用于制备糠醛的方法
【专利摘要】通过将包含C5糖和/或C6糖的原料水溶液与加热的高沸点水可混溶的溶剂诸如环丁砜和可溶性酸催化剂混合制备糠醛。通过多级蒸馏塔蒸馏出糠醛产物和水，留下非挥发性溶剂。在环丁砜作为反应溶剂的情况下典型的糠醛收率为约80％，转化率高达99％。另外，可溶于反应溶剂中的某些副产物(例如，腐黑物)可通过添加水或原料水溶液沉淀，然后通过过滤去除，从而提供从反应混合物中去除这些不期望的副产物的方便且有效的方式。
【专利说明】用于制备糠醛的方法
[0001]本专利申请根据35U.S.C.§ 119(e)，要求提交于2011年12月28日的美国临时申请N0.61/580，711 ;以及提交于2011年12月28日的美国临时申请N0.61/580，714的权益；上述文献各自均以引用方式并入本文。
【技术领域】
[0002]本发明提供用于由C5和C6糖制备糠醛的方法。
【背景技术】
[0003]糠醛以及相关化合物是用于用作药物、除草剂、稳定剂和聚合物的工业化学品的有用前体和原料。当前糠醛制备方法利用生物质诸如玉米棒、甘蔗渣、柳枝稷或木材废料作为原材料用于获得葡萄糖、葡萄糖低聚物、纤维素、木糖、木糖低聚物、阿拉伯糖、半纤维素以及其它C5和C6糖单体、二聚体、低聚物和聚合物。
[0004]半纤维素和纤维素在酸性条件下水解成它们的组分糖，诸如葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖和阿拉伯糖。作为戊糖(即，C5单糖)的木糖是以最大量存在于半纤维素中的糖。在类似酸性水环境中，C5糖随后脱水并环化成糠醛。在类似条件下，C6糖可被水解并以低收率转化成糠醛。
[0005]在由John W.Dunning等人在美国专利N0.2，559，607中公开的方法中，使用硫酸(1.5-5重量％ )在压力和140°C至165°C的温度下将含水的戊糖(1.5-10% )转化成糠醛。使用三种方法从戊糖溶液中分离糠醛产物。在前两种方法中，糠醛通过萃取到甲苯中去除；在第三种方法中，糠 醛通过汽提去除。Dunning等人声称使用前两种方法收率高达80%，并且使用第三种方法略降低收率。这些收率基于所述方法中转化的木糖的量计，其通常要求重新处理可溶性木糖流数次以达到仅约50%木糖转化率。
[0006]在由Andrew P.Dunlop (美国专利2，536，732)公开的方法中，糠醛以至多82%的收率制备，其中将木糖水溶液进料至基本上不溶于水的溶剂(限于如下溶剂种类:烷基化苯、多卤化苯、以及氯化联苯)，其中反应釜为作为分离相的含水的木糖和溶剂的双相反应混合物。82%的收率在每100份水溶液0.39份木糖下获得，但是在更高的木糖进料浓度(每100份水溶液9.38份木糖)下仅获得49%收率。
[0007]在由David J.Medeiros等人在美国专利N0.4，533，743中公开的方法中，使戍糖水溶液在无机酸催化剂的存在下于高温高压下反应以使糠醛收率和选择率最大化。所述方法利用活塞流反应器和四个条件的组合:进入反应器之前的戊糖-含水进料溶液中的戊糖浓度在添加酸之前为水溶液的1%至10% ;在进入反应器之前，反应器中的无机酸的浓度为0.05至0.2当量浓度；反应器在2201:至3001:的温度下操作；并且反应器中戊糖的停留时间为0.5至100秒。反应器压力足够高以防止水溶液在所用高温下蒸发，所述压力为约1000psi至2000psi (6.895MPa至13.79MPa)。在所述方法的一个配置中，用水不混溶性萃取溶剂分离由木糖流产生的糠醛。一次通过后的糠醛收率为66%。因为发生木糖的不完全转化，水溶液可再循环用于附加收率。被转化木糖的选择率为73%。较快的流量以降低转化率为代价增加选择率，表明使用多次循环，最大收率将达到80-85%。在第二配置中，在反应前，将木糖水溶液与不混溶的溶剂甲苯混合。转化率为98%并且收率为71%。
