are based on the total mass of the mixture, wherein the mixture produced in step (A) as part of the other substances one, more than one or all Substances comprises, selected from the group consisting of:
(e1 ) Brönsted-Säuren (eingesetzt werden können eine oder mehrere Brönsted-Säuren), (e1) Bronsted acids (one or more Bronsted acids can be used),
(e2) Salze mit anorganischem Kation (eingesetzt werden können eine oder mehrere solcher Salze), (e3) Zucker (Saccharid) (eingesetzt werden können eine oder mehrere solcher Zucker), (e4) Humine, (e5) Furfural und (e2) salts with inorganic cation (one or more of such salts may be used), (e3) sugars (saccharide) (one or more of such sugars may be used), (e4) humins, (f5) furfural and
(e6) Lävulinsäure, wobei das Herstellen der Mischung die folgenden Schritte umfasst: (e6) levulinic acid, wherein the preparation of the mixture comprises the following steps:
(A1 ) durch Brönsted-Säure oder auf sonstige Weise katalysierte Dehydratisierung von ein, zwei oder mehr Startverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexo- sen, Oligosacchariden umfassend Hexose-Einheiten, und Polysacchariden umfassend Hexose-Einheiten, vorzugsweise Fructose und/oder Glucose, in einer Reaktionsmischung umfassend die besagte eine oder die mehreren ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel, so dass eine Produktmischung umfassend 5-Hydroxymethylfurfural erhalten wird, (A1) by Brönsted acid or otherwise catalyzed dehydration of one, two or more starting compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, preferably fructose and / or glucose, in a reaction mixture comprising said one or more ionic liquids as solvent to give a product mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural,
(A2) optional Teil-Neutralisieren der gemäß Schritt (A1 ) erhaltenen Produktmischung oder einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung, und (A2) optionally partially neutralizing the product mixture obtained according to step (A1) or a mixture obtained therefrom in further steps, and
(A3) optional Abtrennen von Wasser und/oder Verbindungen mit einer Siedetemperatur, die bei zumindest einem Druckwert im Bereich von 0,1 bis 500 mbar niedriger ist als die Siedetemperatur des 5-Hydroxymethylfurfurals bei gleichem Druckwert aus der gemäß Schritt (A1 ) erhaltenen Produktmischung oder einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung oder aus der gemäß Schritt (A2) erhaltenen teil-neutralisierten Produktmischung oder aus einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung, (A3) optionally separating water and / or compounds having a boiling temperature which is at least a pressure in the range of 0.1 to 500 mbar lower than the boiling point of 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value from the obtained according to step (A1) product mixture or a mixture obtained therefrom in further steps or from the partially neutralized product mixture obtained according to step (A2) or from a mixture obtained therefrom in further steps,
(B) Abtrennen von 5-Hydroxymethylfurfural aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung mittels Kurzwegverdampfung bei einem Druck im Bereich von 0.001 bis 1 mbar und einer Temperatur im Bereich von 50 bis 250 °C, bis zumindest 85 % des 5- Hydroxymethylfurfural aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung abgetrennt sind, wobei nach Schritt (B) und gegebenenfalls nach Abtrennung weiterer Mischungsbestandteile die eine oder die mehreren ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel eingesetzt werden bei einer durch die besagte Brönsted-Säure katalysierten Dehydratisierung von ein, zwei oder mehr Startverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexo- sen, Oligosacchariden umfassend Hexose-Einheiten, und Polysacchariden umfassend Hexose-Einheiten, in einer Reaktionsmischung gemäß Schritt (A1 ). (B) separating 5-hydroxymethylfurfural from the mixture prepared in step (A) by short path evaporation at a pressure in the range of 0.001 to 1 mbar and a temperature in the range of 50 to 250 ° C, to at least 85% of 5-hydroxymethylfurfural the mixture prepared in step (A) are separated, wherein after step (B) and optionally after separation of further mixture constituents, the one or more ionic liquids are used as solvent in a dehydration of one, two or more catalyzed by said Brönsted acid dehydration Starting compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, in a reaction mixture according to step (A1).
Das oben im Text zu bevorzugten Ausführungsformen Gesagte gilt vorzugsweise auch für die besonders bevorzugte (vorstehend genannte) Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. The comments made above in the text on preferred embodiments preferably also apply to the particularly preferred (above) embodiment of the method according to the invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. Herstellung einer Mischung (Schritt (A)): The invention will be explained in more detail by way of examples. Preparation of a mixture (step (A)):
Dehydratisierung von Sacchariden zu HMF in einer ionischen Flüssigkeit (Semi-Batch-Verfahren): Dehydration of saccharides to HMF in an ionic liquid (semi-batch process):
Die Dehydratisierung wurde in einem 2L-Doppelmantel-Glasreaktor mit Scheibenrührer, Strömungsbrechern und Thermostat, sowie einem Destillat- Übergang mit Schlangenkühler und Anschluss für eine Vakuumpumpe durchgeführt. Als Startverbindung wurde Fructose-Sirup verwendet, der über eine Pumpe dem Reaktor mit einer konstanten Dosierrate zugeführt wurde. The dehydration was carried out in a 2L jacketed glass reactor with disc stirrer, flow breakers and thermostat, and a distillate transfer with snake cooler and connection for a vacuum pump. The starting compound used was fructose syrup which was fed via a pump to the reactor at a constant metering rate.
