5-羟甲基-2-糠醛的制造方法与流程

本申请享有在先的日本申请特愿2016-126272(申请日：2016年6月27日)及特愿2017-82634(申请日：2017年4月19日)的优先权的权益，通过引用将其全部公开内容作为本说明书的一部分。

本发明涉及5-羟甲基-2-糠醛的制造方法。

背景技术：

为了建立可持续的循环型社会，作为可再生的来自生物的资源的生物质的有效利用受到关注。由生物质制作的塑料被称为生物塑料。近年来，作为新型生物塑料而受到期待的生物塑料有100％生物来源的聚呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)。pef是2，5-呋喃二甲酸与乙二醇的缩聚物。2，5-呋喃二甲酸(以下，有时称为“fdca”)可经由作为将碳水化合物脱水而得到的产物的5-羟甲基-2-糠醛(5-羟甲基-2-呋喃甲醛，以下，有时称为“5-hmf”)而生成。

已知5-hmf可通过以下方式来制造：使用具有六碳糖骨架的果糖等作为原料，利用酸催化剂进行分子内脱水反应。作为该反应的酸催化剂，可使用盐酸、硫酸、磷酸等均相催化剂、强酸性阳离子交换树脂类、金属氧化物、硫酸固定化催化剂等非均相催化剂(专利文献1、2)。然而，在使用均相酸催化剂进行的5-hmf的制造中，除了存在副产物多这样的问题之外，还存在因酸催化剂而导致的装置腐蚀性、难以将酸催化剂从产物中除去这样的问题。在5-hmf的制造中，还已知有将不均匀的固体酸催化剂再生而进行利用的方法(专利文献3)，但对于非均相酸催化剂而言，在进行工业规模的5-hmf制造时，存在价格昂贵这样的问题、难以以工业规模获得这样的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-203665号公报

专利文献2：日本特表平6-504272号公报

专利文献3：日本特表2015-513356号公报

技术实现要素：

本发明的目的在于提供可廉价且简便地实施的5-hmf的制造方法。本发明的目的还在于提供用于合成5-hmf的新的催化剂组合物。

本申请的发明人发现，通过在活性炭的存在下对包含果糖的糖类组合物进行加热反应处理，能制造包含5-hmf的糖类组合物，并且发现，活性炭作为从果糖向5-hmf的脱水反应的催化剂发挥功能。本申请的发明人还发现，通过在活性炭的存在下对包含己糖作为构成糖的、除果糖以外的糖类进行加热反应处理，能制造包含5-hmf的糖类组合物。本申请的发明人进而发现，通过前述脱水反应，能在5-hmf的制造中减少副产物的生成、使制造设备的持续使用成为可能，另外发现，反应产物的着色度低；等等。本发明是基于这些认识的产物。

通过本发明，可提供以下的发明。

[1]5-羟甲基-2-糠醛的制造方法，所述方法包括下述步骤：使用活性炭作为催化剂，使包含己糖作为构成糖的糖类或其衍生物进行脱水反应。

[2]制造包含5-羟甲基-2-糠醛的糖类组合物的方法，所述方法通过下述方式进行：在活性炭的存在下，在100～400℃的温度下，对包含选自包含己糖作为构成糖的糖类及其衍生物中的1种或2种以上的糖类组合物进行加热。

[3-1]2，5-呋喃二甲酸或其酯的制造方法，所述方法包括下述步骤：使实施上述[1]或[2]所述的制造方法而得到的5-羟甲基-2-糠醛进行氧化反应。

[3-2]2，5-呋喃二甲酸或其酯的制造方法，所述方法包括下述步骤：实施上述[1]或[2]所述的制造方法来制造5-羟甲基-2-糠醛，使得到的5-羟甲基-2-糠醛进行氧化反应。

[4-1]共聚物的制造方法，所述方法包括下述步骤：使实施上述[3-1]或[3-2]所述的制造方法而得到的2，5-呋喃二甲酸或其酯与其他共聚单体共聚。

[4-2]共聚物的制造方法，所述方法包括下述步骤：实施上述[3-1]或[3-2]所述的制造方法，制造2，5-呋喃二甲酸或其酯，使得到的2，5-呋喃二甲酸或其酯与其他共聚单体共聚。

[5]上述[4-1]或[4-2]所述的制造方法，其中，其他共聚单体为乙二醇，制造的共聚物为聚呋喃二甲酸乙二醇酯。

[6-1]医药品或食品的制造方法，所述方法包括下述步骤：配合实施上述[1]或[2]所述的制造方法而得到的5-羟甲基-2-糠醛或其衍生物。

[6-2]医药品或食品的制造方法，所述方法包括下述步骤：实施上述[1]或[2]所述的制造方法，制造5-羟甲基-2-糠醛，根据情况使得到的5-羟甲基-2-糠醛进行衍生物化，配合得到的5-羟甲基-2-糠醛或其衍生物。

