专利名称：一种从单糖水解液中分离乙酰丙酸的方法
技术领域：
本发明涉及树脂吸附法分离纯化技术，具体涉及一种从单糖水解液中分离乙酰丙酸的方法。
背景技术：
乙酰丙酸(Levulinic Acid，LA)，又名4-氧化戊酸、左旋糖酸或戊隔酮酸。它既具有羧酸的性质，又有酮的性质，因此具有良好的化学反应性，能够进行酯化、氧化还原、取代、聚合等各种反应，合成许多有用的化合物和新型高分子材料，包括树脂、医药、香料、溶剂和油墨、橡胶和塑料助剂、润滑油添加剂、表面活性剂等等。同时，4位上的羰基是一个潜手性基团，可以通过不对称还原获得手性化合物。乙酰丙酸还是一个具有生物活性的分子，同时也是农药、染料的中间体。此外，由乙酰丙酸合成的甲基四氢呋喃能与汽油以任何比例互溶，可直接加入汽油中作为P系列汽车燃料，以提高辛烷值，降低汽车尾气的污染。乙酰丙酸可以从纤维素水解生成单糖并进一步脱水和脱甲酸后得到，而纤维素广泛存在于自然界的生物质资源中，因而利用生物质资源生产乙酰丙酸作为平台化合物，有望解决日益严重的资源危机，走上可持续发展的道路。
乙酰丙酸水解液的分离纯化技术是生产中的一个关键技术。由单糖水解产生的乙酰丙酸水解液中存在残余糖及5-羟甲基糠醛等中性成分、乙酰丙酸、甲酸等有机酸及其他杂质。残余糖及其他中性成分杂质去除较容易，而甲酸和乙酰丙酸同为弱有机酸，给工业分离带来很大的难题。然而到目前为止研究乙酰丙酸分离的相关专利很少，国内外所报导的乙酰丙酸分离方法主要是溶剂萃取法。
适合从水溶液中萃取乙酰丙酸的有机溶剂较多，有甲基异丁基酮(USP2,684,981)、正丁醇和醋酸丁酯(RU 2,174,509)以及仲辛醇(何柱生，从造纸黑液中提取乙酰丙酸的研究。化学工业与工程，2002，19(2)163-166)。另外溶解在有机溶剂中的脂肪二胺和脂肪三胺是羧酸十分优良的萃取剂，也可用于萃取乙酰丙酸(A.Senol.Separation and Purification Technology，2000 21(1-2)165-179)。但溶剂萃取法存在萃取剂消耗量大，萃合物分离困难，处理费用高等缺点，在工业上用溶剂萃取法分离提纯乙酰丙酸存在局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种从单糖水解液中分离乙酰丙酸的方法，用离子交换树脂吸附法从单糖水解液中提取分离出高纯度乙酰丙酸的方法。
本发明采用的技术方案是其步骤如下以单糖水解液为起始原料，经柱层析分离、常压浓缩和减压精馏得到高含量的乙酰丙酸；整个分离过程如下1)弱碱性阴离子交换树脂用湿法装柱，预处理后备用；将单糖水解液通过层析柱，流速为0.5～3.0倍床层体积/小时，温度为20～40℃；2)用去离子水冲洗层析柱，洗去单糖水解液中的中性杂质，流速为0.5～3.0倍床层体积/小时，温度为20～40℃3)用0.1～1.0mol/l的洗脱液将吸附在树脂上的乙酰丙酸洗脱下来，流速为0.3～2.0倍床层体积/小时，温度为20～40℃；分部收集洗脱液，合并纯乙酰丙酸水溶液的流分，常压浓缩和0.01～0.05MPa下精馏即得高含量乙酰丙酸。
所述的弱碱性阴离子交换树脂为335，D301，D315，Amberlite IRA-68，IRA-93，Dowex WGR，Diaion WA-30型号中的一种或其中两种混合树脂。
所述的弱碱性阴离子交换树脂经过预处理后为游离胺型。
所述的洗脱液为盐酸、硫酸或者甲酸的0.1～1.0mol/l的水溶液。
所述的单糖水解液为含有葡萄糖和/或果糖、乙酰丙酸和甲酸的水解液。
本发明具有的有益效果是本发明的高含量乙酰丙酸的制备方法为从单糖水解液中分离提纯出乙酰丙酸。在分离过程中采用离子交换树脂吸附固定床的方法，具有工艺流程简单、生产成本低，易于产业化的优点。最终产品纯度达到98.5％以上，整个工艺过程的总收率高达85％以上，适合工业化生产。
具体实施例方式