[0008]在由Takeshi Suzuki 等人(Applied Catalysis A:General2011,第 408 卷第117-124页)公开的方法中，采用固体酸催化剂将木糖转化成糠醛；本领域所述的固体酸催化剂工艺要求高反应温度和压力和/或超临界溶剂以在高收率下获得糠醛的选择性制备，并且常常由腐黑物在催化剂上的聚集去活化。
[0009]在由Haruo Kawamoto 等人(J.Wood Science, 2007,第 53 卷，第 I27-133 页)公开的方法中，在> 200°C下用酸催化剂并用蒸汽热解环丁砜中的C6糖低聚糖纤维素以大约27%收率获得糠醛；在不添加蒸汽或水的情况下，糠醛的收率为< 20%。
[0010]仍然需要在高收率和高转化率下制备糠醛的方法，所述方法能够以分批或连续模式操作，并且其允许以分批或连续模式去除可溶性腐黑物副产物。还期望此类方法不需要高压设备来进行。
【发明内容】
[0011]在本发明的一个方面，存在一种方法，所述方法包括:
[0012](a)提供包括设置在反应容器的顶部上的蒸馏塔的反应器，其中所述反应容器包含酸溶液，所述酸溶液包含水可混溶的有机溶剂中的可溶性酸催化剂；
[0013](b)使原料水溶液与反应容器中的酸溶液接触足以产生水与糠醛的混合物的停留时间，其中所述原料水溶液包含C5糖、C6糖或它们的混合物，并且其中所述反应容器的内容物处在100-250°c范围内 的温度和0.0001-0.2IMPa范围内的压力下；
[0014](c)从所述蒸馏塔的顶部去除水与糠醛的混合物；以及
[0015](d)将水或水溶液添加到包含有机溶剂、酸催化剂、水、未反应的糖和非挥发性副产物的反应容器的内容物的至少一部分中，以使水不溶性副产物沉淀并去除所述沉淀的水不溶性副产物。
[0016]在另一方面，存在一种方法，所述方法包括以下步骤:
[0017]a)在反应容器中提供水可混溶的有机溶剂和可溶性酸催化剂，其中所述溶剂的沸点高于约100°c ；
[0018]b)提供原料水溶液，其包含:至少一种(:5糖、至少一种(:6糖、或至少一种C5糖和至少一种C6糖的混合物；
[0019]c)将所述原料溶液加入反应容器中以形成反应混合物，其中
[0020]i)所述反应混合物的温度为约100°C至约250°C ；
[0021]ii)所述反应混合物压力为OMPa至约0.2IMPa,并且
[0022]iii)所述原料、有机溶剂和催化剂接触足够的时间以进行反应从而产生糠醛和水；
[0023]d)通过多级蒸馏塔经由回流从所述反应混合物中去除糠醛和水的蒸气；
[0024]e)冷凝并收集糠醛和水的溶液；以及
[0025]f)从在步骤e)中收集的糠醛和水的溶液中回收糠醛。
[0026]在本文所公开的本发明的一个实施例中，在步骤c)之前将反应容器的内容物加热至约100°C至约250°C的温度。[0027]在本文所公开的本发明的另一个实施例中，所述方法还包括以下步骤:
[0028]g)在混合室中用水或用包含如下物质的原料水溶液稀释反应容器中的剩余内容物或其一部分:至少一种C5糖、至少一种C6糖、或至少一种C5糖和至少一种C6糖的混合物，从而使水不溶性副产物沉淀；
[0029]h)去除在步骤g)中沉淀的副产物，以及
[0030]i)将步骤h)之后剩余的溶液进料回所述反应容器中。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]本发明的各种特征和/或实施例示出于如下所述的附图中。这些特征和/或实施例仅是代表性的，并且选择将这些特征和/或实施例包括在附图中不应被认为附图中未包括的主题不适用于实施本发明，或附图中未包括的主题被排除在所附权利要求和它们的等同内容的范围之外。
[0032]图1是根据本发明的各种实施例，用于以分批模式制备糠醛的示例性反应器配置的示意图。
[0033]图2是根据本发明的各种实施例，用于以连续模式制备糠醛的另一个示例性反应器配置的示意图。
【具体实施方式】
[0034]定义
[0035]结合以下术语描述本文所述的方法。