Als ionische Flüssigkeit wurde ein Salz mit der Formel (I II) eingesetzt (EMIM OMs). The ionic liquid used was a salt of the formula (II) (EMIM OMs).
Figure imgf000027_0001
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(I I I) (I I I)
In einem ersten Teilschritt wurden 1200 g der ionischen Flüssigkeit EMIM OMs (Basionics ST35) zusammen mit 4 ,6 g (ca. 47,9 mmol) Methansulfonsäure (MsOH) als Katalysator in den 2L-Doppelmantel- Glasreaktor vorgelegt. Anschließend wurde diese erste Teilmischung bei 100 mbar auf 150°C erhitzt. In einem zweiten Teilschritt wurden innerhalb von 1 10 min 1200g Fructose-Sirup (als 67% ige Lösung in Wasser) kontinuierlich zudosiert. Die Temperatur der Flüssigphase wurde durch einen zusätzlichen Wärmeeintrag mittels des (externen) Thermostaten durchschnittlich bei 130°C gehalten. Nach beendeter Zugabe des Fructose-Sirups wurde noch für die Dauer von 30 Minuten bei 130°C nachgerührt. Es resultierte eine Produktmischung. Anschließend ließ man die Produktmischung auf Raumtemperatur abkühlen. In a first substep, 1200 g of the ionic liquid EMIM OM (Basionics ST35) together with 4.6 g (about 47.9 mmol) of methanesulfonic acid (MsOH) as catalyst were introduced into the 2L double-walled glass reactor. Subsequently, this first part mixture was heated to 150 ° C. at 100 mbar. In a second sub-step 1200 g of fructose syrup (as a 67% solution in water) were continuously added within 1 10 min. The temperature of the liquid phase was maintained at an average of 130 ° C by an additional heat input by means of the (external) thermostat. After completion of the addition of the fructose syrup was stirred for a further 30 minutes at 130 ° C. This resulted in a product mixture. Subsequently, the product mixture was allowed to cool to room temperature.
Die abgekühlte Produktmischung besaß die folgende Zusammensetzung, wie in Tabelle 1 gezeigt: Tabelle 1 : The cooled product mixture had the following composition as shown in Table 1: Table 1 :
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Der Umsatz betrug 95 % und die Ausbeute an HMF betrug 78 %, bezogen auf die Gesamtmenge an eingesetzter Fructose (aus dem Fructose-Sirup). The conversion was 95% and the yield of HMF was 78%, based on the total amount of fructose used (from the fructose syrup).
Teil-Neutralisieren: Partial neutralization:
Zu der nach Schritt 1 erhaltenen abgekühlten Produktmischung wurden unter Rühren 103,2 g (ca. 45,5 mmol) einer EMIM Hydroxyd-Lösung (EMIM OH, 5.65%ig in Wasser) zugegeben, um die in Schritt 1 als Katalysator für die Dehydratisierung zugegebene Menge an Methansulfonsäure (MsOH) weitestgehend (ca. 95%) zu neutralisieren. Es resultierte eine abgekühlte und teil-neutralisierte Produktmischung. Während der Teil-Neutralisierung stiegen die Leitfähigkeit der abgekühlten Produktmischung von 1521 pS/cm auf 4,70 mS/cm und der pH-Wert von 2,54 auf 4.22 an. 103.2 g (about 45.5 mmol) of an EMIM hydroxide solution (EMIM OH, 5.65% in water) were added with stirring to the cooled product mixture obtained according to step 1, in order to prepare the catalyst used in step 1 as catalyst for the dehydration To neutralize the amount of methanesulfonic acid (MsOH) added as far as possible (about 95%). This resulted in a cooled and partially neutralized product mixture. During partial neutralization, the conductivity of the cooled product mixture increased from 1521 pS / cm to 4.70 mS / cm and the pH from 2.54 to 4.22.