[7]催化剂组合物，其用于通过脱水反应由包含己糖作为构成糖的糖类或其衍生物生成5-羟甲基-2-糠醛的反应，所述催化剂组合物包含活性炭。

[8]活性炭及包含其的组合物作为通过脱水反应由包含己糖作为构成糖的糖类或其衍生物生成5-羟甲基-2-糠醛的反应的催化剂的应用。

[9]活性炭及包含其的组合物用于制造通过脱水反应由包含己糖作为构成糖的糖类或其衍生物生成5-羟甲基-2-糠醛的反应的催化剂的应用。

通过本发明，可提供使用活性炭作为合成反应的催化剂的5-hmf的制造方法。活性炭是比较廉价的原料，并且能通过固液分离容易地清除至体系外，因此，通过本发明的制造方法，在能以工业规模廉价且简便地制造5-hmf的方面是有利的。由5-hmf制造的2，5-呋喃二甲酸成为作为聚对苯二甲酸乙二醇酯的原料的对苯二甲酸的替代品，成为聚呋喃二甲酸乙二醇酯的原料，因此可以说，本发明在使得利用以作为可再生资源的生物质为原料的树脂来代替作为石油化学制品的pet树脂成为可能的方面非常有利。

附图说明

[图1]图1为拍摄使用磷酸作为催化剂进行反应后、用水洗涤3次后的反应杯的情况而得到的照片。

[图2]图2为拍摄使用盐酸作为催化剂进行反应后、用水洗涤3次后的反应杯的情况而得到的照片。

[图3]图3为拍摄使用氧化钛作为催化剂进行反应后、用水洗涤3次后的反应杯的情况而得到的照片。

[图4]图4为拍摄使用离子交换树脂作为催化剂进行反应后、用水洗涤3次后的反应杯的情况而得到的照片。

[图5]图5为拍摄使用活性炭(从右侧起，活性炭1、活性炭2、活性炭3、活性炭4)作为催化剂进行反应后、用水洗涤3次后的反应杯的情况而得到的照片。

具体实施方式

本发明的5-hmf的制造方法的特征在于，使用活性炭作为从包含己糖(六碳糖)作为构成糖的糖类向5-hmf的分子内脱水反应的催化剂。

此处，关于本发明中可使用的“活性炭”，可使用作为多孔性碳质吸附材料而为人所知的材料。活性炭主要可通过以下方式得到：通过热处理使煤、焦炭、沥青、骨炭、木炭、椰壳、木材、锯屑、木质素、牛骨等来自动植物及矿物的天然碳质、酚醛树脂、聚丙烯腈这样的合成树脂等有机高分子、煤等碳质物质炭化，将其活化。

本发明中可使用的“活性炭”可以是活性炭本身，也可以是包含一部分活性炭的物品。作为包含一部分活性炭的物品，可举出例如在塑料、矿物、陶瓷、纤维等载体上附着活性炭而得到的产物、用粘合剂将粉末活性炭造粒而得到的产物、由矿物、陶瓷等粉末和粉末活性炭进行造粒而得到的产物等。另外，骨炭、木炭、石墨、炭黑等也可以以在它们的结构中包含一部分活性炭的物品的形式用于本发明。

本发明中可使用的“活性炭”可以是经修饰的活性炭。例如，可使用利用基于过氧化氢、硝酸、空气氧化的氧化反应处理而导入了羧基的活性炭、利用基于硫酸或发烟硫酸的磺化处理而导入了磺基的活性炭。其中，如由后述实施例所表明的那样，活性炭本身具有充分的催化活性，因此，考虑到其经济性、供应容易性等，本发明中使用的活性炭优选为未经修饰处理的活性炭。

本发明中可使用的“活性炭”可以是载带有金属的活性炭。即，本发明中，实施了载带处理的活性炭是指，以活性炭本身为载体，在其表面上载带作为催化剂有用的金属而成的产物。对载带的金属没有特别限制，可举出nb、ti、ni、pd等。其中，如由后述实施例所表明的那样，活性炭本身具有充分的催化活性，因此，考虑到其经济性、供应容易性等，本发明中使用的活性炭优选为未经载带处理的活性炭。

另外，本发明中可使用的活性炭的形状没有特别限制，可举出粒状、粉末状、纤维状、板状、蜂窝状的形状。作为本发明中使用的活性炭，具体而言，可举出作为粉末状炭的水蒸气活化炭、氯化锌活化炭、磷酸活化炭，作为粒状炭的破碎炭、颗粒炭、造粒炭、球状炭。

在使用粉末活性炭作为本发明中使用的活性炭的情况下，可使用例如japanenvirochemicals，ltd.制“白鹭a、白鹭c、精制白鹭”、futamurachemicalco.，ltd.制“太閤a、太閤s、太閤y”、日本norit公司制“ca、cap、casp”。在使用粒状活性炭的情况下，可使用例如japanenvirochemicals，ltd.制“粒状白鹭wh、粒状白鹭c”、toyocarbonco.，ltd.制“f400、f300、pcb、bpl、cal、cpg、apc”、kurarayco.，ltd.制“kuraraycoalkw”、kurehachemicalindustryco.，ltd.制“bac”、日本norit公司制“pn、zn、sa、sa-sw、sx、cn、cg、d-10、w、gl、hbplus”。分别地，在使用纤维状活性炭的情况下，可使用例如toyorayonco.，ltd.公司制“fx-300”、osakagasco.，ltd.制“m-30”、东洋纺绩公司制“kf-1500”，在使用板状活性炭的情况下，可使用例如钟纺公司制“microliteac”。

