微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及有機合成技術領域，具體涉及一種微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法。
【背景技術】
[0002]乙氧甲基糠醛，分子中有一個乙氧甲基和一個醛基，一般是由糖類在乙醇中反應得到或由5-羥甲基糠醛在乙醇中醚化得到，是一種有應用前景的燃料或燃料添加劑。在室溫下，它是液體，有很好的氧化穩(wěn)定性，并且具有較高的十六辛烷值(柴油質(zhì)量測定標準)。這些特性決定了它是優(yōu)良的潛在燃料和燃料添加劑。此外，5-乙氧甲基糠醛的能量密度是8.7KW h/L，和標準汽油的能量密度(8.8KW h/L)非常接近，遠高于乙醇的能量密度(6.1KWh/L)。作為燃料時，其高氧化穩(wěn)定性還可以減少炭煙排放以及氮氧化物、硫氧化物的釋放。此外，乙氧甲基糠醛及其衍生物都是從生物質(zhì)得到的，屬于可再生能源化合物
[0003]乙氧甲基糠醛的另一個應用是在航空燃料方面，航空燃料要求有較高的能量密度、燃點以及較低的凝固點。理想中的航空燃料應該由生物質(zhì)或生物產(chǎn)品作為原料得到，換句話說，這些航空燃料應該在經(jīng)濟上可行、在能量要求上可以接受。乙氧甲基糠醛在某些方面已經(jīng)表現(xiàn)出了這些性質(zhì)，和從化石燃料中得到的化合物不同，從生物質(zhì)得到的這些化合物具有很高的不飽和度，可以作為廉價的貯存氫氣的媒介，而且，這些生物質(zhì)燃料在提供較高能量密度的同時，閃點高于38°C，凝固點低于_47°C，也就是說，這些新型的燃料作為航空燃料使用性能非常穩(wěn)定。
[0004]目前現(xiàn)有技術中制備5-乙氧甲基糠醛的方法中，在原料反應中通常采用水浴加熱的方式，這種加熱方式對反應速度的控制效果并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，以糖和醇為原料，在酸性催化劑的作用下反應，在整個過程中對環(huán)境友好，且最大程度降低了生產(chǎn)成本，為以后工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。
[0006]其技術解決方案包括:
[0007]—種制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其是以糖和乙醇在催化劑條件下反應制得，所述催化劑為酸性催化劑，所述的糖和乙醇采用微波加熱并控制溫度為80-200°C，反應10-30min后加入乙酸乙酯萃取，收集有機相，得到5-乙氧甲基糠醛。
[0008]作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，上述的糖為單糖、二糖、多糖或聚糖。
[0009]作為本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案，上述的單糖為葡萄糖，上述的二糖為蔗糖，上述的多糖為菊粉。
[0010]優(yōu)選的，上述的糖可用纖維素來代替。
[0011 ] 上述的纖維素為秸桿粉。
[0012]優(yōu)選的，上述酸性催化劑CT-700固體酸催化劑、Amberlyst-15固體酸催化劑、鹽酸或硫酸。
[0013]優(yōu)選的，微波加熱溫度控制在100_120°C。
[0014]本發(fā)明所帶來的有益技術效果:
[0015]與現(xiàn)有技術相比，在原料的選取上，本發(fā)明選用固體酸催化劑和無機酸，沒有選用有機酸，一方面固體酸催化劑和無機酸簡單易得，另一方面成本較低并且避免了對環(huán)境的污染；在加熱方式上選用了微波加熱，微波是頻率在300MHz-300GHz之間的電磁波，微波加熱的基本原理在于帶電粒子的傳導和介電質(zhì)極化，微波加熱對化學反應有促進作用，利用微波的熱效應和電磁效應可顯著地提高化學反應的速率和改變反應機制，本發(fā)明選用微波加熱只需10-30min即可完成反應，縮短了反應時間，并且制備得到的5-乙氧甲基糠醛的最高產(chǎn)率為60%。
[0016]本發(fā)明通過微波控制反應，反應條件溫和，能源消耗低，在反應過程中不會污染環(huán)境，對環(huán)境友好。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明公開了一種微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，為了使本發(fā)明的優(yōu)點、技術方案更加清楚、明確，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做詳細說明。
[0018]下述實施例中本發(fā)明所選用的部分原料，如葡萄糖、蔗糖和菊粉均是通過商業(yè)渠道購買獲得；
[0019]固體酸催化劑Amberlyst-15，是一種大孔的苯乙稀二乙稀基苯共聚物的基礎上磺化而成的強酸性催化劑，可通過購買獲得；
[0020]固體酸催化劑CT-700，是一種采用TiCl同晶取代并由(NH4) #04改性的脫鋁絲樹脂類強酸性催化劑，可通過購買得到。
[0021]實施例1:
[0022]本發(fā)明，微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，具體包括以下步驟:
[0023]首先，稱取果糖1.lg(6mmol)和CT-700固體催化劑216mg(20wt% )，加入到微波反應器的反應釜中；
[0024]向反應釜中加入12mL無水乙醇和攪拌磁子，密封后在微波反應器中120°C反應lOmin ；
[0025]最后，反應停止后，加入少量飽和食鹽水，用乙酸乙酯萃取后，收集有機層，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋干，得到紅褐色的液體，向其中加入定量的均三甲苯，用1H NMR計算乙氧甲基糠醛的產(chǎn)率為54%。
[0026]實施例2:
[0027]本發(fā)明，微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，具體包括以下步驟:
[0028]首先，稱取果糖1.lg(6mmol)和濃硫酸32uL(10wt% )，加入到微波反應器的反應釜中；
[0029]然后，向反應釜中加入12mL無水乙醇和攪拌磁子，密封后在微波反應器中120°C反應
[0030]lOmin ；
[0031]最后，反應停止后，加入少量飽和食鹽水，用乙酸乙酯萃取后，收集有機層，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋干，得到紅褐色的液體，向其中加入定量的均三甲苯，用1H NMR計算乙氧甲基糠醛的產(chǎn)率為43%。
[0032]實施例3:
[0033]本發(fā)明，微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，具體包括以下步驟:
[0034]首先，稱取果糖1.lg(6mmol)和磷鉬酸固體催化劑180mg(10wt% )，加入到微波反應器的反應釜中；
[0035]然后向反應釜中加入12mL無水乙醇和攪拌磁子，密封后在微波反應器中100°C反應 lOmin ；
[0036]最后，反應停止后，加入少量飽和食鹽水，用乙酸乙酯萃取后，收集有機層，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋干，得到紅褐色的液體，向其中加入定量的均三甲苯，用1H NMR計算乙氧甲基糠醛的產(chǎn)率為29%。
[0037]實施例4:
[0038]本發(fā)明，微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，具體包括以下步驟:
[0039]首先，稱取菊粉1.0g(6mmol)和濃硫酸32uL(10wt% )，加入到微波反應器的反應釜中；
[0040]然后向反應釜中加入12mL無水乙醇和攪拌磁子，密封后在微波反應器中120°C反應 lOmin ；
[0041]最后，反應停止后，加入少量飽和食鹽水，用乙酸乙酯萃取后，收集有機層，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋干，得到紅褐色的液體，向其中加入定量的均三甲苯，用1H NMR計算乙氧甲基糠醛的產(chǎn)率為60%。
[0042]實施例5:
[0043]本發(fā)明，微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，具體包括以下步驟:
[0044]首先，稱取秸桿粉1.0g(6mmol)和濃硫酸96uL(30wt% )以及少量的四氯化錫，加入到微波反應器的反應釜中，然后向反應釜中加入12mL無水乙醇和攪拌磁子，密封后在微波反應器中120°C反應30min。反應停止后，加入少量飽和食鹽水，用乙酸乙酯萃取后，收集有機層，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋干，得到紅褐色的液體，向其中加入定量的均三甲苯，用1H NMR計算乙氧甲基糠醛的產(chǎn)率為19%。
[0045]上述方式中未述及的部分采取或借鑒已有技術即可實現(xiàn)。
[0046]需要說明的是，在本說明書的教導下本領域技術人員所做出的任何等同方式，或明顯變型方式均應在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其是以糖和乙醇在催化劑條件下反應制得，其特征在于：所述催化劑為酸性催化劑，所述的糖和乙醇采用微波加熱并控制溫度為80-200°C，反應10-30min后加入乙酸乙酯萃取，收集有機相，得到5-乙氧甲基糠醛。2.根據(jù)權利要求1所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：所述的糖為單糖、二糖、多糖或聚糖。3.根據(jù)權利要求2所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：所述的單糖為葡萄糖，所述的二糖為蔗糖，所述的多糖為菊粉。4.根據(jù)權利要求1所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：所述的糖可用纖維素來代替。5.根據(jù)權利要求4所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：所述纖維素為秸桿粉。6.根據(jù)權利要求1所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：所述酸性催化劑CT-700固體酸催化劑、Amberlyst-15固體酸催化劑、鹽酸或硫酸。7.根據(jù)權利要求1所述的制備5-乙氧甲基糠醛的方法，其特征在于：微波加熱溫度控制在 100-120。。。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微波催化合成5-乙氧甲基糠醛的方法，其是以糖和醇為原料，在酸性催化劑的作用下反應，催化劑為酸性催化劑，糖和乙醇采用微波加熱并控制溫度為80-200℃，反應一段時間后加入乙酸乙酯萃取，收集有機相，得到5-乙氧甲基糠醛。微波加熱對化學反應有促進作用，利用微波的熱效應和電磁效應可顯著地提高化學反應的速率和改變反應機制，本發(fā)明選用微波加熱只需10-30min即可完成反應，縮短了反應時間，并且制備得到的5-乙氧甲基糠醛的最高產(chǎn)率為60％；而且本發(fā)明反應在整個過程中對環(huán)境友好，且最大程度降低了生產(chǎn)成本，為以后工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。
【IPC分類】C07D307/46
【公開號】CN105330622
【申請?zhí)枴緾N201510770684
【發(fā)明人】馬明, 姜鳴, 肖寒, 鄒兵, 姜素霞
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月12日