Смесь производных фурфураля и 5-алкоксиметилфурфураля из сахаров и спиртов
Формула / Реферат
1. Способ получения смеси фурфураля и производного 5-алкоксиметилфурфураля путем взаимодействия исходного вещества, содержащего гексозу и пентозу, с алифатическим С1-С20-спиртом в присутствии кислотного катализатора, получения смеси фурфураля и 5-алкоксиметилфурфураля с последующим гидрированием смеси фурфураля и 5-алкоксиметилфурфураля и этерификацией продукта гидрирования для преобразования альдегидной функциональной группы как 5-алкоксиметилфурфураля, так и фурфураля в алкоксиметильную функциональную группу.
2. Способ по п.1, где спирт представляет собой первичный, вторичный или третичный, предпочтительно первичный или вторичный, более предпочтительно первичный моноатомный спирт и где моноатомные спирты, содержащие 4 или более атомов углерода, предпочтительно имеют разветвленную углеродную цепь.
3. Способ по п.2, где моноатомные спирты выбирают из одного или нескольких из группы, состоящей из метанола, этанола, 1-пропанола и 2-пропанола.
4. Способ по пп.1-3, где кислотный катализатор выбирают из группы, состоящей из гомогенных или гетерогенных кислот, выбранных из твердых органических кислот, неорганических кислот, солей, кислот Льюиса, ионообменных смол, цеолитов или их смесей и/или комбинаций.
5. Способ по п.1, где кислотный катализатор представляет собой твердую кислоту Бренстеда.
6. Способ по п.1, где кислотный катализатор представляет собой твердую кислоту Льюиса.
7. Способ по любому из пп.1-6, где реакцию проводят при температуре от 50 до 300°C, предпочтительно от 125 до 250°C, более предпочтительно от 150 до 225°C.
8. Способ по любому одному из пп.1-7, где исходное вещество, содержащее гексозу, выбирают из группы, состоящей из крахмала, амилозы, галактозы, целлюлозы, полуцеллюлозы; глюкозосодержащих дисахаридов, таких как сахароза, мальтоза, целлобиоза, лактоза, предпочтительно из глюкозосодержащих дисахаридов, более предпочтительно сахарозы; глюкозы или фруктозы и их окисленных, восстановленных, простых эфирных, сложных эфирных и амидированных производных.
9. Способ по любому из пп.1-7, где исходное вещество, содержащее пентозу, выбирают из группы, состоящей из арабинозы, рибозы, рибулозы, ксилозы, ксилулозы, ликсозы и их окисленных, восстановленных, простых эфирных, сложных эфирных и амидированных производных.
10. Способ по любому одному из пп.1-9, где способ осуществляют в присутствии растворителя, где растворитель выбирают из группы, состоящей из воды, сульфоксидов, предпочтительно ДМСО, кетонов, предпочтительно метилэтилкетона, ионных жидкостей, метилизобутилкетона и/или ацетона, сложных эфиров, простых эфиров, предпочтительно простых эфиров этиленгликоля, более предпочтительно диметилового эфира диэтиленгликоля (диглим) или реагирующего спирта, как определено по пп.2 и 3, и их смесей.
11. Способ по любому из пп.1-10, где способ осуществляют в виде непрерывного поточного производственного процесса.
12. Способ по п.11, где время нахождения в поточном производственном процессе составляет от 0,1 с до 10 ч, предпочтительно от 1 с до 1 ч, более предпочтительно от 5 с до 20 мин.
13. Способ по п.12, где непрерывный поточный производственный процесс представляет собой непрерывный поточный производственный процесс с неподвижным слоем.
14. Способ по п.13, где неподвижный слой включает гетерогенный кислотный катализатор.
15. Способ по п.14, где непрерывный поточный производственный процесс представляет собой процесс химически реакционной перегонки или каталитической перегонки.
16. Способ по п.15, где, помимо гетерогенного кислотного катализатора, к сырью в непрерывном поточном производственном процессе с неподвижным слоем или в процессе каталитической перегонки добавляют неорганический или органический кислотный катализатор.
17. Способ по пп.13-16, где часовая объемная скорость жидкости составляет от 1 до 1000, предпочтительно от 5 до 500, более предпочтительно от 10 до 250 и наиболее предпочтительно от 25 до 100 мин-1.
