CN104066705B - 制备乙酰丙酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述从各种生物质材料制备乙酰丙酸、甲酸和/或羟甲基糠醛的方法。

Description

制备乙酰丙酸的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年11月23日提交的美国临时专利申请号61/563,276、2011年12月16日提交的美国临时专利申请号61/576,818、2011年12月28日提交的美国临时专利申请号61/581,006以及2012年11月5日提交的美国临时专利申请号61/722,766的优先权，所有美国临时专利申请的名称为“制备乙酰丙酸的方法(PROCESS TO PREPARE LEVULINICACID)”，其内容全部并入本文中以用于所有目的。

发明领域

本发明大体上涉及乙酰丙酸的制备和纯化。

发明背景

乙酰丙酸可用于制造树脂、增塑剂、专用化学品、除草剂并用作风味物质。乙酰丙酸适用作溶剂，并且适用作制备各种工业和药物混合物中的起始物料，所述工业和药物混合物如双酚酸(适用作保护性与装饰性整理剂(finish)的组分)、果糖酸钙(一种静脉内注射用的钙形式，其用于钙补充并用于治疗低钙血症，。也已建议使用乙酰丙酸的钠盐作为乙二醇的替代物来作为抗冻剂。

乙酰丙酸的酯已知为适用作增塑剂和溶剂，并且已被建议用作燃料添加剂。乙酰丙酸的酸催化脱水产生α-当归内酯。

乙酰丙酸已由各种化学方法来合成。但是，乙酰丙酸尚不具备大的商业意义，这部分地是由于合成所需的原材料的高成本。另一个原因是大多数合成方法所获得的乙酰丙酸的产率低。而且，另一个原因是在合成期间甲酸副产物的形成和其与乙酰丙酸的分离。因此，乙酰丙酸的生产必须耗费高的辅助仪器成本。然而，不管乙酰丙酸生产中的固有问题，乙酰丙酸的反应性性质使其成为引导众多适用衍生物的生产的理想中间体。

纤维素基生物质是一种廉价原料，其可用作用于制造乙酰丙酸的原材料。来自含纤维素植物生物质的糖供应是无限的和可补充的。大多数植物在它们的细胞壁中含有纤维素。例如，棉花包含90％纤维素。此外，已估算出：耕作地和草原上产生的大约2千4百万吨生物质中约有75％是废料。来源于植物生物质的纤维素可为用于获得乙酰丙酸的方法中的适合的糖来源。因此，将这种废物料转化成如乙酰丙酸的适用化学品是合乎需要的。

发明简述

生产乙酰丙酸中的主要问题是纯乙酰丙酸与副产物、尤其与甲酸和炭的分离。当前方法通常需要高温反应条件、通常长的生物质消化期、耐受水解条件的专用仪器，并且因此，乙酰丙酸的产率十分低，产率通常为10％或更少。

因此，存在对克服上述的一个或多个当前缺点的新方法的需要。

令人惊讶地，本发明提供以高产率和高纯度来更加高效地制备商业用量的乙酰丙酸的新型方法。另外，也描述了羟甲基糠醛的生产，所述羟甲基糠醛是乙酰丙酸产物的重要中间体。

在一个方面中，在方法中使用水不溶性助溶剂提高了羟甲基糠醛或乙酰丙酸的产率并且有助于减少不需要的副产物。在另一个方面中，使用高浓度(例如，约20-50重量百分数，以反应组分的总重量计)的酸和低反应温度(大约50-100℃)有助于提高所需产物的产率并减少不需要的副产物。

在一个方面中，可首先制备HMF，接着制备乙酰丙酸的第二步骤。

虽然公开了多个实施方案，但是根据以下详述，本发明的其它实施方案将对本领域技术人员来说显而易见。如将为明显的，本发明能够在各种明显的方面进行修改，所有修改将不脱离本发明的精神和范围。因此，详述应被视为在本质上是说明性的而不是限制性的。

附图简述

图1a是制备和/或纯化乙酰丙酸的方法的一个实施方案的流程图。

图1b是制备和/或纯化乙酰丙酸的方法的另一个实施方案的流程图。

图2a至图2e提供关于从炭回收乙酰丙酸的信息；可溶性馏分和不可溶馏分。令人惊讶地发现，对炭的萃取几乎唯一地提供乙酰丙酸，有助于进一步改进乙酰丙酸的生产。

图3提供描绘各种反应器配置的aspen流程图。

图4描绘生产乙酰丙酸的工业规模方法。

图5a至图5c是展示在根据本发明生产乙酰丙酸之后的反应器部件的图。

图5d至图5g是展示在根据现有技术生产乙酰丙酸之后的反应器部件的图。

详述

在本说明书和权利要求书中，术语“包括”和“包含”是开端式术语，并且应解释为意指“包括但不限于...”。这些术语涵盖更具限制性的术语“基本上由...组成”和“由...组成”。

必须指出，除非上下文明确地另外规定，否则如本文和所附权利要求所使用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指示物。因而，术语“一个(种)”、“一个(种)或多个(种)”以及“至少一个(种)”在本文中可互换地使用。应要指出，术语“包含”、“包括”、“其特征为”以及“具有”可互换地使用。

除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。本文明确提及的所有出版物和专利以引用方式全部并入以用于所有目的，包括描述和公开在出版物中所报道的可结合本发明一起使用的化学品、器械、统计分析和方法论。本说明书中引用的所有参考文献意图视为对本领域技术水平的指示。本文中所有内容不应解释为：承认本发明因在先发明而不得先于这些公开内容。

本发明提供制备乙酰丙酸、羟甲基糠醛和/或甲酸的各种优点。以下优点清单不意图限制而是突出本文所含的一些发现内容。

首先，生物质材料可用作制备乙酰丙酸、羟甲基糠醛和/或甲酸的初始原料。这种能力提供了获得起始物料恒定来源的大的灵活性并且是无限制的。

其次，生物质可为精炼材料，如果糖、葡萄糖、蔗糖、那些材料的混合物等。因而，存在大量可转化成最终产物的材料供应。例如，甜菜或甘蔗可用作一个来源。果糖-玉米浆是另一种可容易获得的材料。这类材料的使用因此有助于降低制备所需产物的成本。

第三，已发现：使用通常为约20重量百分数或更大(以反应介质总质量计)的高浓度的酸提供具有较少炭和不需要副产物的较清洁反应产物。也已发现：使用通常为最多75重量百分数或更大(以反应介质总质量计)的高浓度的酸提供比在相同反应条件下使用的较低酸浓度更快的反应时间。

第四，也已发现：在使用较高浓度的酸的情况下，反应条件可在比当前文献中所利用的低得多的温度下进行。此外，这减少了来自所发生反应的炭和副产物的量并且增加所需产物的产率。

第五，也已发现：在使用本发明的方法的情况下，所产生的炭更加容易从反应器除去。例如，图5a、图5b和图5c描绘在进行根据本发明的方法之后、在没有另外清洁的情况下的内部帕尔反应器部件。如在照片中可见，反应器部件上很少有甚至没有炭聚集。比较来说，图5d至图5g描绘在进行根据现有技术的方法之后、在没有另外清洁的情况下的内部帕尔反应器部件。如可见，在反应器部件上存在显著的炭堆积，从而需要进行大量清除工作。

第六，已有利地发现：可在水性环境中使用水不混溶溶剂来处理生物质材料。在不受理论限制的情况下，据信：来自产物的起始物料在水性层与非水性层之间的分配提供以下各项中的一个或多个∶增加的产率、减少的炭和/或副产物、较快的反应时间和降低的反应温度。

第七，也已发现：新方法条件的优点可并入现存的方法中来提高产率，降低成本，提高效率并且提高产物的纯度，所述优点包括生物质在反应期间的一段时期内的连续添加。

第八，本文所述的方法可经由CSTR或连续批量方法条件来执行。

在一个实施方案中，这种方法使用高浓度的硫酸，所述硫酸具有一些明显的优点。作为优点之一，反应可在与低酸方法相比较低的温度下运行，并且也在合理的时间框架内水解糖。已发现：在这些高酸、低温的反应条件(例如80C-110℃)下，以混悬颗粒形式形成的炭副产物易于从反应器除去并且可从液体水解产物流中过滤。对比而言，在低酸条件下，需要高温来在合理的时间框架内有效地水解糖，并且那些条件生产了炭副产物，所述炭副产物以难以除去并且大多数都不保持混悬于反应混合物中的方式外覆于反应器部件。然而，这种高酸反应策略使得难以将有机酸产物(乙酰丙酸和甲酸)与无机酸试剂分离。当使用少量的硫酸时，如在现有技术中为典型的，强无机酸可通过小心地添加化学计量的碱来有效地中和成其盐形式。然而，在本文所使用的高酸含量下，所产生的盐的量将是过量的。同样地，离子交换柱的使用是不切实际的，因为大量的无机酸将快速地填充管柱的容量。

优选溶剂萃取技术，其中有机酸优选被萃取至有机溶剂中。即使在本文中，高的无机酸含量也面临挑战。有机溶剂应不可溶于水相中，但是在一些情况下，硫酸可驱使有机溶剂与水相的相容性。在这种情况发生时，一部分的有机溶剂变得可溶于浓硫酸水相中，并且溶剂损失至副反应中的风险增加。即使有机溶剂在硫酸水相中是稳定的，但是有机溶剂必须从水性物流中回收以供再循环至萃取装置来达到最佳化的经济状况。高的无机酸浓度也具备在有机相达到较高无机酸浓度的可能性。当这种情况发生时，尤其是在有机物流被加热而蒸馏出有机溶剂的情况下，存在溶剂损失至与无机酸的副反应中的风险。因此，有机酸产物的溶剂萃取应理想地具有以下特征中的至少一些特征∶

很少甚至不可与水混溶；

很少甚至不可与无机酸混溶；

选择性地分配有机酸至有机溶剂相中；

具有无机酸至有机溶剂相中的低分配性；

具有有机萃取溶剂与无机酸之间的低反应性；

具有有机萃取溶剂与有机酸产物之间的低反应性；

具有除去或减少分配至有机相中的任何无机酸的能力；

易于从有机酸除去，如通过反洗或蒸馏除去；

允许中和有机酸。

在一个实施方案中，用于乙酰丙酸的萃取溶剂的分配系数是至少0.3、更明确来说至少0.5、更明确来说至少0.7、更明确来说至少1.0、更明确来说至少1.3、更明确来说至少1.5、更明确来说至少1.7并且更明确来说至少2.0。在一个实施方案中，用于甲酸的萃取溶剂的分配系数是至少0.3、更明确来说至少0.5、更明确来说至少0.7、更明确来说至少1.0、更明确来说至少1.3、更明确来说至少1.5、更明确来说至少1.7，并且更明确来说至少2.0、更明确来说至少2.3、更明确来说至少2.5、更明确来说至少3.0、更明确来说至少3.5、更明确来说至少4.0、更明确来说至少5.0、更明确来说至少6.0、更明确来说至少7.0、更明确来说至少8.0并且更明确来说至少9.0。

在一个实施方案中，为以给定的“停留时间”t进行CSTR反应(在这种情况下，t＝通常30分钟至1小时)，选择反应器的体积来使得反应物的典型“停留时间”是所设计的目标值。保持在反应器中的材料的质量被设计为进入反应器中的质量流率与停留时间的乘积。较长的停留时间＝保持在反应器中的较大量的材料。较慢的进料速率＝保持在反应器中的较小量的材料。在操作中，需要进料具有恒定流率和组成；此外，出口物流具有恒定流率和组成，并且所有出口物流的流率总和等于进料的流率(以质量计)。

通常，反应器经历起动阶段直到反应器实现“稳定状态”，在所述稳定状态下，反应器内容物、温度和压力只在受控范围内变化。实现稳定状态之后，反应器根据需要来长期操作(操作数天、数周、数月、数年)。在操作期间，进料是稳定，并且出口物流是稳定的。反应器内容物是稳定的。但是，反应器内容物的平均停留时间是经过设计的并且保持恒定。反应器内容物组成等于出口物流的组成。

在起动阶段期间，可使用许多策略来尽可能快地达到稳定状态。例如，反应器内容物可以100％的水开始，或以反应器内容物的所需稳定状态组成来进料。可允许进料物流的组成变化，并且出口物流的流率可以变化来实现稳定状态(从零至等于进料速率的任何状态)。

已观察到：HMF的产生可潜在地导致大量不合需要的炭堆积。例如，可预期CSTR设计会产生高量的炭和不利的结果，所述CSTR设计是经过无意设计以便在得到高HMF产率的条件下运行。

因此，本发明的一个实施方案的一个技术优点是以最小化HMF浓度的方式提供连续反应***。

已观察到：HMF浓度以零开始的批量反应使HMF达到峰值，并随后又下降至极低的含量。在简单的批量反应中，这种特征概况难以避免。同样地，单一、连续、推流式反应器可沿管件的长度经历类似的HMF浓度。本发明人已发现：在一个实施方案中，谨慎设计的反应***(例如，初始的CSTR接着推流式反应器)可避免具有高的HMF浓度并仍可实现高的转化率。

针对本发明的各种方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种制备乙酰丙酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

a)在反应器中加热无机酸的水溶液至约60℃至约110℃；并且

b)将高果糖玉米浆、至少两种不同糖的混合物、蔗糖、包含果糖的水性混合物、包含果糖和葡萄糖的水性混合物、包含羟甲基糠醛的水性混合物、果糖和羟甲基糠醛的水溶液、葡萄糖的水性混合物、麦芽糖的水性混合物、菊粉的水性混合物、多糖的水性混合物或其混合物在一段时期内添加至反应器中的所述加热的酸水溶液，以便形成包括乙酰丙酸的反应混合物。在一个实施方案中，随时间推移被添加至反应混合物的高果糖玉米浆、至少两种不同糖的混合物、蔗糖、包含果糖的水性混合物、包含果糖和葡萄糖的水性混合物、包含羟甲基糠醛的水性混合物、果糖和羟甲基糠醛的水溶液、葡萄糖的水性混合物、麦芽糖的水性混合物、菊粉的水性混合物、多糖的水性混合物或其混合物占所述反应混合物的最终质量的约0.1重量百分数至约25重量百分数、更明确来说约1重量百分数至约20重量百分数并且甚至更明确来说约4重量百分数至约15重量百分数。应理解，作为被添加至反应器的糖物流，糖将连续地与无机酸反应以便形成乙酰丙酸和其它材料。因此，最终反应混合物可含有小于所述范围的糖。在另一个实施方案中，所述反应混合物中的所述高果糖玉米浆、至少两种不同糖的混合物、蔗糖、包含果糖的水性混合物、包含果糖和葡萄糖的水性混合物、包含羟甲基糠醛的水性混合物、果糖和羟甲基糠醛的水溶液、葡萄糖的水性混合物、麦芽糖的水性混合物、菊粉的水性混合物、多糖的水性混合物或其混合物的稳定状态浓度是约0.1重量百分数至约25重量百分数、更明确来说约1重量百分数至约20重量百分数并且甚至更明确来说约4重量百分数至约15重量百分数。

2.如第1段所述的方法，其中所述无机酸是硫酸(H₂SO₄₎、盐酸(HCl)、氢溴酸(HBr)或氢碘酸(HI)。

3.如第1或2段所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的约5％至约80％。

4.如第1或2段所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的约20％至约80％。

5.如第1或2段所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的约20％至约50％。

6.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中所述高果糖玉米浆以介于约1重量百分数与约99重量百分数之间的果糖和约99重量百分数至约1重量百分数的葡萄糖存在，其余为水，其中所述糖含量介于约1重量％与约99重量％之间。

7.如第1至6段中任一段落所述的方法，其中所述高果糖玉米浆是在约0.1小时至约40小时的时期内添加。

8.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中至少两种不同糖的所述混合物以介于约1重量百分数与约99重量百分数之间的果糖和约99重量百分数至约1重量百分数的葡萄糖存在，其余为水，其中所述糖含量介于约20重量％与约90重量％之间。

9.如第1至5或7段中任一段落所述的方法，其中至少两种不同糖的所述混合物是在约0.1小时至约40小时的时期内添加。

10.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中果糖和葡萄糖的所述水性混合物以介于约1重量百分数与约99重量百分数之间的果糖和约99重量百分数至约1重量百分数的葡萄糖存在，其余为水，其中所述糖含量介于约30重量％与约85重量％之间。

11.如第1至5或10段中任一段落所述的方法，其中果糖和葡萄糖的所述水性混合物是在约0.1小时至约40小时的时期内添加。

12.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中果糖的所述水溶液含有约1重量％至约100重量％的果糖。

13.如第1至5或12段中任一段落所述的方法，其中果糖的所述水溶液是在约0.1小时至约40小时的时期内添加。

14.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中羟甲基糠醛的所述水溶液含有约0.1重量％至约100重量％的羟甲基糠醛。

15.如第1至5或14段中任一段落所述的方法，其中羟甲基糠醛的所述水溶液是在约0.1小时至约40小时的时期内添加。

16.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中果糖和HMF的所述水性混合物含有约0.1重量份至约99.9重量份的果糖、约99.9重量份至约0.1重量份的羟甲基糠醛和约10重量份至约99.8重量份的水。

17.如第1至5或16段中任一段落所述的方法，其中果糖和羟甲基糠醛的所述水性混合物是在约0.1小时至约40小时的时期内添加。

18.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中葡萄糖的所述水性混合物含有约0.1重量份至约99.9重量份的葡萄糖和约0.1重量份至约99.9重量份的水。

19.如第1至5或18段中任一段落所述的方法，其中葡萄糖的所述水性混合物是在约0.1小时至约40小时的时期内添加。

20.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中麦芽糖的所述水性混合物含有约0.1重量份至约99.9重量份的麦芽糖和约0.1重量份至约99.9重量份的水。

21.如第1至5或20段中任一段落所述的方法，其中麦芽糖的所述水性混合物是在约0.1小时至约40小时的时期内添加。

22.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中菊粉的所述水性混合物含有约0.1重量份至约99.9重量份的菊粉和约0.1重量份至约99.9重量份的水。

23.如第1至5或22段中任一段落所述的方法，其中菊粉的所述水性混合物是在约0.1小时至约40小时的时期内添加。

24.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中多糖的所述水性混合物含有约0.1重量份至约99.9重量份的多糖和约0.1重量份至约99.9重量份的水。

25.如第1至5或24段中任一段落所述的方法，其中多糖的所述水性混合物是在约0.1小时至约40小时的时期内添加。

26.如第1至25段中任一段落所述的方法，其中搅拌无机酸的所述水溶液。

27.如第1至26段中任一段落所述的方法，其中将所述混合物在约25℃至约110℃的温度范围下加热约0.1小时至约20小时的另一段时间。

28.如第1至27段中任一段落所述的方法，其中任选地将所述混合物冷却至环境温度。

29.如第1至28段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：加热所述混合物至约25℃至约160℃的温度以减少任何残余葡萄糖含量。

30.如第1至29段中任一段落所述的方法，其中所述水性混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于约65％的摩尔产率、任选地大于约75％的摩尔产率、任选地大于约80％的摩尔产率、任选地大于85％的摩尔产率、任选地大于90％的摩尔产率来产生。

31.如第1至29段中任一段落所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于约45％的摩尔产率、任选地大于约50％的摩尔产率、任选地大于约55％的摩尔产率、任选地大于60％的摩尔产率、任选地大于65％的摩尔产率来产生。

32.如第1至31段中任一段落所述的方法，其中通过液体色谱法未检测出任何剩余的果糖。

33.如第1至32段中任一段落所述的方法，其中任何剩余的羟甲基糠醛以小于0.5重量百分数存在于所述乙酰丙酸产物中。

34.如第1至33段中任一段落所述的方法，其中乙酰丙酸的质量与干固体的质量的比率大于1:1。

35.如第1至34段中任一段落所述的方法，其中产生相对于所述混合物的整体重量的小于5重量百分数的干炭。

36.如第1至35段中任一段落所述的方法，其进一步包括从包括乙酰丙酸的所述混合物滤出固体以提供第一滤液。在一个实施方案中，所述过滤器是烛式过滤器、Neutche过滤器、篮式离心机、膜式过滤器或筒式过滤器。

37.如第36段所述的方法，其中用具有小于30微米的孔径的过滤介质来进行过滤。

38.如第36段所述的方法，其中用具有小于20微米的孔径的过滤介质来进行过滤。

39.如第1至38段中任一段落所述的方法，其进一步包括将包含乙酰丙酸的所述混合物与萃取溶剂合并来产生萃取相和萃余相。

40.如第39段所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取乙酰丙酸的至少0.3、任选地至少0.5、任选地至少1.0、任选地至少1.5和任选地至少2.0的分配系数。

41.如第39段所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取甲酸的至少0.3、任选地至少0.5、任选地至少1.0、任选地至少1.5、任选地至少2.0、任选地至少5.0、任选地至少7.0和任选地至少9.0的分配系数。

42.如第39至41段中任一段落所述的方法，其中所述萃取溶剂选自由以下组成的组：甲基异戊基酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮、苯乙酮、环己酮、异佛尔酮、新戊醇、异戊醇、正己醇、正庚醇、2-乙基己醇、正辛醇、1-壬醇、1-十一烷醇、苯酚、4-甲氧基苯酚、愈创木酚、2-仲丁基苯酚、壬基苯酚、二氯甲烷、甲基异丁基甲醇、苯甲醚、乙二醇二正丁基醚、蓖麻油、间甲酚、对甲酚、邻甲酚、甲酚混合物、60/40间甲酚/对甲酚、75/25间甲酚/对甲酚、碳酸二乙酯、水杨酸甲酯、2,4-二甲基苯酚和其混合物。