本发明的制造方法中的活性炭的使用量没有特别限制，只要能使原料糖类的分子内脱水反应进行即可，例如，以固态成分计，相对于糖类1质量份而言，可以为0.01～1.0质量份，可以为优选0.03～0.3质量份或0.01～0.1质量份的范围。

本发明的制造方法中，有时生成的5-hmf中的一部分被活性炭吸附，但为了提高成品率，也可通过用水、有机溶剂等洗涤活性炭，将被吸附在活性炭上的5-hmf回收。

与以往的液体酸催化剂、固体酸催化剂相比，活性炭在下述方面是优选的：不仅廉价，而且即使在处理中或在产物中残留的情况下，在卫生方面等的危险也少，安全性高。另外，活性炭可以容易地通过沉降、过滤、离心分离、或以填充塔形式从反应体系中分离。

活性炭由于再利用性优异，可重复使用，因此，在经济方面也是优选的。本发明的活性炭的再利用方法没有特别限制，可利用现有的方法，例如，可利用下述方法：通过降低溶剂的溶质浓度、压力，使吸附物等脱附的减压再生法；利用溶剂进行萃取的溶剂再生法；利用其他吸附物质进行置换的置换再生法；基于加热的加热脱附法；基于化学处理的化学再生法；基于氧化、分解的氧化分解再生法。

本发明的制造方法中，可以除了使用活性炭以外还使用活性炭以外的催化剂来实施本发明的反应。作为可与活性炭一起使用的催化剂，可举出酸催化剂，可举出例如盐酸、磷酸等液体酸催化剂、离子交换树脂等固体酸催化剂。从能简便地将催化剂从反应体系中除去的观点考虑，优选为不挥发性的催化剂，更优选为不挥发性的固体催化剂。

本发明的5-hmf的制造方法的特征在于，使用包含己糖(六碳糖)作为构成糖的糖类或其衍生物的糖类作为原料。关于作为原料使用的糖类，可使用己糖本身(单糖)，或者，可使用包含己糖作为构成糖的糖聚合物(低聚糖、多糖)。作为己糖，可举出例如果糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、阿洛酮糖、山梨糖、塔格糖，考虑到经济性、供应容易性等，优选果糖、葡萄糖，特别优选果糖。作为包含己糖作为构成糖的糖聚合物，没有特别限制，可举出例如甘露二糖、乳糖、乳果糖、甘露聚糖、半乳聚糖、阿拉伯半乳聚糖、木葡聚糖，考虑到经济性，优选使用以己糖为构成糖的糖聚合物。另外，考虑到经济性、供应容易性等，更优选以果糖及/或葡萄糖为构成糖的糖聚合物，可举出例如蔗糖、麦芽糖、海藻糖、松二糖、异麦芽酮糖、纤维二糖、异麦芽糖、黑曲霉二糖、麦芽酮糖、异麦芽酮糖、龙胆二糖、麦芽三糖、1-蔗果三糖、麦芽低聚糖、低聚果糖、糊精、葡聚糖、菊糖、果聚糖、淀粉、纤维素，特别优选蔗糖、菊糖、淀粉。使用包含己糖作为构成糖的糖聚合物作为原料糖类的情况下，在加热反应时通过该糖类的分解而供给己糖，并且，进而通过使用了活性炭催化剂的分子内脱水反应，能同时或依次转化为5-hmf。

作为前述糖类的衍生物，没有特别限制，只要具有能供于脱水反应的羟基等官能团即可，可举出例如氨基糖、醚化糖、卤化糖、磷酸化糖等经修饰的糖。作为这样的衍生物，可举出例如氨基葡萄糖、葡萄糖-6-磷酸、甲基-α-d-甘露吡喃糖苷。

作为本发明的原料糖类，从其反应性、获得容易性·价格等方面考虑，优选使用果糖及/或葡萄糖，更优选使用果糖。另外，本发明的原料糖类可以使用纯品，也可使用作为多种糖类的混合物的糖类组合物。在使用糖类组合物作为本发明的制造方法的原料糖类的情况下，优选含有以固态成分计为10质量％以上的果糖，更优选含有以固态成分计为30质量％以上的果糖。