实施例11)含17.2mg/ml的葡萄糖、19.6mg/ml的甲酸和18.4mg/ml的乙酰丙酸的混合水解液作为层析分离的起始料液。
2)层析柱尺寸为12×500mm，内部装填335凝胶型多孔环氧弱碱阴离子交换树脂(20-50目)，床层高度为48.5cm(约55ml床层体积BV)。140ml的上述水解液以1BV/h(树脂床层体积/小时)的流速通入层析柱中，温度控制在30℃。进料完成后先用156ml的去离子水冲洗层析柱，流速为1BV/h，以洗去糖等中性杂质。然后用0.5mol/l盐酸水溶液洗脱吸附在树脂上的乙酰丙酸和甲酸，流速为0.5BV/h，分部收集洗脱液，直到所有被吸附的乙酰丙酸和甲酸都洗脱下来为止。
3)用HPLC检测各个流分的组成及其含量，合并纯乙酰丙酸水溶液的流分，常压浓缩和0.01MPa下精馏后即得高含量乙酰丙酸。HPLC检测纯度为99.1％，乙酰丙酸的总收率为77.5％。
实施例21)含12.5mg/ml的葡萄糖、6.5mg/ml的果糖、6.1mg/ml的甲酸和15.3mg/ml的乙酰丙酸的混合水解液作为层析分离的起始料液。
2)层析柱尺寸为12×500mm，内部装填335凝胶型多孔环氧弱碱阴离子交换树脂(20-50目)，床层高度为48.5cm(约55ml床层体积BV)。140ml的上述水解液以3.0BV/h(树脂床层体积/小时)的流速通入层析柱中，温度控制在40℃。进料完成后先用156ml的去离子水冲洗层析柱，流速为0.5BV/h，以洗去糖等中性杂质。然后用1.0mol/l盐酸水溶液洗脱吸附在树脂上的乙酰丙酸和甲酸，流速为2.0BV/h，分部收集洗脱液，直到所有被吸附的乙酰丙酸和甲酸都洗脱下来为止。
得到乙酰丙酸纯品用HPLC检测纯度为98.8％，乙酰丙酸的总收率为75.3％。
实施例31)含葡萄糖12.5mg/ml、乙酰丙酸15.3mg/ml、甲酸9.2mg/ml的混合水解液作为层析分离的起始料液。
2)层析柱尺寸为12×500mm，内部装填335凝胶型多孔环氧弱碱阴离子交换树脂(20-50目)，床层高度为48.5cm(约55ml床层体积BV)。200ml的上述水解液以0.5BV/h(树脂床层体积/小时)的流速通入层析柱中，温度控制在20℃。进料完成后先用156ml的去离子水冲洗层析柱，流速为3.0BV/h，以洗去糖等中性杂质。然后用0.1mol/l盐酸水溶液洗脱吸附在树脂上的乙酰丙酸和甲酸，流速为0.3BV/h，分部收集洗脱液，直到所有被吸附的乙酰丙酸和甲酸都洗脱下来为止。
3)用HPLC检测各个流分的组成及其含量，合并纯乙酰丙酸水溶液的流分，常压浓缩和0.05MPa下精馏后即得高含量乙酰丙酸。HPLC检测纯度为99％，乙酰丙酸的总收率为76.2％。
实施例4实施例1中，弱碱性阴离子交换树脂改用大孔聚苯乙烯系弱碱阴离子交换树脂D301，水解液上样量为120ml(水解液组成及含量与例1相同)。采用与实施例1相同的工艺步骤。得到乙酰丙酸纯品用HPLC检测纯度为95.8％，乙酰丙酸的总收率为73.6％。
实施例5实施例1中，层析柱内装填1∶1的D301和335混合树脂，水解液上样量为130ml(水解液组成及含量与例1相同)。采用与实施例1相同的工艺步骤。得到乙酰丙酸纯品用HPLC检测纯度为96.1％，乙酰丙酸的总收率为74.8％。
实施例6实施例1中，洗脱剂由0.5mol/l的盐酸改为0.6mol/l的硫酸水溶液。采用与实施例1相同的工艺步骤。得到乙酰丙酸纯品用HPLC检测纯度为98.9％，乙酰丙酸的总收率为87.7％。
实施例7实施例1中，洗脱剂由0.5mol/l的盐酸改为0.8mol/l的甲酸水溶液，洗脱剂流速为0.5BV/h。采用与实施例1相同的工艺步骤。得到乙酰丙酸纯品用HPLC检测纯度为99.2％，乙酰丙酸的总收率为78.2％。
实施例8实施例1中，洗脱剂由0.5mol/l的盐酸改为0.6mol/l的盐酸水溶液，洗脱剂流速调为0.88BV/h，采用与实施例1相同的工艺步骤。得到乙酰丙酸纯品用HPLC检测纯度为98.7％，乙酰丙酸的总收率为90.2％。