Die abgekühlte und teil-neutralisierte Produktmischung besaß die folgende Zusammensetzung, wie in Tabelle 2 gezeigt: The cooled and partially neutralized product mixture had the following composition as shown in Table 2:
Tabelle 2: Table 2:
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(Di-HMF)
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(Di-HMF)
ionische Flüssigkeit (EMIM OMs) 64 ± 2,5  ionic liquid (EMIM OMs) 64 ± 2.5
Wasser 7,5 ± 1.5  Water 7.5 ± 1.5
Methansulfonsäure (MsOH) < 0, 1  Methanesulfonic acid (MsOH) <0, 1
Sonstige 5 ± 1 .5  Other 5 ± 1 .5
Wasserabtrennung:  Water separation:
Die gemäß Schritt 2 erhaltene abgekühlte und teil-neutralisierte Produktmischung wurde in Schritt 3 zur weitestgehend vollständigen Entfernung des Wassers in einen kontinuierlich betriebenen Glas-Dünnschichtverdampfer (Oberfläche: 920 cm2) überführt und bei einer Temperatur von 160°C und einem Druck von 60 mbar behandelt. Anschließend betrug die Menge an Wasser weniger als 0.3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der wärmebehandelten Produktmischung. Es resultierte eine wasserarme, teilneutralisierte Produktmischung. The cooled and partially neutralized product mixture obtained according to step 2 was transferred in step 3 for the most complete removal of the water in a continuously operated glass thin-layer evaporator (surface: 920 cm 2 ) and at a temperature of 160 ° C and a pressure of 60 mbar treated. Subsequently, the amount of water was less than 0.3 wt .-%, based on the total mass of the heat-treated product mixture. The result was a low-water, partially neutralized product mixture.
Die wasserarme, teil-neutralisierte Produktmischung besaß die folgende Zusammensetzung, wie in Tabelle 3 gezeigt: The low-water, partially-neutralized product mixture had the following composition as shown in Table 3:
Tabelle 3: Table 3:
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Beispiel 2: Abtrennung von HMF mittels Kurzweaverdampfuna (Schritt (B)):
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Example 2: Separation of HMF by means of Kurzweaverdampfuna (step (B)):
Die am Ende des Beispiels 1 resultierende wasserarme, teil-neutralisierte Produktmischung wurde anschließend zur Separierung des HMFs von der ionischen Flüssigkeit in einen Glas-Kurzwegverdampfer des Typs VKL 70-4- SKR der Firma VTA GmbH einer Kurzwegverdampfung unterzogen. The low-water, partially neutralized product mixture resulting at the end of Example 1 was then subjected to short-path evaporation to separate the HMF from the ionic liquid into a glass short-path evaporator of the type VKL 70-4-SKR from VTA GmbH.
Die apparative Anlage zur Kurzwegverdampfung umfasste die folgenden Module: einen beheizten Vorlagebehälter, eine regelbare Zahnradpumpe zur Dosierung der Vorlage, einen Verdampfer mit innenliegendem Rotor, bestückt mit einem Kammwischer aus Grafitteflon, eine über ein HT- Thermostat regelbare Wandheizung, einen Intensivkühler, ausgestaltet als Kühlfinger und gefüllt mit einem Kühlmedium , ein beheizter Sumpfauslass, steuerbar über eine Zahnradpumpe, einen gekühlten Destillatauslass, einen Leichtsiederauslass mit Kühlfalle (insbesondere für Verbindungen mit einer Siedetemperatur, die bei zumindest einem Druckwert im Bereich von 0, 1 bis 500 mbar niedriger ist als die Siedetemperatur des 5-Hydroxymethylfurfurals bei gleichem Druckwert) und eine zweistufig-arbeitende öldrehschieber- pumpe mit zuschaltbarer Diffusionspumpe und Vakuumdrosselung über ein Nadelventil zur Vakuumerzeugung. The apparatus for short path evaporation included the following modules: a heated storage tank, a variable gear pump for dosing the original, an evaporator with internal rotor, equipped with a comb wiper from Grafitteflon, a controllable via an HT thermostat wall heater, an intensive cooler, designed as a cold finger and filled with a cooling medium, a heated sump outlet, controllable via a gear pump, a cooled distillate outlet, a low boiler outlet with cold trap (in particular for compounds having a boiling temperature which is at least a pressure value in the range of 0, 1 to 500 mbar lower than the boiling temperature of the 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value) and a two-stage oil rotary vane pump with switchable diffusion pump and vacuum throttling via a needle valve for vacuum generation.
Die Verdampferoberfläche betrug 465 cm2. Der innenliegende Rotor wurde mit einer Drehzahl von 400 Umdrehungen pro Minute betrieben. Die Temperatur im Vorlagebehälter betrug 50°C. Die Temperatur im Kondensator betrug 35°C. The evaporator surface was 465 cm 2 . The internal rotor was operated at a speed of 400 revolutions per minute. The temperature in the storage tank was 50 ° C. The temperature in the condenser was 35 ° C.
Die Kurzwegverdampfung wurde bei verschiedenen Verdampfungsbedingungen (runs) durchgeführt. Eine Zusammenfassung der Verdampfungsbedingungen sowie der resultierenden Ergebnisse ist in Tabelle 4 wiedergegeben. Short path evaporation was performed at various evaporation conditions (runs). A summary of the evaporation conditions and the resulting results is shown in Table 4.