成为本发明的制造方法的原料的糖类的性状没有特别限制，只要能使反应进行即可，可以为结晶状，也可以为非结晶粉末状，也可以为溶液状，从反应效率、经济性的观点考虑，优选为溶液状。对于溶液的固态成分浓度也没有特别限制，作为溶液的固态成分浓度，优选为1质量％～85质量％，更优选为5质量％～80质量％，特别优选为20质量％～75质量％。通过使用固态成分浓度为一定浓度以下的溶液，能进一步抑制作为副产物的糖缩合物的生成，通过使用固态成分浓度为一定浓度以上的溶液，能高效地进行反应。构成反应溶液的溶剂也没有特别限制，可举出水；乙醇、甲醇、异丙醇、丙酮、乙腈、甲基异丁基酮、二甲基亚砜等有机溶剂；1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐等离子液体等，可以单独使用它们中一种，或者也可以以任意的比例将它们混合使用。考虑到反应效率等，优选使用有机溶剂作为溶剂。考虑到成本、安全性等，优选使用水(水溶液)作为溶剂。另外，考虑到价格、获得容易性等，异构化液糖(果糖葡萄糖液糖、葡萄糖果糖液糖、高果糖液糖)特别适合于本发明的制造方法的原料。

本发明的制造方法的条件可以是任意反应条件，只要是通过分子内脱水反应而生成5-hmf的条件即可。从高效地从果糖生成5-hmf的观点考虑，例如，可将反应温度(原料糖类的物品温度)设定为100～400℃(优选为110～250℃，更优选为110～200℃，特别优选为120～180℃，最优选为130～170℃)，可将反应时间设定为0.2～10小时(优选为0.5～6小时，更优选为1～4小时)。

反应温度及反应时间可适当调整，例如，通过提高反应温度，5-hmf的浓度快速提高，因此，能缩短反应时间。另一方面，通过延长反应时间，5-hmf浓度提高，因此，能降低反应温度。其中，在过高温度下，容易生成由于过度反应而生成的副产物，因此，可降低底物浓度而实施反应，另外，在低温下，可提高底物浓度而实施反应。

如上所述，通过适当地设定反应条件，从而可将本发明的制造方法作为例如以组合物的固态成分计包含5质量％以上5-hmf的糖类组合物的制造方法。本发明的制造方法中，可成为优选以组合物的固态成分计包含7质量％以上5-hmf、更优选以固态成分计包含10质量％以上5-hmf的糖类组合物的制造方法。

本发明的制造方法中，反应时的压力也没有特别限制，可以是常压条件下、加压条件下、减压条件下中的任一种，从反应效率的观点考虑，优选在加压条件下进行反应，更优选在1～9kgf/cm²的压力条件下进行。通过在加压条件下进行反应，能进一步减少作为副产物的糖缩合物的生成。

本发明的制造方法中，可将通过脱水反应而得到的5-hmf或包含5-hmf的组合物直接用于其用途，根据需要，也可对反应产物进行离心分离或过滤等，将不溶物除去，实施树脂分级分离、或基于溶剂的萃取处理。

如后述实施例中记载的那样，通过在活性炭的存在下对含有至少包含己糖作为构成糖的糖类的糖类组合物进行加热处理，能制造包含5-hmf的糖类组合物。因此，根据本发明的其他方面，可提供制造包含5-hmf的糖类组合物的方法，所述方法通过下述方式进行：在活性炭的存在下，在100～400℃的温度下，对包含选自包含己糖作为构成糖的糖类及其衍生物中的1种或2种以上的糖类组合物进行加热。该制造方法可按照关于本发明的5-hmf的制造方法的记载来实施。

如上文所述，通过本发明的制造方法，能以工业规模廉价且简便地制造5-hmf。本发明的制造方法还具有下述这样的特征：可通过加热反应而发生的副产物的生成被减少，成品率提高，制造设备的持续使用成为可能，而且，反应产物的着色度低。即，本发明的制造方法在能以工业规模制造商品价值高的5-hmf方面有利。

通过本发明的制造方法得到的5-hmf可作为生物质塑料等的树脂原料利用。作为以5-hmf为原料的树脂、其制造中间体，可举出聚呋喃二甲酸乙二醇酯、2，5-呋喃二甲酸。

即，通过本发明，可提供2，5-呋喃二甲酸或其酯的制造方法，所述方法包括下述步骤：使通过本发明的制造方法得到的5-hmf进行氧化反应，得到2，5-呋喃二甲酸的步骤；以及根据情况而将2，5-呋喃二甲酸酯化的步骤。本领域技术人员已知使5-hmf进行氧化反应来制造2，5-呋喃二甲酸的方法，例如，可参考国际公开第2008/054804号、日本特开2015-83559号公报、日本特开2008-88134号公报等的记载来实施。作为一例，可举出：通过在金属催化剂(例如，铂、钯、铋、锡、铼、铜、银、镁、锰)的存在下将5-hmf氧化，能制造2，5-呋喃二甲酸。上述氧化反应例如可在温度为30～180℃、压力为1.0～16.3kgf/cm²的条件下实施。另外，2，5-呋喃二甲酸的酯化可按照常规方法进行。作为2，5-呋喃二甲酸的酯，可举出与挥发性醇、酚的酯，优选为甲酯、乙酯。

