酰氨基-5-乙酰基呋喃
技术领域
[0001] 本
发明属于
生物质转化领域，以天然可再生的甲壳素生物质资源N-乙酰氨基葡萄糖为原料，具有高催化性且可重复利用的氨基酸离子液体为催化剂，制备高附加值含氮化合物3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃。
背景技术
[0002] 天然可再生的生物质资源作为化石
燃料的替代品已经引起了广泛关注。目前的研究大多致
力于自然界中分布最广、含量最丰富的
纤维素生物质，然而，年产量仅次于
纤维素的第二大生物质——甲壳素生物质，却受到较少的关注。2015年，颜宁教授提出了甲壳素生物质精炼的概念，这一概念的提出使甲壳素生物质的价值化引起了研究界的广泛关注。
[0003] 甲壳素生物质中含有宝贵的氮
原子，可以直接用于生产含氮化合物，这是纤维素生物质所无法实现的。将甲壳素生物质转化为含氮化合物，可用于纺织、制药、日常清洁、
化妆品、二
氧化
碳捕获以及
水处理等方面，不仅能给现代社会带来巨大的经济利益，而且对于废弃物处理和环境保护也有重要的意义。
[0004] 含氮化合物的传统合成方法一般要经过氨合成法，能耗高，转化率低，经济效益差。因此，将甲壳素生物质直接转化高附加值含氮化合物极具研究价值。3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃是一种有价值的含氮平台化合物，可用于含氮精细化学合成。例如，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃是几种具有生物活性的大分子化合物的重要组成部分，包括抗癌剂proximicin A、生物
碱类hyrtioseragamine A和B以及pyrrolosine等。
[0005] 最为重要的是3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃是一种可以从可再生的生物质资源中制备而得的平台化学品。目前我们常用的绝大多数化学化工产品都是由乙烯、苯等反应而得，这些都来自于
煤、石油等不可再生的化石资源。随着化石资源的日益减少，研究从可再生的生物质原料制备诸如3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的新型平台化学品的方法，对于化学工业的可持续发展有重要意义。
[0006] 离子液体已被证明是甲壳素生物精制过程的良好反应介质。在相对温和的条件下，使用离子液体可以在甲壳素生物质的降解中产生良好的效果，此外，离子液体的可设计性、可回收性以及低毒性使其作为从海洋生物获得可持续化合物的理想介质。
[0007] 本发明中，我们以具有独特结构的氨基酸离子液体作为催化剂，可以直接甲壳素单体N-乙酰氨基葡萄糖高效
水解成可用于化工生产的平台化学品3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃。
发明内容
[0008] 本发明主要解决的技术问题是找到了一种原料廉价易得、制备方法简单并且可重复利用的催化剂，高效催化甲壳素单体N-乙酰氨基葡萄糖为含氮平台化合物3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的新方法。该反应体系绿色环保，收率良好且操作简单。本发明是通过如下方式完成的：
[0009] 1、氨基酸离子液体的合成如下：以摩尔比为1∶1的氨基酸与 酸混合于一定量去离子水中，转移至50mL圆底烧瓶。60℃下常压回流搅拌1h。反应完成后经
旋转蒸发仪除去水分，最后用少量乙腈与甲醇的
混合液(体积比为9∶1)洗涤三次反应混合物以除去过量的氨基酸，洗涤后得到固体，将其在50℃下
真空干燥12h，得到氨基酸离子液体。
[0010] 2、取100mg N-乙酰氨基葡萄糖和一定量上述合成的氨基酸离子液体催化剂以及100mg助催化剂于圆底烧瓶，加入10mL
溶剂溶解，加热到设定的
温度，反应一定时间后，停止反应。过滤去除不溶性杂质，取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量。滤液减压蒸馏去除溶剂，将剩余物加20mL水溶解，用20mL乙酸乙酯萃取，萃取三次后合并萃取液，减压浓缩得到含3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品，氨基酸离子液体回收后可以循环使用。
[0011] 产品用高效液相色谱测定3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃含量，根据标准曲线计算3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率。
[0012] 该方法中所述氨基酸为甘氨酸、亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、缬氨酸、赖氨酸。
[0014] 该方法中所述溶剂为N-甲基吡咯烷
酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、水。
[0015] 该催化转化N-乙酰氨基葡萄糖为3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的反应，是在50mL的圆底烧瓶于常压回流条件下进行的，反应温度160-210℃，反应时间为5min-120min。
[0016] 该方法中所述离子液体催化剂的摩尔
质量是底物的1-5倍。
[0017] 该方法中所述助催化剂包括
硼酸、氧化硼、氯化镁、氯化亚
铁、氯化铬、氯化
钙、氯化
钾、氯化锌、氯化钡、氯化镍、氯化
铝。
[0018] 本发明利用可再生生物质资源甲壳素单体N-乙酰氨基葡萄糖作为原料制备3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃，拓宽了生物质有效利用的研究。廉价易得、绿色环保、可
回收利用的氨基酸离子液体的使用，减少了实验成本并且降低了对环境的污染。
具体实施方式
[0019] 以下
实施例有助于理解本发明，但并不意味着本发明就局限于此。
[0020] 实施例1 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-甲基吡咯烷酮，常压回流条件下于恒温油浴锅中180℃加热搅拌回流60min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为24.47％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0021] 实施例2 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg缬氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-甲基吡咯烷酮，常压回流条件下于恒温油浴锅中180℃加热搅拌回流60min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为17.64％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0022] 实施例3 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg甘氨酸硫酸氢盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-甲基吡咯烷酮，常压回流条件下于恒温油浴锅中180℃加热搅拌回流60min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为2.29％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0023] 实施例4 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg丙氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-甲基吡咯烷酮，常压回流条件下于恒温油浴锅中180℃加热搅拌回流60min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为16.83％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0024] 