分离提纯5-羟甲基糠醛的方法

本发明涉及糠醛生产，具体涉及一种分离提纯5-羟甲基糠醛的方法。

背景技术：

1、生物质衍生的5-羟甲基糠醛(hmf)具有呋喃环、醛基以及羟基，是一种化学性质活泼的化工中间体，可以通过氧化、加氢等反应生成多种衍生物，是极具应用前景的生物基化学品。

2、为实现糖类脱水高选择性地制备hmf，通常采用非质子极性溶剂作为反应溶剂，其中二甲基亚砜(dmso)是应用最广泛的溶剂之一。目前已有多种方法应用于hmf的提取和纯化，包括蒸馏法、吸附法、结晶法和萃取法等。蒸馏法通常可得到纯度较高的hmf，但对热不稳定的hmf往往会发生降解，从而降低收率；吸附法存在吸附周期长、吸附剂易被堵塞、再生能耗大等缺点，限制了其在工业上的应用；结晶法需要低温操作，能耗也较高。此外，dmso的物理化学性质导致很难通过常规手段将hmf从中分离。目前，从dmso中分离hmf的方法主要为液-液萃取，但该方法存在dmso和萃取剂损失大、分离效率低等问题。

3、因此，分离提纯5-羟甲基糠醛的技术仍有待改进。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有分离效率高、非质子极性溶剂和萃取剂损失小等优点的分离提纯5-羟甲基糠醛的方法。

2、在本发明的一个方面，本发明提出了一种分离提纯5-羟甲基糠醛的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

3、(1)将水与含有5-羟甲基糠醛和非质子极性溶剂的有机溶液混合，以便得到第一混合液；

4、(2)采用萃取剂对所述第一混合液进行萃取处理，以便得到萃余相和含有5-羟甲基糠醛的萃取相；

5、(3)采用糖水溶液对所述萃取相进行反萃取处理，以便得到反萃萃余相和含有5-羟甲基糠醛的反萃萃取相；

6、(4)对所述反萃萃取相进行蒸发和结晶处理，以便得到5-羟甲基糠醛。

7、根据本发明上述实施例的分离提纯5-羟甲基糠醛的方法，通过将水与含有5-羟甲基糠醛和非质子极性溶剂的有机溶液混合，水与有机溶液中的非质子极性溶剂形成强的相互作用，可以降低后续进行萃取处理时非质子极性溶剂对萃取剂和5-羟甲基糠醛的作用；采用萃取剂对第一混合液进行萃取处理，利用5-羟甲基糠醛在非质子极性溶剂与萃取剂中溶解度的不同，使5-羟甲基糠醛从非质子极性溶剂中转移到萃取剂中，得到萃余相和含有5-羟甲基糠醛的萃取相，并且第一混合液中的水可以降低非质子极性溶剂对萃取剂和5-羟甲基糠醛的作用，由此有利于降低非质子极性溶剂与萃取剂之间的溶解性，并提高5-羟甲基糠醛在萃取剂中的分布，从而提高分离效率，并减少非质子极性溶剂和萃取剂损失；采用糖水溶液对萃取相进行反萃取处理，利用水与非质子极性溶剂之间的相互作用，可以将萃取相中残留的非质子极性溶剂脱除，从而有利于获得高纯度的5-羟甲基糠醛，并且，糖水溶液中的糖一方面由于具有大量羟基，可以分别与水和非质子极性溶剂形成强的相互作用，减小水和非质子极性溶剂与5-羟甲基糠醛之间的作用，从而提高5-羟甲基糠醛在萃取剂中的分配系数，提高分离效率，另一方面可以增加水的饱和度，减少水对萃取剂的溶解，从而减少萃取剂的损失；并且糖是生产5-羟甲基糠醛的原料，萃取后得到的反萃萃余相可循环至糖脱水制备5-羟甲基糠醛反应体系进行反应，由此，一方面可以减少非质子极性溶剂的损失，另一方面可以与糖脱水制备5-羟甲基糠醛的反应体系有机结合，不需要对反萃萃余相中的糖进行分离，从而有利于5-羟甲基糠醛的连续化生产；对反萃萃取相进行蒸发和结晶处理，可以使5-羟甲基糠醛从萃取剂中析出，从而得到纯度较高的5-羟甲基糠醛。由此，本发明的分离提纯5-羟甲基糠醛的方法具有条件温和、分离效率高、产品纯度高、非质子极性溶剂和萃取剂损失小等优点，适于连续化、稳定的放大生产应用。