[0036]如本文所用，术语“糖”包括单糖、二糖和低聚糖。单糖或“单糖”是包含至少三个碳原子的直链多羟基醇的醛或酮衍生物。戊糖是具有五个碳原子的单糖；一些例子为木糖、阿拉伯糖、来苏糖和核糖。己糖是具有六个碳原子的单糖；一些例子为葡糖糖和果糖。二糖分子(例如，蔗糖、乳糖和麦芽糖)由两个共价连接的单糖单元组成。如本文所用，“低聚糖”分子由约3至约20个共价连接的单糖单元组成。
[0037]如本文所用，术语“Cn糖”包括具有η个碳原子的单糖；包含具有η个碳原子的单糖单元的二糖；以及包含具有η个碳原子的单糖的低聚糖。因此，“C5糖”包括戊糖、包含戊糖单元的二糖、以及包含戍糖单元的低聚糖。
[0038]如本文所用，术语“半纤维素”是指包含C5和C6单糖单元的聚合物。半纤维素由短的高度支化的糖链组成。与作为仅有葡萄糖的聚合物的纤维素相反，半纤维素是五种不同糖的聚合物。其包含五碳糖(通常为D-木糖和L-阿拉伯糖)以及六碳糖(D-半乳糖、D-葡萄糖和D-甘露糖)。半纤维素还可包含糖醛酸，其中末端碳的羟基已经被氧化成羧酸的糖，诸如，D-葡糖醛酸、4-0-甲基-D-葡糖醛酸、以及D-半乳糖醛酸。所述糖被部分乙酰化。通常，乙酰基含量为所述半纤维素的总重量的I重量％至10重量％。木糖通常是存在于半纤维素中的最大量的糖单体。
[0039]如本文所用，术语“高沸点”表示在0.1OlMPa下具有高于约100°C的沸点的溶剂。
[0040]如本文所用，术语“有机”表示含碳化合物，但下列情况除外:二元化合物如碳氧化物、碳化物、二硫化碳等；三元化合物诸如金属氰化物、金属羰基化合物、光气、羰基硫化物；以及金属碳酸盐诸如碳酸钙和碳酸钠。[0041]如本文所用，术语“水可混溶的有机溶剂”是指在进行反应的温度下可与水形成单相溶液的有机溶剂。
[0042]如本文所用，术语“催化量”是指相对于反应物，催化剂的亚化学计量。
[0043]如本文所用，术语“选择率”是指经过特定时间段，产生的糠醛摩尔数除以转化成产物的木糖摩尔数。
[0044]如本文所用，术语“有机酸”是指具有酸性特性的有机化合物；一些例子为乙酸、甲酸和甲烷磺酸。
[0045]如本文所用，术语“无机酸”是指区别于有机酸的无机酸。一些例子为硫酸、硝酸、磷酸和盐酸。
[0046]如本文所用，术语“杂多酸”表示含氧酸，其具有经由氧桥连接至W、Mo或V的作为中心原子的P、As、Si或B。一些例子为磷钨酸、磷钥酸。
[0047]如本文所用，术语“腐黑物”是得自酸诱导的糖和糠醛降解的黑色、非晶态副产物。
[0048]在一个实施例中，存在一种用于制备糠醛的方法，所述方法包括提供包括设置在反应容器的顶部上的蒸馏塔的反应器配置，其中所述反应容器包含酸溶液，所述酸溶液包含水可混溶的有机溶剂中的可溶性酸催化剂。图1示出了示例性反应器配置的示意图，所述反应器配置包括设置在反应容器15的顶部上的蒸馏塔10，其中所述蒸馏塔包括冷凝器并且其中反应容器15包含酸溶液2，所述酸溶液包含可溶性酸催化剂和水可混溶的有机溶剂。 [0049]所述水可混溶的有机溶剂在大气压下具有高于约100°C的沸点。合适的水可混溶的有机溶剂的例子包括但不限于:环丁砜、聚乙二醇、异山梨醇二甲基醚、异山梨醇、碳酸亚丙酯、聚(乙二醇)二甲基醚、己二酸、二甘醇、1，3_丙二醇、Y-丁内酯、以及Y-戊内酯。在一个实施例中，所述水可混溶的有机溶剂为PEG4600、PEG10000、PEG1000、Y-戊内酯、Y-丁内酯、异山梨醇二甲基醚、碳酸亚丙酯、己二酸、聚(乙二醇)二甲基醚、异山梨醇、Cerenol?270(聚(1，3-丙二醇))、Cerenol?1000 (聚(1，3-丙二醇))、或二甘醇。在一个实施例中，水可混溶的有机溶剂为环丁砜。
[0050]可溶性催化剂为水溶性的并且包括无机酸、杂多酸、有机酸或它们的组合。在一个实施例中，所述酸催化剂为无机酸，其包括硫酸、磷酸、盐酸、或它们的组合。在另一个实施例中，所述酸催化剂为杂多酸，其包括磷钨酸、磷钥酸、或它们的组合。在其它实施例中，所述酸催化剂为有机酸，其包括草酸、甲酸、乙酸、烷基磺酸、芳基磺酸、卤代乙酸、卤代烷基磺酸、卤代芳基磺酸、或它们的组合。合适的烷基磺酸的例子为甲烷磺酸。合适的芳基磺酸的例子为甲苯磺酸。合适的卤代乙酸的例子为三氯乙酸。合适的卤代烷基磺酸的例子为1，1，2,2-四氟乙磺酸。合适的卤代芳基磺酸的例子为氟苯磺酸。