Текст
СМЕСЬ ПРОИЗВОДНЫХ ФУРФУРАЛЯ И 5-АЛКОКСИМЕТИЛФУРФУРАЛЯ ИЗ САХАРОВ И СПИРТОВ Изобретение относится к способу получения смеси фурфураля и производного 5-алкоксиметилфурфураля путем взаимодействия исходного вещества, содержащего С 5- иC6-сахара, со спиртом в присутствии кислотного катализатора с последующим гидрированием и/или этерификацией смеси фурфураля и 5-алкоксиметилфурфураля для преобразования альдегидной функциональной группы как 5-алкоксиметилфурфураля, так и фурфураля в алкоксиметильную функциональную группу или метильную функциональную группу. Грутер Герардус Йоханнес Мария Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится способу получения смеси производных фурфураля и 5-алкоксиметилфурфураля из сахаров и спиртов (RMF, радикалметилфурфураль) из смешанного сырья,содержащего как пентозы (С 5-сахара), так и гексозы (C6-сахара). Предпосылки создания изобретения Из патента Германии DE 635783 известно получение алкоксиметилфурфуралей и алкиловых сложных эфиров левулиновой кислоты с использованием глюкозы или содержащего глюкозу исходного материала. Например, была использована сахароза, дисахарид глюкозы и фруктозы (оба представляют собойC6-сахара). Реакции приводили в основном к производным левулиновой кислоты. Топливо, присадки к топливу и различные химические продукты, используемые в нефтехимической промышленности, получают из нефти, газа и угля, все из которых являются конечными источниками. С другой стороны, биомасса рассматривается как возобновляемый источник сырья. Биомасса представляет собой биологический материал (включая биоразлагаемые отходы), который можно использовать для получения топлива или для промышленного получения, например, волокон, химических продуктов и тепла. Она включает органическое вещество, которое было трансформировано в ходе геологических процессов в такие вещества, как уголь или нефть. Переработка биомассы приводит к продуктам непищевого применения в растущей промышленности. Биотопливо представляет собой пример применения, привлекающего все возрастающий интерес. Биомасса содержит сахара (гексозы и пентозы), которые могут быть преобразованы в ценные вспомогательные продукты. Существующая в настоящее время деятельность в области биотоплива главным образом относится к ферментированию сахарозы или глюкозы в этанол или к полному разрушению через синтетический газ в синтетическое жидкое топливо. В патенте EP 0641854 описано применение топливных композиций, включающих углеводороды и/или производные растительных масел, содержащие по крайней мере один простой эфир глицерина для уменьшения выделения веществ в виде макрочастиц. Позднее была повторно исследована кислотно-катализируемая реакция фруктозы, приводящая кHMF (гидроксиметилфурфураль) в качестве промежуточного продукта, представляющего большой интерес. Недостатки большинства исследованных процессов заключались в том, что HMF является не слишком стабильным в условиях реакции, требуемой для его образования. Быстрое удаление из водной фазы,содержащей исходное вещества-сахара, и кислотный катализатор рассматривались как решение данной проблемы. Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон (University of Wisconsin-Madison) разработали способ получения HMF из фруктозы. HMF можно преобразовать в мономеры для получения пластика, наполнители нефти или топлива или даже в само топливо. В способе, предложенном профессором Джеймсом Думесиком (James Dumesic) с сотрудниками, впервые происходит дегидратирование фруктозы в водной фазе при использовании кислотного катализатора (соляной кислоты или кислотной ионообменной смолы). Соль добавляют для высаливания HMF в экстрагирующую фазу. В экстрагирующей фазе используется инертный органический растворитель, который способствует экстракции HMF из водной фазы. В двухфазном процессе используется высокая концентрация фруктозы (от 10 до 50 вес.%), достигаются высокие выходы (80%-ная селективность в отношении HMF при 90%-ной конверсии фруктозы) иHMF доставляется в удобный для экстракции растворитель (Dumestic, James A. et al. "Phase modifierspromote efficient production of Hydroxymethylfurfural from fructose". Science, 30 Juni 2006, vol. 312,no. 5782, p. 1933-1937). Хотя выходы HMF в данном способе представляют интерес, недостатком процесса, в котором используется множество растворителей, является высокая стоимость, определяемая относительно сложной конструкцией установки и выходами, далекими от идеальных, в том случае, когда вместо фруктозы в качестве исходного вещества используются более дешевые и менее реакционноспособные гексозы, такие как глюкоза и сахароза. HMF представляет собой твердое вещество при комнатной температуре, которое на последующих стадиях должно быть преобразовано в используемые продукты. Думестик сообщил об интегрированной в процесс стадии гидрогенолиза, преобразующей HMF в диметилфуран (DMF), который, как предполагается, представляет собой интересное вспомогательное вещество для