通过本发明，还可提供共聚物的制造方法，所述方法包括下述工序：使通过本发明的制造方法得到的5-hmf进行氧化反应而得到2，5-呋喃二甲酸或其酯，使该2，5-呋喃二甲酸或其酯与其他共聚单体共聚。进行共聚的工序例如可通过以下方式来实施：实施酯交换反应或酯化反应而得到预聚物(低聚物)，接下来，使预聚物进行缩聚反应，得到高分子量的共聚物。另外，进行共聚的工序也可通过以下方式来实施：使包含2，5-呋喃二甲酸或其酯的共聚单体进行缩聚反应，得到高分子量的共聚物。此处，酯交换反应是指在规定的温度下使构成本发明的共聚物的羧酸的酯体与醇成分进行酯交换反应而得到预聚物的工序。另外，酯化反应是指在规定的温度下使构成本发明的共聚物的羧酸成分与醇成分进行酯化反应而得到预聚物的工序。另外，缩聚反应是指通过对由酯交换反应或酯化反应得到的预聚物或共聚单体进行减压处理而引发聚合反应从而得到高分子量的共聚物的工序。

作为可用于本发明的制造方法的其他共聚单体，可举出具有2个以上羟基的化合物，优选为二醇化合物、多元醇化合物，更优选为乙二醇及1，4-丁二醇。本发明的制造方法中，使用乙二醇作为其他共聚单体时，作为最终产物的共聚物(树脂组合物)为聚呋喃二甲酸乙二醇酯。本发明的制造方法中，还可使用二乙二醇、丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、环丁烷二甲醇、环己烷二甲醇、2，5-呋喃二甲醇、异山梨醇等二醇作为其他共聚单体而得到共聚物。本领域技术人员已知使2，5-呋喃二甲酸或其酯与共聚单体(尤其是乙二醇)进行共聚反应(缩聚反应)来制造共聚物(尤其是聚呋喃二甲酸乙二醇酯)的方法，例如可参考国际公开第2010/077133号、日本特表2015-506389号公报等的记载来实施。作为一例，可举出：使用异丙醇钛(iv)(ti[och(ch3)2]4)作为催化剂，使2，5-呋喃二甲酸酯与乙二醇进行酯交换反应，接下来，在减压下进行缩聚，从而能制造聚呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)。上述酯交换反应可于150～220℃实施，上述缩聚反应可在共聚物的熔点～比该熔点高30℃的温度的范围(但为约180℃以上)内、在高真空下实施。

通过本发明的制造方法得到的5-hmf、其衍生物可作为香气赋予成分、生理活性成分、食品原料、医药原料等利用(例如，日本特开2015-211669号公报、日本特开2008-193933号公报、日本特表2006-508998号公报、日本特开2010-248107号公报、日本特开2011-136959号公报)。对于作为催化剂使用的活性炭而言，为了作为食品添加物进行利用，已确认了其对人的安全性，因此，制造的5-hmf、其衍生物在可直接作为食品、医药的原料应用方面是有利的。即，通过本发明，可提供医药品或食品的制造方法，所述方法包括下述步骤：实施本发明的制造方法而制造5-hmf，根据情况将得到的5-hmf进行衍生物化，将得到的5-hmf或衍生物配合在医药品、食品的原料中。不言而喻，该医药品或食品的制造方法中，除了配合5-hmf、其衍生物以外，可按照医药品、食品的通常的制造步骤实施。需要说明的是，作为5-hmf的衍生物，可举出5-甲氧基甲基-2-糠醛等，例如，可按照日本特表2010-538033号公报等的记载来制造衍生物。

通过本发明的制造方法得到的5-hmf、其衍生物也可作为医药品的合成原料使用。例如，5-hmf已作为镰状细胞病的特效药而被美国食品药品监督管理局(fda)批准。

通过本发明，可提供一种催化剂组合物，其以活性炭为有效成分，用于通过脱水反应由包含己糖作为构成糖的糖类生成5-hmf的反应。对于该催化剂组合物，如上述制造方法所述，可用于使包含果糖等己糖作为构成糖的糖类原料进行脱水反应而制造5-hmf的方法。对于该催化剂组合物而言，除了含有活性炭以外，还可以适当含有其他成分(盐酸、磷酸等液体酸催化剂、离子交换树脂等固体酸催化剂等)。本发明的催化剂组合物可按照关于本发明的制造方法的记载来实施。

通过本发明，还可提供：活性炭及包含其的组合物作为通过脱水反应由包含己糖作为构成糖的糖类或其衍生物生成5-羟甲基-2-糠醛的反应的催化剂的应用。通过本发明，还可提供：活性炭及包含其的组合物用于制造通过脱水反应由包含己糖作为构成糖的糖类或其衍生物生成5-羟甲基-2-糠醛的反应的催化剂的应用。本发明的应用可按照与本发明的制造方法及本发明的催化剂组合物有关的记载实施。

实施例

基于以下的例子更具体地说明本发明，但本发明不受这些例子的限制。本说明书中，在没有特别记载的情况下，“％”表示质量％，在提及以“固态成分”计的比例(含量)、“固态成分”的含有比例(浓度)的情况下，表示基于固态成分的质量而规定的比例。