43.如第39至42段中任一段落所述的方法，其进一步包括使所述萃余相再循环至所述反应器。

44.如第43段所述的方法，其进一步包括将所述萃余相加热至120C至180C。在一个实施方案中，所述方法进一步包括优选通过过滤除去所形成的任何其它固体。

45.如第44段所述的方法，其进一步包括将所述萃余相冷却至小于110C。在一个实施方案中，所述方法进一步包括优选通过过滤除去所形成的任何其它固体。

46.如第45段所述的方法，其进一步包括将高果糖玉米浆、至少两种不同糖的混合物、蔗糖、包含果糖的水性混合物、包含果糖和葡萄糖的水性混合物、包含羟甲基糠醛的水性混合物、果糖和羟甲基糠醛的水溶液、葡萄糖的水性混合物、麦芽糖的水性混合物、菊粉的水性混合物、多糖的水性混合物或其混合物在一段时期内添加至反应器中的所述萃余相，以便形成包括乙酰丙酸的混合物。

47.如第39至46段中任一段落所述的方法，其中进一步包括从所述萃取溶剂分离乙酰丙酸、甲酸或两者。

48.如第36至47段中任一段落所述的方法，其中用水洗涤所述固体以提供第二滤液，并且将所述第一滤液和第二滤液合并来形成最终滤液。在其它实施方案中，用水洗涤所述固体以提供第二滤液，并且不合并所述第一滤液和第二滤液。

49.如第1至48段中任一段落所述的方法，其中所述反应器是批量反应器。

50.如第1至48段中任一段落所述的方法，其中所述反应器是一个或多个CSTR。

51.一种制备乙酰丙酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

a)加热无机酸的水溶液至约60℃至约110℃；b)将包含果糖和葡萄糖的第一水性混合物在一段时期内添加至所述加热的水性无机酸，以便形成包括乙酰丙酸的混合物；

c)将所述混合物任选地冷却至室温；并且

d)任选地在密封反应器中，在75psi或以下的压力下将混合物从约25℃加热至约160℃；

e)任选地将步骤d)的所述加热的混合物冷却至室温；并且

f)过滤所述混合物来提供第一滤液和固体。在一个实施方案中，随时间推移将包含果糖和葡萄糖的所述水性混合物添加至反应混合物，包含果糖和葡萄糖的所述水性混合物占所述反应混合物的最终质量的约0.1重量百分数至约25重量百分数、更明确来说约1重量百分数至约20重量百分数和甚至更明确来说约4重量百分数至约15重量百分数。应理解，作为被添加至反应器的糖物流，糖将连续地与无机酸反应以便形成乙酰丙酸和其它材料。因此，最终反应混合物可含有小于所述范围的糖。在另一个实施方案中，所述反应混合物中的包含果糖和葡萄糖的所述水性混合物的稳定状态浓度为约0.1重量百分数至约25重量百分数、更明确来说约1重量百分数至约20重量百分数和甚至更明确来说约4重量百分数至约15重量百分数。

52.如第51段所述的方法，其中所述无机酸是硫酸(H₂SO₄₎、盐酸(HCl)、氢溴酸(HBr)或氢碘酸(HI)。

53.如第51或52段所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为包括乙酰丙酸的所述混合物的约5％至约80％。

54.如第51至52段中任一段落所述的方法，其中所述固体可被洗涤一次以上以提供其它滤液，以便与所述第一滤液合并来形成最终滤液。

55.如第50至52段中任一段落所述的方法，其中用水不混溶溶剂处理所述最终滤液以便形成水不混溶层和萃余液。

56.如第55段所述的方法，其中使所述水不混溶层与所述水性层分离并且经受蒸馏。

57.如第55或56段中任一段落所述的方法，其中所述水不混溶溶剂选自由以下组成的组：甲基异戊基酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮、苯乙酮、环己酮、异佛尔酮、新戊醇、异戊醇、正己醇、正庚醇、2-乙基己醇、正辛醇、1-壬醇、1-十一烷醇、苯酚、4-甲氧基苯酚、愈创木酚、2-仲丁基苯酚、壬基苯酚、二氯甲烷、甲基异丁基甲醇、苯甲醚、乙二醇二正丁基醚、蓖麻油、间甲酚、对甲酚、邻甲酚、甲酚混合物、60/40间甲酚/对甲酚、75/25间甲酚/对甲酚、碳酸二乙酯、水杨酸甲酯、2,4-二甲基苯酚和其混合物。

58.如第56或57段中任一段落所述的方法，其中在真空下执行所述蒸馏以便得到乙酰丙酸产物。

59.如第55至58段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤∶

a)将所述萃余液和任选地无机酸与水合并，以便形成包括约5％至约80％无机酸的混合物；

b)加热所述混合物至约80℃至约110℃；

c)在约0.1小时至约40小时的时期内将果糖和葡萄糖的水性混合物的第二水溶液添加至所述混合物。

60.如第59段所述的方法，其中重复第51至59段中任一段落一次或多次。

61.一种用以处理来制备乙酰丙酸的工业方法，所述方法包括第1至60段中任一段落的反应、固体过滤、萃取、蒸馏和再循环的整合步骤。

62.如第51段所述的方法，其进一步包括以下步骤：在通过过滤或离心的固体除去之前，将助滤剂添加至所述反应混合物。

63.如第51至62段中任一段落所述的方法，其中通过0.1微米过滤器至约30微米过滤器来过滤包括乙酰丙酸的所述混合物。

64.如第51至63段中任一段落所述的方法，其中使包括乙酰丙酸的所述混合物经受多个方法条件，其中使所述水、无机酸、所述水不混溶溶剂和任选地乙酰丙酸再循环。

65.如第51至63段中任一段落所述的方法，其在批量反应器中进行。

66.如第51至63段中任一段落所述的方法，其在CSTR中进行。

67.一种制备乙酰丙酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

a)加热无机酸的水溶液至约60℃至约110℃；

b)将高果糖玉米浆、至少两种不同糖的混合物、蔗糖、包含果糖的水性混合物、包含果糖和葡萄糖的水性混合物、包含羟甲基糠醛的水性混合物、果糖和羟甲基糠醛的水溶液、葡萄糖的水性混合物、麦芽糖的水性混合物、菊粉的水性混合物、多糖的水性混合物或其混合物在一段时期内添加至所述加热的无机酸水溶液，以便在反应器中形成反应混合物，从而形成包括乙酰丙酸和固体的混合物；

c)任选地在冷却后从所述混合物过滤器所述固体；

d)将水不混溶液体添加至所述混合物以便所述混合物形成第一层和第二层，其中大于90％的所述无机酸处于所述第一层中且大于90％的所述水不混溶液体处于所述第二层中；

e)从所述第二层回收乙酰丙酸和任选地甲酸；并且

f)使所述第一层再循环回所述反应器。在一个实施方案中，随时间推移被添加至反应混合物的高果糖玉米浆、至少两种不同糖的混合物、蔗糖、包含果糖的水性混合物、包含果糖和葡萄糖的水性混合物、包含羟甲基糠醛的水性混合物、果糖和羟甲基糠醛的水溶液、葡萄糖的水性混合物、麦芽糖的水性混合物、菊粉的水性混合物、多糖的水性混合物或其混合物占所述反应混合物的最终质量的约0.1重量百分数至约25重量百分数、更明确来说约1重量百分数至约20重量百分数并且甚至更明确来说约4重量百分数至约15重量百分数。应理解，作为被添加至反应器的糖物流，糖将连续地与无机酸反应以便形成乙酰丙酸和其它材料。因此，最终反应混合物可含有小于所述范围的糖。在另一个实施方案中，所述反应混合物中的所述高果糖玉米浆、至少两种不同糖的混合物、蔗糖、包含果糖的水性混合物、包含果糖和葡萄糖的水性混合物、包含羟甲基糠醛的水性混合物、果糖和羟甲基糠醛的水溶液、葡萄糖的水性混合物、麦芽糖的水性混合物、菊粉的水性混合物、多糖的水性混合物或其混合物的稳定状态浓度是约0.1重量百分数至约25重量百分数、更明确来说约1重量百分数至约20重量百分数并且甚至更明确来说约4重量百分数至约15重量百分数

68.如第67段所述的方法，其进一步包括将所述第一层历经一段时间从约120℃加热至约180℃。

69.如第68段所述的方法，其进一步包括将所述第一层冷却至低于100℃。

70.如第67至69段中任一段落所述的方法，其中所述无机酸选自由以下组成的组：硫酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸和其组合。

71.如第70段所述的方法，其中所述无机酸是硫酸。

72.如第67至71段中任一段落所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的约5％至约80％。

73.如第72段所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的约20％至约80％。

74.如第72段所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的约20％至约50％。

75.如第71段所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的约40％至约80％。

76.如第67至75段中任一段落所述的方法，其中将所述第一层加热足以使大于90％的任何葡萄糖转化成乙酰丙酸的一段时间。

77.如第67至76段中任一段落所述的方法，其中所述水不混溶液体选自由以下组成的组：甲基异戊基酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮、苯乙酮、环己酮、异佛尔酮、新戊醇、异戊醇、正己醇、正庚醇、2-乙基己醇、正辛醇、1-壬醇、1-十一烷醇、苯酚、4-甲氧基苯酚、愈创木酚、2-仲丁基苯酚、壬基苯酚、二氯甲烷、甲基异丁基甲醇、苯甲醚、乙二醇二正丁基醚、蓖麻油、间甲酚、对甲酚、邻甲酚、甲酚混合物、60/40间甲酚/对甲酚、75/25间甲酚/对甲酚、碳酸二乙酯、水杨酸甲酯、2,4-二甲基苯酚和其混合物。

78.如第67至77段中任一段落所述的方法，其中将所述高果糖玉米浆、至少两种不同糖的混合物、蔗糖、包含果糖的水性混合物、包含果糖和葡萄糖的水性混合物、包含羟甲基糠醛的水性混合物、果糖和羟甲基糠醛的水溶液、葡萄糖的水性混合物、麦芽糖的水性混合物、菊粉的水性混合物、多糖的水性混合物或其混合物在约0.1小时至约40小时的时期内添加。

79.如第67至78段中任一段落所述的方法，其中将所述混合物在约25℃至约110℃的温度范围下加热约0.1小时至约20小时的另一段时间。

80.如第67至79段中任一段落所述的方法，其中所述混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于约65％的摩尔产率、任选地大于约75％的摩尔产率、任选地大于约80％的摩尔产率、任选地大于85％的摩尔产率、任选地大于90％的摩尔产率来产生。

81.如第67至79段中任一段落所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于约45％的摩尔产率、任选地大于约50％的摩尔产率、任选地大于约55％的摩尔产率、任选地大于60％的摩尔产率、任选地大于65％的摩尔产率来产生。

82.如第67至81段中任一段落所述的方法，其中乙酰丙酸的质量与固体的质量的比率大于1:1。

83.如第67至82段中任一段落所述的方法，其中产生相对于所述混合物的整体重量的小于5重量百分数的干炭。

84.如第67至83段中任一段落所述的方法，其中所形成的所述固体不粘附于玻璃、Teflon或金属表面。

85.如第84段所述的方法，其中所述金属表面是哈氏合金金属表面、合金20金属表面、合金2205金属表面、AL6XN金属表面或锆金属表面。

86.如第67至85段中任一段落所述的方法，其中所述反应器是批量反应器。

87.如第67至85段中任一段落所述的方法，其中所述反应器是CSTR。

还针对本发明的各种方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种制备乙酰丙酸或5-(羟甲基)糠醛的方法，所述方法包括以下步骤∶

将生物质与水性部分混合、水不混溶部分和酸混合来形成混合物；并且

将所述混合物加热至约50℃至约280℃的温度，以便提供在所述水不混溶部分中的乙酰丙酸或5-(羟甲基)糠醛。

1a.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约80℃加热至约250℃。

1b.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约100℃加热至约220℃。

1c.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约100℃。

1d.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约90℃。

1e.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约80℃。

1f.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约60℃加热至约80℃。

2.如第1段所述的方法，其中将所述混合物加热至回流条件。

3.如第1至2段中任一段落所述的方法，其中将所述混合物在压力下加热，其中所述压力范围为约10psi至约1000psi。

3a.如第3段所述的方法，其中所述压力范围为约30psi至约500psi。

3b.如第3段所述的方法，其中所述压力范围为约50psi至约200psi。

4.如第1至3b段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：混合所述混合物。

5.如第1至4段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：在加热所述混合物之后冷却所述混合物。

6.如第1至5段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：从所述水性部分分离含有所述乙酰丙酸或所述5-(羟甲基)糠醛的所述水不混溶部分。

7.如第6段所述的方法，其进一步包括以下步骤：从所述乙酰丙酸或5-(羟甲基)糠醛除去所述水不混溶部分。

8.如第7段所述的方法，其中所述水不混溶部分是通过蒸馏除去，以便提供含有所述乙酰丙酸或5-(羟甲基)糠醛的反应材料。

9.如第8段所述的方法，其进一步包括以下步骤：用固体吸附剂处理所述反应材料。

9a.如第9段所述的方法，其中所述固体吸附剂是木材碎片、离子交换树脂，任选地使用溶剂、分子筛，任选地使用溶剂或活性碳，任选地使用溶剂。

10.如第9或9a段所述的方法，其进一步包括以下步骤：通过热、压力或通过用水、碱水溶液或极性溶剂冲洗来从所述固体吸附剂除去所述乙酰丙酸或5-(羟甲基)糠醛。

11.如第1至10段中任一段落所述的方法，其中所述生物质包含来自造纸方法的污泥；农业残渣；甘蔗渣髓；甘蔗渣；糖蜜；水性橡树木材萃取物；稻壳；燕麦麸渣；木糖浆；杉木锯屑；石脑油；玉米芯糠醛残渣；棉花球；原木粉；水稻；稻草；大豆皮；大豆油残渣；玉米皮；棉花杆；棉籽皮；淀粉；马铃薯；甜薯；乳糖；向日葵籽皮；糖；玉米浆；***；废纸；废纸纤维；锯屑；木材；来自农业或林业的残渣；市政和工业废料的有机组分；来自硬木材或榉树皮的废弃植物材料；纤维板工业废水；发酵后溶液；糠醛馏渣；和其组合、C5糖、C6糖、木质纤维素、纤维素、淀粉、多糖、二糖、单糖或其混合物。

12.如第11段所述的方法，其中所述生物质是果糖、蔗糖、葡萄糖或其混合物。

13.如第1至12段中任一段落所述的方法，其中所述酸是无机酸。

14.如第13段所述的方法，其中所述无机酸是硫酸、磷酸、盐酸或其混合物。

15.如第13或14段所述的方法，其中无机酸的浓度为所述混合物的约1重量％至约75重量％。

16.如第15段所述的方法，其中所述无机酸的所述浓度为所述混合物的约5重量％至约60重量％、更具体来说约20重量％至约50重量％。

17.如第1至12段中任一段落所述的方法，其中所述酸是有机磺酸。

18.如第17段所述的方法，其中所述有机酸是对甲苯磺酸、萘磺酸、樟脑磺酸或正十二烷基苯磺酸。

19.如第1至18段中任一段落所述的方法，其进一步包括将相转移催化剂添加至所述混合物。

20.如第19段所述的方法，其中所述相转移催化剂是铵盐、杂环铵盐或鏻盐。

21.如第1至20段中任一段落所述的方法，其中所述水不混溶部分是甲基异丁基酮、乙酰丙酸乙酯、乙酰丙酸丁酯、环己酮、甲苯、甲基-THF、甲基-叔丁基醚、甲基异戊基酮、己烷、环己烷、氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、邻二氯苯、二异丁基酮、2,6-二甲基环己酮、四氢呋喃或其混合物。

22.如第1至21段中任一段落所述的方法，其中所述方法在连续搅拌槽式反应器(CSTR)或推流式反应器(PFR)中进行。

23.如第22段所述的方法，其中进行所述CSTR方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与生物质在1小时的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

24.如第23段所述的方法，其中所述生物质是果糖。

25.如第23或24段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在1小时的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

26.如第22段所述的方法，其中进行所述CSTR方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与生物质在时间t的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段t期间除去当量重量。

27.如第26段所述的方法，其中所述生物质是果糖。

28.如第26或27段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在时间t的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

如第1至21段中任一段落所述的方法，其中所述方法是在连续添加批量反应器中进行。

30.如第29段所述的方法，其中进行所述连续添加批量方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与生物质在1小时的时期内添加至所述反应器。

31.如第30段所述的方法，其中所述生物质是果糖。

32.如第30或31段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在1小时的时期内添加至所述反应器。

33.如第29段所述的方法，其中进行所述连续添加批量方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与生物质在时间t的时期内添加至所述反应器。

34.如第33段所述的方法，其中所述生物质是果糖。

35.如第33或34段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在时间t的时期内添加至所述反应器。

针对本发明的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种制备乙酰丙酸或甲酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

将最多50重量百分数的含果糖材料、最多75重量百分数的酸催化剂和至少20重量百分数的水混合以等于100重量百分数从而形成混合物，所述含果糖材料包含果聚糖、低聚果糖、菊粉、果糖、果糖-葡萄糖共混玉米浆、蔗糖或其混合物；并且

将所述混合物加热至约50℃至约280℃的温度，以便提供乙酰丙酸或甲酸。

1a.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约80℃加热至约250℃。

1b.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约100℃加热至约220℃。

1c.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约100℃。

1d.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约90℃。

1e.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约80℃。

1f.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约60℃加热至约80℃。

2.如第1至1f段中任一段落所述的方法，其中将所述混合物在压力下加热，其中所述压力范围为约10psi至约1000psi。

2a.如第2段所述的方法，其中所述压力范围为约30psi至约500psi。

2b.如第2段所述的方法，其中所述压力范围为约50psi至约200psi。

3.如第1至2b段中任一段落所述的方法，其中所述酸以约10重量百分数至约40重量百分数存在。

3a.如第1至3段中任一段落所述的方法，其中所述酸以约20重量百分数至约30重量百分数存在。

4.如第1至3a段中任一段落所述的方法，其中将所述混合物加热60分钟或60分钟以下。

5.如第4段所述的方法，其中将所述混合物加热30分钟或30分钟以下。

6.如第1至5段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：混合所述混合物。

7.如第1至6段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：在加热所述混合物之后冷却所述混合物。

8.如第1至7段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：将所述乙酰丙酸或所述甲酸与固体胡敏素(humin)副产物分离。

9.如第8段所述的方法，其进一步包括以下步骤：用溶剂处理所述胡敏素副产物以便提供滤液。

10.如第9段所述的方法，其中所述溶剂是水、甲基异丁基酮、甲基-THF、环己酮、乙腈、丙酮、甲醇、乙醇、丁醇、MTBE或其混合物。

11.如第9或10段所述的方法，其中将所分离的乙酰丙酸或甲酸和所述滤液合并来提供最终滤液。

12.如第11段所述的方法，其中乙酰丙酸的摩尔产率为约50％至约90％。

13.如第11段所述的方法，其中甲酸的摩尔产率为约50％至约90％。

14.如第1至13段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：用固体吸附剂处理所述混合物。

14a.如第14段所述的方法，其中所述固体吸附剂是木材碎片、离子交换树脂，任选地使用溶剂、分子筛，任选地使用溶剂或活性碳，任选地使用溶剂。

15.如第14或14a段所述的方法，其中进一步包括以下步骤：通过热、压力或通过用水、碱水溶液或极性溶剂冲洗来从所述固体吸附剂除去所述乙酰丙酸或5-(羟甲基)糠醛。

16.如第1至15段中任一段落所述的方法，其中所述酸是无机酸。

17.如第16段所述的方法，其中所述无机酸是硫酸、磷酸、盐酸或其混合物。

18.如第1至17段中任一段落所述的方法，其中所述方法在连续搅拌槽式反应器(CSTR)或推流式反应器(PFR)中进行。

19.如第18段所述的方法，其中进行所述CSTR方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与果糖或糖在1小时的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

20.如第19段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在1小时的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

21.如第18段所述的方法，其中进行所述CSTR方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与果糖或糖在时间t的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

22.如第21段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在时间t的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

针对本发明的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种制备乙酰丙酸或甲酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

将生物质材料与酸催化剂或超临界水混合来形成第一混合物，其中所述生物质被转化来提供葡萄糖；

用异构化催化剂或碱催化剂处理所述葡萄糖以形成第二混合物，其中所述葡萄糖转化成果糖；

将所述含果糖混合物与酸和水混合来形成第三混合物；并且

将所述混合物加热至约50℃至约280℃的温度，以便提供乙酰丙酸或甲酸。

1a.如第1段所述的方法，其中所述生物质包含来自造纸方法的污泥；农业残渣；甘蔗渣髓；甘蔗渣；糖蜜；水性橡树木材萃取物；稻壳；燕麦麸渣；木糖浆；杉木锯屑；石脑油；玉米芯糠醛残渣；棉花球；原木粉；水稻；稻草；大豆皮；大豆油残渣；玉米皮；棉花杆；棉籽皮；淀粉；马铃薯；甜薯；乳糖；向日葵籽皮；糖；玉米浆；***；废纸；废纸纤维；锯屑；木材；来自农业或林业的残渣；市政和工业废料的有机组分；来自硬木材或榉树皮的废弃植物材料；纤维板工业废水；发酵后溶液；糠醛馏渣；和其组合、C5糖、C6糖、木质纤维素、纤维素、淀粉、多糖、二糖、单糖或其混合物。

1b.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约80℃加热至约250℃。

1c.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约100℃加热至约220℃。

1d.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约100℃。

1e.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约90℃。

1f.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约80℃。

1g.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约60℃加热至约80℃。

2.如第1至1g段中任一段落所述的方法，其中将所述混合物在压力下加热，其中所述压力范围为约10psi至约1000psi。

2a.如第2段所述的方法，其中所述压力范围为约30psi至约500psi。

2b.如第2段所述的方法，其中所述压力范围为约50psi至约200psi。

3.如第1至2b段中任一段落所述的方法，其中所述生物质转化催化剂是盐酸、硫酸、三氟甲磺酸、三氟乙酸或其混合物。

4.如第1至3段中任一段落所述的方法，其中所述葡萄糖异构化催化剂是葡萄糖异构酶。

5.如第1至4段中任一段落所述的方法，其中所述葡萄糖转化碱催化剂是碱金属或碱土金属氢氧化物或碳酸盐。

6.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中所述第三混合物含有约0.1重量百分数至约30重量百分数的含果糖材料。