实施例5 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg亮氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-甲基吡咯烷酮，常压回流条件下于恒温油浴锅中180℃加热搅拌回流60min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为23.57％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0025] 实施例6 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-N二甲基乙酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中180℃加热搅拌回流60min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为36.93％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0026] 实施例7 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-N二甲基甲酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中180℃加热搅拌回流60min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为35.49％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0027] 实施例8 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-N二甲基乙酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中170℃加热搅拌回流60min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为33.72％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0028] 实施例9 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-N二甲基乙酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中190℃加热搅拌回流60min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为37.40％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0029] 实施例10 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-N二甲基乙酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中200℃加热搅拌回流60min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为40.64％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0030] 实施例11 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-N二甲基乙酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中200℃加热搅拌回流5min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为36.00％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0031] 实施例12 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-N二甲基乙酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中200℃加热搅拌回流10min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为41.38％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0032] 实施例13 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-N二甲基乙酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中200℃加热搅拌回流20min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为40.41％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0033] 实施例14 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、200mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-N二甲基乙酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中200℃加热搅拌回流30min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为39.39％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0034] 实施例15 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、100mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入10mL N-N二甲基乙酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中200℃加热搅拌回流10min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为43.22％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0035] 实施例16 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、100mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入100mg CaCl2，10mLN-N二甲基乙酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中200℃加热搅拌回流10min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为52.61％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
[0036] 实施例17 取100mg N-乙酰氨基葡萄糖、100mg甘氨酸氯盐离子液体于圆底烧瓶中，加入100mg B(OH)3，10mL N-N二甲基乙酰胺，常压回流条件下于恒温油浴锅中200℃加热搅拌回流10min。反应结束冷却至室温后，过滤。取0.5mL滤液，加入15mL甲醇稀释，用高效液相色谱检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的含量，3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的产率为7.76％。滤液经减压蒸馏去除溶剂后，剩余物于20mL蒸馏水中溶解，用20mL乙酸乙酯萃取多次，萃取液经减压浓缩后得到含有3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的固体粗产品。