Tabelle 4: Table 4:
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2 180 0.08 385 2.02 0.82 97.21
Figure imgf000030_0001
2 180 0.08 385 2.02 0.82 97.21
3 185 0.12 399 2,10 0.83 96.923 185 0.12 399 2.10 0.83 96.92
4 190 0,42 1 152 5,69 1 ,05 96,004 190 0.42 1 152 5.69 1, 05 96.00
5 185 0,1 1 452 2,41 0,59 96,465 185 0.1 1 452 2.41 0.59 96.46
6 185 0,45 464 2,48 0,62 96.986 185 0.45 464 2.48 0.62 96.98
7 190 0,09 1 165 5,84 1 ,03 95.437 190 0.09 1 165 5.84 1, 03 95.43
8 190 0.1 1 2426 1 1.99 4,74 82,568 190 0.1 1 2426 1 1.99 4.74 82.56
Das erfindungsgemäße Beispiel 2 zeigt, dass eine effiziente Abtrennung von HMF aus einer ionischen Flüssigkeit ohne Schleppmittel und ohne Zusatz stabilisierend wirkender Mengen anorganischer Salzen erreicht wird. Example 2 according to the invention shows that an efficient separation of HMF from an ionic liquid without entrainer and without the addition of stabilizing amounts of inorganic salts is achieved.
Beispiel 3: Abtrennung von HMF aus einer Mischung ohne Teil-Neutralisieruna: Example 3: Separation of HMF from a mixture without partial neutralization:
Schritt 1 : Dehydratisierung von Sacchariden zu HMF in einer ionischen Flüssigkeit Step 1: Dehydration of saccharides to HMF in an ionic liquid
(Semi-Batch-Verfahren):  (Semi-batch procedure):
Die Dehydratisierung wurde wie oben im Text unter Beispiel 1 , Schritt 1 angegeben, durchgeführt, mit den Unterschieden, dass (i) statt der 4,6 g Methansulfonsäure (MsOH) 20 g Poly(styrolsulfonsäure) (eine nicht-flüchtige Säure, CAS-Nummer: 28210-41-5) eingesetzt wurden und (ii) nach beendeter Zugabe des Fructose-Sirups noch für die Dauer von 90 Minuten (statt 30 Minuten) nachgerührt wurde. The dehydration was carried out as described above in Example 1, Step 1, with the differences that (i) instead of the 4.6 g methanesulfonic acid (MsOH) 20 g poly (styrenesulfonic acid) (a non-volatile acid, CAS) Number: 28210-41-5) were used and (ii) after completion of the addition of the fructose syrup for a further 90 minutes (instead of 30 minutes) was stirred.
Die resultierende Produktmischung besaß die folgende Zusammensetzung (Tabelle 5): The resulting product mixture had the following composition (Table 5):
Tabelle 5: Table 5:
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Wasser 2 ± 0,5
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Water 2 ± 0.5
Polysulfonsäure 1 , 1 ± 0,2 sonstige 6 ± 1 ,5  Polysulfonic acid 1, 1 ± 0,2 other 6 ± 1, 5
Der Umsatz betrug > 95 % und die Ausbeute an HMF betrug ca. 76 %, bezogen auf die Gesamtmenge an eingesetzter Fructose (aus Fructose-Sirup). The conversion was> 95% and the yield of HMF was about 76%, based on the total amount of fructose used (from fructose syrup).
Eine Teil-Neutralisierung wurde anschließend nicht durchgeführt, sondern die resultierende Produktmischung wurde unmittelbar zur weitestgehend vollständigen Entfernung des Wassers in einem Dünnschichtverdampfer bei 1 10°C, einem Druck von 60 mbar und bei 400 Umdrehungen pro Minute (Massenstrom bzw. Zulaufgeschwindigkeit: 600 g/h) mit 16 Liter Stickstoff pro Stunde im Gegenstrom entwässert. Es resultierte eine wasserarme Pro- duktmischung mit einem Wassergehalt von 0.41 Gew.-% und einem HMF-A partial neutralization was then not carried out, but the resulting product mixture was immediately for the most complete removal of the water in a thin film evaporator at 1 10 ° C, a pressure of 60 mbar and at 400 revolutions per minute (mass flow or feed rate: 600 g / h) dewatered with 16 liters of nitrogen per hour in countercurrent. This resulted in a water-poor product mixture with a water content of 0.41% by weight and an HMF
Gehalt von 22,84 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der wasserarmen Produktmischung. Content of 22.84 wt .-%, each based on the total mass of the low-water product mixture.