бензина. В WO 2006/063220 описан способ преобразования фруктозы в 5-этоксиметилфурфураль (EMF) при 60C с использованием кислотного катализатора либо в виде периодического технологического процесса в течение 24 ч, либо в виде непрерывного способа, включающего элюирование через колонку в течение 17 ч. Применение EMF не обсуждается. Также получение простых эфиров HMF описано в совместно рассматриваемой патентной заявкеPCT/ЕР 2007/002145, включая применение таких простых эфиров в качестве топлива или присадки к топливу. Действительно, были получены и протестированы как метиловый простой эфир, так и этиловый простой эфир (метоксиметилфурфураль или MMF; этоксиметилфурфураль или EMF). Изобретение по данной совместно рассматриваемой патентной заявке, однако, было ограничено применением гексозного исходного сырья предпочтительно вместе с первичными С 1-С 5-спиртами. Применение смешанного сырья на основе гексозы и пентозы вместе со вторичными и третичными спиртами не рассматривалось, при этом рассматривался единственный пример разветвленного первичного спирта. Хотя производные 5-алкоксиметилфурфураля можно использовать в качестве топлива или присадки к топливу, авторы на-1 018486 стоящего изобретения установили, что простые эфиры оставляют возможность улучшения, в частности при использовании в более высококонцентрированных смесях с топливами, такими как бензин, керосин,дизельное топливо, биодизельное топливо или "зеленое" дизельное топливо. Авторы настоящего изобретения разработали дополнительные пути получения производных, направленные на устранение отрицательного влияния альдегидной функциональной группы в фурфурале и его производных на свойства смешиваемости с топливом, что в настоящий момент дает возможность исходить из смешанного пентоза/гексозного сырья, поскольку плохо растворимый в топливе фурфураль, который получают из пентозы,одновременно будет преобразован в лучше растворимые фурфуриловые простые эфиры или метилфуран в процессе гидрирования/этерификации альдегида в спирт или гидрирования альдегида в CH3 соответственно. Следовательно, удаление пентозы из смешанной, содержащей пентозу/гексозу биомассы больше не требуется. Неожиданно, авторы настоящего изобретения установили, что комбинация производного 5-алкоксметилфурфураля и производного фурфураля, предпочтительно соответствующего производного фурфураля, обладает превосходными свойствами смешения по сравнению с самим 5-алкоксиметилфурфуралем или смесью 5-алкоксиметилфурфураля с фурфуралем. Описание изобретения Соответственно, настоящее изобретение относится к способу получения смеси фурфураля и производного 5-алкоксиметилфурфураля путем взаимодействия исходного вещества, содержащего С 5- иC6-сахара, со спиртом в присутствии кислотного катализатора с последующим гидрированием и/или этерификацией смеси фурфураля и 5-алкоксиметилфурфураля для преобразования альдегидной функциональной группы как в 5-алкоксиметилфурфурале, так и в фурфурале в алкоксиметильную функциональную группу или метильную функциональную группу. Когда продукт реакции, полученный вышеуказанным способом, используют в качестве исходного вещества для последующего преобразования в топливо, присадку к топливу или в качестве топлива, или в качестве промежуточного продукта для присадки к топливу, продукт реакции не обязательно должен быть чистым. Действительно, при получении из биомассы топлива и присадок к топливу продукт реакции может содержать не мешающие друг другу компоненты, такие как производные левулиновой кислоты и т.п. Для легкости упоминания, однако, способ и реакционный продукт описаны в данном изобретении по отношению к реакции смешанного, содержащего пентозу/гексозу исходного вещества, приводящей к смеси фурфураля и 5-алкоксиметилфурфураля. Настоящее изобретение также относится к применению продукта реакции, полученного в соответствии с настоящим изобретением, в качестве топлива или присадки к топливу. Виды топлива для смешивания с продуктом настоящего изобретения включают,но не ограничиваются указанным, бензин и бензин-этанольные смеси, керосин, дизельное топливо, биодизельное топливо (упоминаемое как дизельное топливо не на нефтяной основе, состоящее из короткоцепочечных алкиловых (метиловых или этиловых) сложных эфиров, полученных трансэтерификацией растительного масла, которое можно использовать само по себе или в смеси с обычным нефтяным дизельным топливом), жидкости Фишера-Тропша (например, полученные в GTL, CTL или BTL процессах превращения газа-в-жидкость/угля-в-жидкость/биомассы-в-жидкость), смеси дизельное-биодизельное топливо и "зеленое" дизельное топливо и смеси дизельное топливо и/или биодизельное топливо с "зеленым" дизельным топливом ("зеленое" дизельное топливо представляет собой углеводород, полученный гидрообработкой полученных из биомассы масел, жиров, густой смазки или пиролизного масла (см., например, отчет UOP "Возможности биовозобновляемых ресурсов на нефтеочистительных заводах", конечный