7.如第6段所述的方法，其中所述含果糖材料包含果聚糖、低聚果糖、菊粉、果糖、果糖玉米浆或其混合物。

8.如第7段所述的方法，其中所述含果糖材料以约1重量百分数至约99重量百分数存在。

9.如第1段所述的方法，其中所述第三混合物含有最多50重量百分数的所述酸。

10.如第9段所述的方法，其中所述酸以约2重量百分数至约40重量百分数存在。

11.如第10段所述的方法，其中所述酸是无机酸。

12.如第11段所述的方法，其中所述无机酸是硫酸、磷酸、盐酸或其混合物。

13.如第1至12段中任一段落所述的方法，其中将所述第三混合物加热60分钟或60分钟以下。

14.如第13段所述的方法，其中将所述混合物加热30分钟或30分钟以下。

15.如第1至14段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：混合所述混合物中的一个或多个。

16.如第1至15段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：在加热所述混合物之后冷却所述第三混合物。

17.如第1至16段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：将所述乙酰丙酸或所述甲酸与固体胡敏素副产物分离。

18.如第17段所述的方法，其进一步包括以下步骤：用溶剂处理所述胡敏素副产物以便提供滤液。

19.如第18段所述的方法，其中所述溶剂是水、甲基异丁基酮、甲基-THF、环己酮、乙腈、丙酮、甲醇、乙醇、丁醇、MTBE或其混合物。

20.如第18或19段所述的方法，其中将所分离的乙酰丙酸或甲酸和所述滤液合并来提供最终滤液。

21.如第20段所述的方法，其中乙酰丙酸的摩尔产率为约50％至约90％。

22.如第20段所述的方法，其中甲酸的摩尔产率为约50％至约90％。

23.如第1至22段中任一段落所述的方法，其中所述方法在连续搅拌槽式反应器(CSTR)或推流式反应器(PFR)中进行。

24.如第23段所述的方法，其中进行所述CSTR方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与生物质在1小时的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

25.如第24段所述的方法，其中所述生物质包含果糖。

26.如第24或25段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在1小时的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

27.如第23段所述的方法，其中进行所述CSTR方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与生物质在时间t的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

28.如第27段所述的方法，其中所述生物质包含果糖。

29.如第26或27段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在时间t的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

30.如第1至29段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：用固体吸附剂处理所述最终滤液。

31.如第30段所述的方法，其中所述固体吸附剂是木材碎片、离子交换树脂，任选地使用溶剂、分子筛，任选地使用溶剂或活性碳，任选地使用溶剂。

32.如第30或31段所述的方法，其进一步包括以下步骤：通过热、压力或通过用水、碱水溶液或极性溶剂冲洗来从所述固体吸附剂除去所述乙酰丙酸或甲酸。

针对本发明的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种使用具有入口和出口的第一反应器和具有入口和出口的第二反应器由生物质产生乙酰丙酸的连续方法，所述方法包括

通过所述第一反应器的所述入口将含有所述生物质的样品连续地供应至所述第一反应器，

在水不混溶液体和占所述样品的1重量％与5重量％之间的无机酸存在下，在所述第一反应器中将所述生物质在210℃与230℃之间水解10秒与100秒之间以便产生羟甲基糠醛和其它反应中间体，

通过所述第一反应器的所述出口，以在所述第一反应器中大致上不发生轴向混合的方式，将含有所述羟甲基糠醛和其它反应中间体的中间体样品从所述第一反应器连续地除去，

通过所述第二反应器的所述入口将已从所述第一反应器除去的所述中间体样品连续地供应至所述第二反应器，

在任选地水不混溶液体和占所述中间体样品的3重量％与7.5重量％之间的无机酸存在下，在所述第二反应器中将在所述中间体样品中的所述羟甲基糠醛和其它反应中间体在195℃与215℃之间水解15分钟与30分钟之间以便产生乙酰丙酸，并且

通过所述第二反应器的所述出口从所述第二反应器连续地除去乙酰丙酸，其中从所述第二反应器除去的乙酰丙酸的产率占理论产率的至少60％。

2.如第1段所述的方法，其中所述生物质包含来自造纸方法的污泥；农业残渣；甘蔗渣髓；甘蔗渣；糖蜜；水性橡树木材萃取物；稻壳；燕麦麸渣；木糖浆；杉木锯屑；石脑油；玉米芯糠醛残渣；棉花球；原木粉；水稻；稻草；大豆皮；大豆油残渣；玉米皮；棉花杆；棉籽皮；淀粉；马铃薯；甜薯；乳糖；向日葵籽皮；糖；玉米浆；***；废纸；废纸纤维；锯屑；木材；来自农业或林业的残渣；市政和工业废料的有机组分；来自硬木材或榉树皮的废弃植物材料；纤维板工业废水；发酵后溶液；糠醛馏渣；和其组合、C5糖、C6糖、木质纤维素、纤维素、淀粉、多糖、二糖、单糖或其混合物。

3.如第1至20段中任一段落所述的方法，其中所述水不混溶液体是甲基异丁基酮、乙酰丙酸乙酯、乙酰丙酸丁酯、环己酮、甲苯、甲基-THF、甲基-叔丁基醚、甲基异戊基酮、己烷、环己烷、氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、邻二氯苯、二异丁基酮、2,6-二甲基环己酮、四氢呋喃或其混合物。

4.如第1至3段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：用固体吸附剂处理来自所述第一反应器的所述羟甲基糠醛或来自所述第二反应器的所述乙酰丙酸。

5.如第4段所述的方法，其中所述固体吸附剂是木材碎片、离子交换树脂，任选地使用溶剂、分子筛，任选地使用溶剂或活性碳，任选地使用溶剂。

6.如第4或5段所述的方法，其进一步包括以下步骤：通过热、压力或通过用水、碱水溶液或极性溶剂冲洗来从所述固体吸附剂除去所述乙酰丙酸或甲酸。

针对本发明的另一方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种用于从含碳水化合物的材料产生甲酸的方法，所述方法包括∶将含碳水化合物的材料引入第一反应器；在水不混溶液体和无机酸存在下，在所述第一反应器中将所述含碳水化合物的材料在第一温度和第一压力下水解第一时间段，以便有效地形成包含一种或多种糖的中间体水解产物；将所述中间体水解产物从所述第一反应器转移至第二反应器；在所述第二反应器中将所述中间体水解产物在小于195摄氏度的第二温度和第二压力下水解第二时间段，以便有效地形成包含甲酸的水解产物；并且将所述甲酸以蒸汽形式与所述水解产物分离。

针对本发明的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种制备乙酰丙酸或甲酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

将生物质材料与酸催化剂或超临界水混合来形成第一混合物，其中所述生物质被转化来提供葡萄糖；

用异构化催化剂或碱催化剂处理所述葡萄糖以形成第二混合物，其中所述葡萄糖转化成果糖；

将所述含果糖混合物与酸和水混合来形成第三混合物；

在约50℃至约280℃的温度下加热所述第三混合物；

冷却所述第三混合物；并且

用水不混溶溶剂处理所述第三混合物以便形成水性层和水不混溶层，从而在所述水不混溶层中提供乙酰丙酸或甲酸。

1a.如第1段所述的方法，其中所述生物质包含来自造纸方法的污泥；农业残渣；甘蔗渣髓；甘蔗渣；糖蜜；水性橡树木材萃取物；稻壳；燕麦麸渣；木糖浆；杉木锯屑；石脑油；玉米芯糠醛残渣；棉花球；原木粉；水稻；稻草；大豆皮；大豆油残渣；玉米皮；棉花杆；棉籽皮；淀粉；马铃薯；甜薯；乳糖；向日葵籽皮；糖；玉米浆；***；废纸；废纸纤维；锯屑；木材；来自农业或林业的残渣；市政和工业废料的有机组分；来自硬木材或榉树皮的废弃植物材料；纤维板工业废水；发酵后溶液；糠醛馏渣；和其组合、C5糖、C6糖、木质纤维素、纤维素、淀粉、多糖、二糖、单糖或其混合物。

1b如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约80℃加热至约250℃。

1c.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约100℃加热至约220℃。

1d.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约100℃。

1e.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约90℃。

1f.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约80℃。

1g.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约60℃加热至约80℃。

2.如第1至1g段中任一段落所述的方法，其中将所述混合物在压力下加热，其中所述压力范围为约10psi至约1000psi。

2a.如第2段所述的方法，其中所述压力范围为约30psi至约500psi。

2b.如第2段所述的方法，其中所述压力范围为约50psi至约200psi。

3.如第1至2b段中任一段落所述的方法，其中所述生物质转化催化剂是盐酸、硫酸、三氟甲磺酸、三氟乙酸或其混合物。

4.如第1段所述的方法，其中所述葡萄糖转化异构化催化剂是葡萄糖异构酶。

5.如第1段所述的方法，其中所述葡萄糖转化催化剂是碱金属或碱土金属氢氧化物或碳酸盐。

6.如第1段所述的方法，其中所述第三混合物含有约0.1重量百分数至约30重量百分数的含果糖材料。

7.如第6段所述的方法，其中所述含果糖材料包含果聚糖、低聚果糖、菊粉、果糖、果糖玉米浆或其混合物。

8.如第7段所述的方法，其中所述含果糖材料以约1重量百分数至约99重量百分数存在。

9.如第1段所述的方法，其中所述第三混合物含有最多50重量百分数的所述酸。

10.如第9段所述的方法，其中所述酸以约2重量百分数至约40重量百分数存在。

11.如第10段所述的方法，其中所述酸是无机酸。

12.如第11段所述的方法，其中所述无机酸是硫酸、磷酸、盐酸或其混合物。

13.如第1至12段中任一段落所述的方法，其中将所述第三混合物加热60分钟或60分钟以下。

14.如第13段所述的方法，其中将所述混合物加热30分钟或30分钟以下。

15.如第1至14段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：混合所述混合物中的一个或多个。

16.如第1至15段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：将所述乙酰丙酸或所述甲酸与固体胡敏素副产物分离。

17.如第16段所述的方法，其中所述分离步骤是过滤。

18.如第17段所述的方法，其进一步包括以下步骤：用溶剂处理所述胡敏素副产物以便提供滤液。

19.如第18段所述的方法，其中所述溶剂是水、甲基异丁基酮、甲基-THF、环己酮、乙腈、丙酮、甲醇、乙醇、丁醇、MTBE或其混合物。

20.如第18或19段所述的方法，其中将所分离的乙酰丙酸或甲酸和所述滤液合并来提供最终滤液。

21.如第20段所述的方法，其中乙酰丙酸的摩尔产率为约50％至约90％。

22.如第20段所述的方法，其中甲酸的摩尔产率为约50％至约90％。

23.如第1至22段中任一段落所述的方法，其中所述水不混溶溶剂是甲基异丁基酮、乙酰丙酸乙酯、乙酰丙酸丁酯、环己酮、甲苯、甲基-THF、甲基-叔丁基醚、甲基异戊基酮、己烷、环己烷、氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、邻二氯苯、二异丁基酮、2,6-二甲基环己酮、四氢呋喃或其混合物。

24.如第1至23段中任一段落所述的方法，其中将所述水性层或最终滤液与水不混溶层分离。

25.如第1至24段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：将含有所述乙酰丙酸或甲酸的所述水不混溶层浓缩以便提供浓缩物。

26.如第25段所述的方法，其中在减压下进行所述浓缩步骤。

27.如第26段所述的方法，其中在高温下进行所述浓缩步骤。

28.如第25或26段所述的方法，其中搅拌所述水不混溶层。

29.如第26至28段中任一段落所述的方法，其中所述减压为约10托至约700托。

30.如第26至29段中任一段落所述的方法，其中将所述水不混溶层加热至约20℃至约140℃。

35.如第25至30段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：使所述浓缩物经受刮膜蒸发以便提供纯化的乙酰丙酸。

36.如第35段所述的方法，其中所述乙酰丙酸具有至少95％的纯度。

37.如第25至30段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：用固体吸附剂处理所述浓缩物。

38.如第37段所述的方法，其中所述固体吸附剂是木材碎片、离子交换树脂，任选地使用溶剂、分子筛，任选地使用溶剂或活性碳，任选地使用溶剂。

39.如第37或38段所述的方法，其进一步包括以下步骤：通过热、压力或通过用水、碱水溶液或极性溶剂冲洗来从所述固体吸附剂除去所述乙酰丙酸或甲酸。

40.如第1至24段中任一段落所述的方法，其中所述方法在连续搅拌槽式反应器(CSTR)或推流式反应器(PFR)中进行。

41.如第40段所述的方法，其中进行所述CSTR方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与生物质在1小时的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

42.如第41段所述的方法，其中所述生物质是果糖。

43.如第41或42段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在1小时的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

44.如第40段所述的方法，其中进行所述CSTR方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与生物质在时间t的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

45.如第44段所述的方法，其中所述生物质是果糖。

46.如第44或46段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在时间t的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

针对本发明的另外的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种制备乙酰丙酸或甲酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

将蔗糖、葡萄糖、含果糖材料或其混合物与水混合来形成混合物，

在约50℃至约280℃的温度下加热所述混合物；

冷却所述混合物以便提供水性部分和固体；

将所述水性部分与所述固体分离；并且

用水不混溶溶剂处理所述水性部分以便形成水性层和水不混溶层，从而在所述水不混溶层中提供乙酰丙酸或甲酸。

1a.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约80℃加热至约250℃。

1b.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约100℃加热至约220℃。

1c.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约100℃。

1d.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约90℃。

1e.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约80℃。

1f.如第1段所述的方法，其中将所述混合物从约60℃加热至约80℃。

1g.如第1至1f段中任一段落所述的方法，其中将所述混合物在压力下加热，其中所述压力范围为约10psi至约1000psi。

1h.如第1g段所述的方法，其中所述压力范围为约30psi至约500psi。

1i.如第1g段所述的方法，其中所述压力范围为约50psi至约200psi。

2.如第1段所述的方法，其中所述混合物含有约1重量百分数至约50重量百分数的蔗糖、葡萄糖、含果糖材料或其混合物。

3.如第2段所述的方法，其中所述含果糖材料包含果聚糖、低聚果糖、菊粉、果糖、果糖玉米浆或其混合物。

4.如第2段所述的方法，其中所述蔗糖、葡萄糖、含果糖材料或其混合物以约5重量百分数至约30重量百分数存在。

5.如第1段所述的方法，其中所述酸以约1重量百分数至约50重量百分数存在。

6.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中将所述混合物加热60分钟或60分钟以下。

7.如第6段所述的方法，其中将所述混合物加热30分钟或30分钟以下。

8.如第1至7段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：混合所述混合物。

9.如第1至8段中任一段落所述的方法，其中所述分离步骤是过滤。

10.如第9段所述的方法，其进一步包括以下步骤：用溶剂处理所述固体以便提供滤液。

11.如第10段所述的方法，其中所述溶剂是水。

12.如第10或11段所述的方法，其中将所述水性部分和所述滤液合并来提供最终滤液。

13.如第1至12段中任一段落所述的方法，其中所述水不混溶溶剂是甲基异丁基酮、乙酰丙酸乙酯、乙酰丙酸丁酯、环己酮、甲苯、甲基-THF、甲基-叔丁基醚、甲基异戊基酮、己烷、环己烷、氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、邻二氯苯、二异丁基酮、2,6-二甲基环己酮、四氢呋喃或其混合物。

14.如第1至13段中任一段落所述的方法，其中将所述滤液和水不混溶层分离。

15.如第1至14段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：将含有所述乙酰丙酸或甲酸的所述水不混溶层浓缩以便提供浓缩物。

16.如第15段所述的方法，其中在减压下进行所述浓缩步骤。

17.如第16段所述的方法，其中在高温下进行所述浓缩步骤。

18.如第15或16段所述的方法，其中搅拌所述水不混溶层。

19.如第16至18段中任一段落所述的方法，其中所述减压为约10托至约700托。

20.如第16至19段中任一段落所述的方法，其中将所述水不混溶层加热至约20℃至约140℃。

21.如第15至20段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：使所述浓缩物经受刮膜蒸发以便提供纯化的乙酰丙酸。

22.如第21段所述的方法，其中所述乙酰丙酸具有至少95％的纯度。

23.如第15至20段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：用固体吸附剂处理所述浓缩物。

24.如第23段所述的方法，其中所述固体吸附剂是木材碎片、离子交换树脂，任选地使用溶剂、分子筛，任选地使用溶剂或活性碳，任选地使用溶剂。

25.如第23或24段所述的方法，其进一步包括以下步骤：通过热、压力或通过用水、碱水溶液或极性溶剂冲洗来从所述固体吸附剂除去所述乙酰丙酸或甲酸。

26.如第1至15段中任一段落所述的方法，其中所述方法在连续搅拌槽式反应器(CSTR)或推流式反应器(PFR)中进行。

27.如第26段所述的方法，其中进行所述CSTR方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与蔗糖、葡萄糖或含果糖材料在1小时的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

28.如第27段所述的方法，其中所述生物质包含果糖。

29.如第27或28段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在1小时的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

30.如第26段所述的方法，其中进行所述CSTR方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与蔗糖、葡萄糖或含果糖材料在时间t的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

31.如第30段所述的方法，其中所述生物质包含果糖。

32.如第30或31段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在时间t的时期内添加至所述反应器，并且在相同时间段期间除去当量重量。

针对本发明的另外的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种纯化乙酰丙酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

将乙酰丙酸溶于溶剂中来提供乙酰丙酸溶液；

使所述乙酰丙酸溶液与分子筛接触一段时间；

从所述乙酰丙酸溶液分离所述分子筛；并且

加热所述筛或向所述筛施加减压以便释放纯化的乙酰丙酸，或用水、碱水溶液或极性溶剂处理所述筛以便冲洗所述筛的所述乙酰丙酸。

2.如第1段所述的方法，其中所述分子筛尺寸范围为约2埃至约15埃。

3.如第1或2段所述的方法，其中分子筛与溶剂的重量比是约1:10至10:1。

4.如第1至3段中任一段落所述的方法，其中所述乙酰丙酸溶液中的乙酰丙酸的浓度是约1重量百分数至约20重量百分数、更具体来说约2重量百分数至约15重量百分数。

5.如第1至4段中任一段落所述的方法，其中所述溶剂是环己酮、甲基-四氢呋喃、甲苯或甲基异丁基酮。

6.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中所述纯化的乙酰丙酸具有至少95％的纯度。

7.如第1至6段中任一段落所述的方法，其中所述纯化的乙酰丙酸的颜色指数(YI)具有如通过ASTM方法E313所测量的低于50的颜色指数。

针对本发明的另外的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种纯化乙酰丙酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

将约10重量百分数至约50重量百分数的乙酰丙酸溶于溶剂中来提供乙酰丙酸溶液；

将所述乙酰丙酸溶液冷却至约小于15℃，以便诱导乙酰丙酸的沉淀；并且

收集所沉淀的乙酰丙酸。

2.如第1段所述的方法，其中所述溶剂是甲基异丁基酮、环己酮或甲苯。

3.如第1或2段中任一段落所述的方法，其中所沉淀的乙酰丙酸具有至少95％的纯度。

4.如第1至3段中任一段落所述的方法，其中所沉淀的乙酰丙酸具有如通过ASTM方法E313所测量的小于50的颜色指数。

针对本发明的另外的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种纯化乙酰丙酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

在溶剂不是水的条件下将最多约50重量百分数的乙酰丙酸溶于所述溶剂中来提供乙酰丙酸溶液；并且

将碱水溶液添加至所述乙酰丙酸溶液来提供乙酰丙酸盐沉淀物。

2.如第1段所述的方法，其中所述碱是碱金属或碱土金属氢氧化物或碳酸盐。

3.如第1或2段所述的方法，其中碱的重量百分数以乙酰丙酸的摩尔数计为约0.5当量至约5当量。

4.如第1至3段中任一段落所述的方法，其中所述溶剂是甲基异丁基酮、环己酮、甲苯或其混合物。

5.如第1至4段中任一段落所述的方法，其进一步包括以下步骤：分离所述乙酰丙酸盐沉淀物。

还针对本发明的另外的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种制备乙酰丙酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

将乙酰丙酸、生物质材料、无机酸和小于10重量百分数的水合并来形成混合物，其中所述组分等于100重量百分数；

将所述混合物加热至约50℃至约280℃的范围以便提供水解混合物；

冷却所述水解混合物；

将固体与液体分离；并且

将所述液体冷却以便形成沉淀的乙酰丙酸。

1a.如第1段所述的方法，其中所述生物质包含来自造纸方法的污泥；农业残渣；甘蔗渣髓；甘蔗渣；糖蜜；水性橡树木材萃取物；稻壳；燕麦麸渣；木糖浆；杉木锯屑；石脑油；玉米芯糠醛残渣；棉花球；原木粉；水稻；稻草；大豆皮；大豆油残渣；玉米皮；棉花杆；棉籽皮；淀粉；马铃薯；甜薯；乳糖；向日葵籽皮；糖；玉米浆；***；废纸；废纸纤维；锯屑；木材；来自农业或林业的残渣；市政和工业废料的有机组分；来自硬木材或榉树皮的废弃植物材料；纤维板工业废水；发酵后溶液；糠醛馏渣；和其组合、C5糖、C6糖、木质纤维素、纤维素、淀粉、多糖、二糖、单糖或其混合物。