Schritt 2: Ku rzweg v erd a m pf u ng : Step 2: C u rt ve ction:
Die nach Schritt 1 erhaltene wasserarme Produktmischung (umfassend Polysulfonsäure) wird anschließend mittels Kurzwegverdampfung behandelt, um das HMF von der ionischen Flüssigkeit abzutrennen. Die Kurzwegverdampfung wird in einer Anlage durchgeführt, wie oben im Text unter Beispiel 2 beschrieben. Folgende Verdampfungsbedingungen bzw. Verdampfungsparameter lagen vor: Die Temperatur im Vorlagebehälter betrug 50°C. Die Temperatur im Kondensator betrug 35°C. Die Sumpftemperatur betrug 70°C. Es wurden insgesamt 1743,4 g der wasserarmen Produktmischung in der Kurzwegverdampfung eingesetzt. Die Gesamtmasse des Destillats betrug 381 ,0 g, wobei der Anteil an HMF im Destillat 97,52 Gew.-% betrug. Die Abtrennrate des HMFs mittels Kurzwegverdampfung betrug insgesamt 93,3 %. The low-water product mixture (comprising polysulfonic acid) obtained after step 1 is then treated by short path evaporation to separate the HMF from the ionic liquid. The short-path evaporation is carried out in a plant, as described above in the text under Example 2. The following evaporation conditions or evaporation parameters were present: The temperature in the storage tank was 50 ° C. The temperature in the condenser was 35 ° C. The bottom temperature was 70 ° C. A total of 1743.4 g of the low-water product mixture were used in the short-path evaporation. The total mass of the distillate was 381.0 g, with the proportion of HMF in the distillate being 97.52% by weight. The removal rate of the HMF by short path evaporation was 93.3% in total.
Weitere Parameter sowie die Ergebnisse sind in Tabelle 6 wiedergegeben: Tabelle 6: Further parameters and the results are shown in Table 6: Table 6:
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Figure imgf000033_0001

Claims

Patentansprüche: claims:
1 . Verfahren umfassend das Herstellen einer Mischung umfassend 5- Hydroxymethylfurfural und das Abtrennen von 5-Hydroxymethylfurfural aus der hergestellten Mischung, mit folgenden Schritten: 1 . A process comprising preparing a mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural and separating 5-hydroxymethylfurfural from the prepared mixture, comprising the steps of:
(A) Herstellen der Mischung umfassend: (A) preparing the mixture comprising:
(a) eine oder mehrere ionische Flüssigkeiten, (a) one or more ionic liquids,
(b) 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, (b) 5-hydroxymethylfurfural (HMF) in an amount of 5 to 50% by weight,
(c) 5,5'-[oxybis(methylen)]bis-2-Furancarboxaldehyd (Di-HMF) in einer Menge von nicht mehr als 7 Gew.-%, (c) 5,5 '- [oxybis (methylene)] bis-2-furancarboxaldehyde (Di-HMF) in an amount of not more than 7% by weight,
(d) Wasser in einer Menge von nicht mehr als 0,5 Gew.-%, (d) water in an amount of not more than 0.5% by weight,
(e) sonstige Substanzen, wobei das Verhältnis der Gesamtmasse an ionischen Flüssigkeiten und sonstigen Salzen zu der Masse an 5-Hydroxymethylfurfural in der Mischung im Bereich von 19:1 bis 1 : 1 liegt, bevorzugt von 10:1 bis 1 :1 , besonders bevorzugt von 6: 1 bis 1 :1 und ganz besonders bevorzugt von 4:1 bis 1 :1 . die Säurezahl der Mischung im Bereich von 0, 1 bis 15 mg KOH/g liegt, wobei Gewichtsprozentangaben bezogen sind auf die Gesamtmasse der Mischung, (e) other substances, wherein the ratio of the total mass of ionic liquids and other salts to the mass of 5-hydroxymethylfurfural in the mixture is in the range of 19: 1 to 1: 1, preferably from 10: 1 to 1: 1, especially preferably from 6: 1 to 1: 1 and most preferably from 4: 1 to 1: 1. the acid number of the mixture is in the range from 0.1 to 15 mg KOH / g, weight percentages being based on the total mass of the mixture,
(B) Abtrennen von 5-Hydroxymethylfurfural aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung mittels Kurzwegverdampfung bei einem Druck im Bereich von 0.001 bis 1 mbar und einer Temperatur im Bereich von 50 bis 250 °C. (B) separating 5-hydroxymethylfurfural from the mixture prepared in step (A) by short path evaporation at a pressure in the range of 0.001 to 1 mbar and a temperature in the range of 50 to 250 ° C.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die in Schritt (A) hergestellte Mischung als Bestandteil der sonstigen Substanzen eine, mehr als eine oder sämtliche Substanzen umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (e1 ) Brönsted-Säuren, 2. The method of claim 1, wherein the mixture prepared in step (A) as part of the other substances comprises one, more than one or all substances selected from the group consisting of: (e1) Bronsted acids,
(e2) Salze mit anorganischem Kation, (e2) salts with inorganic cation,
(e3) Zucker, (e4) Humine, (e5) Furfural und (e3) Sugars, (e4) Humines, (e5) Furfural and
(e6) Lävulinsäure. (e6) levulinic acid.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Herstellen der Mischung gemäß Schritt (A) die folgenden Schritte umfasst: 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the preparation of the mixture according to step (A) comprises the following steps:
(A1 ) durch Brönsted-Säure oder auf sonstige Weise katalysierte Dehydratisierung von ein, zwei oder mehr Startverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexo- sen, Oligosacchariden umfassend Hexose-Einheiten, und Polysacchariden umfassend Hexose-Einheiten, vorzugsweise Fructose und/oder Glucose, in einer Reaktionsmischung umfassend die besagte eine oder die mehreren ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel, so dass eine Produktmischung umfassend 5-Hydroxymethylfurfural erhalten wird, (A1) by Brönsted acid or otherwise catalyzed dehydration of one, two or more starting compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, preferably fructose and / or glucose, in a reaction mixture comprising said one or more ionic liquids as solvent to give a product mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural,
(A2) optional Teil-Neutralisieren der gemäß Schritt (A1 ) erhaltenen Produktmischung oder einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung, und (A2) optionally partially neutralizing the product mixture obtained according to step (A1) or a mixture obtained therefrom in further steps, and
(A3) optional Abtrennen von Wasser und/oder Verbindungen mit einer Siedetemperatur, die bei zumindest einem Druckwert im Bereich von 0,1 bis 500 mbar niedriger ist als die Siedetemperatur des 5-Hydroxymethylfurfurals bei gleichem Druckwert aus der gemäß Schritt (A1 ) erhaltenen Produktmischung oder einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung oder aus der gemäß Schritt (A2) erhaltenen teil-neutralisierten Produktmischung oder aus einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung. (A3) optionally separating water and / or compounds having a boiling temperature which is at least a pressure value in the range of 0.1 to 500 mbar lower than the boiling point of 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value from the product mixture obtained according to step (A1) or a mixture obtained therefrom in further steps or from the partially neutralized product mixture obtained according to step (A2) or from a mixture obtained therefrom in further steps.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach Schritt (B) und gegebenenfalls nach Abtrennung weiterer Mischungsbestandteile die eine oder die mehreren ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel für Saccharide, vorzugsweise Fruc- tose und/oder Glucose, eingesetzt werden, 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein after step (B) and optionally after separation of further mixture constituents, the one or more ionic liquids are used as solvents for saccharides, preferably fructose and / or glucose,
bevorzugt bei einer durch Brönsted-Säure oder auf sonstige Weise katalysierten Dehydratisierung von ein, zwei oder mehr Startverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexosen, Oligosacchariden umfassend Hexose-Einheiten, und Polysac- chariden umfassend Hexose-Einheiten, in einer Reaktionsmischung gemäß Schritt (A1 ). in a dehydration of one, two or more starting compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, in a reaction mixture according to step (A1 ).
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach Schritt (B) und gegebenenfalls nach Abtrennung weiterer Mischungsbestandteile die eine oder die mehreren ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel in einer Reaktionsmischung gemäß Schritt (A1 ) bei einer durch Brönsted-Säure katalysierten Dehydratisierung von ein, zwei oder mehr Startverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexosen, Oligosacchariden umfassend Hexose-Einheiten, und Polysacchariden umfassend Hexose-Einheiten eingesetzt werden. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein after step (B) and optionally after separation of further mixture constituents, the one or more ionic liquids as solvent in a reaction mixture according to step (A1) in a Brönsted acid catalyzed dehydration of one, two or more starting compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units are used.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die in Schritt (A) hergestellte Mischung keine HMF bei einer Temperatur von 120 °C in der Mischung stabilisierende Menge an lrCI3 und/oder CrCI3 umfasst, vorzugsweise kein lrCI3 und kein CrCI3 umfasst, vorzugsweise kein Iridiumhalogenid und kein Chromhalogenid umfasst, besonders bevorzugt keine HMF bei einer Temperatur von 120 °C in der Mischung stabilisierende Menge an Iridium- und/oder Chromionen umfasst, ganz besonders bevorzugt keine Iridium- und keine Chromionen umfasst. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the mixture prepared in step (A) comprises no HMF at a temperature of 120 ° C in the mixture stabilizing amount of lrCI 3 and / or CrCI 3 , preferably no lrCI 3 and no CrCl 3 preferably comprises no iridium halide and no chromium halide, more preferably no HMF comprises at a temperature of 120 ° C in the mixture stabilizing amount of iridium and / or chromium ions, most preferably comprises no iridium and no chromium ions.