технический отчет, представленный департаменту энергетики США (DOE Award Number: DEFG36-05GO15085. Продукт представляет собой высококачественное дизельное топливо, не содержащее серы и имеющее цетановое число от 90 до 100). Топливо для смешивания с продуктом по настоящему изобретению может также включать одно или несколько фурановых производных, где выражение "фурановые производные" используется для обозначения всех производных фурана и тетрагидрофурана. Изобретение также относится к композиции топлива, включающей элемент топлива, как описано выше,и продукт реакции, полученный в соответствии с настоящим изобретением. Способы осуществления изобретения Ресурсы биомассы хорошо известны. Представляющими интерес компонентами биомассы является то сырье, которое может высвобождать смесь гексозы и по крайней мере 5% пентозы (далее упоминаемую как смешанный исходный материал, содержащий пентозы и гексозы). В органической химии гексозы представляют собой моносахарид с 6 атомами углерода, имеющий химическую формулу C6H12O6. Гексозы классифицируют в соответствии с функциональной группой, при этом альдогексозы имеют альдегид в положении 1, и кетогексозы содержат кетон в положении 2. Подходящие 6-углеродные моносахариды включают, но не ограничиваются указанным, фруктозу, глюкозу, галактозу, маннозу и их окисленные, восстановленные, простые эфирные, сложноэфирные и амидированные производные, например,альдоновой кислоты или альдитола, где глюкоза является имеющимся в наибольшем избытке, наиболее экономичным и наиболее предпочтительным моносахаридом, хотя и менее реакционноспособным по сравнению с фруктозой. Пентоза представляет собой моносахарид с пятью атомами углерода, имеющий химическую формулу C6H12O6. Они имеют либо альдегидную функциональную группу в положении 1(альдопентозы), либо кетонную функциональную группу в положении 2 (кетопентозы). Подходящие 5-углеродные моносахариды включают, но не ограничиваются указанным, арабинозу, рибозу, рибулозу,ксилозу, ксилюлозу, ликсозу и их окисленные, восстановленные, простые эфирные, сложноэфирные и амидированные производные. С другой стороны, авторам настоящего изобретения удалось преобразовать сахарозу, которая также доступна в большом количестве. Другие дисахариды, которые можно использовать, включают мальтозу,целлобиозу и лактозу. Полисахариды, которые можно использовать, включают целлюлозу, инулин (полифруктан), крахмал (полиглюкан) и полицеллюлозу. Полисахариды и дисахариды превращаются в свой моносахаридный(е) компонент(ы) и дегидратируются во время получения простого эфира 5-HMF. Спирт, использованный в способе по настоящему изобретению, предпочтительно имеет единственную гидроксильную группу, которая может быть расположена в первичном, вторичном или третичном положении. Спирт может включать от 1 до 20 атомов углерода, предпочтительно от 1 до 8 атомов углерода, при этом спирты с 4 или более атомами углерода предпочтительно имеют разветвленную углеродную цепь. Предпочтительные спирты, использованные в способе по настоящему изобретению, включают метанол, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол, изобутанол, трет-бутанол, изомиловый спирт, изооктиловый спирт. Также можно использовать смеси спиртов, например смесь изобутанола и трет-бутанола. Количество спирта, используемое при получении простого эфира HMF по настоящему изобретению, предпочтительно составляет, по меньшей мере, количество, эквимолярное содержанию гексозы в сырье, но обычно он используется в намного большем количестве. Действительно, спирт (такой как третбутанол) можно использовать в качестве растворителя или сорастворителя. В таком случае присутствует достаточное количество спирта для образования простого эфира HMF. Кислотный катализатор в способе по настоящему изобретению может быть выбран среди (галогенированных) органических кислот, неорганических кислот, кислот Льюиса, ионообменных смол и цеолитов или их комбинаций и/или смесей. Это может быть гомогенный катализатор, но гетерогенные катализаторы (подразумеваются твердые катализаторы) являются предпочтительными с позиций очистки. Просто эфир HMF может быть получен с использованием протонной кислоты Бренстеда или, альтернативно, кислоты Льюиса или с использованием катализаторов, которые имеют более одной из данных кислотных функциональных групп. Протонная кислота может быть органической или неорганической. Например, органическая кислота может быть выбрана из щавелевой кислоты, левулиновой кислоты, малеиновой кислоты, трифторуксусной кислоты (трифлатной кислоты, т.