1b.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约80℃加热至约250℃。

1c.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约100℃加热至约220℃。

1d.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约100℃。

1e.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约90℃。

1f.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约50℃加热至约80℃。

1g.如第1或1a段所述的方法，其中将所述混合物从约60℃加热至约80℃。

1h.如第1至1g段中任一段落所述的方法，其中将所述混合物在压力下加热，其中所述压力范围为约10psi至约1000psi。

1i.如第1h段所述的方法，其中所述压力范围为约30psi至约500psi。

1j.如第1i段所述的方法，其中所述压力范围为约50psi至约200psi。

2.如第1至1f段中任一段落所述的方法，其中乙酰丙酸的重量百分数为约50至约90。

3.如第1或2段中任一段落所述的方法，其中生物质的重量百分数为约5至约30。

4.如第1至3段中任一段落所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为约1至约20。

5.如第1至4段中任一段落所述的方法，其中水的重量百分数小于8％。

6.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中将所水解的混合物冷却至低于20℃的范围。

7.如第1至6段中任一段落所述的方法，其中将所述液体冷却至约60℃至约10℃的范围。

8.如第1至7段中任一段落所述的方法，其中所述生物质包含C5糖、蔗糖、C6糖、木质纤维素、纤维素、淀粉、多糖、二糖、单糖、硬木材、软木材或其混合物。

9.如第8段所述的方法，其中所述生物质是蔗糖、果糖或葡萄糖。

10.如第1至9段中任一段落所述的方法，其中所述无机酸是硫酸、磷酸、盐酸或其混合物。

还针对本发明的另外的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种制备乙酰丙酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

将乙酰丙酸、无机酸和小于10重量百分数的水合并来形成混合物，其中所述组分等于100重量百分数；

在约50℃至约280℃的温度范围下混合所述混合物一段时间；

将所述混合物冷却至约-30℃至约5℃的温度范围；并且

将固体与液体分离来提供乙酰丙酸。

2.如第1段所述的方法，其中乙酰丙酸的重量百分数为约70％至约95％。

3.如第1或2段所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为约5％至约10％。

4.如第1至3段中任一段落所述的方法，其中水的重量百分数为约3％至约8％。

5.如第1至4段中任一段落所述的方法，其中将所水解的混合物冷却至约-25℃至约10℃的范围。

7.如第1至5段中任一段落所述的方法，其中将所述混合物冷却至约-20℃至约5℃的范围。

8.如第1至7段中任一段落所述的方法，其中所述无机酸是硫酸、磷酸、盐酸或其混合物。

还针对本发明的另外的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种制备乙酰丙酸或甲酸的方法，所述方法包括以下步骤∶将最多30重量百分数的含果糖材料、最多75重量百分数的酸催化剂和至少20重量百分数的水混合以等于100重量百分数从而形成混合物，所述含果糖材料包含果聚糖、低聚果糖、菊粉、果糖、果糖-葡萄糖共混玉米浆、蔗糖或其混合物；并且将所述混合物加热至约50℃至约100℃的温度，以便提供乙酰丙酸或甲酸。

2.如第1段所述的方法，其中所述混合物包含40-75％的酸催化剂。

3.如第1段所述的方法，其中所述混合物包含50-70％的酸催化剂。

4.如第1至3段中任一段落所述的方法，其中所述酸催化剂是硫酸

5.如第1至4段中任一段落所述的方法，其中将所述反应运行小于480分钟。

6.如第1至4段中任一段落所述的方法，其中将所述反应运行小于360分钟。

7.如第1至4段中任一段落所述的方法，其中将所述反应运行小于120分钟。

8.如第1至4段中任一段落所述的方法，其中将所述反应运行小于60分钟。

9.如第1至4段中任一段落所述的方法，其中将所述反应运行小于30分钟。

10.如第1至4段中任一段落所述的方法，其中将所述反应运行小于15分钟。

11.如第1至10段中任一段落所述的方法，其中将所述反应在约50℃至约90℃的温度下运行。

12.如第1至10段中任一段落所述的方法，其中将所述反应在约50℃至约80℃的温度下运行。

13.如第1至10段中任一段落所述的方法，其中将所述反应在约60℃至约80℃的温度下运行。

针对本发明的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供一种制备乙酰丙酸或甲酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

将最多50重量百分数的含果糖材料、最多75重量百分数的酸催化剂和至少20重量百分数的水混合以等于100重量百分数从而形成混合物，所述含果糖材料包含果聚糖、低聚果糖、菊粉、果糖、果糖-葡萄糖共混玉米浆、蔗糖或其混合物；并且

将所述混合物加热至约50℃至约280℃的温度，以便提供乙酰丙酸或甲酸。

还针对本发明的另外的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，适用于上述段落中的任一段落(注明为[051]至[0427]，所述方法是在连续添加批量反应器中进行。

2.如第1段所述的方法，其中进行所述连续添加批量方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与生物质在1小时的时期内添加至所述反应器。

3.如第2段所述的方法，其中所述生物质是果糖。

4.如第1或2段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在1小时的时期内添加至所述反应器。

5.如第1段所述的方法，其中进行所述连续添加批量方法，其中将比率为约2:1至约5:1的水与生物质在时间t的时期内添加至所述反应器。

6.如第5段所述的方法，其中所述生物质是果糖。

7.如第4或5段所述的方法，其中将比率为约10:1至约15:1的水与无机酸在时间t的时期内添加至所述反应器。

还针对本发明的另外的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，适用于上述段落中的任一段落(注明为[051]至[0427]，在约0.1小时至约40小时、更明确来说0.25小时至20小时、更明确来说0.5小时至10小时并且更明确来说0.75小时至5小时的时期内添加所述生物质。

还针对本发明的另外的其它方面提供以下段落。在一个实施方案中，在第一段(1)中，适用于上述段落中的任一段落(注明为[051]至[0427]，使用第一萃取溶剂共同地或使用第一萃取溶剂和第二萃取溶剂分别地萃取所述甲酸和乙酰丙酸。在另一个实施方案中，在萃取所述乙酰丙酸之前，通过蒸馏、汽提或萃取从所述反应混合物除去所述甲酸。

本发明将进一步参考以下非限制性实施例来描述。对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可对所描述的实施方案做出许多变化。因此，本发明的范围不应限于本申请中描述的实施方案，而仅仅由权利要求书的用语所描述的实施方案和那些实施方案的等效物来限定。除非另外指出，所有百分数都是以重量计。

在一个方面中，本发明针对一种从糖溶液制造可结晶乙酰丙酸(“LA”)的方法。

蔗糖、葡萄糖、果糖或前述物质的共混物、明确来说是果糖和蔗糖的1-3摩尔溶液的水解发生在批量或连续反应器中，明确来说发生在连续反应器中。在一个实施方案中，所述方法包括以下步骤：在蔗糖、葡萄糖、果糖或前述物质的共混物的1-3摩尔溶液的水解之后∶

(a)从水解产物混合物过滤固体。

(b)固体的水或萃取溶剂洗涤(任选的)。

(c)将LA和甲酸从水性水解产物萃取至萃取溶剂。

(d)通过蒸馏除去萃取溶剂。

(e)LA的薄膜蒸发。

(f)LA的结晶

(g)甲酸的回收。

所述方法允许快速反应时间、易于操纵炭副产物、良好的产率、没有中和步骤(任选的)、有效的萃取和蒸馏，以便得到可结晶LA产物。

已知用以从糖制造LA的几种方法，但是很少知道如何从反应器除去LA和甲酸并且将其从水解产物中纯化。所公开的方法产生大约97％纯度的结晶的LA。

除非另外指出，所使用的硫酸浓度是96-98％。

实施例1

向1L哈氏合金帕尔反应器中装填135.12g果糖(纯度94％，0.75mol)、500mL DI水和38.17g硫酸。将反应器密封，并且将反应混合物加热至150℃的温度同时在52RPM下搅拌。一旦反应混合物达到150℃的温度，就在所述温度下保持混合物1小时。在1小时的反应时间之后，停止加热并且降下加热罩，并且使用冰水浴冷却反应器。一旦反应器冷却，就将其拆除并且通过0.45μm过滤器，使用真空过滤来过滤反应混合物以便从液体除去炭。通过HPLC分析液体并且发现含有9.9wt％乙酰丙酸。所述液体被认为“水解产物”。

向1L分液漏斗中装填300.10g水解产物和300.07g甲基异丁基酮(MIBK)。摇动分液漏斗以便将所有物质混合在一起，并且随后使混合物相分离。使底部水性层排出分液漏斗底部之外并收集在烧杯中。将顶部层倾倒出分液漏斗的顶部并且倒入1L的2颈圆底烧瓶中。随后将底部层放回分液漏斗中，并且使用另一300.36g MIBK进行第二萃取。摇动所述混合物并且使相再次分离。将底部层排出并且废除。将顶部层倾倒出分液漏斗的顶部，并且倒入含有先前MIBK-萃取物的1L的2颈圆底烧瓶中。

将1L的2颈圆底烧瓶(RBF)设置在加热罩中并装备磁性搅拌棒、热电偶、维格罗柱(vigreux column)、短程冷凝器和1L的收集烧瓶。在600rpm下搅拌混合物并且使真空保持在15托至30托之间。在蒸馏过程中，使反应罐(pot)的温度缓慢增加直到达到70℃的最大温度。从混合物蒸馏除去MIBK，留在反应罐中的粗乙酰丙酸(LA)混合物为非常深的褐色。

通过刮膜蒸发(WFE)纯化粗LA。将粗LA放入储罐中并脱气。启动加热器并且设定至70℃，并将真空设定至0.25托至0.3托。一旦达到70℃的温度，叶片(blade)关闭并且将粗LA缓慢进料至WFE中。在重馏分中收集深黑色材料，并且在轻馏分中收集浅黄色材料。一旦所有材料都通过WFE，就关闭真空、加热和叶片并且通过GC-FID分析轻馏分LA。GC-FID结果显示LA是95％纯的。将这个LA的小样品放入闪烁瓶中，并且冷却至5℃且使其结晶。通过WFE第二次对这个浅黄色LA进行重蒸馏。这一次，将温度设定至65℃并且真空仍是在0.25托至0.3托下。此外，在重馏分中收集深色材料并且在轻馏分中收集淡红色材料。一旦所有LA都通过WFE，就停止和并且通过GC-FID分析轻馏分。经历第二次WFE之后LA的GC-FID结果显示LA是97％纯的。将这个LA冷却至5℃。整个样品结晶，暗示品质良好的乙酰丙酸。

使用果糖作为原料来生产乙酰丙酸是本领域中已知的。HCl已被用作制造乙酰丙酸的催化剂。HCl是极具腐蚀性的催化剂并且带来产生氯化有机化合物的可能性，因此这种催化剂不是一个好的选择。

沸石已被用作生产LA的催化剂。沸石通常以高浓度来使用，并且推测其将由于在果糖向LA的转化期间固体胡敏素物质的形成而造成污染。这种催化剂的成本对于生产LA来说不是经济可行的。此外，美国专利7,317,116描述了使用非均相阳离子交换树脂催化剂和聚乙二醇溶剂、利用果糖或高果糖玉米浆来制造乙酰丙酸。使用非均相催化剂从生物质或糖来产生LA还是具有因可溶性聚合体物和不可溶聚合物物质(称为胡敏素)的形成而造成的污染问题。另外，如美国专利7,317,116所述，将果糖转化成LA所需的反应时间是4-18h，这对于工业连续方法来说太长。

本文中，描述一种用于将果糖或含果糖原料转化成乙酰丙酸和甲酸的新方法。所述方法允许在水性反应混合物中使用最多30wt％的原料和约4wt％至约60wt％的无机酸(如硫酸)，同时在小于60分钟的反应时间、优选小于30分钟的反应时间和更优选小于20分钟的反应时间内产生>50mol％的LA。

在另一个实施方案中，所述方法可向后整合到纤维素或木质纤维素产生器或生物精炼装置中。

在另一个实施方案中，使用溶剂或水或两者的组合来洗涤所产生的胡敏素物质是一种用于产生LA和甲酸的较高质量回收率的另一有益方法。

实施例2.通过用DI水稀释2.44g结晶D-果糖(纯度93.5％，湿度6.5％，Aldrich)直至15.0mL来制备1Mol/L D-果糖(15mL)。将所述的15.0mL 3oz.空的高压高温反应容器，并且添加浓硫酸(407μL)。使用Teflon套筒、O型环、橡胶垫圈和不锈钢塞将反应容器加盖。用不锈钢联轴器将反应器牢固封闭。将反应容器放入180℃热油浴中以便达到约160℃的内部温度。在指定反应时间之后，随即从热油中取出反应容器并且放入室温水浴中1分钟以便开始冷却。在室温水浴之后，将反应器放入冰水浴中以便淬灭反应。一旦反应器容器已冷却，就将其打开并将内容物过滤、称重，并且随后通过HPLC来分析。用DI水萃取在反应期间形成的胡敏素固体，并且将“洗涤”样品中的LA回收并通过HPLC分析，并且单独称重来得出产率。将LA的两个产率加在一起来获得LA相对于装入进料中的初始果糖摩尔数的最终mol％产率。表I中示出最终结果。

实施例3-4重复实施例2中概述的程序，例外的是使果糖和酸催化剂的进料浓度以及反应的温度改变。

表I.

如可从表I所见，果糖可在小于60分钟的反应时间内完全水解，从而得到最多63mol％产率和79mol％产率的甲酸(FA)。此外，从固体胡敏素材料萃取LA在所有实施例中产生>10wt％的LA产率提高。

利用高果糖玉米浆、菊粉低聚果聚糖聚合物等也适用于本发明。

本发明的另一种方法涉及在将果糖水解成LA和甲酸(FA)之前直接预处理葡萄糖来获得>70％的向果糖的转化。所述方法涉及葡萄糖向果糖的转化(无果糖的结晶)，随后将果糖进料至具有水和硫酸催化剂的溶液中，以便在小于60分钟的反应时间内形成LA和FA。葡萄糖或糖原料的这种预处理可被酶促催化或化学催化来得到>70％的葡萄糖或“糖”向果糖的转化。葡萄糖向果糖的转化方法通常是本领域中已知的。

葡萄糖和“糖”聚合物的混合物可通过淀粉、麦芽糖等的酶促降解，或替代地通过纤维素向葡萄糖的水解或催化降解来获得。从这些反应获得的葡萄糖也可从木质纤维素原料获得。

此外，这种方法可依附于生物精炼装置，所述生物精炼装置将纤维素或木质纤维素解聚成用于乙醇生产的葡萄糖，但代替产生100％的乙醇，含有粗或纯化葡萄糖的一些工艺物流随后被转化成果糖，接着再转化成LA和FA。

在典型的生物质方法中，生物质是通过强酸催化剂在稀水性***中转化成乙酰丙酸(LA)和甲酸(FA)。然后，将LA和FA首先萃取至溶剂相中以便从含有强酸催化剂的水相除去LA和FA。溶剂可例如为甲基-异丁基酮(MIBK)、甲基异戊基酮(MIAK)、环己酮、邻甲酚、间甲酚和对甲酚、例如2-仲丁基苯酚的取代苯酚、C4-C18醇(如正戊醇、异戊醇、正庚醇、2-乙基己醇、正辛醇、1-壬醇、环己醇)、二氯甲烷、1,2-二丁氧基-乙二醇、苯乙酮、异佛尔酮、邻甲氧基-苯酚、甲基-四氢呋喃、三-烷基膦氧化物(C4-C18)和邻二氯苯和其混合物。一旦LA和FA被萃取至溶剂中，LA和FA的常用纯化方式就是通过能源密集型蒸馏除去溶剂，接着蒸馏LA，这是另一个能源密集型步骤，其可导致副产物和产率损失。

从萃取溶剂纯化LA的一种新方式是通过使用如分子筛、碱性氧化铝、硅胶等的吸附剂除去LA。

实施例5在125mL三角烧瓶(Erlenmeyer Flask)中称重10.22克的乙酰丙酸(4.8wt％)的环己酮溶液。将10.05的3A分子筛加入烧瓶中。用parafilm密封烧瓶以便防止溶剂的蒸发。将混合物在室温下陈化过夜(>12h)。从烧瓶抽取液体样品并通过HPLC分析。最终液体中的LA的量测得为3.7wt％，暗示大约0.11g的LA已通过分子筛吸附。

表2

实施例6-16是如实施例5所述来重复操作，例外的是使用根据表2的不同溶剂和不同的分子筛大小。

如从数据中可见，LA可通过分子筛从典型的水解产物萃取溶剂除去。3A和5A大小的分子筛看来在事实上所有溶剂***中提供乙酰丙酸的更具选择性的除去。这提供了在涉及萃取溶剂的生物质类型水解***中除去乙酰丙酸的独特和替代的途径。

在其它实施例中，碱性氧化铝、硅胶、活性碳、生物质炭、沸石、活性白土、阴离子交换树脂和离子交换树脂可用来从萃取溶剂吸附乙酰丙酸。

在典型的生物质方法中，生物质是通过强酸催化剂在稀水性***中转化成乙酰丙酸(LA)和FA。然而，代替将水用作溶剂，在一个实施方案中，如果溶剂实际上是产物之一，例如乙酰丙酸或甲酸，那么这将是有益的。

本发明的这个部分描述生物质的水解可如何在甲酸或乙酰丙酸中进行。如果生物质的水解在乙酰丙酸中进行，那么一旦反应完成，过滤除去炭并且冷却至室温，乙酰丙酸就可形成结晶固体。乙酰丙酸的这种固体形式提供从生物质纯化LA的独特优点。

在生物质的典型水解中，2-20wt％的硫酸被用作催化剂，并且用于水解的水的量介于60wt％至95wt％之间。在本发明中，除去大多数的水并且替换为乙酰丙酸，从而通过冷却包含水、LA和硫酸的水解产物溶液来允许最终LA产物的结晶。

水解混合物中的LA的实验性-结晶

实施例17在20mL闪烁瓶中制备含有10wt％硫酸、87wt％乙酰丙酸和3wt％水的混合物。将小瓶在冰箱中在5℃下冷却过夜。在24h之后，在所述小瓶中形成结晶，指示乙酰丙酸已结晶出溶液。

实施例18-23如实施例17所述来重复进行，例外的是在实验中使用不同量的LA、硫酸和水。

表3.

如从数据中可见，LA可由冷却LA、水和强酸催化剂的溶液结晶出来。这对于实现由糠醇、糖或木质纤维素生物质的强酸催化降解来产生和纯化LA的方法来说是非常有利的。

实施例23.通过将640g的乙酰丙酸和50g的硫酸(96+％，Aldrich)、100g果糖(结晶，纯度93+％，Aldrich)和6g DI水添加至装备磁性电偶顶置式搅拌器的1L哈氏合金反应釜来进行反应。将内容物用氮吹气并加热至160℃达1h。将内容物冷却至40℃并且过滤。然后，将内容物冷却低于10℃并且使其结晶。过滤结晶产物并随后纯化。

实施例24.通过将640g的乙酰丙酸和50g的硫酸(96+％，Aldrich)、100g糠醇(结晶，纯度93+％，Aldrich)和25g DI水添加至装备磁性电偶顶置式搅拌器的1L哈氏合金反应釜来进行反应。将内容物用氮吹气并加热至160℃达1h。将内容物冷却至40℃并且过滤。然后，将内容物冷却低于10℃并且使其结晶。过滤结晶产物并随后纯化。

实施例25.通过将640g的乙酰丙酸和50g的硫酸(96+％，Aldrich)、100g蔗糖(结晶，纯度97+％，Aldrich)和8g DI水添加至装备磁性电偶顶置式搅拌器的1L哈氏合金反应釜来进行反应。将内容物用氮吹气并加热至160℃达1.5h。将内容物冷却至40℃并且过滤。然后，将内容物冷却低于10℃并且使其结晶。过滤结晶产物并随后纯化。

实施例26.通过将640g的乙酰丙酸和50g的硫酸(96+％，Aldrich)、100g葡萄糖(结晶，纯度98+％，Aldrich)和6g DI水添加至装备磁性电偶顶置式搅拌器的1L哈氏合金反应釜来进行反应。将内容物用氮吹气并加热至160℃达2.5h。将内容物冷却至40℃并且过滤。然后，将内容物冷却低于10℃并且使其结晶。过滤结晶产物并随后纯化。

实施例27.通过将640g的乙酰丙酸和50g的硫酸(96+％，Aldrich)、100g软木材(松木，Home Depot)和20g DI水添加至装备磁性电偶顶置式搅拌器的1L哈氏合金反应釜来进行反应。将内容物用氮吹气并加热至160℃达1h。将内容物冷却至40℃并且过滤。然后，将内容物冷却低于10℃并且使其结晶。过滤结晶产物并随后纯化。

在典型的生物质方法中，生物质是通过强酸催化剂在稀水性***中转化成乙酰丙酸(LA)和FA。然后，将乙酰丙酸和任选地甲酸首先萃取至溶剂相中以便从含有强酸催化剂的水相除去乙酰丙酸和/或甲酸。溶剂可例如为甲基-异丁基酮(MIBK)、甲基异戊基酮(MIAK)、环己酮、邻甲酚、间甲酚和对甲酚、例如2-仲丁基苯酚的取代苯酚、C4-C18醇(如正戊醇、异戊醇、正庚醇、2-乙基己醇、正辛醇、1-壬醇、环己醇)、二氯甲烷、1,2-二丁氧基-乙二醇、苯乙酮、异佛尔酮、邻甲氧基-苯酚、甲基-四氢呋喃、三-烷基膦氧化物(C4-C18)和邻二氯苯和其混合物等，更明确来说为甲基异戊基酮(MIAK)、邻甲酚、间甲酚和对甲酚、苯酚、异戊醇、正己醇、正庚醇、2-乙基己醇、邻甲氧基-苯酚、2-4二甲基苯酚、甲基异丁基甲醇和其混合物等，并且甚至更明确来说为邻甲酚、间甲酚和对甲酚、异戊醇、新戊醇、甲基异丁基甲醇和其混合物等。一旦LA被萃取至溶剂中，LA的常用纯化方式就是通过能源密集型蒸馏除去溶剂，接着蒸馏LA，这是另一个能源密集型步骤，其可导致副产物和产率损失。

从萃取溶剂纯化LA的一种新方式是蒸馏掉溶剂的一部分，然后通过冷却使LA结晶出溶剂。在萃取之前，LA通常在水解产物中被稀释至约1-20wt％，并且在萃取之后，LA在溶剂中的浓度可为0.5-50wt％、优选1-45wt％并且更优选2-40wt％。可蒸馏溶剂脱离LA以便浓缩LA。以下实施例描述本发明。

实施例28在20mL闪烁瓶中制备10％的乙酰丙酸的MIBK溶液。将小瓶密封并放入-15℃下的冰箱中。溶液保持澄清和均质，指示没有结晶发生。

实施例29-39是如实施例28所述来重复操作，例外的是使用根据表4的不同溶剂和不同浓度的LA。

表4.

