本发明涉及化学物质制备技术领域，尤其涉及一种光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法。
背景技术：
2,5-呋喃二甲酸(简称fdca)，是美国能源部划定的重要的十二个平台分子之一，2,5-呋喃二甲酸最重要的用途就是用来作聚合反应，可以用来制备聚酯、聚酰胺和聚氨酯等，fdca形成的聚酯有很大的潜力用来替换pet和pbt等聚酯，具有生物可降解、环保等优势。fdca在药理学中也有重要的作用，有研究表明，2,5-呋喃二甲酸二乙酯与可卡因类似有很强的麻醉效果，2,5-呋喃二甲酸二钙对巨大芽孢杆菌的生长有抑制作用。
5-羟甲基糠醛(简称hmf)，来源于六碳糖的水解，可以转化为多种重要的化合物，hmf可以氧化转化为多种重要的化合物，如马来酸酐、呋喃二甲醛、5-羟甲基呋喃酸，5-甲酰基呋喃酸，呋喃二甲酸等。
鉴于2,5-呋喃二甲酸的重要作用和用途，研究碳水化合物尤其是hmf到fdca的转化是十分具有意义的，但制备过程仍然存在反应条件较苛刻，催化剂价格昂贵、催化剂制备过程复杂不可控、不利于大规模工业化生产等问题。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法，本发明避免使用贵金属催化剂，反应条件温和，能耗低，大大降低了本发明的生产成本，选择性高，副产物少，制备得到的2,5-呋喃二甲酸的收率高、纯度好。
本发明提出的一种光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法，包括如下步骤：将5-羟甲基糠醛、光催化剂、碱性物质、溶剂混匀，且有氧源存在的条件下，光照催化得到2,5-呋喃二甲酸，其中，光催化剂为下列物质1-24中的至少一种，其结构式如下：
优选地，碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、碳酸锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、叔丁醇钾、叔丁醇钠、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾中的至少一种。
优选地，溶剂为醇、水、乙腈、1，4-二氧六环、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、乙酸乙酯和四氢呋喃中的至少一种。
优选地，醇为碳原子数为1-6的直链醇或支链醇。
优选地，氧源为双氧水、氧气、空气、臭氧、过氧化物、次卤酸盐中的至少一种。
优选地，光照的光源为蓝色发光二极管灯，其功率为5-50w。
优选地，光照催化的温度为10-80℃。
优选地，光照催化的温度为20-50℃。
优选地，光照催化的时间为1-72h。
优选地，光照催化的时间为24-36h。
优选地，当氧源为气体时，光照催化的压力为0.1-2mpa。
优选地，当氧源为气体时，光照催化的压力为0.1-1mpa。
优选地，5-羟甲基糠醛与光催化剂的摩尔比为0.1-20：1。
优选地，5-羟甲基糠醛与光催化剂的摩尔比为5-10：1。
上述水均为去离子水。
本发明选用5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲酸，通过选择适宜的光催化剂、碱性物质、氧源和光照条件，增加反应的选择性，减少副产物，提高2,5-呋喃二甲酸的收率和纯度，且反应条件温和，能耗低，避免使用贵金属催化剂，大大降低了本发明的生产成本，适合工业化生产。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
将5-羟甲基糠醛溶于二甲基亚砜中，加入物质1、k2co3，在氧气氛围中，调节压力为0.2mpa，升温至40℃，用功率为36w的蓝色发光二极管灯照射搅拌24h得到反应混合物，其中，5-羟甲基糠醛与k2co3的摩尔重量(mol/g)比为1：50，5-羟甲基糠醛与物质1的摩尔比为10：1，5-羟甲基糠醛与二甲基亚砜的摩尔体积(mmol/ml)比为1：5；
采用hplc法检测反应混合物中2,5-呋喃二甲酸的收率，其检测条件为：流动相为甲醇：0.5％(v/v)三氟乙酸水溶液＝20：80(v/v)；柱温＝30℃；流速＝0.6ml/min；c18色谱柱；经hplc法标准曲线定量测定2,5-呋喃二甲酸的收率为86％。
实施例2
5-羟甲基糠醛与k2co3的摩尔重量(mol/g)比为1：40，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为83.6％。
实施例3
5-羟甲基糠醛与k2co3的摩尔重量(mol/g)比为1：80，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为85.1％。
实施例4
5-羟甲基糠醛与k2co3的摩尔重量(mol/g)比为1：100，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为89.5％。
实施例5
将二甲基亚砜改为n-甲基吡咯烷酮，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为54.5％。
实施例6
将二甲基亚砜改为1,4-二氧六环，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为63.7％。
实施例7
将二甲基亚砜改为乙醇，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为70.1％。
实施例8
将物质1改为物质2，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为77.2％。
实施例9
将物质1改为物质8，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为67.8％。
实施例10
将物质1改为物质20，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为66.4％。
实施例11
将物质1改为物质24，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为69.0％。
实施例12
将k2co3改为naoh，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为70.1％。
实施例13
将k2co3改为nahco3，其他同实施例1，2,5-呋喃二甲酸的收率为98.9％。
实施例14
搅拌12h，其他同实施例1，得到2,5-呋喃二甲酸的收率为72.4％。
实施例15
搅拌36h，其他同实施例1，得到2,5-呋喃二甲酸的收率为87.8％。
实施例16
搅拌72h，其他同实施例1，得到2,5-呋喃二甲酸的收率为90.2％。
实施例17
升温至30℃，其他同实施例1，得到2,5-呋喃二甲酸的收率为65.3％。
实施例18
升温至60℃，其他同实施例1，得到2,5-呋喃二甲酸的收率为75.1％。
实施例19
将氧气改为空气，其他同实施例1，得到2,5-呋喃二甲酸的收率为94.0％。
实施例20
将氧气改为过氧化氢，其他同实施例1，得到2,5-呋喃二甲酸的收率为88.5％。
实施例21
调节压力为1mpa，其他同实施例1，得到2,5-呋喃二甲酸的收率为87.9％。
实施例22
调节压力为0.1mpa，其他同实施例1，得到2,5-呋喃二甲酸的收率为80.3％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。