е. трифторметансульфоновой кислоты), метансульфоновой кислоты или паратолуолсульфоновой кислоты. Альтернативно, неорганическая кислота может быть выбрана из (поли)фосфорной кислоты, серной кислоты, хлористо-водородной кислоты, бромисто-водородной кислоты, азотной кислоты, йодисто-водородной кислоты, необязательно генерированной in situ. В качестве катализатора можно использовать некоторые соли, где соль может быть одной или несколькими из (NH4)2SO4/SO3, фосфата аммония, хлорида пиридиния, фосфата триэтиламина, соли пиридиния, фосфата пиридиния, гидрохлорид/гидробромид/пербромат пиридиния, ДМАП, соли алюминия,ионы Th и Zr, фосфат циркония, ионы Sc и ионы лантанидов, таких как Sm и Y в виде из ацетатной или трифторацетатной (трифлатной) соли, ионы Cr-, Al-, Ti-, Ca-, In-, ZrOCl2, VO(SO4)2, TiO2, V-порфирин,Zr-, Cr-, Ti-порфирин. Кислоты Льюиса, выбранные в качестве катализатора дегидратации, могут представлять собой любой из ZnCl2, AlCl3, BF3. Ионнообменные смолы могут представлять собой подходящие катализаторы дегидратации. Примеры включают Amberlite и Amberlyst, Diaion и Levatit. Другие твердые катализаторы, которые можно использовать, включают природные глинистые минералы, цеолиты, кислоты на носителе, такие как силикагель, импрегнированный минеральными кислотами, термически обработанный уголь, оксиды металлов, сульфиды металлов, соли металлов и оксиды металлов и их смеси. Если используют повышенные реакционные температуры, как определено выше, то катализатор должен быть стабильным при данных температурах. Общее представление о катализаторах, которые можно использовать в способе по настоящему изобретению, можно найти в табл. 1 обзорной статьи, подготовленной Mr. Lewkowski: "Synthesis, chemistryand applications of 5-hydroxymethylfurfural and its derivatives", Arkivoc, 2001, p. 17-54. Количество катализатора может изменяться в зависимости от выбора катализатора или смеси катализаторов. Например,катализатор может быть добавлен к реакционной смеси в количестве, изменяющемся от 0,01 до 40 мол.% в пересчете на содержание гексозы в сырье, предпочтительно от 0,1 до 30 мол.%, более предпочтительно от 1 до 20 мол.%. В предпочтительном варианте осуществления катализатор представляет собой гетерогенный катализатор. Температура, при которой проводят реакцию, может изменяться, но обычно является предпочтительным проведение реакции при температуре от 50 до 300C, предпочтительно от 125 до 250C, более предпочтительно от 150 до 225C. В общем, температура выше 300C является менее предпочтительной,поскольку снижается селективность реакции и образуется множество побочных продуктов, помимо прочего, протекает карамелизация сахара. Проведение реакции при температуре более низкой, чем наименьшая указанная температура, также является менее предпочтительным из-за низкой скорости реакции. Если реакцию проводят при температуре выше, чем температура кипения воды, то реакции предпочтительно проводят под давлением, например, 10 бар азота или выше. Смешанный, содержащий пентозу/гексозу исходный материал обычно растворяют или суспендируют в растворителе, который также может представлять собой спиртовый реагент, для облегчения протекания реакции. Система растворителей может представлять собой один или несколько растворителей,выбранных из группы, состоящей из воды, сульфоксидов, предпочтительно ДМСО, кетонов, предпочтительно метилэтилкетон, метилизобутилкетон и ацетон, простых эфиров этиленгликоля, предпочтительно диметиловый эфир диэтиленгликоля (диглим) или реагирующий спирт. Также можно использовать так называемые ионные жидкости. Последние относятся к классу инертных ионных соединений с низкой температурой плавления, вследствие чего их можно использовать в качестве растворителя. Их примеры включают, например, хлорид 1H-3-метилимидазолия, обсуждающийся в публикации "Dehydration of fructose and sucrose into 5-hydroxymethylfurfural in the presence of 1H-3-methyl imidazolium chloride acting bothas solvent and catalyst" Claude Moreau et al., Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 253 (2006), 165-169. Растворитель предпочтительно присутствует в количестве, достаточном для растворения или суспендирования исходного вещества и достаточном для ограничения нежелательных побочных реакций. Способ по настоящему изобретению может быть реализован в виде порционного процесса или в виде непрерывного процесса, с рециркулированием или без рециркулирования (части) потока продукта для контролирования реакционной температуры (рецикл посредством теплового обмена). Например,способ по изобретению может быть осуществлен в виде непрерывного поточного производственного процесса. В таком способе можно использовать гомогенный катализатор и время нахождения реагентов в поточном процессе составляет от 0,1 с до 10 ч, предпочтительно от 1 с до 1 ч, более предпочтительно от 5 с до 20 мин. Альтернативно, непрерывный поточный производственный процесс может представлять собой непрерывный поточный процесс с неподвижным слоем или процесс реакционной (каталитической) перегонки с использованием гетерогенного кислотного катализатора. Для инициирования или регенерирования гетерогенного кислотного катализатора или для улучшения эксплуатационных характеристик сырья в непрерывном поточном процессе с неподвижным слоем или в процессе реакционной перегонки может быть добавлена неорганическая