实施例1：使用了各种催化剂的5-hmf的制造及分析

(1)样品的制备

将高果糖液糖(以固态成分计的果糖含量为95％，固态成分浓度为75.5，制品名：l-95，日本食品化工公司制)作为底物糖类。取1.4g(糖类质量)的底物糖类至反应杯(不锈钢制)中，以成为表1所示的各种催化剂添加量(相对于底物糖类的固态成分而言的比率％)的方式添加各种催化剂。需要说明的是，在以下的实施例中，催化剂的添加量(％)是指将作为底物的糖类的固态成分质量作为100％时的催化剂的质量。对各样品进行搅拌，然后，使用高压釜(omyseikoco.，ltd.制，bs-325)，使温度达到130℃，在1.7kgf/cm²压力下保持3小时，然后自然降温，由此进行加热反应，得到反应产物(反应产物1～10)。反应结束后，添加水，进行搅拌，用0.45μm过滤器(merckmillipore公司制)及0.22μm过滤器(merckmillipore公司制)进行过滤。用水将各滤液稀释以使得固态成分浓度成为1.0％，将得到的样品分别作为hplc分析用样品及着色度分析用样品。

(2)基于hplc的5-hmf、果糖及糖缩合物的分析

分析中使用的hplc的条件如下所述。

<hplc分级分离条件>

柱：ks-801(8.0mm×300mm)(昭和电工公司制)

流速：1.0ml/分钟(流速恒定)

检测器：ri及uv(280nm)

柱温：80℃

进样量：10μl

hplc分析的保留时间7.5分钟～8.5分钟出现的峰对应于果糖，保留时间16.5分钟～18.5分钟出现的峰对应于5-hmf，基于ri分析值的积分值，分别计算果糖、5-hmf相对于全部反应产物而言的比例(％)。

另外，hplc分析的保留时间0分钟～6分钟的峰对应于糖缩合物，用uv分析值的积分值计算糖缩合物的含量。

(3)着色度的测定

使用分光光度计(u-2900型，hitachihigh-techsciencecorporation制)，测定上述(1)中制备的固态成分浓度为1.0％的溶液的420nm的吸光度。

(4)反应后的反应杯的评价

为了测定各反应产物中的副产物的生成程度，以下述基准来评价上述(1)中附着于加热反应中使用的反应杯的副产物。

a：仅通过水洗即可完全洗掉

b：在水洗后，即使进行擦除，也有一定程度残留

c：在水洗后，即使进行擦除，也完全未掉落

-：反应不充分，几乎未生成5-hmf，因此不作为评价对象

(5)评价结果

结果如表1所示。

[表1]

表1：在各种催化剂存在下得到的反应产物的分析结果

由表1的结果表明，通过使用活性炭作为从果糖向5-hmf的脱水反应的催化剂，能以不低于其他催化剂的收率制造5-hmf。另外确认到，使用活性炭作为脱水反应的催化剂时，作为副产物的糖缩合物的生成减少，并且，反应后的附着于反应杯底面的焦屑状的产物的生成显著减少，此外，反应产物的着色被显著降低。由上述内容表明，通过使用活性炭作为从果糖向5-hmf的脱水反应的催化剂，能廉价且简便地以工业规模制造商品价值高的5-hmf。

实施例2：有机溶剂存在下的5-hmf的制造及分析

(1)样品的制备

将果糖(nacalaitesque，inc.制)作为底物糖类。取0.24g底物糖类至反应容器(玻璃制)中，添加72mg活性炭催化剂(实施例1中使用的活性炭2(氯化锌活化炭))。添加0.8ml异丙醇，对样品进行搅拌，然后，使用高压釜(东京理化器械公司制，rch-1000、hip-7518)，使温度达到150℃，在4.9kgf/cm²压力下保持30分钟，然后自然降温，由此进行加热反应，得到反应产物(反应产物21)。反应结束后，用0.45μm过滤器(merckmillipore公司制)及0.22μm过滤器(merckmillipore公司制)进行过滤，使异丙醇蒸发，然后用水溶解，用0.22μm过滤器(merckmillipore公司制)进行过滤，将得到的样品作为hplc分析用样品。

(2)利用hplc进行的5-hmf和果糖的分析

分析中使用的hplc的条件如下所述。

<hplc分级分离条件>

柱：ks-801(8.0mm×300mm)(昭和电工公司制)

流速：1.0ml/分钟(流速恒定)

检测器：ri

柱温：80℃

进样量：99μl

hplc分析的保留时间7.5分钟～8.5分钟出现的峰对应于果糖，保留时间16.5分钟～18.5分钟出现的峰对应于5-hmf，基于ri分析值的积分值，分别计算果糖、5-hmf相对于全部反应产物而言的比例(％)。

(3)评价结果

结果如表2所示。

[表2]