[0051]基于所述酸加溶剂的总重量计，可溶性酸催化剂以在0.01-12重量％或0.01-5重量％或0.1-1.5重量％的范围内的含量存在于水可混溶的有机溶剂中。在一些实施例中，存在于溶剂中的酸的含量介于并任选地包括下列值中的任两个:0.01、0.05,0.10,0.15、0.20,0.50,1.0,1.5,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0、9.0 和 10 重量 ％。酸催化剂的最佳含量将受使用的具体溶剂和反应条件的影响，并且反应条件易于由本领域技术人员确定。
[0052]用于制备糠醛的方法还包括，如图1中所示，使原料水溶液I与酸溶液2接触以在反应容器15中形成反应混合物22并持续足够的停留时间以产生包含水7和糠醛8的混合物5。在一个实施例中，原料水溶液I包含C5糖、C6糖或它们的混合物。在另一个实施例中，反应溶液处在90-250°C的范围内的温度和0.0001-0.2IMPa范围内的压力下。
[0053]原料水溶液包含至少一种C5糖、至少一种C6糖、或至少一种C5糖和至少一种C6糖的混合物。合适的C5糖(戊糖)的例子包括但不限于木糖、阿拉伯糖、来苏糖以及核糖。合适的(:6糖(己糖)的例子包括但不限于葡萄糖、果糖、甘露糖、以及半乳糖。
[0054]在一个实施例中，原料水溶液包含木糖。在其它实施例中，原料水溶液包含葡萄糖。在另一个实施例中，原料水溶液包含木糖和葡萄糖。
[0055]基于所述原料水溶液的总重量计，存在于原料水溶液中的糖(C5糖、C6糖、或它们的混合物)的总量在0.1-99重量％或1-50重量％或5-35重量％或5_10重量％的范围内。在一些实施例中，存在于原料溶液中的C5糖的含量为介于并任选地包括下列值中任两个的重量百份比:0.1,0.5、1、2、3、4、 5、6、7、8、9、10、15、17、19、21、23、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95 和 99 重量％。
[0056]反应容器15中的反应混合物22的温度为约100-250 V或100-190 V或120-180°C。在一些实施例中，反应混合物的温度介于并任选地包括下列值中任两个:100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240 和 250 0C0
[0057]反应在小于约0.2IMPa的压力下进行，因此省去了对用于一些早期方法中的高压设备的需要。在一个实施例中，反应容器15和蒸馏塔10保持在小于0.21MPa或小于
0.1lMPa或小于0.050MPa的压力下。用于制备糠醛的方法还包括，如图1所示，从蒸馏塔10的顶部去除包含水7和糠醛8的混合物5。随着反应继续进行，通过多级蒸馏塔10经由回流从反应混合物22中去除糠醛8和水7的蒸气、冷凝、并收集作为包含糠醛8和水7的溶液5。在蒸馏过程中使用分级允许更有效地从反应混合物22中汽提出糠醛8，并使塔顶水可混溶的溶剂的损失最小化。这通过驱使反应向完全进行并通过使副产物的形成最小化来增加糠醛收率。
[0058]用于制备糠醛的方法还包括，如图1所示，在混合区3中将水7或原料水溶液I添加到包含有机溶剂、酸催化剂、水、未反应的糖以及非挥发性副产物的反应容器15的内容物的至少一部分23中，以沉淀水不溶性副产物4并从剩余的溶液6中去除沉淀的水不溶性副产物4。