или органическая кислота. В процессе с неподвижным слоем часовая объемная скорость жидкости (LHSV) может составлять от 1 до 1000, предпочтительно от 5 до 500, более предпочтительно от 10 до 250 и наиболее предпочтительно от 25 до 100 мин-1. Вышеуказанный способ приводит к смеси стабильного простого эфира HMF с фурфуралем, данная смесь затем может быть преобразована в последующее производное перед использованием в виде топлива и/или присадки к топливу. Изобретение дополнительно касается применения смеси 5-алкоксиметилфурфураля и фурфураля в способе гидрирования/этерификации для преобразования альдегидной функциональной группы как в 5-алкоксиметилфурфурале, так и в фурфурале в алкоксиметильную функциональную группу для использования полученного продукта в виде топлива или компонента топлива. Изобретение дополнительно касается применения смеси 5-алкоксиметилфурфураля и фурфураля в способе гидрирования для преобразования альдегидной функциональной группы как в 5-алкоксиметилфурфурале, так и в фурфурале в функцию CH3 для применения в виде топлива и/или компонента топлива. Особый интерес представляет применение простых эфиров в дизельном, биодизельном или "зеленом дизельном" топливе, обладая (существенно) более высокой растворимостью в нем, чем этанол. Общепринятые вспомогательные добавки и компоненты смеси для дизельного топлива могут присутствовать в композициях топлива по данному изобретению в дополнение к вышеуказанным компонентам топлива. Например, топливо по данному изобретению может содержать обычные количества обычных вспомогательных добавок, например, таких как присадки, повышающие цетановое число дизельного топлива, фрикционные преобразователи,детергенты, антиоксиданты и термостабилизаторы. Особенно предпочтительные композиции дизельного топлива по данному изобретению включают углеводороды дизельного топлива и простой эфир HMF, как описано выше, вместе с пероксидными или нитратными присадками, повышающими цетановое число дизельного топлива, такими, например, как ди-трет-бутилпероксид, амилнитрат и этилгексилнитрат. Добавка простых эфиров по изобретению к дизельному топливу приводит к аналогичным числамNOx и незначительному увеличению выделения CO; однако добавка достаточного количества присадки,повышающей цетановое число дизельного топлива, может быть использована для снижения NOx и выделения CO до хорошего уровня ниже такового для базового топлива. Примеры включены для иллюстрации способа по настоящему изобретению и пригодности полученных таким образом продуктов в виде топлива. Не подразумевается, что примеры ограничивают объем изобретения. В описании использованы следующие сокращения:DEMF - ди(этоксиметил)фуран. Конверсия и селективность преобразования субстрата и выходы были рассчитаны в соответствии с формулами: Конверсия = 100[n0(субстрат)-nt(субстрат)]/n0(субстрат). Селективность = 100nt(продукт)/[n0(субстрат)-nt(субстрат)]. Выход = 100nt(продукт)/nt(субстрат),где n0 - первоначальное число молей;nt - число молей соединения в момент времени "t". Пример 1. В типичном эксперименте 32,5 мг ксилозы, 32,5 мг глюкозы или фруктозы и 0,8 мл этанола добавляли в реактор, покрытый изнутри тефлоном. Смеси давали возможность реагировать под давлением азота (12,5 бар) в присутствии твердого кислотного катализатора (6,5 мг) в течение 1 ч при 150C. Три основных пика, наблюдавшиеся в УФ-спектре, были идентифицированы как фурфураль (F),5-гидроксиметилфурфураль (HMF) и 5-этоксиметилфурфураль (EMF). Таблица 1 Пример 2. В типичном эксперименте 32,5 мг ксилозы, 32,5 мг глюкозы или фруктозы и 0,8 мл метанола добавляли в реактор, покрытый изнутри тефлоном. Смеси давали возможность реагировать под давлением азота (12,5 бар) в присутствии твердого кислотного катализатора (6,5 мг) в течение 1 ч при 150C. Три основных пика, наблюдавшиеся в УФ-спектре, были идентифицированы как фурфураль (F),5-гидркосиметилфурфураль (HMF) и 5-метоксиметилфурфураль (MMF). Таблица 2 Пример 3. В типичном эксперименте 65 мг смеси ксилозы, глюкозы и фруктозы (1:1:1, весовое соотношение) и 6,5 мг твердого кислотного катализатора смешивали в реакторе, покрытом изнутри тефлоном. Добавляли 0,8 мл смеси спиртов (метанол, этанол и н-бутанол в объемном соотношении 1/2/1) и доводили давление до 12,5 бар с использованием азота. Смеси давали возможность реагировать в течение 1 ч при 150C. Основные пики, наблюдавшиеся в УФ-спектре, были идентифицированы как F, HMF, EMF, MMF и nBuMF. Пример 4. Температуры (C) разделения фаз/кристаллизации смесей различных фурановых соединений/дизельного топлива. Синтезированные фурановые соединения и их смеси были смешаны с обычным дизельным топливом в соотношении 1:1 по объему. Смешиваемость смесей оценивали в Crystal 16TM, множественной реакторной системе, разработанной Avantium Technologies, Амстердам. Соответственно, образцы охлаждали со скоростью 0,375C/мин в условиях непрерывного перемешивания при 700 об/мин с помощью магнитной