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt (B) kein zusätzliches Schleppmittel eingesetzt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step (B) no additional entraining agent is used.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (B) zumindest so lange durchgeführt wird, bis zumindest 80 % des 5-Hydroxymethylfurfural aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung abgetrennt sind, vorzugsweise bis zumindest 85 % des 5-H yd roxymethy If u rf u ra I aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung abgetrennt sind, bevorzugt zumindest 90 % und besonders bevorzugt zumindest 95 %. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein step (B) is carried out at least until at least 80% of the 5-hydroxymethylfurfural are separated from the mixture prepared in step (A), preferably at least 85% of the 5-H yd roxymethy If u rf u ra I are separated from the mixture prepared in step (A), preferably at least 90% and particularly preferably at least 95%.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die in Schritt (A) hergestellte Mischung umfasst: A process according to any one of the preceding claims, wherein the mixture prepared in step (A) comprises:
(b) 5-Hydroxymethylfurfural in einer Menge von (b) 5-hydroxymethylfurfural in an amount of
10 Gew.-% oder mehr als 10 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 15 Gew.-%, und bevorzugt weniger als 50 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 40 Gew.-%. 10 wt .-% or more than 10 wt .-%, preferably more than 15 wt .-%, and preferably less than 50 wt .-%, more preferably less than 40 wt .-%.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt (B) die Flächenbelastung im Bereich von 2 bis 500 kg in Schritt (A) hergestellte Mischung pro m2 Verdampferfläche pro Stunde liegt, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 400 kg in Schritt (A) hergestellte Mischung) pro m2 Verdampferfläche pro Stunde, besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 350 kg in Schritt (A) hergestellte Mischung pro m2 Verdampferfläche pro Stunde. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step (B) the surface loading in the range of 2 to 500 kg in step (A) prepared mixture per m 2 evaporator surface per hour, preferably in the range of 50 to 400 kg in step ( A) prepared mixture) per m 2 of evaporator surface per hour, more preferably in the range of 80 to 350 kg in step (A) prepared mixture per m 2 of evaporator surface per hour.
1 1. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt (B) die Kurzwegverdampfung bei einem Druck im Bereich von 0,01 bis 0,9 mbar, vorzugsweise 0.05 bis 0,85 mbar und/oder einer 1 1. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step (B) the short-path evaporation at a pressure in the range of 0.01 to 0.9 mbar, preferably 0.05 to 0.85 mbar and / or a
Temperatur im Bereich von 80 bis 245°C, vorzugsweise 100 bis 240°C, weiter bevorzugt 140 bis 240 °C. insbesondere vorzugsweise 160 bis 220 °C durchgeführt wird. Temperature in the range of 80 to 245 ° C, preferably 100 to 240 ° C, more preferably 140 to 240 ° C. in particular preferably 160 to 220 ° C is performed.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die eine oder zumindest eine der mehreren ionischen Flüssigkeiten ein organisches Kation umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus unsubstituierten Imidazoliumionen, substituierten Imidazoliumionen, unsubstituierten Phosphoniumionen und substituierten Phosphoniumionen. 12. A process according to any one of the preceding claims, wherein the one or at least one of the plurality of ionic liquids comprises an organic cation selected from the group consisting of unsubstituted imidazolium ions, substituted imidazolium ions, unsubstituted phosphonium ions and substituted phosphonium ions.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend das Herstellen einer Mischung umfassend 5-Hydroxymethylfurfural und das Abtrennen von 5- Hydroxymethylfurfural aus der hergestellten Mischung, mit folgenden Schritten: 13. A method according to any one of the preceding claims comprising preparing a mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural and separating 5-hydroxymethylfurfural from the prepared mixture, comprising the steps of:
(A) Herstellen der Mischung umfassend: (A) preparing the mixture comprising:
(a) eine oder mehrere ionische Flüssigkeiten, (a) one or more ionic liquids,
(b) 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 10 Gew.-%, (b) 5-hydroxymethylfurfural (HMF) in an amount of 5 to 50% by weight, preferably more than 10% by weight,
(c) 5,5'-[oxybis(methylen)]bis-2-Furancarboxaldehyd in einer Menge von nicht mehr als 7 Gew.-% (c) 5,5 '- [oxybis (methylene)] bis-2-furancarboxaldehyde in an amount of not more than 7% by weight
(d) Wasser in einer Menge von nicht mehr als 0,5 Gew.-%, (d) water in an amount of not more than 0.5% by weight,