如从数据中可见，LA可由冷却含有>20％LA的MIBK溶液结晶出来。此外，实施例34-36证实，LA可从冷却的甲苯溶液结晶。

纯化萃取溶剂中的乙酰丙酸的另一种方式是通过添加例如氢氧化钠的碱来形成金属盐，所述金属盐将从所述萃取溶剂沉淀。

实施例40将2.52g(0.02mol)的乙酰丙酸和47.57g甲基异丁基酮(MIBK)添加至250mL烧杯并且彻底混合直到均质为止。向这个混合物添加1.75g的50/50wt％氢氧化钠溶液。氢氧化钠一经添加就形成白色沉淀物。将磁性搅拌棒放入烧杯中并放在搅拌板上以便搅拌几分钟。在搅拌下，呈现出形成更多的沉淀物。然后使用真空过滤和0.45μm过滤器滤出沉淀物。将少量沉淀物放入GC瓶中，并且用水溶解，然后在HPLC上运行以便分析。分析显示合成了乙酰丙酸的钠盐。

实施例41将实施例40中制备的5％乙酰丙酸的MIBK溶液的一小部分添加至氢氧化钙的饱和水溶液中。首先形成两个混浊液相，并且随后在250mL烧杯中，在室温下搅拌之后变得透明。没有形成沉淀物。

实施例42将含有4％乙酰丙酸、1％甲酸、0.05％H2SO4和1％水的MIBK溶液放入250mL烧杯中。添加50-50wt％的氢氧化钠水溶液来中和酸物质。添加之后，在烧瓶底部处形成凝胶状物质。没有形成沉淀物。

实施例43将含有4％乙酰丙酸、1％甲酸和0.05％H2SO4的MIBK溶液放入250mL烧杯中。添加50-50wt％的氢氧化钠水溶液来中和酸物质。添加之后，形成白色沉淀物，指示已形成乙酰丙酸的钠盐。

实施例44将大约1％的水添加至实施例16，并且沉淀物转变成凝胶状物质。因此，在整个粗混合物中具有小于1％的水对于在4％LA于MIBK溶剂中的典型水解产物溶液中形成固体乙酰丙酸钠来说是有利的。

在另一个方面中，本发明针对的方法包括使用有机或无机疏水性助溶剂来由生物质的水解制备LA。在一个实施方案中，本发明包括装填助溶剂和任选地助催化剂来达到提高来自生物质的乙酰丙酸总产率的目的。生物质可为木质纤维素的、纤维素的、基于淀粉的或基于糖的(单体糖、二聚糖或低聚糖)。所述方法具有从生物质同时制造和萃取HMF和或乙酰丙酸的优点。

实施例45通过将300g水和15.02g硫酸(96+％，Aldrich)、54.07g果糖(结晶，纯度93+％，Aldrich)和300g甲基-THF添加至装备磁性搅拌器和回流冷凝器的1L三颈烧瓶来进行反应。将内容物用氮连续吹气并使其回流6h。随时间变化从烧瓶取出等分试样来测量两个层中的组成。对反应混合物的分析显示：形成HMF并缺少乙酰丙酸。

实施例46重复实施例45，例外的是将13g对甲苯磺酸添加至混合物。

实施例47重复实施例45，例外的是使用甲基异丁基酮代替甲基-THF。

实施例48重复实施例47，例外的是将13g对甲苯磺酸添加至混合物。

实施例49重复实施例45，例外的是使用环己酮代替甲基-THF。

实施例50重复实施例49，例外的是将13g对甲苯磺酸添加至混合物。

实施例51重复实施例46，例外的是使用甲苯代替甲基-THF。

实施例52重复实施例51，例外的是将13g对甲苯磺酸添加至混合物。

实施例53重复实施例45，例外的是使用4-仲丁基苯酚代替甲基-THF。

实施例54重复实施例53，例外的是将13g对甲苯磺酸添加至混合物。

实施例55重复实施例45，例外的是使用1,2-二氯代-苯代替甲基-THF。

实施例56重复实施例55，例外的是将13g对甲苯磺酸添加至混合物。

实施例57重复实施例45，例外的是使用间甲酚代替甲基-THF。

实施例58重复实施例57，例外的是将13g对甲苯磺酸添加至混合物。

实施例59重复实施例45，例外的是使用三辛基氧化膦代替甲基-THF。

实施例60重复实施例59，例外的是将13g对甲苯磺酸添加至混合物。

实施例61重复实施例45，例外的是使用磷酸三丁酯代替甲基-THF。

实施例62重复实施例61，例外的是将13g对甲苯磺酸添加至混合物。

实施例63重复实施例45，例外的是使用蔗糖代替果糖。

实施例64重复实施例45，例外的是将20g萘磺酸添加至混合物。

实施例65重复实施例45，例外的是将20g樟脑磺酸添加至混合物。

实施例66重复实施例45，例外的是将10g苯磺酸添加至混合物。

可在哈氏合金、锆或玻璃衬里钢反应釜中，在较高压力下重复实施例45-66中的任何实施例。

可使用葡萄糖、软木材、硬木材、淀粉或纤维素来重复实施例45-66中的任何实施例。

可使用糠醇或羟甲基糠醛来重复实施例45-66中的任何实施例。

需要时，可使用三氟甲磺酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硝酸、磷酸、硼酸、氢氟酸、高氯酸和其混合物来代替硫酸。

实施例67在充分的反应时间之后，通过倾析器或离心机从水性层除去有机溶剂层。然后，将一定量的氢氧化钠水溶液添加至有机混合物直到沉淀物形成为止。将沉淀物过滤、酸化并结晶来得到纯度>95％的乙酰丙酸。在蒸馏之后，将有机溶剂重新用于方法中。

实施例68在充分的反应时间之后，通过倾析器或离心机从水性层除去有机溶剂层。然后，将溶剂冷却降至<10℃。将沉淀物过滤并结晶来得到纯度>95％的乙酰丙酸。在蒸馏之后，将有机溶剂重新用于方法中。

连续搅拌槽式反应器(CSTR)操作∶

使用具有哈氏合金构造的300ml搅拌式帕尔反应釜来研究用于从碳水化合物糖类进行乙酰丙酸和甲酸的酸催化生产的连续方法。使用可变进料流率结合受控的反应器体积来在反应釜中获得各种停留时间。这个反应除甲酸和乙酰丙酸之外产生不可溶的副产物。使用标准实验室技术来控制来自反应器的产物流动是不成功的，这是由于调节器和其它流量限制装置的快速堵塞。这是通过以下方式来克服：在反应釜中使用压力来周期性地将受控量的反应器内容物吹出反应釜外，并且经由连接到在所述反应釜内部具有规定长度(深度)的浸入管的两通阀而进入接收器中。浸入管的深度控制约180ml的反应器体积。以3.0毫升/分钟将反应物连续地进料至反应釜中，并且每6.6分钟快速地对两通阀的全开和全闭脉冲操作，从而除去大约20g的样品，在反应器中得到大约60分钟的停留时间。在除去液体降至控制体积之后，也使一些气体逸出，从而将管线中的液体“吹扫”干净。浸入管的直径被选择来允许除去反应混合物的液体和固体组分两者而不堵塞管线。1/4英寸管线被证明足以达到这个目的。所有出口管线需要绝热/加热来保持其与反应器相同的温度。这防止了固体从样品的过早沉淀，所述过早沉淀会引起堵塞。使用Eldex泵(A-120VS)以受控流率将反应物进料至反应釜中。

实施例69使用Corn Sweet 90的CSTR运行∶

Corn Sweet 90是一种通过ADM供应的高果糖糖浆(90％果糖，8.5％葡萄糖，1.5％低聚糖)。它含有77％的固体。将360g的这种糖浆溶于1.0升的0.5M硫酸中，并用作反应器的进料。用200ml的蒸馏水填充反应釜并且加热至160℃。内压达到大约80-85psig。在达到反应温度之后，体积控制是通过对阀脉冲操作并除去大约20g的水来启动。压力在取样期间降低大约5-8psig。然后以3毫升/分钟来启动连续进料，每6.6分钟进行取样。运行中的样品的重量平均为大约20g。样品外观为深红褐色并且在样品冷却时少量固体沉淀出溶液。使用液相色谱法(Agilent HPLC；Restek Ultra C18柱-15cm；98％2.5pH磷酸盐缓冲液/2％乙腈；0.5毫升/分钟洗脱液流动，室温；UV/RI检测器)来分析在Corn Sweet进料启动之后3小时取出的样品的分析。样品含有4.7％的甲酸、9.6％的乙酰丙酸和0.12％的羟甲基糠醛(HMF)。低浓度的HMF是反应完成的极好指示剂。当反应终止时，打开反应釜并且除去27.49g的黑色固体。

使用蔗糖和蔗糖/NORIT活性碳的CSTR运行：

实施例70对在160℃下使用0.5M硫酸中的1.M蔗糖来执行连续运行进行尝试。已证明这个反应使用蔗糖难以执行。出口样品管线被快速堵塞并且发生时间不足以实现连续模式的稳定状态。终止蔗糖进料并且使以批量模式使反应运行直到完成(1小时)。运行结束时，使反应器冷却，并且打开反应器发现其充满固体。固体强力地粘附于反应器内部的所有不锈钢内部件(搅拌器、热阱、浸入管，但不粘附于反应器体的哈氏合金表面)。看来似乎固体在反应器内部件的所有不锈钢表面上成核并随后生长。

实施例71第二次运行在与实施例75中所述的那些条件相同的条件下启动，例外的是以将5重量％的NORIT活性碳(PAC-200；BA#_M-1620)添加至反应釜来开始。这次是尝试给予固体可进行成核并粘附的其它物。完成一小时批量运行，并且使用两通排污阀来取样。这一次与“无NORIT”运行相对比，样品容易从反应器取出。当样品冷却时，没有观察到独立的固体析出溶液。从反应器退出的在样品中的NORIT沉降至样品接收器的底部，并且看来似乎通常在冷却从溶液沉淀的固体都吸附在NORIT上。当将反应釜冷却并打开时，通常被发现粘附于所有反应器内部件的固体的量显著地减少。此外，似乎NORIT已使反应固体吸附/粘附于活性碳。这明显地改善了反应可操作性，尤其在使用糖时的反应可操作性，所述糖更倾向于在这种反应中形成固体。

实施例72向250mL三颈圆底烧瓶装填130.01g的去离子水、23.52g(0.13mol)的D-果糖和38.30g(0.39mol)的硫酸。圆底烧瓶装备了磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。搅拌板被设定来以550RPM的速率搅拌并且果糖快速溶解。混合物从澄清与无色变为澄清与桃红色。启动加热并且设定至60℃的温度。使反应进行反应两小时，并且取出样品并通过HPLC分析。在两小时之后，停止反应。

时间(分钟)	温度℃	％HMF(HPLC)
			120	59.8	0.308

实施例73向250mL三颈圆底烧瓶装填13.08g的去离子水、23.48g(0.13mol)的D-果糖和31.23g(0.39mol)的多聚磷酸。圆底烧瓶装备了磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。搅拌板被设定来以550RPM的速率搅拌并且果糖快速溶解。开启加热并且设定至60℃的温度。将反应在60℃下保持两小时，并且随后使温度增加至80℃。将反应在80℃下保持一个半小时，并且随后使温度增加至100℃。将反应在100℃下保持两小时，并且随后停止反应。在整个反应的全程取出样品并且通过HPLC来分析。

时间(分钟)	温度℃	％HMF(HPLC)
			410	99.7	1.747

实施例74向250mL三颈圆底烧瓶装填130.12g的去离子水和23.49g(0.13mol)的D-果糖。圆底烧瓶装备了磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。搅拌板被设定来以550RPM的速率搅拌并且果糖快速溶解。一旦果糖溶解，就将38.29g(0.39mol)硫酸添加至烧瓶中。启动加热并且设定至80℃的温度。将反应在80℃下保持两小时，并且随后使温度增加至100℃。将反应在100℃下保持四小时十五分钟，并且随后停止反应。在整个反应的全程取出样品并且通过HPLC来分析。

糖溶液制备

糖溶液I是90wt％的果糖、8.5wt％的葡萄糖和1.5wt％的蔗糖的混合物。将这个混合物溶于水以获得均质溶液，即每升1.5摩尔的糖溶液I。

实施例75将1.5摩尔糖溶液I(715g)和浓硫酸(35.75g)添加至1L哈氏合金反应器(帕尔型4530反应器)。组装帕尔反应器并牢固封闭。开始在反应器中的混合并且设定至100rpm。记录反应器的初始时间、温度和压力。然后将电加热罩绕反应器放置并且设定至160C。一旦反应器内部的温度达到160C，就保持1hr。在1hr之后，将冰-水浴绕帕尔反应器放置以便立即开始冷却。当帕尔反应器的温度低于30C时，将其打开并且取出反应器的内容物并通过HPLC分析。从反应混合物过滤在反应期间形成的任何固体，用水冲洗并且在真空烘箱中干燥来获得总固体的重量。

HPLC结果显示形成了6.7％的乙酰丙酸和2.9％的甲酸。固体百分数是4.5％。

实施例76-78在与实施例75相同的程序下执行其它反应。表5概述反应和HPLC结果。

实施例79-84在与实施例75相同的程序下执行其它反应。使糖的浓度、溶剂混合物和另一种酸催化剂变化。此外，在反应前后用氮对帕尔反应器吹气。还使帕尔反应器混合增加至400rpm。表6概述反应、条件和HPLC结果。

实施例79的固体不会粘住反应器或搅拌器叶片的侧面，而在实施例75-78中，固体粘住反应器的侧面、反应器的底部和搅拌轴。这些固体难以除去。

现在参看图1a和图1b。图1a提供用于生产乙酰丙酸的一个实施方案的一般方法描述。将水、无机酸和生物质在反应条件下添加至反应器，以便将生物质转化成各种产物，包括乙酰丙酸和甲酸以及固体炭。然后从反应混合物除去固体。将反应混合物随后与萃取溶剂合并，所述萃取溶剂从水和硫酸萃取大多数的乙酰丙酸和甲酸。在一个实施方案中，在固体除去步骤之前或之后，但在添加用于乙酰丙酸的萃取溶剂之前，从水解产物或反应混合物除去甲酸。这可伴随本领域中已知的方法，如蒸馏、汽提或萃取。在其它实施方案中，在利用与用于乙酰丙酸的萃取溶剂不同的萃取溶剂来萃取乙酰丙酸之后，可将甲酸萃取出反应混合物。在另一实施方案中，使用相同萃取溶剂来萃取甲酸和乙酰丙酸。然后任选地使水和硫酸反向再循环至反应器，并且使甲酸和乙酰丙酸与萃取溶剂分离，之后可使萃取溶剂反向再循环以便再用于萃取步骤。

反应器可为批量反应器、CSTR或推流式反应器。所述无机酸是硫酸(H₂SO₄₎、盐酸(HCl)、氢溴酸(HBr)或氢碘酸(HI)，优选硫酸。所述生物质包含来自造纸方法的污泥；农业残渣；甘蔗渣髓；甘蔗渣；糖蜜；水性橡树木材萃取物；稻壳；燕麦麸渣；木糖浆；杉木锯屑；石脑油；玉米芯糠醛残渣；棉花球；原木粉；水稻；稻草；大豆皮；大豆油残渣；玉米皮；棉花杆；棉籽皮；淀粉；马铃薯；甜薯；乳糖；向日葵籽皮；糖；玉米浆；***；废纸；废纸纤维；锯屑；木材；来自农业或林业的残渣；市政和工业废料的有机组分；来自硬木材或榉树皮的废弃植物材料；纤维板工业废水；发酵后溶液；糠醛馏渣；和其组合、C5糖、C6糖、木质纤维素、纤维素、淀粉、多糖、二糖、单糖或其混合物。所述生物质优选是高果糖玉米浆、至少两种不同糖的混合物、蔗糖、包含果糖的水性混合物、包含果糖和葡萄糖的水性混合物、包含羟甲基糠醛的水性混合物、果糖和羟甲基糠醛的水溶液、葡萄糖的水性混合物、麦芽糖的水性混合物、菊粉的水性混合物、多糖的水性混合物或其混合物，并且所述生物质更佳包含果糖、葡萄糖或其组合。

图1b提供用于生产乙酰丙酸的一个实施方案的更明确的方法描述。

进料

控制进料的浓度来维持所需的反应化学计量。基于再循环物流的组成和流率来控制“构成(make-up)”物流流动。

反应器

一个反应器、任选地两个反应器用于将果糖转化至所需产物。反应器任选地通气来维持内压；任选地收集通气口物流来回收蒸汽和甲酸产物；所述通气口物流可全部作为回流物返回反应器。如果两个反应器串联，那么第一反应器任选地控制在不同温度下和高浓度的酸下以便实现所需转化率和选择性。第一反应器通常控制在相比第二反应器来说低的温度下。任选地，两个反应器之间的方法步骤可用来分离“焦油状”固体和/或优先地将反应产物萃取(远离水性进料)至进入第二反应器中的进料。

反应器可以分批方式(其中反应物进料至反应器并且反应继续直到所需转化度，并且然后从反应器排空产物)或以连续方式(其中反应物连续地进料并且连续地除去产物)来操作。在一个实施方案中，反应器以连续方式运行，并且产物以稳定方式除去或反应物以脉冲方式除去。在另一个实施方案中，反应器以批量模式来运行，生物质优选在时间t的时期内添加至反应器。

反应器中的搅动应足以防止可在反应期间形成的固体副产物的结块。明确来说，反应器应设计有充分的轴向流动(从反应器的中心到外径和背部)。

闪蒸(flash)

反应产物可任选地以“闪蒸”方法来冷却。闪蒸步骤通过维持足够低以使显著分数的产物蒸发的压力下来快速地冷却反应产物。这个压力可处于或低于大气压力。所蒸发的产物物流可经由各级蒸馏塔来回流，以便最小化所需反应产物、明确来说乙酰丙酸的损失，并且确保甲酸反应产物和溶剂的回收。所回收的溶剂可再循环回反应器1或2。

来自闪蒸步骤的“底部”或较小挥发性物流前进到固体分离阶段。

固体分离

在所述方法的固体分离阶段中，将溶剂和所需反应产物、明确来说乙酰丙酸和甲酸与已在反应阶段期间形成的任何固体分离。固体可经由离心、过滤和沉降步骤的组合来分离(参考Perry的化学工程手册，固体分离)。任选地用水和溶剂洗涤所分离的固体，以便回收可夹带于或吸附至固体的所需反应产物或溶剂。已发现，在一些实施方案中，如使用在较低温度下(如60C至110C之间)反应的高含量无机酸(大于20％)的那些实施方案中，固体可具有类似于液体水解产物的密度性质，从而有效地允许固体混悬于溶液中。在这些实施方案中，如离心的某些分离技术不为有效的。在这些实施方案中，已发现利用具有小于约20微米的孔径的过滤介质的过滤有效地从混合物除去固体。当从***除去固体时，形成固体“滤饼”。希望滤饼可达50％固体。因此，优选获得具有较高固体量的滤饼的任何分离技术。滤饼中存在一定量的LA和无机酸，并且可需要用萃取溶剂或水来洗涤滤饼以便回收LA。

也已令人惊讶地发现，在高无机酸和较低温度实施方案中的固体颗粒容易被过滤并且不会在形成滤饼时抑制流动。据信，在这些方法条件下形成的炭的性质使得任何滤饼保留足够的多孔性，以便可利用小的过滤器大小(小于20微米)，同时维持穿过介质的高流率。

现在参看图2a至图2e，固体黑色炭通过过滤与果糖水解产物反应混合物分离。用水冲洗炭2次，以便回收其它的乙酰丙酸和甲酸，并且随后在50℃至60℃和30托下干燥炭至少12h。根据图2b，使干燥的炭经受溶剂萃取。从炭萃取显著量的材料。质子NMR用于分析可溶性萃取馏分，并且发现所述馏分主要含有乙酰丙酸和甲酸。因此，这种溶剂萃取方法令人惊讶地有利于乙酰丙酸从反应混合物的进一步回收。

所分离的固体可被焚化来产生电力或加以处置。

包含(但不限于)水、酸、溶剂、乙酰丙酸、甲酸和一些“可溶性焦油”的液体物流前进到所述方法的萃取阶段。

萃取

在所述方法的萃取阶段，将液体物流与萃取溶剂物流混合。优选的萃取溶剂相比溶解液体物流中的其它产物来说更有效地溶解乙酰丙酸。优选的溶剂不显著地溶于水相中如Perry的化学工程手册所述，萃取配置优选多级和连续的。

在任选的蒸馏或纯化步骤之后，使水性萃余液再循环至反应器阶段以便调整萃余液中的溶剂、水和酸的相对浓度。

萃取溶剂相含有乙酰丙酸和甲酸，并且进程到所述方法的溶剂除去阶段。

萃取LA的适合溶剂包括例如极性水不可溶溶剂，如MIBK、MIAK、环己酮、邻甲酚、间甲酚和对甲酚、例如2-仲丁基苯酚的取代苯酚、C4-C18醇(如正戊醇、异戊醇、正庚醇、2-乙基己醇、正辛醇、1-壬醇、环己醇)、二氯甲烷、1,2-二丁氧基-乙二醇、苯乙酮、异佛尔酮、邻甲氧基-苯酚、甲基-四氢呋喃、三-烷基膦氧化物(C4-C18)和邻二氯苯和其混合物。此类溶剂通常在室温下使用以便充当潜在反应组分。

溶剂除去

可通过蒸发或蒸馏溶剂来从溶剂相分离乙酰丙酸。或者，乙酰丙酸可在结晶方法中从溶剂相结晶。溶剂除去方法可为蒸馏和结晶的组合。所回收的溶剂可再循环至萃取步骤或反应器步骤。