мешалки. Разделение фаз и/или кристаллизацию регистрировали с помощью измерений плотности. Фурфураль (F) и этоксиметилфурфураль (EMF) не смешивались с дизельным топливом в соотношении 1/1. DMMF полностью смешивается при комнатной температуре при добавлении в количестве ниже 40%. По сравнению с самими по себе простыми диэфирами присутствие С-5 родственных простых моноэфиров улучшает смешиваемость, особенно когда в качестве этерифицирующего агента используют метанол. Таблица 4 Смешиваемость различных фурановых соединений с обычным дизельным топливом Пример 5. Тестирование выделения отходов из мотора при использовании дизельного топлива, FEE и DEMF. В дизельном моторе D8B тест-машины Citroen Berlingo проводили сравнительно тестирование обычного коммерческого дизельного топлива (эксперимент 1) и того же коммерческого дизельного топлива, к которому было добавлено 25 об.% FEE (эксперимент 2) или 25 об.% DEMF (эксперимент 3) соответственно. FEE и DEMF добавляли в виде жидкости, и это не вызывало каких-либо проблем смешивания или хлопьеобразования при использовании смесей в указанных количествах. Мотор работал в стационарном режиме первоначально с использованием обычного дизельного топлива, после чего подачу топлива переключали на смесь 25 об.% FEE-дизельное топливо и смесь 25 об.% DEMF дизельное топливо соответственно. Во время стационарного функционирования с использованием коммерческого дизельного топлива и смесей с 25 об.% FEE и 25 об.% DEMF проводили следующие измерения: общее содержание (макро)частиц, объем O2, СО, CO2, NOx (NO+NO2) и общее количество углеводородов. Общее содержание (макро)частиц определяли в соответствии с NEN-EN 13284-1. Распределение размера частиц определяли в соответствии с VDI 2066-5. Объем измеряли в соответствии с ISO 10780. Отбор проб газов проводили в соответствии с ISO 10396. О 2, СО и CO2 анализировали в соответствии с NEN-ISO 12039.NOx (NO+NO2) анализировали в соответствии с NEN-ISO 10849. Общее количество углеводородов анализировали в соответствии с NEN-EN 13526. Таблица 5 Результаты газового анализа 100% коммерческого дизельного топлива Таблица 7 Результаты газового анализа смеси коммерческого дизельного топлива с 25 об.% FME Таблица 8 Результаты образования (макро)частиц для смеси коммерческого дизельного топлива с 25 об.% FME Таблица 9 Результаты газового анализа смеси коммерческого дизельного топлива с 25 об.% DEME Таблица 10 Результаты образования (макро)частиц для смеси коммерческого дизельного топлива с 25 об.% DEME Пример 6. Способом, аналогичным приведенному в примере 5, на дизельном моторе D8B тест-машины CitroenBerlingo проводили сравнительное тестирование обычного коммерческого дизельного топлива (эксперимент 4) и того же коммерческого дизельного топлива, к которому было добавлено 25 об.% FEE (эксперимент 5) или 12,5 об.% DEMF (эксперимент 6) соответственно. FEE и DEMF добавляли в виде жидкости, и это не вызывало каких-либо проблем смешивания или хлопьеобразования при использовании смесей в указанных количествах. Мотор работал в стационарном режиме первоначально с использованием обычного дизельного топлива, после чего подачу топлива переключали на смесь 25 об.% FEE-дизельное топливо и смесь 12,5 об.% DEMF дизельное топливо соответственно. Результаты измерений перечислены в табл. 11-15 Таблица 11 Результаты газового анализа 100% коммерческого дизельного топлива Таблица 13 Результаты газового анализа смеси коммерческого дизельного топлива с 25 об.% FME Таблица 14 Результаты образования (макро)частиц для смеси коммерческого дизельного топлива с 25 об.% FME Таблица 15 Результаты газового анализа смеси коммерческого дизельного топлива с 12,5 об.% DMMF Таблица 16 Результаты образования (макро)частиц для смеси коммерческого дизельного топлива с 12,5 об.% DMMF Пример 7. Применение дизельного топлива. Растворимость топлива. Растворимость топлива имеет первостепенное отношение к применению дизельного топлива. Не все высокополярные оксигенаты обладают хорошей растворимостью в обычном коммерческом дизельном топливе. Результаты показывают, что смеси 2,5-ди(этоксиметил)фурана и 2-(этоксиметил)фурана(продукт этерификации, полученный из смешанного С 6/С 5 исходного вещества) с коммерческим дизельным топливом и смеси 5-(этоксиметил)-2-метилфурана и 2-метилфурана (продукт гидрирования, полученный из смешанного С 6/С 5 исходного вещества) с коммерческим дизельным топливом являются полностью смешиваемыми во всех соотношениях. В сравнительной серии экспериментов было показано, что этоксиметилфурфураль (EMF) (полученный из C6 исходного вещества) полностью смешивается при использовании его в количестве 5 об.% с коммерческим дизельным топливом, но при использовании смесей, содержащих 25 и 40 об.% EMF и дизельное топливо, происходит разделение фаз. Результаты с использованием смеси EMF/фурфураль были хуже, чем результаты для использования только EMF.from fructose". Science. 30 June 2006, vol. 312, no. 5782, p. 1933-1937. 