[0059]在一个实施例中，所述方法是分批模式，参照图1，反应容器15最初用包含高沸点的水可混溶的溶剂和催化量可溶性酸的酸溶液2装填。将反应容器15的内容物加热至反应温度。随时间推移将包含(:5和/或C6糖的原料水溶液I添加到热反应容器15中。糖经历由原料水溶液I向糠醛8连同水7的化学转化，并且然后，由反应产生的水通过配备有冷凝器的多级蒸馏塔10经由回流从反应混合物22中去除。这使得糠醛8在反应混物22的酸性环境中的停留时间最小化从而使其降解最小化。将糠醛8与水7分离并通过本领域已知的任何方便的方法纯化，然后分离产物糠醛8。水或者再循环至原料水溶液的源中或者从所述方法中释放。在反应完全之后，非挥发性组分保留在反应容器15中，其包含但不限于，高沸点水可混溶的溶剂、可溶性酸、未反应的糖、以及不期望的副产物诸如腐黑物。水不溶性副产物可通过用导致腐黑物4沉淀的水7或原料水溶液7稀释反应容器15的内容物的至少一部分23来去除。溶液6与腐黑物分离并可再循环入另一个批量方法中。添加的水或原料水溶液与反应容器内容物的比率(本文中称为“稀释比”)可以为按体积计约0.5: I直至100: I。较高的稀释造成越多的腐黑物沉淀，并且较低的稀释比导致沉淀较少。在一个实施例中，所述比率按体积计为约3: I至约20: I。在一个实施例中，所述比率按体积计为约1:1至约10: I。在一些实施例中，稀释比介于并任选地包括下列值中任两个:按体积计，0.5: 1、1: 1、2: 1、3: 1、4: 1、5: 1、6: 1、7: 1、8: 1、9: UlO: 1、12: 1、14: 1、16: 1、18: 1、20: 1、25: 1、30: 1、35: 1、40: 1、45: 1、50: 1、55: 1、60: 1、70: 1、80: 1、90: I 和 100: I。
[0060]在环丁砜作为反应溶剂的情况下典型的糠醛收率为约80%，转化率高达99%。另外，可溶于反应溶剂中的某些副产物(例如，腐黑物)可通过添加水或水溶液沉淀，然后通过过滤去除，从而提供从所述反应混合物中去除这些不期望的副产物的方便且有效的方式。
[0061]在本文所述方法的另一个实施例中，所述方法连续运行。图2示出了根据本发明的各种实施例，用于以连续模式制备糠醛的另一个示例性反应器配置的示意图。参照图2，反应容器15最初用包含高沸点的水可混溶的溶剂和催化量的可溶性酸的酸溶液2装填。将反应容器15的内容物加热至反应温度。将包含C5和/或C6糖溶液的原料水溶液I添加到热反应容器15中。糖经历由进料向糠醛连同水的化学转化，并且然后由反应产生的水通过配备有冷凝器的多级蒸馏塔10经由回流从反应混合物22中去除。这使得糠醛8在酸性环境中的停留时间最小化从而使其降解最小化。将糠醛8与水7分离并通过本领域已知的任何方便的方法纯化，然后分离产物糠醛8。水7可再循环至原料水溶液I的源中或可用于沉淀非挥发性反应副产物或可从所述方法中释放。 [0062]在混合区3中，用原料水溶液I或水7稀释反应容器15的内容物的至少一部分23。这引发了不期望的副产物诸如腐黑物4的沉淀。水或原料水溶液与反应容器内容物23的比率(本文中称为“稀释比”)可以为按体积计约0.5: I直至100: I。在一个实施例中，所述比率按体积计为约1:1至约10: I。如上所述，可使用任何合适的稀释比。沉淀的副产物4通过任何方便的方式诸如过滤或离心来去除。分离的固体4被输送并洗涤以回收保留在湿固体中的任何反应溶剂、糠醛或糖。用水或原料水溶液洗涤固体；用原料溶液洗涤允许实现期望的溶剂和糖的回收和再循环而不向所述过程中添加附加的水。
[0063]需要的话，然后将洗涤的固体进一步干燥。分离的固体可被输送并作为能量源燃烧。可将不含沉淀的液体6返回至原料水溶液I的源，或返回到反应容器15中。
[0064]去除固体4后剩余的不含沉淀的液体6进入pH调节室中，其中根据需要，通过添加补充酸溶液2来调节溶液的pH。这样做是为了补充在所述过程中降解或换句话讲损失的任何酸。在一个实施例中，通过蒸发浓缩不含沉淀的液体6，然后其与酸溶液2或水可混溶的有机溶剂9混合，并且然后将所得的混合物6’与含水的原料流混合以形成预混合的原料溶液I。所述预混合的原料溶液I最终进料至反应容器15。可将原料I的流部分地或完全地调节成流向反应容器15并与6或6’混合，或可调节成流向混合区3以与溶液23混合。因此，使用原料溶液I和/或水7从来自反应容器15的反应混合物22的至少一部分23中沉淀并去除腐黑物4，同时从反应容器15中蒸馏出水和糠醛进入蒸馏塔10中，构建进出反应容器15的组分以及所述过程的其它组分的连续流。如由图2中箭头所指示的液体和固体的流动可与进口流和出口流的适当平衡同时发生。