实施例9实施例1中，洗脱剂由0.5mol/l的盐酸改为0.6mol/l的盐酸水溶液，洗脱剂流速调为1.09BV/h，采用与实施例1相同的工艺步骤。得到乙酰丙酸纯品用HPLC检测纯度为98.8％，乙酰丙酸的总收率为86.9％。
实施例101)含7.8mg/ml的果糖、21.6mg/ml的甲酸和18.8mg/ml的乙酰丙酸的混合水解液作为层析分离的起始料液。
2)层析柱尺寸为12×500mm，内部装填IRA-93型弱碱阴离子交换树脂(20-50目)，床层高度为48.5cm(约55ml床层体积BV)。160ml的上述水解液以1BV/h(树脂床层体积/小时)的流速通入层析柱中，温度控制在30℃。进料完成后先用156ml的去离子水冲洗层析柱，流速为1BV/h，以洗去糖等中性杂质。然后用0.5mol/l盐酸水溶液洗脱吸附在树脂上的乙酰丙酸和甲酸，流速为0.5BV/h，分部收集洗脱液，直到所有被吸附的乙酰丙酸和甲酸都洗脱下来为止。
3)用HPLC检测各个流分的组成及其含量，合并纯乙酰丙酸水溶液的流分，常压浓缩和0.03MPa精馏后即得高含量乙酰丙酸。HPLC检测纯度为98.1％，乙酰丙酸的总收率为73.5％。
以上实施例是进一步阐述本发明的内容，但应当理解本发明不局限于下述实施例。例如，由于弱碱性阴离子交换树脂的生产厂家和品种繁多，很多不同树脂牌号均可满足要求，这些变化都应包括在本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种从单糖水解液中分离乙酰丙酸的方法，其特征在于以单糖水解液为起始原料，经柱层析分离、常压浓缩和减压精馏得到高含量的乙酰丙酸；整个分离过程如下1)弱碱性阴离子交换树脂用湿法装柱，预处理后备用；将单糖水解液通过层析柱，流速为0.5～3.0倍床层体积/小时，温度为20～40℃；2)用去离子水冲洗层析柱，洗去单糖水解液中的中性杂质，流速为0.5～3.0倍床层体积/小时，温度为20～40℃3)用0.1～1.0mol/l的洗脱液将吸附在树脂上的乙酰丙酸洗脱下来，流速为0.3～2.0倍床层体积/小时，温度为20～40℃；分部收集洗脱液，合并纯乙酰丙酸水溶液的流分，常压浓缩和0.01～0.05MPa下精馏即得高含量乙酰丙酸。
2.根据权利要求1所述的一种从单糖水解液中分离乙酰丙酸的方法，其特征在于所述的弱碱性阴离子交换树脂为335，D301，D315，Amberlite IRA-68，IRA-93，Dowex WGR，Diaion WA-30型号中的一种或其中两种混合树脂。
3.根据权利要求1所述的一种从单糖水解液中分离乙酰丙酸的方法，其特征在于所述的弱碱性阴离子交换树脂经过预处理后为游离胺型。
4.根据权利要求1所述的一种从单糖水解液中分离乙酰丙酸的方法，其特征在于所述的洗脱液为盐酸、硫酸或者甲酸的0.1～1.0mol/l的水溶液。
5.根据权利要求1所述的一种从单糖水解液中分离乙酰丙酸的方法，其特征在于所述的单糖水解液为含有葡萄糖和/或果糖、乙酰丙酸和甲酸的水解液。
全文摘要
本发明涉及树脂吸附法分离纯化技术，涉及一种从单糖水解液中分离乙酰丙酸的方法。该方法将含有残余糖及其它中性物质、甲酸等杂质的乙酰丙酸水解液通过弱碱阴离子交换树脂柱。先用去离子水洗去糖等不吸附的杂质，再用酸水溶液洗脱吸附在树脂上的乙酰丙酸和甲酸。乙酰丙酸洗脱液经过常压浓缩和减压精馏即可得到高含量的乙酰丙酸，纯度达到98.5％以上，总收率可达85％以上。该方法具有工艺流程简单、生产成本低，易于产业化的优点。
文档编号C07C59/00GK1775731SQ200510061760
公开日2006年5月24日 申请日期2005年12月1日 优先权日2005年12月1日
发明者任其龙, 刘宝鉴, 杨亦文, 吕秀阳, 陈丰秋, 詹晓力, 黄梅, 苏宝根, 魏作君 申请人:浙江大学