(e) sonstige Substanzen, wobei das Verhältnis der Gesamtmasse an ionischen Flüssigkeiten und sonstigen Salzen zu der Masse an 5-Hydroxymethylfurfural in der Mischung im Bereich von 19: 1 bis 1 : 1 liegt, bevorzugt von 10:1 bis 1 : 1 , besonders bevorzugt von 6: 1 bis 1 :1 und ganz besonders bevorzugt von 4: 1 bis 1 :1 , und die Säurezahl der Mischung im Bereich von 0,1 bis 15 mg KOH/g liegt, wobei Gewichtsprozentangaben bezogen sind auf die Gesamtmasse der Mischung, wobei die in Schritt (A) hergestellte Mischung als Bestandteil der sonstigen Substanzen eine, mehr als eine oder sämtliche Substanzen umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (e) other substances, wherein the ratio of the total mass of ionic liquids and other salts to the mass of 5-hydroxymethylfurfural in the mixture is in the range of 19: 1 to 1: 1, preferably from 10: 1 to 1: 1, especially preferably from 6: 1 to 1: 1 and most preferably from 4: 1 to 1: 1, and the acid number of the mixture in the range of 0.1 to 15 mg KOH / g, wherein weight percentages are based on the total mass of the mixture in which the mixture produced in step (A) comprises as constituent of the other substances one, more than one or all substances selected from the group consisting of:
(e1 ) Brönsted-Säuren, (e1) Bronsted acids,
Salze mit anorganischem Kation, (e3) Zucker, Salts with inorganic cation, (e3) sugar,
(e4) Humine, (e4) Humins,
(e5) Furfural und (e6) Lävulinsäure, wobei das Herstellen der Mischung die folgenden Schritte umfasst: (e5) furfural and (e6) levulinic acid, wherein the preparation of the mixture comprises the steps of:
(A1 ) durch Brönsted-Säure oder auf sonstige Weise katalysierte Dehydratisierung von ein, zwei oder mehr Startverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexo- sen, Oligosacchariden umfassend Hexose-Einheiten, und Polysacchariden umfassend Hexose-Einheiten, vorzugsweise Fructose und/oder Glucose. in einer Reaktionsmischung umfassend die besagte eine oder die mehreren ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel, so dass eine Produktmischung umfassend 5-Hydroxymethylfurfural erhalten wird, (A1) by Bronsted acid or otherwise catalyzed dehydration of one, two or more starting compounds selected from the group consisting of hexoses, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, preferably fructose and / or glucose. in a reaction mixture comprising said one or more ionic liquids as solvent to give a product mixture comprising 5-hydroxymethylfurfural,
(A2) optional Teil-Neutralisieren der gemäß Schritt (A1 ) erhaltenen Produktmischung oder einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung, und (A2) optionally partially neutralizing the product mixture obtained according to step (A1) or a mixture obtained therefrom in further steps, and
(A3) optional Abtrennen von Wasser und/oder Verbindungen mit einer Siedetemperatur, die bei zumindest einem Druckwert im Bereich von 0.1 bis 500 mbar niedriger ist als die Siedetemperatur des 5-Hydroxymethylfurfurals bei gleichem Druckwert aus der gemäß Schritt (A1 ) erhaltenen Produktmischung oder einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung oder aus der gemäß Schritt (A2) erhaltenen teil-neutralisierten Produktmischung oder aus einer daraus in weiteren Schritten erhaltenen Mischung, (A3) optionally separating water and / or compounds having a boiling temperature which is at least a pressure value in the range of 0.1 to 500 mbar lower than the boiling point of the 5-hydroxymethylfurfural at the same pressure value from the obtained according to step (A1) product mixture or a mixture obtained therefrom in further steps or from the partially neutralized product mixture obtained according to step (A2) or from a mixture obtained therefrom in further steps,
(B) Abtrennen von 5-Hydroxymethylfurfural aus der in Schritt (A) hergestellten Mi- schung mittels Kurzwegverdampfung bei einem Druck im Bereich von 0,001 bis 1 mbar und einer Temperatur im Bereich von 50 bis 250 °C, bis zumindest 85 % des 5- Hydroxymethytfurfural aus der in Schritt (A) hergestellten Mischung abgetrennt sind, wobei nach Schritt (B) und gegebenenfalls nach Abtrennung weiterer Mischungsbestandteile die eine oder die mehreren ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel eingesetzt werden bei einer durch die besagte Brönsted-Säure katalysierten Dehydratisierung von ein, zwei oder mehr Startverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexo- sen, Oligosacchariden umfassend Hexose-Einheiten, und Polysacchariden umfassend Hexose-Einheiten, in einer Reaktionsmischung gemäß Schritt (A1 ). (B) separating 5-hydroxymethylfurfural from the mixture prepared in step (A) by short path evaporation at a pressure in the range of 0.001 to 1 mbar and a temperature in the range of 50 to 250 ° C until at least 85% of the 5-hydroxy methyl furfural are separated from the mixture prepared in step (A), wherein after step (B) and optionally after separation of further mixture constituents the one or more ionic Liquids are used as solvents in a catalyzed by said Brönsted acid dehydration of one, two or more starting compounds selected from the group consisting of hexoses sen, oligosaccharides comprising hexose units, and polysaccharides comprising hexose units, in a reaction mixture according to step (A1).
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