糠酸的应用

背景及概述^[1][2]

糠酸又称2-呋喃甲酸、焦粘酸。从水中析出者为单斜晶系无色针状或叶片状结晶。本品羧基有一般羧酸的通性，可以生成盐、酯，也可被还原及酰化；呋喃环表现为亲电取代反应，它上面的氢可以被烷基、硝基、磺酸基、卤素等取代。用作防腐剂、杀菌剂；香料、增塑剂、塑料改性剂、涂料、医药及农药的原料；制备硫代糠酯、糠酸酯、糠酰胺等。

糠酸是一种有机合成中间体，可转化生成酯、酰氯、酸酐、酰胺等衍生物，用于生产2-甲基呋喃，糠酰胺、糠酸酯（盐）、增塑剂，热固性树脂、食品工业防腐剂、涂料添加剂、香料及合成呋脲青霉素和头孢噻呋等医药。

制备^[2]

现有报道的糠酸制取方法主要是以糠醛为原料，采用Cannizzaro反应、金属催化法或者电解糠醛法。如中国专利申请200910112526.8采用“一种基于双极膜技术同时制备糖醇和糠酸的方法”，以网状Zn-Ni合金为阴极，铅电极为阳极，采用高浓度NaOH和MnO2溶液为电解媒介，糠酸最高产率为85%。上述方法存在着糠醛转化不完全、金属催化剂消耗、糠酸产品分离或者废水处理的困难。还不能完全满足使用需求。

CN201410131002.4提供一种细胞催化糠醛制取糠酸的方法，可通过细胞催化一步将糠醛完成转化成糠酸，同时具有反应条件温和，生产过程的设备、工艺和操作简单，化学品消耗最低、废水处理与回用方便的优势。

一种细胞催化糠醛制取糠酸的方法，包括以下步骤：

（1）在摇荡或者搅拌通风的反应体系内，以初始底物浓度不超过10g/L糠醛液为反应基质，接入菌体浓度不低于1.5 g/L的氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）进行反应；

（2）采用半连续或连续分批添料的方式向反应体系中添加糠醛，控制反应体系中的糠醛浓度不高于10 g/L，直至糠醛加入总量达到 39 ~ 40g/L，实时监测和调控pH值不低于3.0；

（3）至反应体系中糠醛完成消耗时终止反应，获得糠酸液。所制备的糠酸液中，糠酸浓度不低于40g/L。

与现有技术相比，本发明不需要采用金属催化剂或苛刻的酸、碱反应条件，且底物糠醛消耗完全和转化率高，糠酸产品纯度高、容易分离精制，并且废水处理简单。在底物糠醛的消耗率达到100%和产品糠酸转化率超过96%的条件下，产品糠酸浓度超过 40 g/L，具有很好的实用性，易于工业化。

应用 ^[3]

用糠酸制备2,5-呋喃二甲酸。

2，5-呋喃二甲酸因含有刚性的呋喃环和对位的二甲酸基结构，可直接用于聚酯、环氧树脂、聚酰胺、聚氨酯等高性能工程塑料的制备。采用呋喃二酸制备的聚合物在强度、模量、抗蠕变等方面具有优良的力学性能，同时具有更高的玻璃化转变温度和热变形温度。此外，2，5-呋喃二甲酸本身也可以作为化工原料和医药中间体使用。

目前2，5-呋喃二甲酸主要的合成方法是以价格昂贵的5-羟甲基糠醛(HMF)为原料。该方法具有总产率低，成本高的缺点，很难实现大规模工业化应用的缺点。CN201510639126.8提供了一种2，5-呋喃二甲酸的制备方法，以糠酸为原料通过酰化反应得到2-酰基-5-呋喃甲酸，然后高产率的制备得到2，5-呋喃二甲酸。

本方法开发了一条制备2，5-呋喃二甲酸的新路径。以糠酸为原料制备高纯度的2，5-呋喃二甲酸，从而打通了由原料糠酸合成高性能工程材料的技术路线。由于原料糠酸可以来源于生物质资源，因此，本方法可带动生物基高分子材料产业逐渐摆脱对石油资源的依赖，促进整个高分子材料产业的可持续发展。

主要参考资料

[1] 实用精细化工辞典

[2] CN201410131002.4 一种细胞催化糠醛制取糠酸的方法

[3] CN201510639126.8 一种糠酸制备2,5-呋喃二甲酸的方法