[0065]上述方法以高收率和高转化率由C5和/或C6糖制备糠醛，而不在反应容器中产生不溶性炭化。在一个实施例中，糠醛收率在15-85%或45-85%或60-85%的范围内。在另一个实施例中，C5和/或C6糖转化率在30-100 %或80-100 %或90-100 %的范围内。本发明所公开的方法能够以分批或连续模式操作。所述方法可以不需要高压设备来进行。另外，可溶于反应溶剂中的某些副产物(例如，腐黑物)可通过添加水或水溶液沉淀，并且然后(例如，通过过滤)去除，从而提供以分批和连续操作模式从所述反应混合物中去除这些不期望的副产物的方便且有效的方式。
[0066]在本文所公开的本发明的一个实施例中，本发明所提供的方法包括以下步骤:
[0067]a)在反应容器中提供水可混溶的有机溶剂和可溶性酸催化剂，其中所述溶剂的沸点高于约100°c ；
[0068]b)提供原料水溶液，其包含:至少一种C5糖、至少一种C6糖、或至少一种C5糖和至少一种C6糖的混合物；
[0069]c)将所述原料溶液添加到反应容器中以形成反应混合物，其中
[0070]i)所述反应混合物的温度为约100°C至约250°C ；
[0071]ii)所述反应混合物的压力为OMPa至约0.2IMPa,并且
[0072]iii)所述原料、有机溶剂和催化剂接触足够的时间以进行反应从而产生糠醛和水；
[0073]d)通过多级蒸馏塔经由回流从所述反应混合物中去除糠醛和水的蒸气； [0074]e)冷凝并收集糠醛和水的溶液；以及
[0075]f)从收集的溶液中回收糠醛。
[0076]在本文所公开的本发明的一个实施例中，在步骤c)之前将反应容器的内容物加热至约100°C至约250°C的温度。
[0077]在本文所公开的本发明的另一个实施例中，所述方法还包括以下步骤:
[0078]g)在混合室中用水或用包含如下物质的原料水溶液稀释反应容器的剩余内容物或其一部分:至少一种C5糖、至少一种C6糖、或至少一种C5糖和至少一种C6糖的混合物，从而使水不溶性副产物沉淀；
[0079]h)去除在步骤g)中沉淀的副产物，以及
[0080]i)将步骤h)之后剩余的溶液进料回所述反应容器中。
[0081]可通过蒸发将步骤h)之后剩余的溶液浓缩，然后将其进料回反应容器中。
[0082]如本文所用，在不定冠词“一个”或“一种”用于陈述或描述本发明方法中存在的步骤时，应当了解，除非明确提供了相反的陈述或描述，此类不定冠词的使用不将所述方法中存在的步骤数限制为一。
[0083]如本文所用，当数量、浓度或其它数值或参数以范围，优选范围或优选上限数值和优选下限数值的列表形式给出时，它应被理解为具体地公开由任何范围上限或优选数值和任何范围下限或优选数值的任何一对所构成的所有范围，而不管所述范围是否被单独地公开。凡在本文中给出某一数值范围之处,该范围都意在包括其端点，以及位于该范围内的所有整数和分数，除非另行指出。不旨在将本发明的范围限制为限定范围时详述的具体值。
[0084]如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”或“含有”，或者其任何其他变型旨在包括非排他的包括。例如，包含一系列元素的组合物、混合物、工艺、方法、制品或设备不必仅限于那些元素，而可以包括其他未明确列出的元素，或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或设备固有的元素。此外，除非有相反的明确说明，“或”是指包含性的“或”，而不是指排他性的“或”。例如，以下中任一者均满足条件A或B:A是真的(或存在的)且B是假的(或不存在的)、A是假的(或不存在的)且B是真的(或存在的)、以及A和B都是真的(或存在的)。