所得高度浓缩的乙酰丙酸物流可前进用于进一步的化学衍生化，或可在另一个蒸馏步骤中进一步纯化，所述蒸馏步骤如高真空刮膜蒸发或降膜蒸发。优选地，将乙酰丙酸物流在溶剂除去步骤全程保持在低温下以便抑制当归内酯的形成。

无机酸

用于转化本文所述的生物质材料(包括糖)的适合的酸包括无机酸，如但不限于硫酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硝酸、磷酸、硼酸、氢氟酸、高氯酸和其混合物。

实施例80

向250mL三颈圆底烧瓶中装填130.01g的去离子水和23.51g(0.13mol，0.72M)的D-果糖。圆底烧瓶装备了磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。搅拌板被设定来以550RPM的速率搅拌并且果糖快速溶解。一旦果糖溶解，就将63.78g(0.65mol，3.60M)硫酸添加至烧瓶中。启动加热并且设定至80℃的温度。随反应混合物加热来取出样品并且通过HPLC分析。将反应在80℃下保持四小时，并且随后停止反应。过滤在反应期间形成的固体，并且随后在真空烘箱中干燥过夜。

一旦干燥固体，就从真空烘箱取出所述固体并且称重。

固体克数	3.44
		以果糖计的固体％	14.63
以总反应重量计的固体％	1.58

LA的克数	8.28
		以果糖计的LA％	35.20
以总反应重量计的LA％	3.81

观察到，与在较高温度和较低酸含量下的反应相比，过滤时存在的炭减少并且很少甚至没有炭聚集在反应器部件上。

实施例81

向250mL三颈圆底烧瓶中装填133.12g的去离子水和23.49g(0.13mol，0.71M)的D-果糖。圆底烧瓶装备了磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。搅拌板被设定来以550RPM的速率搅拌并且果糖快速溶解。一旦果糖溶解，就将63.75g(0.65mol，3.54M)硫酸添加至烧瓶中。启动加热并且设定至90℃的温度。随反应混合物加热来取出样品并且通过HPLC分析。将反应在90℃下保持四小时，并且随后停止反应。在整个反应的全程取出样品并且通过HPLC来分析。过滤在反应期间形成的固体，并且随后在真空烘箱中干燥过夜。

一旦干燥固体，就从真空烘箱取出所述固体并且称重。

固体克数	3.77
		以果糖计的固体％	16.05
以总反应重量计的固体％	1.71

LA的克数	10.55
		以果糖计的LA％	44.90
以总反应重量计的LA％	4.79

观察到，与在较高温度和较低酸含量下的反应相比，过滤时存在的炭减少并且很少甚至没有炭聚集在反应器部件上。

实施例82

向250mL三颈圆底烧瓶中装填130.02g的去离子水和23.42g(0.13mol，0.72M)的D-果糖。圆底烧瓶装备了磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。搅拌板被设定来以550RPM的速率搅拌并且果糖快速溶解。一旦果糖溶解，就将63.78g(0.65mol，3.60M)硫酸添加至烧瓶中。启动加热并且设定至90℃的温度。将反应在90℃下保持二小时二十分钟，并且随后停止反应。

一旦干燥固体，就从真空烘箱取出所述固体并且称重。

固体克数	5.19
		以果糖计的固体％	22.16
以总反应重量计的固体％	2.39

LA的克数	8.25
		以果糖计的LA％	35.22
以总反应重量计的LA％	3.80

观察到，与在较高温度和较低酸含量下的反应相比，过滤时存在的炭减少并且很少甚至没有炭聚集在反应器部件上。

实施例83

向250mL三颈圆底烧瓶中装填65.04g的去离子水和11.71g(0.065mol，0.60M)的D-果糖。圆底烧瓶装备了磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。搅拌板被设定来以550RPM的速率搅拌并且果糖快速溶解。一旦果糖溶解，就将63.80g(0.65mol，6.04M)硫酸缓慢添加至烧瓶中。一旦所有硫酸被添加至反应混合物，就启动加热并且设定至80℃的温度。将反应在80℃下保持二小时，并且随后停止反应。过滤在反应期间形成的固体，并且随后在真空烘箱中干燥过夜。

一旦干燥固体，就从真空烘箱取出所述固体并且称重。

固体克数	2.90
		以果糖计的固体％	24.77
以总反应重量计的固体％	2.06

LA的克数	5.84
		以果糖计的LA％	49.84
以总反应重量计的LA％	4.15

观察到，与在较高温度和较低酸含量下的反应相比，过滤时存在的炭减少并且很少甚至没有炭聚集在反应器部件上。

实施例84

向250mL三颈圆底烧瓶中装填60.06g的去离子水和10.88g(0.06mol，0.61M)的D-果糖。圆底烧瓶装备了磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。搅拌板被设定来以550RPM的速率搅拌并且果糖快速溶解。一旦果糖溶解，就将冰水浴放置在圆底烧瓶下方以便冷却反应混合物。冰水浴用于防止反应混合物在添加硫酸时变得过热。一旦反应混合物冷却，就将58.96g(0.60mol，6.04M)硫酸添加至烧瓶中，同时确保使反应混合物保持低于45℃。一旦所有硫酸添加至反应混合物中，就移开冰水浴并且将加热罩定位到烧瓶之下。启动加热并且设定至90℃的温度。将反应保持在90℃下三十分钟，并且随后停止反应，移开加热罩并且使用冰水浴来冷却混合物。过滤在反应期间形成的固体，并且随后在真空烘箱中干燥过夜。

一旦干燥固体，就从真空烘箱取出所述固体并且称重。

固体克数	5.49
		以果糖计的固体％	50.46
以总反应重量计的固体％	4.23

LA的克数	4.08
		以果糖计的LA％	37.51
以总反应重量计的LA％	3.14

观察到，与在较高温度和较低酸含量下的反应相比，过滤时存在的炭减少并且很少甚至没有炭聚集在反应器部件上。

实施例85

向250mL三颈圆底烧瓶中装填60.04g的去离子水和10.91g(0.06mol，0.46M)的D-果糖。圆底烧瓶装备了磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。搅拌板被设定来以550RPM的速率搅拌并且果糖快速溶解。一旦果糖溶解，就将冰水浴放置在圆底烧瓶下方以便冷却反应混合物。冰水浴用于防止反应混合物在添加硫酸时变得过热。一旦反应混合物冷却，就将117.73g(1.2mol，9.13M)硫酸添加至烧瓶中，同时确保使反应混合物保持低于30℃。一旦所有硫酸添加至反应混合物中，就移开冰水浴并且将加热罩定位到烧瓶之下。启动加热并且设定至50℃的温度。将反应保持在50℃下三十分钟，并且随后停止反应，移开加热罩并且用冰水浴来冷却。一旦反应混合物冷却，就过滤来获得所形成的任何固体，令人惊讶的是没有观察到固体。将反应混合物放回圆底烧瓶中，并且再次进行设置以便继续反应。启动加热并且设定回50℃。使反应再运行433分钟并且随后停止。再次过滤反应混合物，而这次观察到固体。将固体放入真空烘箱中以便干燥过夜。

一旦干燥固体，就从真空烘箱取出所述固体并且称重。

固体克数	8.68
		以果糖计的固体％	79.56
以总反应重量计的固体％	4.60

LA的克数	3.85
		以果糖计的LA％	35.31
以总反应重量计的LA％	2.04

观察到，与在较高温度和较低酸含量下的反应相比，过滤时存在的炭减少并且很少甚至没有炭聚集在反应器部件上。

实施例86

向250mL三颈圆底烧瓶中装填40.04g的去离子水和7.21g(0.04mol，0.37M)的D-果糖。圆底烧瓶装备了磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。搅拌板被设定来以550RPM的速率搅拌并且果糖快速溶解。一旦果糖溶解，就将冰水浴放置在圆底烧瓶下方以便冷却反应混合物。冰水浴用于防止反应混合物在添加硫酸时变得过热。一旦反应混合物冷却，就将117.78g(1.2mol，11.02M)硫酸添加至烧瓶中，同时确保使反应混合物保持低于30℃。一旦所有硫酸添加至反应混合物中，就移开冰水浴并且将加热罩定位到烧瓶之下。启动加热并且设定至50℃的温度。将反应保持在50℃下四十五分钟，并且随后停止反应，移开加热罩并且用冰水浴来冷却。为形成更多产物，即乙酰丙酸和甲酸，将反应混合物加热回升至50℃，并且再保持反应三十分钟。三十分钟之后，停止反应并且用冰水浴冷却。过滤反应混合物，但没有观察到固体。

LA的克数	2.43
		以果糖计的LA％	33.65
以总反应重量计的LA％	1.47

观察到，与在较高温度和较低酸含量下的反应相比，过滤时存在的炭减少并且很少甚至没有炭聚集在反应器部件上。

实施例87

向250mL三颈圆底烧瓶中装填40.07g的去离子水和7.35g(0.04mol，0.37M)的D-果糖。圆底烧瓶装备了磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。搅拌板被设定来以550RPM的速率搅拌并且果糖快速溶解。一旦果糖溶解，就将冰水浴放置在圆底烧瓶下方以便冷却反应混合物。冰水浴用于防止反应混合物在添加硫酸时变得过热。一旦反应混合物冷却，就将117.76g(1.2mol，11.00M)硫酸添加至烧瓶中，同时确保使反应混合物保持低于30℃。一旦所有硫酸添加至反应混合物中，就移开冰水浴并且将加热罩定位到烧瓶之下。启动加热并且设定至50℃的温度。将反应保持在50℃下二小时，并且随后停止反应，移开加热罩并且用冰水浴来冷却。过滤反应混合物，并且将固体放入真空烘箱中以便干燥。

一旦干燥固体，就从真空烘箱取出所述固体并且称重。

固体克数	3.00
		以果糖计的固体％	40.82
以总反应重量计的固体％	1.82

LA的克数	2.55
		以果糖计的LA％	34.64
以总反应重量计的LA％	1.54

观察到，与在较高温度和较低酸含量下的反应相比，过滤时存在的炭减少并且很少甚至没有炭聚集在反应器部件上。

实施例80至87证实，在降低的温度下(小于100C)运行反应改进对乙酰丙酸的选择性，并且增加的无机酸含量(如40-72％的硫酸)得到较快的反应时间。将这2个特征组合得到对乙酰丙酸选择性高同时炭显著较少的较快反应。

反应器建模

已进行了经验和建研模究的组合以便分析和推荐用于从果糖生产乙酰丙酸的连续反应器设计。这个实施例的主要焦点是描述动力学和反应器建模方法、模型验证和推荐的反应器配置，所述配置使所需产物的产率最大化同时使如HMF和炭的不需要的副产物最小化。

已经通过修改来自Girsuta论文的酸催化葡萄糖分解机理来开发已确认的动力学模型，以便描述用于将果糖转化成乙酰丙酸的批量反应器数据。使用回归分析来调整模型的动力学参数以便拟合符合数据的模型。已实施用于两种类型连续反应器∶连续搅拌槽式反应器(CSTR)和推流式反应器(PFR)的模型。CSTR模型预测值有利地与来自连续流反应器实验的单个数据集比较。经验和建模结果说明，使用比论文中所使用高的催化剂(H₂SO₄)浓度(例如5摩尔/升)和低的温度(50℃至100℃)来使副产物形成最小化。

在Aspen Plus流程图中实施已确认的模型，以便研究多个反应器配置、停留时间和反应器温度对所需产物(乙酰丙酸)和不需要的副产物(胡敏素或炭)的产率的影响。运行超过五十种的配置，并且分析所得产率和转化预测值以便推荐用于实验性研究的反应器配置。所研究的情况全部使用具有5摩尔/升催化剂(H₂SO₄)浓度和1摩尔/升果糖浓度的进料。

实施例88-102

用于多个反应器配置的模型预测值

使用以Aspen来实施和检验的针对果糖分解的反应速率机理来研究CSTR和PFR反应器的网络的性能。同时研究一些网络来简化性能的比较。Aspen流程图表展示于图3中。研究五种配置，如图中所述。

情况A∶两种CSTR反应器串联∶大反应器接小反应器

情况B∶小PFR接大CSTR

情况C∶单一CSTR

情况D∶大CSTR接小PFR

情况E∶三个CSTR反应器串联

使用5摩尔/升的酸浓度和1摩尔/升的糖浓度运行流程图模拟。针对所有情况使总停留时间限制为180分钟，以便提供一致的比较基础。这个报告中描述的温度范围在100℃至120℃范围变化。在90℃至100℃的温度范围下进行其它模拟，但是这些模拟具有较低转化率并且在这个报告中没有描述。改变用于反应器的个别停留时间和反应器温度以供研究。

表7中展示来自三组受关注情况的结果。实施例88-102描述于表7中。在第1组中，将所有温度设定至100℃，并且反应器停留时间处于其基准值。在第2组中，温度也是100℃，但是每一系列中第一反应器的停留时间增加。这种修改降低了不需要的胡敏素产物的产率。在第3组中，增加第二(或第三)反应器的温度。在情况3D中，CSTR停留时间也增加。这种修改增加了所需乙酰丙酸的产率但是没有显著地改变不需要的胡敏素产物的产率。情况3D和3E具有极其类似的性能预测值。

配置3D和3E两者具有一个大CSTR反应器接在较高温度下的一个或多个小反应器。在情况3D中，第二反应器是PFR，而在情况3E中，第二反应器和第三反应器是小CSTR。这两种配置具有大于99％的果糖转化率、63％以上的可溶性乙酰丙酸产率、1.23％的胡敏素产率和低于0.1％的HMF产率。预测这些配置的乙酰丙酸(可溶性&不可溶)的总产率大于94％。

有关连续进料方面或简单批量方法的实施例

HLPC方法

使用的器械是具有WATERS 2998PDA检测器的WATERS 2695 LC***。使用HamiltonPRP-X300柱(7μm 250x 4.1mm)，进样量5μL。柱温维持在50℃下。使用两个流动相。“溶剂A”是在DI H₂O中的20mM磷酸。“溶剂B”是甲醇(HPLC级)。(80％溶剂A/20％溶剂B)流动相混合物使用2mL/min的等度流动。通过提取在210nm波长下的色谱图来分析样品数据。

LC-RI方法使用的器械是具有WATERS 717自动取样器和WATERS 2410 RI检测器的WATERS 1515 LC泵。使用Supelcosil-LC-NH2(250mm x 4.6mm x 5μm)，进样量10μL。柱温维持在50℃下。流动相是75％乙腈/25％纳米纯的H2O。使用1mL/min的等度流动。将样品过滤并且在分析之前用纳米纯的H2O稀释5-10x。

实施例103

将122.01g的去离子水和108.03g(96-98％)的硫酸装入500mL 4颈圆底烧瓶中。将40.08g的HFCS 55(高果糖玉米浆；ADM,Inc.55％果糖)装入60mL注射器中。将圆底烧瓶设置在加热罩中并且装备磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器、玻璃塞和注射泵入口管。在650RPM下搅拌水和硫酸溶液，并且加热至90℃的温度。使用注射泵历经两小时的时程以15mL/hr的速率添加HFCS 55。在已将所有的HFCS 55添加至圆底烧瓶中之后，使反应保持温度一小时。在三小时的总反应时间之后，取出样品来通过LC-UV和LC-RI分析，并且随后停止反应以便使其冷却至环境温度。一旦反应混合物冷却，就滤出固体并且随后用水和丙酮洗涤。然后使用湿度分析器来测量固体。

实施例104

将30g果糖、37.02g葡萄糖溶于33.09g去离子水中。然后将40.02g的糖溶液放入60mL注射器中。将122.02g的去离子水和108.11g(96-98％)的硫酸装入500mL 4颈圆底烧瓶中。将圆底烧瓶设置在加热罩中并且装备磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器、玻璃塞和注射泵管入口。在650RPM下搅拌水和硫酸溶液，并且加热至90℃的温度。使用注射泵历经两小时的时程以15mL/hr的速率添加糖溶液。在已将所有的糖溶液添加至圆底烧瓶中之后，使反应保持温度一小时。在三小时的总反应时间之后，取出样品并且通过LC-UV和LC-RI分析，并且随后停止反应以便使其冷却至环境温度。一旦反应混合物冷却，就滤出固体并且随后用水和丙酮洗涤。然后使用湿度分析器来测量固体。

实施例105、106和107

将来自实施例1的15mL所得溶液添加至3oz.空的高压、高温反应容器，所述容器装备热电偶和压力表来监测内部温度和压力(实施例4a)。第二反应容器也装填来自实施例2的15mL所得溶液(实施例4b)。在恰当的组装之后，将反应容器随即放入140C热油浴中以达到约130C的内部温度。在2小时之后，从热油中取出反应容器并且放入室温水浴中1分钟以便开始冷却。在室温水浴之后，将反应器放入冰水浴中以便淬灭反应。一旦反应完全冷却，就打开反应器容器并且单独通过HPLC来分析混合物。也用DI水洗涤在反应期间形成的任何固体并且称重。也通过HPLC来分析用固体水洗物并且纳入最终产物计算中。

实施例105的HPLC结果显示，葡萄糖完全地转化成产物。乙酰丙酸与固体的比率是1.8。(LA的重量与固体的重量。)对实施例106来说，HPLC结果显示葡萄糖反应达到约88％转化率。乙酰丙酸与固体的比率是1.74。

用来自实施例104的15mL所得溶液装填第三个3oz.高压、高温反应容器，所述容器装备热电偶和压力表来监测内部温度和压力(实施例107)。在恰当的组装之后，将反应容器随即放入120C热油浴中以达到约110C的内部温度。在3小时之后，从热油中取出反应容器并且放入室温水浴中1分钟以便开始冷却。在室温水浴之后，将反应器放入冰水浴中以便淬灭反应。一旦反应完全冷却，就打开反应器容器并且通过HPLC来分析混合物。也用DI水洗涤在反应期间形成的任何固体并且称重。也通过HPLC来分析用固体水洗物并且纳入最终产物计算中。

实施例107的HPLC结果显示葡萄糖转化率为87％。乙酰丙酸与固体的比率是2.32。

实施例108

将47.95g的去离子水和99.68g的硫酸(96-98％)装入250mL 3颈圆底烧瓶中。将2.40g的果糖和10.02g的去离子水装入小烧杯中并且放在搅拌板上以便溶解果糖。将圆底烧瓶设置在加热罩中并且装备磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。在650RPM的速率下搅拌水和硫酸，并且加热至90℃的温度。将果糖溶液全部一次性注入反应混合物中并且使其反应一小时。在一小时的反应时间之后，取出样品来通过LC-UV和LC-RI分析，随后停止反应。一旦反应混合物处于环境温度，就将其过滤并且没有观察到固体。

％FA	％LA	％HMF	％果糖	g FA	g LA	g HMF	g果糖	g炭
									0.29	0.64	0.00	0.00	0.46	1.02	0.00	0.00	0.00

实施例109

将84.04g的去离子水和63.79g的硫酸(96-98％)装入250mL 3颈圆底烧瓶中。将1.7108g HMF和10.02g去离子水装入闪烁瓶中，并且放在搅拌板上以便溶解HMF。将圆底烧瓶设置在加热罩中并且装备磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。在650RPM下搅拌水和硫酸混合物，并且加热至90℃的温度。然后将HMF溶液全部一次性注入圆底烧瓶中并且使其反应一小时。在一小时的反应时间之后停止反应，并且在结束时取出样品并通过LC-UV分析。一旦反应混合物处于环境温度，就将其过滤并且没有观察到固体。

％FA	％LA	％HMF	g FA	g LA	g HMF	g炭
							0.44	0.97	0.00	0.70	1.55	0.00	0.00

实施例110

将1.6658g HMF和10.0437g去离子水装入闪烁瓶中，并且设置在搅拌板上以便溶解HMF。将77.06g的去离子水和76.55g的硫酸(96-98％)装入250mL 3颈圆底烧瓶中。将圆底烧瓶设置在加热罩中并且装备磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和玻璃塞。将水和硫酸加热至90℃，同时在650RPM下搅拌。一旦HMF全部溶解，就将其全部一次性注入水和硫酸混合物中。在30分钟的反应时间之后停止反应，并且在结束时取出样品并通过LC-UV分析。一旦反应混合物处于环境温度，就将其过滤并且没有观察到固体。

％FA	％LA	％HMF	g FA	g LA	g HMF	g炭
							0.40	0.99	0.00	0.65	1.62	0.00	0.00

实施例111

将3.785g果糖、2.657g HMF和10.014g去离子水装入烧杯中，随后放在搅拌板上以便溶解果糖和HMF。将139.35g的去离子水和103.03g的硫酸(96-98％)装入500mL 4颈圆底烧瓶中。将圆底烧瓶设置在加热罩中并且装备磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器和两个玻璃塞。在650RPM下搅拌水和硫酸并且加热至90℃。然后将果糖和HMF溶液全部一次性注入圆底烧瓶中，并且使其反应一小时。在一小时的反应时间之后，取出样品来通过LC-UV和LC-RI分析，随后停止。一旦反应混合物处于环境温度，就将其过滤并且没有观察到固体。

％FA	％LA	％HMF	％果糖	g FA	g LA	g HMF	g果糖	g炭
									0.45	1.11	0.23	0.279	1.05	2.59	0.54	0.65	0.00

实施例112

将13.24g HMF和30.05g去离子水装入烧杯中，随后将烧杯放在搅拌板上以便溶解HMF。将113.35g的去离子水和103.05g的硫酸(96-98％)装入500mL 4颈圆底烧瓶中。将圆底烧瓶设置在加热罩中并且装备磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器、玻璃塞和注射泵入口。在650RPM下搅拌水和硫酸，并且加热至90℃的温度。使用注射泵历经五小时的时程以7.4mL/hr的速率添加HMF溶液。在已将所有的HMF添加至圆底烧瓶中之后，使反应保持温度一小时。在六小时的总反应时间之后，取出样品并且通过LC-UV分析，并且随后停止反应并使其冷却至环境温度。一旦反应混合物冷却，就滤出固体并且随后用水和二氯甲烷洗涤，接着使炭干燥过夜。然后降炭放入闪烁瓶中，接着将闪烁瓶放入真空烘箱中进行干燥直到获得恒重。