3. WO 2006/063220. 4. Глава 15 "Advanced Organic Chemistry", Jerry March и, в частности, часть под реакцией 5-4Catalysis A: Chemical. 253 (2006), p. 165-169. 7. EP 0641854. 8. Отчет UOP "Возможности биовозобновляемых ресурсов на нефтеочистительных заводах", конечный технический отчет, представленный департаменту энергетики США (DOE Award Number:DE-FG36-05GO15085). 9. Adv. Synth. Catal. 2001, 343, 220-225. 10. EP 0356703. 11. Патент Франции FR 2669634. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения смеси фурфураля и производного 5-алкоксиметилфурфураля путем взаимодействия исходного вещества, содержащего гексозу и пентозу, с алифатическим С 1-С 20-спиртом в присутствии кислотного катализатора, получения смеси фурфураля и 5-алкоксиметилфурфураля с последующим гидрированием смеси фурфураля и 5-алкоксиметилфурфураля и этерификацией продукта гидрирования для преобразования альдегидной функциональной группы как 5-алкоксиметилфурфураля, так и фурфураля в алкоксиметильную функциональную группу. 2. Способ по п.1, где спирт представляет собой первичный, вторичный или третичный, предпочтительно первичный или вторичный, более предпочтительно первичный моноатомный спирт и где моноатомные спирты, содержащие 4 или более атомов углерода, предпочтительно имеют разветвленную углеродную цепь. 3. Способ по п.2, где моноатомные спирты выбирают из одного или нескольких из группы, состоящей из метанола, этанола, 1-пропанола и 2-пропанола. 4. Способ по пп.1-3, где кислотный катализатор выбирают из группы, состоящей из гомогенных или гетерогенных кислот, выбранных из твердых органических кислот, неорганических кислот, солей, кислот Льюиса, ионообменных смол, цеолитов или их смесей и/или комбинаций. 5. Способ по п.1, где кислотный катализатор представляет собой твердую кислоту Бренстеда. 6. Способ по п.1, где кислотный катализатор представляет собой твердую кислоту Льюиса. 7. Способ по любому из пп.1-6, где реакцию проводят при температуре от 50 до 300C, предпочтительно от 125 до 250C, более предпочтительно от 150 до 225C. 8. Способ по любому одному из пп.1-7, где исходное вещество, содержащее гексозу, выбирают из группы, состоящей из крахмала, амилозы, галактозы, целлюлозы, полуцеллюлозы; глюкозосодержащих дисахаридов, таких как сахароза, мальтоза, целлобиоза, лактоза, предпочтительно из глюкозосодержащих дисахаридов, более предпочтительно сахарозы; глюкозы или фруктозы и их окисленных, восстановленных, простых эфирных, сложных эфирных и амидированных производных. 9. Способ по любому из пп.1-7, где исходное вещество, содержащее пентозу, выбирают из группы,состоящей из арабинозы, рибозы, рибулозы, ксилозы, ксилулозы, ликсозы и их окисленных, восстановленных, простых эфирных, сложных эфирных и амидированных производных. 10. Способ по любому одному из пп.1-9, где способ осуществляют в присутствии растворителя, где растворитель выбирают из группы, состоящей из воды, сульфоксидов, предпочтительно ДМСО, кетонов,предпочтительно метилэтилкетона, ионных жидкостей, метилизобутилкетона и/или ацетона, сложных эфиров, простых эфиров, предпочтительно простых эфиров этиленгликоля, более предпочтительно диметилового эфира диэтиленгликоля (диглим) или реагирующего спирта, как определено по пп.2 и 3, и их смесей. 11. Способ по любому из пп.1-10, где способ осуществляют в виде непрерывного поточного производственного процесса. 12. Способ по п.11, где время нахождения в поточном производственном процессе составляет от 0,1 с до 10 ч, предпочтительно от 1 с до 1 ч, более предпочтительно от 5 с до 20 мин. 13. Способ по п.12, где непрерывный поточный производственный процесс представляет собой непрерывный поточный производственный процесс с неподвижным слоем. 14. Способ по п.13, где неподвижный слой включает гетерогенный кислотный катализатор. 15. Способ по п.14, где непрерывный поточный производственный процесс представляет собой процесс химически реакционной перегонки или каталитической перегонки. 16. Способ по п.15, где, помимо гетерогенного кислотного катализатора, к сырью в непрерывном поточном производственном процессе с неподвижным слоем или в процессе каталитической перегонки добавляют неорганический или органический кислотный катализатор. 17. Способ по пп.13-16, где часовая объемная скорость жидкости составляет от 1 до 1000, предпочтительно от 5 до 500, более предпочтительно от 10 до 250 и наиболее предпочтительно от 25 до 100 мин 1
МПК / Метки
МПК: C10L 1/02, C07D 307/46
Метки: спиртов, 5-алкоксиметилфурфураля, сахаров, фурфураля, смесь, производных
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/12-18486-smes-proizvodnyh-furfuralya-i-5-alkoksimetilfurfuralya-iz-saharov-i-spirtov.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Смесь производных фурфураля и 5-алкоксиметилфурфураля из сахаров и спиртов</a>
Предыдущий патент: Прекомпозиция серного цемента и способ приготовления такой прекомпозиции серного цемента
Следующий патент: Способ мечения