8、另外，根据本发明上述实施例的分离提纯5-羟甲基糠醛的方法还可以具有如下附加的技术特征：

9、在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述水和所述有机溶液的体积比为1:9-9:1。由此可以提高萃取率，降低萃取剂溶解性，减少萃取剂损失，并降低分离成本。

10、在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述非质子极性溶剂包括二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、低共熔溶剂和离子液体中的至少之一。

11、在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述萃取剂包括甲基异丁基酮、乙酸乙酯、丙酸甲酯、乙醚、2-甲基四氢呋喃和正丁醇中的至少之一。由此有利于提高萃取率。

12、在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述萃取剂和所述第一混合液的体积比为1:9-9:1。由此可以提高萃取率，并减少非质子极性溶剂损失，降低回收成本。

13、在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，所述糖水溶液中的糖包括蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、海藻糖、纤维二糖和乳糖中的至少之一。

14、在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，所述糖水溶液与所述萃取相的体积比为1:9-9:1。由此可以提高5-羟甲基糠醛的回收率，并有利于获得高纯度的5-羟甲基糠醛。

15、在本发明的一些实施例中，所述糖水溶液中糖的浓度为10g/l-1000g/l。由此可以减少5-羟甲基糠醛进入水相的量，同时降低萃取剂的损失。

16、在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，对所述反萃萃取相进行蒸发的压力为100pa-2000pa，对所述反萃萃取相进行结晶的温度为-30℃-0℃。由此可以有效降低5-羟甲基糠醛的损失。

17、在本发明的一些实施例中，上述方法还包括：(5)将所述萃余相与所述反萃萃余相供给至糖脱水制备5-羟甲基糠醛的反应体系，以便将所述萃余相与所述反萃萃余相中的糖转化为5-羟甲基糠醛。由此有利于实现连续化、稳定的放大生产应用。

18、在本发明的一些实施例中，在将所述萃余相与所述反萃萃余相供给至所述糖脱水制备5-羟甲基糠醛的反应体系之前，将所述萃余相与所述反萃萃余相混合，得到第二混合液，并将所述第二混合液进行吸附处理和水含量调整。由此有利于实现连续化、稳定的放大生产应用。

19、在本发明的一些实施例中，所述吸附处理采用树脂、硅藻土和活性白土中的至少之一进行。由此有利于实现连续化、稳定的放大生产应用。

20、在本发明的一些实施例中，将所述第二混合液进行吸附处理和水含量调整后，所述第二混合液中的水含量为20wt％-60wt％。由此有利于实现连续化、稳定的放大生产应用。

21、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种分离提纯5-羟甲基糠醛的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水和所述有机溶液的体积比为1:9-9:1；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述萃取剂包括甲基异丁基酮、乙酸乙酯、丙酸甲酯、乙醚、2-甲基四氢呋喃和正丁醇中的至少之一。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述萃取剂和所述第一混合液的体积比为1:9-9:1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述糖水溶液中的糖包括蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、海藻糖、纤维二糖和乳糖中的至少之一。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述糖水溶液与所述萃取相的体积比为1:9-9:1。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述糖水溶液中糖的浓度为10g/l-1000g/l。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，对所述反萃萃取相进行蒸发的压力为100pa-2000pa，对所述反萃萃取相进行结晶的温度为-30℃-0℃。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在将所述萃余相与所述反萃萃余相供给至所述糖脱水制备5-羟甲基糠醛的反应体系之前，将所述萃余相与所述反萃萃余相混合，得到第二混合液，并将所述第二混合液进行吸附处理和水含量调整；

技术总结
本发明公开了一种分离提纯5‑羟甲基糠醛的方法。该方法包括：将水与含有5‑羟甲基糠醛和非质子极性溶剂的有机溶液混合，以便得到第一混合液；采用萃取剂对所述第一混合液进行萃取处理，以便得到萃余相和含有5‑羟甲基糠醛的萃取相；采用糖水溶液对所述萃取相进行反萃取处理，以便得到反萃萃余相和含有5‑羟甲基糠醛的反萃萃取相；对所述反萃萃取相进行蒸发和结晶处理，以便得到5‑羟甲基糠醛。本发明的分离提纯5‑羟甲基糠醛的方法具有条件温和、分离效率高、产品纯度高、非质子极性溶剂和萃取剂损失小等优点，适于连续化、稳定的放大生产应用。

技术研发人员：赵雪冰,游立,刘德华,戴玲妹
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1