％FA	％LA	％HMF	g FA	g LA	g HMF	g炭
							2.21	4.71	0.00	5.37	11.44	0.00	0.745

实施例113

用114.95g的64％硫酸和64.27g的去离子水装填250mL三角烧瓶。将酸性水混合物放入冰浴中并使其冷却。在溶液冷却之后，还将3.78g的果糖和2.65g的羟甲基糠醛(HMF)添加至三角烧瓶。充分混合混合物直到完全溶解。所得摩尔浓度计算为0.14M果糖、0.14M HMF和5M硫酸。

将15mL所制备溶液添加至3oz.空的高压、高温反应容器，所述容器装备热电偶和压力表来监测内部温度和压力。在恰当的组装之后，将反应容器随即放入100C热油浴中以达到约90C的内部温度。在60min之后，从热油中取出反应容器并且放入室温水浴中1分钟以便开始冷却。在室温水浴之后，将反应器放入冰水浴中以便淬灭反应。一旦反应完全冷却，就打开反应器容器并且通过HPLC来分析混合物。用DI水洗涤在反应期间形成的任何固体并且称重。也通过HPLC来分析用固体水洗物并且纳入最终产物计算中。

实施例113的HPLC结果显示，HMF转化率等于99％转化率并且果糖在60min之后完全反应。乙酰丙酸(LA)的摩尔百分比产率是96％。此外，LA与固体的质量比是2.95。

实施例114

用114.94g的64％硫酸和63.14g的去离子水装填250mL三角烧瓶。将酸性水混合物放入冰浴中并使其冷却。在溶液冷却之后，还将3.79g的果糖和3.98g的羟甲基糠醛(HMF)添加至三角烧瓶。充分混合混合物直到完全溶解。所得摩尔浓度计算为0.14M果糖、0.21M HMF和5M硫酸。

将15mL所制备溶液添加至3oz.空的高压、高温反应容器，所述容器装备热电偶和压力表来监测内部温度和压力。在恰当的组装之后，将反应容器随即放入100C热油浴中以达到约90C的内部温度。在60min之后，从热油中取出反应容器并且放入室温水浴中1分钟以便开始冷却。在室温水浴之后，将反应器放入冰水浴中以便淬灭反应。一旦反应完全冷却，就打开反应器容器并且单独通过HPLC来分析混合物。也用DI水洗涤在反应期间形成的任何固体并且称重。也通过HPLC来分析用固体水洗物并且纳入最终产物计算中。

实施例114的HPLC结果显示，HMF反应至99％转化率并且果糖在60min之后完全反应。乙酰丙酸(LA)的摩尔百分比产率是96.71％。此外，LA与固体的质量比是3.95。

有关连续进料和/或再循环方面的实施例∶

实施例115∶通过连续进料用混合糖溶液合成LA+FA

向装备冷凝器和热电偶磁力搅拌的1L 3颈圆底烧瓶装填126.45g H₂O和311.88g64％(wt)H2SO4。将反应混合物加热至90℃，在这时，使用注射泵历经5小时周期注入含有69.3％果糖、23％水、6.16％葡萄糖和1.54％其它物的40.5g糖溶液。当已添加全部糖溶液时，使反应混合物冷却至室温并且转移至1L哈氏合金C帕尔反应釜。将反应器密封并且加热至120℃历时90分钟以便使任何剩余反应物或中间体完全转化成产物。在这最后一步期间，使反应器的压力保持低于25psi。

表8在反应期间的各种时间取出的水解样品的HPLC分析结果

使用冰浴冷却以上反应混合物至室温。将435gm的这种混合物倒入带有玻璃砂芯(4-5微米过滤器大小)的150ml布氏漏斗中，所述布氏漏斗放在连接到Teflon真空泵的1000mL过滤瓶的顶部。使用真空来辅助过滤(<250mm)，在关闭Teflon真空泵之前，使滤液排出5-10分钟。获得413gm的滤液和22.11gm的湿固体(表9是滤液的组成细节)。用4X50mL DI水洗涤固体。另外添加10mL并且使用pH探头测试10mL洗涤滤液(pH＝2.04)。用48gm的丙酮洗涤固体并且风干过夜，从而得到5.0gm的干炭(1.04wt％，以总初始装料计)。炭本质上为粉末状，并且没有粘性。固体在过滤之前容易流动，并且不会粘住反应器部件。

将413gm滤液倒入1000mL细胞培养旋转瓶中，接着添加828gm的甲基异丁基酮(99.8％，Macron chemicals,Philipsburg,NJ)。在150rpm下搅拌溶液30分钟并且将两个层倒入2000mL圆柱分液漏斗中。使两个层相分离30mins。将底部层排入1000mL三颈圆底烧瓶，并且将顶部层(OEX)排出至2000mL二颈圆底烧瓶(参见表9中每个层的组成细节)。

将含有有机萃取物(OEX)的2000mL二颈圆底烧瓶使用连接到可变变压器的磁性搅拌器和加热罩来设置用于短程蒸馏。将短程蒸馏头连接到Teflon真空泵和冷却器(设定在10℃)。使用J型热电偶来测量有机萃取物和馏出物蒸汽的温度。使用digivac真空控制器控制真空至50mm。在启动加热罩之前，使2000mL烧瓶经受50mm真空。一旦圆底烧瓶中的温度达到37℃，甲基异丁基酮就开始馏出(馏出物蒸汽温度约37℃)。当蒸馏80％的甲基异丁基酮时，停止蒸馏。反应器容器底部中的乙酰丙酸被分离为在甲基异丁基酮中的粗溶液(参见表9中的细节)。

也将含有萃取(萃余液)混合物的底部层的1000mL三颈圆底烧瓶设置用于蒸馏。用于蒸馏的设置包括蒸馏适配器、连接到冷却器的冷凝器、用于圆底烧瓶和馏出物蒸汽的J型热电偶、Teflon真空泵和利用热板/搅拌器来加热的油浴。使用J-Kem科学真空控制器来控制压力。使含有萃余液的圆底烧瓶经受50mm真空，之后对其加热。一旦圆底烧瓶中的温度达到40℃，水甲基异丁基酮共沸物就开始馏出。继续蒸馏直到所有甲基异丁基酮馏出(蒸馏接收器显示只有水层增加，顶部层保持恒定)。在蒸馏之后，使用萃余液来制备下一批量。(参见表9中的组成细节。

表9过滤、萃取和蒸馏物流的组成

样品物流	质量	％乙酰丙酸	％甲酸	％硫酸
					滤液	413	3.39	1.53	未测定
蒸馏前的萃余液	401	1.31	0.38	39.65
					蒸馏后的萃余液	355.3	1.57	0.33	44.23
有机萃取物	827	0.84	0.43	0.12
					最终粗产物	142.8	3.58	0.69	0.85

实施例116：用来自实施例1的再循环萃余液合成LA和FA

向装备磁力搅拌、冷却冷凝器和热电偶的3颈烧瓶装填来自实施例115的348g再循环萃余液。这个萃余液含有大约157g的H₂SO₄、5.6g的乙酰丙酸和1.2g的甲酸。向萃余液装料添加67g的新鲜水以便使水相的酸浓度为大约40％。加热水相至90℃，之后历经5小时来添加40.35g的糖溶液，所述糖溶液具有与实施例115使用的糖溶液相同的组成。在糖添加完成之后，使用与实施例115相同的120℃后蒸煮(post cook)来完全转化任何未反应的试剂。

表10HPLC分析的组成结果。

时间(min)	温度(℃)	％甲酸	％乙酰丙酸	％HMF
					305	90	1.876	4.362	0.073
90	120	1.958	4.386	不可检测

使用冰浴冷却以上反应混合物至室温。将398.8gm的这种混合物倒入带有玻璃砂芯(4-5微米过滤器大小)的150ml布氏漏斗中，所述布氏漏斗放在连接到Teflon真空泵的1000mL过滤瓶的顶部。固体容易流出反应器并且本质上不是粘性的。使用真空来辅助过滤(<250mm)，在关闭Teflon真空泵之前，使滤液排出5-10分钟。获得379.2gm的滤液和19.6gm的湿固体。用10X100mL DI水洗涤固体。另外添加80mL并且使用pH探头测试80mL洗涤滤液(pH＝1.96)。用68gm的丙酮洗涤固体并且风干过夜，从而得到5.43gm的干炭(1.21wt％，以总初始装料计)

如实施例115中所述来重复萃取和纯化程序，以便得到第二再循环萃余液物流，即来自实施例116的再循环萃余液物流。

实施例117：用来自实施例116的再循环萃余液物流合成LA和FA。

向装备磁力搅拌、冷却冷凝器和热电偶的3颈烧瓶装填来自实施例116的250g再循环萃余液。这个萃余液含有大约126g的H₂SO₄、4.2g的乙酰丙酸和1.9g的甲酸。向萃余液装料添加82g的64％新鲜H2SO4和106g的新鲜水以便使水相的酸浓度为大约40％。加热水相至90℃，之后历经5小时来添加40.85g的糖溶液，所述糖溶液具有与实施例115使用的糖溶液相同的组成。在糖添加完成之后，使用与实施例115相同的120℃后蒸煮来完全转化任何未反应的试剂。此外，对各种时间的水解混合物的分析提供于表11中。

表11HPLC分析的组成结果。

时间(min)	温度(℃)	％甲酸	％乙酰丙酸	％HMF
					300	89.8	1.778	4.092	0.079
90	120	1.716	4.080	不可检测

使用冰浴冷却以上反应混合物至室温。将447gm的这种混合物倒入带有玻璃砂芯(4-5微米过滤器大小)的150ml布氏漏斗中，所述布氏漏斗放在连接到Teflon真空泵的1000mL过滤瓶的顶部。固体炭不是粘性的并且不会粘附反应器部件。所述固体容易流动到液体混合物中。使用真空来辅助过滤(<250mm)，在关闭Teflon真空泵之前，使滤液排出5-10分钟。获得426.1gm的滤液和20.95gm的湿固体。用9X90mL DI水洗涤固体。另外添加80mL并且使用pH探头测试80mL洗涤滤液(pH＝2.33)。用68gm的丙酮洗涤固体并且风干过夜，从而得到5.0gm的干炭(1.04wt％，以总初始装料计)

如实施例115中所述来重复萃取和纯化程序，以便得到第三再循环萃余液物流，即来自实施例117的再循环萃余液物流。

实施例118：用来自实施例117的再循环萃余液物流合成LA和FA。

向装备磁力搅拌、冷却冷凝器和热电偶的3颈烧瓶装填来自实施例117的371g再循环萃余液。这个萃余液含有大约177.5g的H₂SO₄、7.1g的乙酰丙酸和2.9g的甲酸。向萃余液添加27g的新鲜水和40.42g的64％H₂SO₄以便使水相的酸浓度为大约40％。加热水相至90℃，之后历经5小时来添加42.7g的糖溶液，所述糖溶液具有与实施例115使用的糖溶液相同的组成。在糖添加完成之后，使用与实施例1相同的120℃后蒸煮来完全转化任何未反应的试剂。此外，对各种时间的水解混合物的分析提供于表12中。

表12HPLC分析的组成结果。

时间(min)	温度(℃)	％甲酸	％乙酰丙酸	％HMF
					305	90.1	2.174	4.626	0.085
90	120	2.124	4.380	不可检测

使用冰浴冷却以上反应混合物至室温。将431gm的这种混合物倒入带有玻璃砂芯(4-5微米过滤器大小)的150ml布氏漏斗中，所述布氏漏斗放在连接到Teflon真空泵的1000mL过滤瓶的顶部。固体炭不是粘性的并且不会粘附反应器部件。所述固体容易流动到液体混合物中。使用真空来辅助过滤(<250mm)，在关闭Teflon真空泵之前，使滤液排出5-10分钟。获得402.8gm的滤液和28.3gm的湿固体。用9X90mL DI水洗涤固体。另外添加50mL并且使用pH探头测试80mL洗涤滤液(pH＝3.3)。用68gm的丙酮洗涤固体并且风干过夜，从而得到5.43gm的干炭(1.13wt％，以总初始装料计)

实施例119：从具有较高葡萄糖含量的糖溶液合成LA和FA

向装备磁力搅拌、冷却冷凝器和热电偶的3颈烧瓶装填200.14g的64％H₂SO₄和122.53g的新鲜水。将水相加热至90℃，之后历经5小时来添加含有64.6％果糖、24.0％水、9.9％葡萄糖和1.5％其它物的41.60g的糖溶液。在糖添加完成之后，冷却反应至室温，并且经由精细玻璃砂芯玻璃过滤器来过滤，以便除去本质上不是粘性的大约2wt％的不可溶胡敏素。固体在反应器中十分容易流动，并且不会粘住反应器部件。

表13水解样品的HPLC分析结果。

时间(min)	温度(℃)	％甲酸	％乙酰丙酸	％HMF
					300	90.2	2.431	4.290	0.187

在过滤之后，回收341.57g的水解产物并且用677g的MIBK萃取。将MIBK添加到水解产物顶部，使其混合30分钟并且沉降30分钟，之后分离水层和有机层。通过真空蒸馏除去水性层中的残余MIBK，之后将再循环萃余液用于实施例120中。

实施例120：用来自实施例119的再循环萃余液合成LA+FA

向装备磁力搅拌、冷却冷凝器和热电偶的3颈烧瓶装填来自实施例119的295g再循环萃余液。这个萃余液含有124g的H₂SO₄、2.7g的乙酰丙酸和1.3g的甲酸，以及少量未反应的葡萄糖。用21g的新鲜水和86g的64％H₂SO₄溶液增补萃余液以便使水性混合物的酸浓度为大约40％。然后加热水性装料至90℃，之后添加具有与实施例115中的糖溶液相同组成的63.8g糖溶液。历经5小时经由注射泵来添加糖溶液，在这时，冷却反应至室温并且经由精细玻璃砂芯玻璃过滤器来过滤，以便除去大约2wt％的不可溶胡敏素。此外，对各种时间的水解混合物的分析提供于表14中。

表14水解样品的HPLC分析结果。

时间(min)	温度(℃)	％甲酸	％乙酰丙酸	％HMF
					300	90.0	2.325	5.764	0.138

冷却后，将反应混合物再加热至90℃并且保持60分钟以便将起始物料或稳定中间体更完全地转化成产物。

表15在90℃后蒸煮期间的水解样品的HPLC分析结果。

时间(min)	温度(℃)	％甲酸	％乙酰丙酸	％HMF
					初始	25	3.218	5.914	0.041
0	90	3.252	6.105	0.041
					60	90	3.139	6.275	不可检测

实施例121大规模生产。

图4提供糖到乙酰丙酸转化/按比例放大的实施方案的方法流程图。以下提供按比例放大程序的说明。

在2000加仑玻璃衬里反应器(R1)中执行反应，并且在哈氏合金离心机(CFG)中除去所形成的固体，使用8000加仑多沉聚槽(poly tank)用于暂时存放水解产物。然后将离心的水解产物送往600加仑沉降槽(EC-1)，以用于由甲基异丁基酮(MIBK)进行的萃取。将有机萃取物(OEX)送往另一个2000加仑玻璃衬里反应器(R2)以用于浓缩(蒸馏过量的MIBK)，并且将水解产物送回2000加仑反应容器(R1)以用于下一反应。(参见图4。)

向装备冷凝器和热电偶的2000加仑玻璃衬里反应器(R1)装填5540lb的水和5380lb的93.3％(wt)硫酸。将反应器通气到抽吸至685托的便携式苛性碱洗涤器(pH＝12.0)。使用加压蒸汽加热反应混合物至90℃。使用隔膜泵，以310磅/小时添加CS90(23％水、69.3％果糖、6.2％葡萄糖、1.5％其它的糖)。在已添加所有CS90之后，将反应混合物在90℃下再维持90分钟冷却反应器至40℃，之后使水解产物经受离心。

以255分钟使反应混合物冷却至44℃，在这时将所述反应混合物进料至哈氏合金离心机(CFG)。以约1600lbs/hr将水解产物进料至离心机，并且在800rpm下旋转离心机。将流过离心机吊篮的液体进料至8000加仑沉聚槽。对沉聚槽中第一个2000lbs样品的分析显示1.25％的固体，固体还没有显著减少。将用水调浆的硅藻土(助滤剂)进料至离心机以便涂覆过滤布，接着添加来自2000加仑反应容器(R1)的水解产物。使约8000lbs的水解产物离心并且进料至沉聚槽。沉聚槽中的固体％为约0.8％，并且反应容器(R1)中的4000lbs的水解产物具有1.4％的固体。将来自沉聚槽的水解产物转移至反应容器(R1)并且复合物具有1.1％的固体。然后使用容纳在不锈钢罐中的套筒式过滤器(100微米)过滤水解产物。所过滤的样品显示0.74％的固体。使用相同的过滤器套筒继续过滤直到背压从10-15psig变化至约40psig。过滤器套筒按以下顺序变化∶

100微米-2个不同的套筒

25微米-1个套筒

10微米-1个套筒

1微米-2个套筒

在多次套筒过滤之后的最终固体百分数是0.8％。将50lbs的硅藻土添加至被转移回GL5的水解产物，并且使水解产物经受离心。所离心的水解产物具有0.4％的固体。

先用23000lbs的MIBK填充6000加仑沉降槽(EC-1)，接着添加来自沉聚槽的水解产物，在添加水解产物期间在117rpm下运行搅拌机。在30分钟之后关闭搅拌机，并且对顶部层取样两次以用于分析。

表16∶对来自沉降槽(EC-1)的有机萃取物的分析

使用隔膜泵将底部层(萃余液)小心地转移回反应容器(R1)，所述隔膜泵连接到具有100微米过滤器套筒的套筒式过滤器罐。将10580lbs的萃余液转移至反应容器(R1)。

将12000lbs的有机萃取物(OEX)转移至另一个2000加仑玻璃衬里反应器(R2)，以用于浓缩最终产物。在100托下蒸馏OEX中的MIBK，维持通气温度低于70℃。一旦反应器(R2)中的材料含量浓缩至2000lbs，就转移更多的材料。在28.5hrs之后，分离4500lbs的具有以下组成的最终产物∶

MIBK＝92.3％，乙酰丙酸＝4.69％，水＝0.03％

也使萃余液经受蒸馏以便除去任何MIBK。在100托下执行蒸馏，以便维持通气温度低于70℃。在蒸馏3730lbs的水/MIBK混合物之后，对萃余液取样来用于分析。

水＝62.18％，硫酸＝34.83％，乙酰丙酸＝1.58％，MIBK＝0.58％，固体＝0.15％

实施例122：具有CS90的第一再循环萃余液批量

向含有8800lbs的萃余液(第一再循环)的2000加仑反应容器(R1)装填451lb的水和1690lb的93.3％(wt)硫酸。将反应器通气到抽吸至685托的便携式苛性碱洗涤器(pH＝12.0)。使用加压蒸汽加热反应混合物至90℃。使用隔膜泵，以310磅/小时添加CS90(23％水、69.3％果糖、6.2％葡萄糖、1.5％其它的糖)。在已添加所有CS90之后，将反应混合物在90℃下再维持90分钟。冷却反应器至40℃，之后使水解产物经受离心。

以165分钟使反应混合物冷却至45℃，在这时将所述反应混合物进料至哈氏合金离心机。以约2000lbs/hr将水解产物进料至离心机，并且在800rpm下旋转离心机。将流过离心机吊篮的液体进料至8000加仑沉聚槽。对沉聚槽中的样品的分析显示0.8％的固体。

先用23000lbs的再循环MIBK填充6000加仑沉降槽(EC-1)，接着添加来自沉聚槽的12500lbs的水解产物，在添加水解产物期间在117rpm下运行搅拌机。在30分钟之后关闭搅拌机，并且对顶部层取样四次以用于分析。

表17∶对来自EC-1的有机萃取物的分析

使用隔膜泵将底部层(萃余液)小心地转移回反应容器(R1)。将15000lbs的萃余液转移至反应器(R1)。对反应器(R1)内容物的分析显示高含量的MIBK，因此将萃余液送回DC-1用于沉降。60分钟后，将12560lbs的萃余液转移至2000加仑反应容器(R1)以用于蒸馏MIBK。

将12000lbs的有机萃取物(OEX)转移至另一个2000加仑玻璃衬里反应器(R2)，以用于浓缩最终产物。在100托下蒸馏OEX中的MIBK，维持通气温度低于70℃。一旦反应器(R2)中的材料含量浓缩至2000lbs，就转移更多的材料。在转移物的混合期间，在OEX中观察到萃余液层，所述萃余液层被排出至250加仑沉聚搬运箱(poly tote)中。(总共1000lbs的萃余液被排出至搬运箱中)在24hrs之后，分离2000lbs的具有以下组成的粗产物∶

MIBK＝86.55％，乙酰丙酸＝9.17％，硫酸＝6.47％，甲酸＝1.46％，固体＝0.13％

也使萃余液经受蒸馏以便除去任何MIBK。在100托下执行蒸馏，以便维持通气温度低于70℃。在蒸馏6645lbs的水/MIBK混合物之后，对萃余液取样来用于分析。

水＝54.88％，硫酸＝42.96％，乙酰丙酸＝3.55％，MIBK＝0.06％，固体＝0.14％

实施例123：具有CS90的第二再循环萃余液批量

向含有6000lbs的萃余液(第二再循环)的2000加仑反应容器(R1)装填2090lb的水和2430lb的93.3％(wt)硫酸。将反应器通气到抽吸至685托的便携式苛性碱洗涤器(pH＝12.0)。使用加压蒸汽加热反应混合物至90℃。使用隔膜泵，以310lbs/小时添加CS90(23％水、69.3％果糖、6.2％葡萄糖、1.5％其它的糖)。在已添加所有CS90之后，将反应混合物在90℃下再维持90分钟冷却反应器至40℃，之后使水解产物经受离心。

以约2000lbs/hr将水解产物进料至离心机，并且在800rpm下旋转离心机。将流过离心机吊篮的液体进料至8000加仑沉聚槽。对沉聚槽中的样品的分析显示1.01％的固体。