表2：有机溶剂及活性炭存在下的反应产物的分析结果

由表2的结果表明，使用活性炭作为从果糖向5-hmf的脱水反应的催化剂时，即使使用作为有机溶剂的异丙醇，也能制造5-hmf。

实施例3：从各种原料糖类起始的5-hmf的制造及分析

(1)样品的制备

将葡萄糖(关东化学公司制)、半乳糖(nacalaitesque，inc.制)、甘露糖(和光纯药公司制)、蔗糖(关东化学公司制)、乳糖(关东化学公司制)、麦芽糖(关东化学公司制)、山梨糖醇(mitsubishishojifoodtechco.，ltd.制)、低聚果糖(和光纯药公司制)、菊糖(fujinihonseitocorporation制)、玉米淀粉(日本食品化工公司制)作为底物糖类。取1.0g各底物糖类至各反应容器(玻璃制)中，添加0.3g活性炭催化剂(实施例1中使用的活性炭2(氯化锌活化炭))。添加100.0g蒸馏水，对各样品进行搅拌，然后，使用高压釜(制品名：cpp-2000，柴田科学公司制)，使温度达到170℃，在7.6kgf/cm²压力下保持4小时，然后自然降温，由此进行加热反应，得到反应产物(反应产物31～39)。反应结束后，用0.22μm过滤器(merckmillipore公司制)进行过滤，将得到的样品作为hplc分析用样品。

(2)利用hplc进行的5-hmf和单糖的分析

分析中使用的hplc的条件如下所述。

<hplc分级分离条件>

柱：ks-801(8.0mm×300mm)(昭和电工公司制)

流速：1.0ml/分钟(流速恒定)

检测器：ri

柱温：80℃

进样量：50μl

hplc分析的保留时间7.0分钟～8.5分钟出现的峰对应于单糖，保留时间16.5分钟～18.5分钟出现的峰对应于5-hmf，基于ri分析值的积分值，分别计算各种原料糖类、5-hmf相对于全部反应产物而言的比例(％)。

(3)评价结果

结果如表3所示。

[表3]

表3：使用了各种原料糖类的反应产物的分析结果

由表3的结果表明，作为以活性炭为催化剂来合成5-hmf的底物糖类，即使使用果糖以外的各种己糖、包含己糖作为构成糖的各种糖聚合物，也能制造5-hmf。

实施例4：有机溶剂存在下的5-hmf的制造及分析

(1)样品的制备

将高果糖液糖(以固态成分计的果糖含量为95％，固态成分浓度为75.5，制品名：l-95，日本食品化工公司制)作为底物糖类。向59.4g高果糖液糖中添加44.0g二甲基亚砜。充分搅拌后，使用蒸发器，于80℃进行蒸发，将水除去(溶液a)。然后，称取5.6g溶液a至烧杯中，与22.4g二甲基亚砜充分混合(溶液b)。然后，称取10.6g溶液b至烧杯中，添加0.1053g活性炭3，充分混合。称取0.6333g按照上述方式制备的试样至反应容器(玻璃制)中，使用高压釜(制品名：rch-1000，hip-7518，东京理化器械公司制)，使温度达到150℃，在常压下保持120分钟，然后自然降温，由此进行加热反应，得到反应产物(反应产物41)。反应结束后，添加纯水，使反应液成为7ml，用0.45μm过滤器(merckmillipore公司制)及0.22μm过滤器(merckmillipore公司制)进行过滤，将经过滤的样品作为hplc分析用样品。

(2)利用hplc进行的5-hmf和果糖的分析

分析中使用的hplc的条件如下所述。

<hplc分级分离条件>

柱：ks-801(8.0mm×300mm)(昭和电工公司制)

流速：1.0ml/分钟(流速恒定)

检测器：ri

柱温：80℃

进样量：10μl

hplc分析的保留时间7.5分钟～8.5分钟出现的峰对应于果糖，保留时间16.5分钟～18.5分钟出现的峰对应于5-hmf，基于ri分析值的积分值，分别计算果糖、5-hmf相对于全部反应产物而言的比例(％)。其中，将8.5分钟～9.5分钟出现的二甲基亚砜的峰除外，以百分率形式计算。

(3)评价结果

结果如表4所示。

[表4]

表4：二甲基亚砜及活性炭存在下的反应产物的分析结果

由表4的结果表明，使用活性炭作为从果糖向5-hmf的脱水反应的催化剂时，即使使用作为有机溶剂的二甲基亚砜，也能制造5-hmf。

实施例5：有机溶剂存在下的5-hmf的制造及分析

(1)样品的制备

将高果糖液糖(以固态成分计的果糖含量为95％，固态成分浓度为75.5，制品名：l-95，日本食品化工公司制)作为底物糖类。对于高果糖液糖，用纯水将固态成分浓度调节至51.2％。以相对于该溶液10.0g而言活性炭3成为1.0g的方式进行添加，充分混合。称取0.6604g该混合液至反应容器(玻璃制)中，添加甲基异丁基酮0.5ml，设置于高压釜(制品名：rch-1000、hip-7518，东京理化器械公司制)。用氩气使容器内成为6.1kgf/cm²，使温度达到160℃，在8.6kgf/cm²压力下保持120分钟，然后自然降温，由此进行加热反应，得到反应产物(反应产物51)。一边用纯水洗涤一边将回收的样品移液至50ml梨型烧瓶中，用蒸发器于70℃进行蒸发，将甲基异丁基酮除去。再次添加纯水，进行溶解，然后用0.22μm过滤器(merckmillipore公司制)进行过滤，向经过滤的样品中添加纯水，使其成为9.0ml，作为hplc分析用样品。