[0085]如本文所用，术语“发明”或“本发明”是非限制性术语，并不旨在是指本发明的任何单独变化，而是涵盖如本说明书和权利要求所述的所有可能的变化。
[0086]如本文所用，修饰本发明的成分或反应物的量使用的术语“约”是指可以通过例如以下方式而发生的用数字表示的量的变化:在真实世界中用于制备浓缩物或使用溶液的一般测量和液体处理操作；通过这些操作中非故意的误差；通过在制备组合物或进行所述方法所使用的成分的制造、来源、或纯度方面的差异等。术语“约”还涵盖由于相对于由特定起始混合物所得的组合物的不同平衡条件而不同的量。无论是否通过术语“约”来修饰，权利要求包括量的等同量。术语“约”可表示在报告数值的10%以内，优选地在报告数值的5%以内。
[0087]SM
[0088]本文所述的方法在以下实例中示出。从上文的讨论和这些实例中，本领域的技术人员能够确定本发明的特性，并且在不脱离其实质和范围的情况下，能对本发明进行各种变化和修改以适应不同的用途和条件。
[0089]缩写
[0090]缩写的含义 如下:“BP”是指在0.1OlMPa压力下的沸点，“cm”是指厘米，“DMS0”是指二甲基亚砜，“MP”是指熔点，“FF”是指糠醛，“g”是指克，“h”是指小时，“HPLC”是指高压液相色谱，“m”是指米，“min”是指分钟，“mL”是指毫升，“mm”是指毫米，“MPa”是指兆帕，“PTFE”是指聚(四氟乙烯)，“rpm”是指每分钟转数，“wt % ”是指重量％，“ μ L”是指微升并且“μ m”是指微米。
[0091]材料
[0092]木糖购自Sigma-Aldrich Corporation (St.Louis, MO)。以下溶剂和试剂购自Sigma-Aldrich Corporation (St.Louis, MO):环丁讽、PEG (聚乙二醇)4600、PEG10, 000、PEG1000、异山梨醇二甲基醚、碳酸亚丙酯、己二酸、聚(乙二醇)二甲基醚、异山梨醇、二甘醇、双酚A、4_甲氧基苯酚、ε-己内酰胺、2-吡咯烷酮、儿茶酚、IH-咪唑、Y-丁内酯、1-甲基-2-吡咯烧酮、Y-戍内酯和二甲基亚砜。以下溶剂购自Ε.1.duPont de Nemours andC0.(Wilmington, DE):Cerenol?250 (聚-1, 3-丙二醇)、以及 Cerenol?1000 (聚-1, 3-丙二醇)。甘油购自 Avantor Performance Materials (Center Valley, PA)。硫酸和憐酸购自VffR International(Radnor, PA)。
[0093]除非另外指明，使用去离子水。
[0094]方法
[0095]馏出液和反应烧瓶内容物在校准的Biorad Aminex HPX-87H HPLC柱(Bio-RadCompany)上使用折射率检测器进行分析，并且柱洗液经由使用火焰离子化检测器和校准的30m DB-1GC柱(AgilentTechnologies)的气相色谱分析进行分析。
[0096]实例1:在各种溶剂中的糠醛收率
[0097]用于该实例的溶剂描述于表1中。[0098]表1.[0099]
【权利要求】
1.一种方法，其包括: (a)提供包括设置在反应容器的顶部上的蒸馏塔的反应器，其中所述反应容器包含酸溶液，所述酸溶液包含可溶性酸催化剂和水可混溶的有机溶剂； (b)使原料水溶液与反应容器中的酸溶液接触足以产生水与糠醛的混合物的停留时间，其中所述原料水溶液包含C5糖、C6糖或它们的混合物，并且其中所述反应容器的内容物处在100-250°C范围内的温度和0.0001-0.21MPa范围内的压力下； (c)从所述蒸馏塔的顶部去除水与糠醛的混合物；以及 (d)将水或水溶液添加到包含有机溶剂、酸催化剂、水、未反应的糖和非挥发性副产物的反应容器的内容物的至少一部分中，以使水不溶性副产物沉淀并去除所述沉淀的水不溶性副产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法为连续方法，其还包括: (e)将可溶性酸催化剂、水可混溶的有机溶剂或原料水溶液中的至少一种添加到在步骤(d)中获得的不含沉淀的液体中并将其用作在步骤(b)中的原料水溶液。
