一种4-羟甲基糠醛的制备方法
【专利摘要】本发明公开一种4-羟甲基糠醛的制备方法，所述方法包括在150-250℃和0.1-10MPa的压力下，作为原料的支链己碳糖在水和有机溶剂的混合物中，在固体酸催化剂磷酸盐的作用下，脱水获得4-羟甲基糠醛。该方法通过催化糖类脱水得到4-羟甲基糠醛，其产物收率高，工艺简单、分离方便，具有巨大的工业应用前景，开辟了由糖类生产4-羟甲基糠醛的新途径。
【专利说明】一种4-羟甲基糠醛的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学品的制备方法，尤其涉及一种4-羟甲基糠醛(4-HMF)的制备方法。
【背景技术】
[0002]4-羟甲基糠醛(4-HM)是一种关键医药中间体。由4-羟甲基糠醛衍生物制备的斑蝥素类药物是一类重要的抗癌药物(JP2000309590A)。4-羟甲基糠醛具有可以用来合成多种新型高分子材料、高分子单体及多种含氧燃料和液态交通燃料添加剂等的潜力。
[0003]目前报道的4-羟甲基糠醛(4-HMF)的合成制备主要通过使用丁基锂和有机硅试剂在呋喃环上添加官能团来实现(Journal of Organic Chemistry, 1997, vol.62, #25,p.8750-8759 ;Synlett，1998，#4，p.405-406)，反应条件较为苛刻，成本昂贵。我们之前的专利(CN10161905A，W02011003300A1)报道了使用三碳糖作为原料，经过多步反应选择性制备4-羟甲基糠醛或5-羟甲基糠醛的方法。该方法将三碳糖原料在碱催化下缩合得到的六碳己糖在非质子极性溶剂如DMSO中催化脱水得到4/5-HMF。该工艺路线较长，采用高沸点溶剂使产物的分离成本增加。
【发明内容】
[0004]为了进一步克服多步反应中工艺路线长、产物分离成本高等缺点，本发明提供了非均相双相体系催化六碳糖制备4-羟甲基糠醛的新方法。
[0005]在一方面，本发明提供一种4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于:在150_250°C和0.1-1OMPa的压力下，作为原料的支链己碳糖在水和有机溶剂的混合物中，在固体酸催化剂磷酸盐的作用下，脱水反应获得4-羟甲基糠醛。
[0006]在一个优选实施方式中，使用的所述支链己碳糖是选自D-dendroketose和L-dendroketose中的一种或两种。
[0007]在一个优选实施方式中，所述磷酸盐是选自第VB族金属的磷酸盐中的一种或多种。
[0008]在一个优选实施方式中，使用的所述磷酸盐与所述支链己碳糖的质量比为1-200%。
[0009]在一个优选实施方式中，反应中还使用助催化剂，并且所述助催化剂是选自碱金属和碱土金属的氯化物或硫酸盐中的一种或多种。
[0010]在一个优选实施方式中，使用的所述助催化剂与所述支链己碳糖的质量比为1-200%。
[0011]在一个优选实施方式中，所述有机溶剂是选自甲基异丁基酮(MIBK)、正丁醇(η-BuOH)、仲丁醇、叔丁醇(t-Bu0H)、异丁醇(i_Bu0H)、异丙醇、甲基异丁基甲醇(MIBC)、甲基叔丁基醚(MTBE)和异戊醇中的一种或多种。
[0012]在一个优选实施方式中，使用的水和有机溶剂的体积比为1: 0.25~1: 5。[0013]在一个优选实施方式中，使用的所述支链己碳糖与水的质量比为5-100%。
[0014]在一个优选实施方式中，所述脱水反应的温度为150_250°C，优选150-200°C，反应压力为 0.Ι-lOMPa，优选 0.l-5MPa。
[0015]在一个优选实施方式中，所述脱水反应在间歇式反应器或连续固定床式反应器中进行。
[0016]在一个优选实施方式中，所述脱水反应在连续固定床式反应器中进行，其中首先将所述催化剂磷酸盐装入所述连续固定床式反应器中，然后加热至前述反应温度并在前述压力下，将所述支链己碳糖的水溶液和有机溶剂混合，接着以液时空速(LHSV)为0.1~5h-1的流速将所述水溶液和有机溶剂混合物泵入所述反应器催化床层。
[0017]本发明通过以支链己碳糖为原料，将支链己碳糖在水-有机溶剂混合物中通过固体酸催化剂磷酸盐催化脱水得到4-羟甲基糠醛，该方法产品分离方便，工艺简单，开辟了4-羟甲基糠醛的新型合成途径。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为根据本发明实施例1制备的产物4-羟甲基糠醛(4-HMF)在280nm的高效液相色谱(HPLC)谱图；
[0019]图2为根据本发明实施例1制备的产物4-羟甲基糠醛(4-HMF)在190_400nm的HPLC谱图(吸收光谱等高线图)；
[0020]图3为根据 本发明实施例1制备的产物4-羟甲基糠醛(4-HMF)的HPLC的校正曲线。
【具体实施方式】
[0021]本发明的实施方式提供一种4-羟甲基糠醛的制备方法，通过以支链己碳糖为原料，将支链己碳糖在水和有机溶剂的混合物(有时简称为“水-有机溶剂混合物”)中在固体酸催化剂磷酸盐的作用下，进行脱水反应而得到4-羟甲基糠醛。
[0022]本发明方法制备的4-羟甲基糠醛是指下式的化合物:
[0023]
【权利要求】
1.一种4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于:在150-250°c和0.1-1OMPa的压力下，作为原料的支链己碳糖在水和有机溶剂的混合物中，在固体酸催化剂磷酸盐的作用下，脱水获得4-羟甲基糠醛。
2.根据权利要求1所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，使用的所述支链己碳糖是选自D-dendroketose和L-dendroketose中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐是选自第VB族金属的磷酸盐中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，使用的所述磷酸盐与所述支链己碳糖的质量比为1-200%。
5.根据权利要I所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，反应中还使用助催化剂，并且所述助催化剂是选自碱金属和碱土金属的氯化物或硫酸盐中的一种或多种。
6.根据权利要5所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，使用的所述助催化剂与所述支链己碳糖的质量比为1-200%。
7.根据权利要求1所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂是选自甲基异丁基酮、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、异丁醇、异丙醇、甲基异丁基甲醇、甲基叔丁基醚和异戊醇中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，使用的水和有机溶剂的体积比为1: 0.25~1: 5。
9.根据权利要求1所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，使用的所述支链己碳糖与水的质量比为5-100%。
10. 根据权利要求1所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，脱水反应温度为I5O-25OO，反应压力为 0.1-1OMPa0
11.根据权利要求10所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，脱水反应温度为150-200°C，反应压力为 0.l-5MPa。
12.根据权利要求1所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，所述脱水在间歇式反应器或连续固定床式反应器中进行。
13.根据权利要求12所述的4-羟甲基糠醛的制备方法，其特征在于，所述脱水在连续固定床式反应器中进行，其中首先将所述催化剂磷酸盐装入所述连续固定床式反应器中，然后加热至前述反应温度并在前述压力下，将所述支链己碳糖的水溶液和有机溶剂混合，接着以液时空速为0.1~5h-1的流速将所述水溶液和有机溶剂混合物泵入所述反应器的催化床层。
【文档编号】C07D307/46GK103709127SQ201210369769
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】傅尧, 邓晋, 潘涛, 徐清, 郭庆祥 申请人:中国科学技术大学