(2)利用hplc进行的5-hmf和果糖的分析

分析中使用的hplc的条件如下所述。

<hplc分级分离条件>

柱：ks-801(8.0mm×300mm)(昭和电工公司制)

流速：1.0ml/分钟(流速恒定)

检测器：ri

柱温：80℃

进样量：10μl

hplc分析的保留时间7.5分钟～8.5分钟出现的峰对应于果糖，保留时间16.5分钟～18.5分钟出现的峰对应于5-hmf，基于ri分析值的积分值，分别计算果糖、5-hmf相对于全部反应产物而言的比例(％)。

(3)评价结果

结果如表5所示。

[表5]

表5：甲基异丁基酮及活性炭存在下的反应产物的分析结果

由表5的结果表明，使用活性炭作为从果糖向5-hmf的脱水反应的催化剂时，即使使用作为有机溶剂的甲基异丁基酮，也能制造5-hmf。

实施例6：使用了活性炭的5-hmf的制造及分析

(1)样品的制备

将果糖(nacalaitesque，inc.制)作为底物糖类。称取果糖至烧杯中，用纯水将固态成分浓度调节至51.2％。以相对于该果糖溶液成为表6所示的各种催化剂添加量的方式进行添加。对各样品进行搅拌，然后量取0.5ml至反应容器(玻璃制)中，使用高压釜(制品名：rch-1000、hip-7518，东京理化器械公司制)，使温度达到140℃，在2.3kgf/cm²压力下保持180分钟，然后自然降温，由此进行加热反应，得到反应产物(反应产物61～64)。反应结束后，添加水，进行搅拌，用0.45μm过滤器(merckmillipore公司制)及0.22μm过滤器(merckmillipore公司制)进行过滤。用水将各滤液稀释以使得固态成分浓度成为2.0％，将得到的样品分别作为hplc分析用样品及着色度分析用样品。

(2)利用hplc进行的5-hmf和果糖的分析

分析中使用的hplc的条件如下所述。

<hplc分级分离条件>

柱：ks-801(8.0mm×300mm)(昭和电工公司制)

流速：1.0ml/分钟(流速恒定)

检测器：ri

柱温：80℃

进样量：20μl

hplc分析的保留时间7.5分钟～8.5分钟出现的峰对应于果糖，保留时间16.5分钟～18.5分钟出现的峰对应于5-hmf，基于ri分析值的积分值，分别计算果糖、5-hmf相对于全部反应产物而言的比例(％)。

(3)着色的测定

使用分光光度计(u-2900型，hitachihigh-techsciencecorporation制)，测定上述(1)中制备的固态成分浓度为2.0％的溶液的420nm的吸光度。

(4)评价结果

结果如表6所示。

[表6]

表6：活性炭存在下的反应产物的分析结果

由表6的结果表明，在使用活性炭作为从果糖向5-hmf的脱水反应的催化剂时，在1％、5％、10％中的任一添加量下，均能制造5-hmf。另外表明，与未添加活性炭的情况相比，着色降低。

实施例7：并用活性炭和其他催化剂时的5-hmf的制造及分析

(1)样品的制备

将高果糖液糖(以固态成分计的果糖含量为95％，固态成分浓度为75.5，制品名：l-95，日本食品化工公司制)作为底物糖类。对于高果糖液糖，用纯水将固态成分浓度调节至61.4％。以相对于10.0g该溶液而言活性炭1或活性炭5(氯化锌活化炭)成为0.3g的方式进行添加，充分混合。分别称取0.6585g添加了活性炭1的混合液、和0.6686g添加了活性炭5的混合液至反应容器(玻璃制)中，以成为表7所示的添加量的方式添加磷酸，设置于高压釜(制品名：rch-1000、hip-7518，东京理化器械公司制)。使温度达到155℃，在2.9kgf/cm²压力下保持60分钟，然后自然降温，由此进行加热反应，得到反应产物(反应产物71及72)。反应结束后，添加水，进行搅拌，用0.45μm过滤器(merckmillipore公司制)及0.22μm过滤器(merckmillipore公司制)进行过滤，向经过滤的样品中添加纯水，使其成为7.0ml，作为hplc分析用样品。

(2)利用hplc进行的5-hmf和果糖的分析

分析中使用的hplc的条件如下所述。

<hplc分级分离条件>

柱：ks-801(8.0mm×300mm)(昭和电工公司制)

流速：1.0ml/分钟(流速恒定)

检测器：ri

柱温：80℃

进样量：10μl

hplc分析的保留时间7.5分钟～8.5分钟出现的峰对应于果糖，保留时间16.5分钟～18.5分钟出现的峰对应于5-hmf，基于ri分析值的积分值，分别计算果糖、5-hmf相对于全部反应产物而言的比例(％)。

(3)评价结果

结果如表7所示。

[表7]

表7：活性炭及磷酸存在下的反应产物的分析结果

由表7的结果表明，使用活性炭作为从果糖向5-hmf的脱水反应的催化剂时，即使与其他催化剂并用，也能制造5-hmf。