3.根据权利要求2所述的连续方法，其还包括: (f)将糠醛从步骤(C)的被去除的水与糠醛的混合物中分离；以及 (g)将步骤(f)的水用于沉淀(d)中的副产物。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括: (h)通过蒸发将在步骤(d)中获得的不含沉淀的液体的至少一部分浓缩并将其用作在步骤(b)中的原料水溶液。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述水可混溶的有机溶剂为环丁砜、聚乙二醇、异山梨醇二甲基醚、异山梨醇、碳酸亚丙酯、聚(乙二醇)二甲基醚、己二酸、二甘醇、1，3_丙二醇、甘油、Y-丁内酯、2-甲基-1-吡咯烷酮、Y-戊内酯或它们的混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述酸溶液包括无机酸、杂多酸、有机酸或它们的组合，并且基于所述酸溶液的总重量计，酸催化剂以0.01-10重量％存在于溶剂中。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述酸催化剂为硫酸或磷酸。
8.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述原料水溶液的总重量计，所述原料水溶液中的C5糖和/或C6糖的组合浓度在1-90重量％的范围内。
9.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述原料水溶液的总重量计，所述原料水溶液中的C5糖和/或C6糖的组合浓度在5-35重量％的范围内。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述原料水溶液包含木糖、葡萄糖或它们的混合物。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(d)中水与反应容器的内容物或其一部分的比率按体积计为0.5: I至100: I。
12.根据权利要求1所述的方法，其包括以下步骤: a)在反应容器中提供水可混溶的有机溶剂和可溶性酸催化剂，其中所述溶剂的沸点高于约100°C ； b)提供原料水溶液，所述原料水溶液包含:至少一种C5糖、至少一种C6糖、或至少一种C5糖和至少一种C6糖的混合物； c)将所述原料溶液添加到反应容器中以形成反应混合物，其中i)所述反应混合物的温度为约100°C至约250°C； ii)所述反应混合物的压力为OMPa至约0.2IMPa,并且 iii)所述原料、有机溶剂和催化剂接触足够的时间以进行反应从而产生糠醛和水； d)通过多级蒸馏塔经由回流从所述反应混合物中去除糠醛和水的蒸气； e)冷凝并收集糠醛和水的溶液；以及 f)从在步骤e)中收集的糠醛与水的溶液中回收糠醛。
13.根据权利要求1所述的方法，其还包括以下步骤: g)在混合室中用水或用包含如下物质的原料水溶液稀释所述反应容器中的剩余内容物或其一部分:至少一种C5糖、至少一种C6糖、或至少一种C5糖和至少一种C6糖的混合物，从而使水不溶性副产物沉淀； h)去除在步骤g)中沉淀的副产物，以及 i)将步骤h)之后剩余的溶液进料回所述反应容器中。
14.根据权利要求13所述的方法，其还包括通过蒸发浓缩步骤d)之后剩余的溶液，然后将其进料回所述反应容器中。
15.根据权利要求13所述 的方法，其还包括将水或水溶液添加到步骤d)之后剩余的反应容器内容物中，从而使水不溶性副产物沉淀；以及去除所述沉淀的副产物。
【文档编号】C07D307/48GK104024238SQ201280065145
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】P.J.法干, R.奧泽尔, E.J.蒂尔 申请人:纳幕尔杜邦公司