先用21905lbs的再循环MIBK填充6000加仑沉降槽(EC-1)，接着添加来自沉聚槽的10700lbs的水解产物，在添加水解产物期间在117rpm下运行搅拌机。在30分钟之后关闭搅拌机，并且对顶部层取样四次以用于分析。

表18∶对来自EC-1的有机萃取物的分析

使用隔膜泵将底部层(萃余液)小心地转移回反应容器(R1)。将15750lbs的萃余液转移至反应器(R1)。

将12000lbs的有机萃取物(OEX)转移至另一个2000加仑玻璃衬里反应器(R2)，以用于浓缩最终产物。在100托下蒸馏OEX中的MIBK，维持通气温度低于70℃。一旦反应器中的材料含量浓缩至2000lbs，就转移更多的材料。在转移期间，在OEX中观察到萃余液层，所述萃余液层被排出至250加仑沉聚搬运箱中。(总共4000lbs的萃余液被排出至搬运箱中)在30hrs之后，分离2100lbs的具有以下组成的粗产物∶

MIBK＝83.1％，乙酰丙酸＝7.04％，甲酸＝2.12％

也使萃余液经受蒸馏以便除去任何MIBK。在100托下执行蒸馏，以便维持通气温度低于70℃。

实施例124

向500mL四颈圆底烧瓶装填102.57g的去离子水和103.04g的98％硫酸。将圆底烧瓶设置在加热罩中并且装备磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器、玻璃塞和橡皮塞，所述橡皮塞保持注射泵的出口管。在烧杯中装填38.03g的果糖和25.60g的去离子水。混合溶液直到果糖溶解，并且将其转移至位于注射泵上的塑料注射器中。将500mL圆底烧瓶中的酸和水混合物加热至90℃，随后经由注射泵添加果糖和水混合物。在1.25小时的时期内添加果糖，以便注射泵的速率设定至37.6mL/hr。在1.25小时的反应时间之后，所有果糖已被添加至烧瓶中。使反应物再反应一小时，以便反应完所有的果糖。然后停止反应，并且使其冷却。在整个反应的全程取出样品并且通过HPLC来分析。一旦反应混合物冷却，就经由砂芯漏斗对其过滤，并且用去离子水和丙酮来洗涤固体。将漏斗中的固体放入罐中并且放入真空烘箱以便干燥。最终产率数量和组成数据在以下列出。

一旦干燥固体，就从真空烘箱取出所述固体并且称重。

炭的克数	5.63
		LA与炭的比率	3.5
以反应的糖和HMF计的LA摩尔％产率	81.4
		以反应的糖和HMF计的FA摩尔％产率	95.0

向500mL四颈圆底烧瓶装填102.09g的去离子水和103.04g的98％硫酸。将圆底烧瓶放置在加热罩上并且装备磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器、玻璃塞和橡皮塞，所述橡皮塞保持注射泵的出口管。在烧杯中装填37.89g的果糖和26.07g的去离子水。混合溶液直到果糖溶解，并且将其转移至位于注射泵上的塑料注射器中。将硫酸和水混合物加热至90℃，随后经由注射泵添加果糖和水混合物。在1.25小时的时期内添加果糖，以便注射泵的速率设定至38.4mL/hr。在1.25小时的反应时间之后，所有果糖已被添加至烧瓶中。使反应物再反应一小时，以便反应完所有的果糖。然后停止反应，并且使其冷却。在整个反应的全程取出样品并且通过HPLC来分析。一旦反应混合物冷却，就经由砂芯漏斗对其过滤，并且用去离子水和丙酮来洗涤固体。将漏斗中的固体放入罐中并且放入真空烘箱以便干燥。最终产率数量和组成数据在以下列出。

一旦干燥固体，就从真空烘箱取出所述固体并且称重。

炭的克数	5.9
		LA与炭的比率	3.3
以反应的糖和HMF计的LA摩尔％产率	85.5
		以反应的糖和HMF计的FA摩尔％产率	97.5

向500mL四颈圆底烧瓶装填103.09g的去离子水和103.03g的98％硫酸。将圆底烧瓶放置在加热罩上并且装备磁性搅拌棒、热电偶、冷凝器、玻璃塞和橡皮塞，所述橡皮塞保持注射泵的出口管。在独立的烧杯中装填37.89g的果糖和25.06g去离子水。混合溶液直到果糖溶解，并且将其转移至位于注射泵上的塑料注射器中。将圆底烧瓶中的硫酸和水混合物加热至90℃，随后经由注射泵添加果糖和水混合物。在2.5小时的时期内添加果糖，以便注射泵的速率设定至18.8mL/hr。在2.5小时的反应时间之后，所有果糖已被添加至烧瓶中。使反应物再反应一小时，以便反应完所有的果糖。然后停止反应，并且使其冷却。在整个反应的全程取出样品并且通过HPLC来分析。一旦反应混合物冷却，就经由砂芯漏斗对其过滤，并且用去离子水和丙酮来洗涤固体。将漏斗中的固体放入罐中并且放入真空烘箱以便干燥。最终产率数量和组成数据在以下列出。

一旦干燥固体，就从真空烘箱取出所述固体并且称重。

在MIBK中的甲酸中和

实施例125制备甲酸(.3g)在甲基异丁基酮MIBK(5.2g)中的5wt％溶液。制备氢氧化钠(.2g)在水(1.9g)中的等摩尔溶液。在小瓶中合并两种混合物并且充分混合。在小瓶中形成两个层，并且通过HPLC来测试这两个层的甲酸％。HPLC结果显示，MIBK溶液的甲酸从4.8％下降到0.2％。

实施例126-127按照与实施例125相同的程序来完成其它实验。还执行对实验初始规模的变化连同使用较少水的测试。结果概述在表19中。

实施例128制备甲酸(.3g)在MIBK(5.1g)中的5wt％溶液。将氢氧化钠粉末(.4g)添加至溶液，所述氢氧化钠等于甲酸摩尔数的两倍。将混合物充分混合1小时。在混合之后，通过HPLC来测试MIBK的甲酸％。HPLC结果显示，MIBK溶液的甲酸从4.7％下降到0％。

实施例129-130按照与实施例128相同的程序连同使用碱的变化来进行另外的实验。结果概述在表19中。

表19显示，与碳酸钙和氢氧化钙相比，氢氧化钠在从MIBK除去甲酸方面作用最佳。碳酸钙在减少MIBK中的甲酸方面没有显示出更大的前景。然而，氢氧化钙的确在相等摩尔比率下减少了甲酸并且可在比率增加的情况下除去更多的甲酸。

实施例131：异戊醇

在各种浓度下制备硫酸储备水溶液，并且将其与异戊醇混合来产生以下的组成(重量％)。目测相行为(1个相对比分离的相)。数据显示，异戊基有机溶剂的可溶性随混合物中硫酸量的增加而稍微增加(#2对比#16)。在适当的组成比率下，硫酸在异戊醇中的可溶性可为高的(#15)。

	％硫酸	％有机物	％水	目测结果
					1	49.0％	2.0％	49.0％	1个相
2	48.5％	2.9％	48.5％	1个相
					3	48.2％	3.6％	48.2％	2个相
4	50.0％	0.0％	50.0％	1个相
					5	15.0％	69.9％	15.0％	1个相
6	15.4％	69.2％	15.4％	2个相
					7	20.0％	0.0％	80.0％	1个相
8	19.6％	2.0％	78.4％	2个相
					9	1.6％	92.1％	6.3％	1个相
10	1.8％	90.8％	7.4％	2个相
					11	10.0％	0.0％	90.0％	1个相
12	9.8％	2.1％	88.1％	2个相
					13	0.7％	92.8％	6.5％	1个相
14	0.9％	91.3％	7.9％	2个相
					15	0.0％	0.0％	100.0％	1个相
16	0.0％	2.2％	97.8％	2个相
					17	0.0％	92.1％	7.9％	1个相
18	0.0％	90.7％	9.3％	2个相

实施例132：间甲酚

在各种浓度下制备硫酸储备水溶液，并且将其与间甲酚混合来产生以下的组成(重量％)。目测相行为(1个相对比分离的相)。数据显示，间甲酚有机溶剂在硫酸水相中的可溶性是低的(#2、#6)，甚至在高硫酸浓度下也是低的(#13)。硫酸与间甲酚有机溶剂的相容性是低的(#8、#12、#15)

	％硫酸	％有机物	％水	目测结果
					1	0.0％	1.3％	98.7％	1个相
2	0.0％	1.9％	98.1％	2个相
					3	0.0％	87.7％	12.3％	1个相
4	0.0％	86.0％	14.0％	2个相
					5	9.9％	0.8％	89.3％	1个相
6	9.9％	1.4％	88.8％	2个相
					7	0.2％	98.2％	1.6％	1个相
8	0.3％	97.5％	2.3％	2个相
					9	19.9％	0.6％	79.5％	1个相
10	19.8％	0.8％	79.4％	2个相
					11	0.2％	99.2％	0.6％	1个相
12	0.3％	98.5％	1.2％	2个相
					13	49.8％	0.5％	49.8％	2个相
14	0.5％	99.1％	0.5％	1个相
					15	0.9％	98.3％	0.9％	2个相

实施例133：2-乙基己醇

在各种浓度下制备硫酸储备水溶液，并且将其与混合来产生以下的组成(重量％)。目测相行为(1个相对比分离的相)。数据显示，2-乙基己醇有机溶剂在硫酸水性2-乙基己醇相中的可溶性是低的(#1)，甚至在高硫酸浓度下也是低的(#6)。硫酸与2-乙基己醇有机溶剂的相容性在有机溶剂含量极高时是低的(#10、#12、#14)。当有机溶剂含量和硫酸含量两者都是高的时，存在相容性区域(#15)。

实施例134-136：用水反洗来从混合的甲酚除去硫酸

向小瓶添加已经由1um玻璃纤维过滤盘过滤的5g的CSTR水解产物材料，用LA(1.9％甲酸、8wt％乙酰丙酸、50wt.％硫酸和40.1wt.％水)和5g来自Aldrich的混合甲酚掺料(spike)。将小瓶加盖并且机械地摇动混合物0.5分钟。通过离心5分钟来分离各个层并且分离每个层来用于重量测定。通过使用氢氧化钾/甲醇作为滴定剂的电位自动滴定来测定有机层中的硫酸。

然后用下表给出的量的DI水来洗涤来自水解产物分配实验的有机层。然后，通过离心5分钟来分离各个层并且分离每个层来用于重量测定。通过使用氢氧化钾/甲醇作为滴定剂的电位自动滴定来测定有机层中的硫酸。这些实验显示，水洗可减少有机萃取相中硫酸的量。

Aldrich MSDS指示80％的甲酚异构体混合物和20％苯酚。

GC/MS指示所述混合物是80％的甲酚异构体和20％的2,4-二甲苯酚。

实施例137：进行中和来从混合甲酚除去硫酸

向小瓶添加已经由1um玻璃纤维过滤盘过滤的5g的CSTR水解产物材料，用LA(1.9％甲酸、8wt％乙酰丙酸、50wt.％硫酸和40.1wt.％水)和5g的间甲酚/对甲酚共混物(60/40共混比率，以重量计)掺料。将小瓶加盖并且机械地摇动混合物0.5分钟。通过离心5分钟来分离各个层并且分离每个层来用于重量测定。通过使用氢氧化钾/甲醇作为滴定剂的电位自动滴定来测定有机层中的硫酸，测定为0.7重量％。

然后用20％(以重量计)碳酸氢钠的饱和水溶液洗涤来自水解产物分配实验的有机层。通过离心5分钟来分离各个层并且分离每个层来用于重量测定。通过使用氢氧化钾/甲醇作为滴定剂的电位自动滴定来测定有机层中的硫酸，测定为不可检测的。

以上实施例使用Acros Organics的99％间甲酚和Alfa Aesar的99％对甲酚。

实施例138和139：用水反洗来从异戊醇除去硫酸

向小瓶添加已经由1um玻璃纤维过滤盘过滤的5g的CSTR水解产物材料，用LA(1.9％甲酸、8wt％乙酰丙酸、50wt.％硫酸和40.1wt.％水)和5g来自Aldrich的异戊醇掺料。将小瓶加盖并且机械地摇动混合物0.5分钟。通过离心5分钟来分离各个层并且分离每个层来用于重量测定。通过使用氢氧化钾/甲醇作为滴定剂的电位自动滴定来测定有机层中的硫酸。

然后用下表给出的量的DI水来洗涤来自水解产物分配实验的有机层。然后，通过离心5分钟来分离各个层并且分离每个层来用于重量测定。通过使用氢氧化钾/甲醇作为滴定剂的电位自动滴定来测定有机层中的硫酸。然后再次用100重量％的水洗涤所得有机层，进一步使硫酸含量降低。这些实验显示，水洗可减少有机萃取相中硫酸的量。

实施例140：从甲酸、乙酰丙酸、硫酸、水和未知杂质的混合物蒸馏甲酸

向装备磁性搅拌棒的3颈圆底烧瓶装填255.60g的溶液，所述溶液含有11.12g的乙酰丙酸、5.44g的甲酸、99.43g的硫酸、139.61g的H₂O和痕量的一些未知杂质将烧瓶装备热电偶和短程蒸馏器以及用再循环冷却剂冷却至1C的冷凝器。将蒸馏***抽空降压至40托，并且之后将釜加热至45℃。馏出物显示在31℃至33℃之间的馏头温度。使馏出物从釜顶馏出直到馏头温度下降低于28℃，在这时冷却蒸馏釜至25℃，增加压力至大气压力，并且从釜中以及蒸馏回收烧瓶中取出样品。在取样之后，将釜再抽空至40托且这次加热至55℃。对蒸馏直到馏头温度下降、取样以及在高温的再蒸馏的程序进行重复，直到蒸馏釜中不可观察到甲酸。

表20.对在实施例140所述的蒸馏期间取出的馏出物和釜样品的分析。

实施例141：连续添加H₂O来从甲酸、乙酰丙酸、硫酸、水和未知杂质的混合物真空蒸馏甲酸

向装备磁性搅拌棒的500mL 4颈圆底烧瓶装填249.27g的溶液，所述溶液含有10.87g的乙酰丙酸、5.31g的甲酸、97.13g的硫酸、136.38g的H₂O和痕量的一些未知杂质。将烧瓶装备热电偶、装填124.28g DI H₂O的加料漏斗和短程蒸馏器以及用再循环冷却剂冷却至1C的冷凝器。使***的压力降低至40托，之后启动设定至45℃的加热罩。当烧瓶中的溶液达到大约42℃时，观察到馏出物。在蒸馏期间，馏头温度在约31℃至32℃波动。当馏出物开始滴入收集烧瓶中时，以与除去馏出物粗略相同的速率从加料漏斗逐滴滴加H₂O。当已从加料漏斗添加所有的H₂O时，***的压力升高至大气压力并且使***冷却。取出反应烧瓶混合物和馏出物的样品，并且用更多的H₂O装填加料漏斗。继续逐滴滴加H₂O的蒸馏方法直到在蒸馏瓶中不再检测到甲酸。

表21∶对在实施例141所述的蒸馏全程取出的馏出物和釜样品的分析。

乙酰丙酸分配系数

实施例142-174：向小瓶添加已经由1um玻璃纤维过滤盘过滤的5g的CSTR水解产物材料，用LA(1.9％甲酸、8wt％乙酰丙酸、50wt.％硫酸和40.1wt.％水)和5g有机溶剂掺料。将小瓶加盖并且机械地摇动混合物0.5分钟。通过离心5分钟来分离各个层并且分离每个层来用于重量测定。通过使用氢氧化钾/甲醇作为滴定剂的电位自动滴定来测定有机层中的硫酸。

根据以下来计算这个***中乙酰丙酸的分配系数∶

其中m_LA,s是有机溶剂相中的乙酰丙酸质量，m_s是有机溶剂相的总质量，m_LA,a是水相中的乙酰丙酸质量，并且m_a是水相的总质量。用移液管将水相移出混合物，并称重。然后通过差值来计算Ms。m_LA,a是通过HPLC测量并且m_LA,s是通过差值来计算。以相似方式计算甲酸的分配系数。

NR＝未报导

*Aldrich MSDS指示80％的甲酚异构体混合物和20％苯酚。GC/MS指示所述混合物是80％的甲酚异构体和20％的2,4-二甲苯酚。

实施例175：通过蒸馏从MIAK分离甲酸

向1L圆底烧瓶添加76.0g的甲酸和76.0g的MIAK，所述圆底烧瓶装备可调变压控制电加热罩、热电偶、磁性搅拌棒、压力传感器、填有丝网波纹填料的1英寸X18英寸真空夹套玻璃柱和磁性桶式回流控制头。将蒸馏(still)控制在200托持续100分钟，并且回流比为6:1回流:收集。底部烧瓶温度在77.1℃至101.5℃的范围变化，同时顶部温度在60.1℃至61.1℃的范围变化。收集三种馏分∶馏分1，13.8g、89.187％的甲酸(HPLC)；馏分2，18.2g、88.842％的甲酸(HPLC)；馏分3，26.4g、88.944％甲酸(HPLC)，残余底部物为76.7g、3.261％的甲酸(HPLC)。

实施例176：通过蒸馏从MIBK分离甲酸

向1L圆底烧瓶添加63.47g的甲酸和641.55g的MIBK，所述圆底烧瓶装备可调变压控制电加热罩、热电偶、磁性搅拌棒、压力传感器、填有丝网波纹填料的1英寸X18英寸真空夹套玻璃柱和磁性桶式回流控制头。将蒸馏(still)在763托持续操作260分钟，并且回流比为6:1回流:收集。底部烧瓶温度在115.3℃至116.5℃的范围变化，同时顶部温度在97.1℃至114.7℃的范围变化。收集以下一些馏分∶

尽管已参阅优选实施方案描述本发明，但是本领域的技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行形式和细节的改变。本说明书全文中引用的所有参考文献(包括背景中的那些参考文献)全部并入本文中。本领域的技术人员将认识到，或仅使用常规实验就能够确定，本文中明确描述的本发明的具体实施方案的许多等效物。这些等效物意图由随附的权利要求书涵盖。

Claims (122)

1.一种连续制备乙酰丙酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

a)在反应器中加热无机酸的水溶液至60℃至110℃；并且

b)将糖在一段时期内连续添加至所述反应器中的所述加热的酸水溶液，以便形成包括乙酰丙酸的反应混合物；

其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的20％至80％；并且，

其中所述糖是在0.1小时至40小时的时期内连续添加。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述无机酸是硫酸(H₂SO₄₎、盐酸(HCl)、氢溴酸(HBr)或氢碘酸(HI)。

3.权利要求1或2所述的方法，其中所述糖选自高果糖玉米浆、蔗糖、果糖的水性混合物、羧甲基糠醛的水性混合物、葡萄糖的水性混合物、麦芽糖的水性混合物及其混合物。

4.权利要求1或2所述的方法，其中所述糖为至少两种不同糖的混合物。

5.权利要求4所述的方法，其中所述至少两种不同糖的混合物选自果糖和葡糖糖的水性混合物、果糖和羟甲基糠醛的水溶液。

6.权利要求1或2所述的方法，其中所述糖为多糖的水性混合物。

7.权利要求6所述的方法，其中所述多糖的水性混合物是菊粉的水性混合物。

8.如权利要求1或2所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的20％至50％。

9.如权利要求3所述的方法，其中所述高果糖玉米浆含有介于1重量百分数与99重量百分数之间的果糖和99重量百分数至1重量百分数的葡萄糖，其余为水，其中所述糖含量介于1重量％与99重量％之间。

10.如权利要求3所述的方法，其中所述高果糖玉米浆是在0.1小时至40小时的时期内添加。

11.如权利要求4所述的方法，其中至少两种不同糖的所述混合物为介于1重量百分数与99重量百分数之间的果糖和99重量百分数至1重量百分数的葡萄糖，其余为水，其中所述糖含量介于20重量％与90重量％之间。

12.如权利要求4所述的方法，其中至少两种不同糖的所述混合物是在0.1小时至40小时的时期内添加。

13.如权利要求5所述的方法，其中果糖和葡萄糖的所述水性混合物为介于1重量百分数与99重量百分数之间的果糖和99重量百分数至1重量百分数的葡萄糖，其余为水，其中所述糖含量介于30重量％与85重量％之间。

14.如权利要求5所述的方法，其中果糖和葡萄糖的所述水性混合物是在0.1小时至40小时的时期内添加。

15.如权利要求3所述的方法，其中果糖的所述水溶液含有1重量％至100重量％的果糖。

16.如权利要求3所述的方法，其中果糖的所述水溶液是在0.1小时至40小时的时期内添加。

17.如权利要求3所述的方法，其中羟甲基糠醛的所述水溶液含有0.1重量％至100重量％的羟甲基糠醛。

18.如权利要求3所述的方法，其中羟甲基糠醛的所述水溶液是在0.1小时至40小时的时期内添加。

19.如权利要求5所述的方法，其中果糖和HMF的所述水性混合物含有0.1重量份至99.9重量份的果糖、99.9重量份至0.1重量份的羟甲基糠醛和10重量份至99.8重量份的水。

20.如权利要求5所述的方法，其中果糖和羟甲基糠醛的所述水性混合物是在0.1小时至40小时的时期内添加。

21.如权利要求5所述的方法，其中葡萄糖的所述水性混合物含有0.1重量份至99.9重量份的葡萄糖和0.1重量份至99.9重量份的水。

22.如权利要求3所述的方法，其中葡萄糖的所述水性混合物是在0.1小时至40小时的时期内添加。

23.如权利要求3所述的方法，其中麦芽糖的所述水性混合物含有0.1重量份至99.9重量份的麦芽糖和0.1重量份至99.9重量份的水。

24.如权利要求3所述的方法，其中麦芽糖的所述水性混合物是在0.1小时至40小时的时期内添加。

25.如权利要求7述的方法，其中菊粉的所述水性混合物含有0.1重量份至99.9重量份的菊粉和0.1重量份至99.9重量份的水。

26.如权利要求7所述的方法，其中菊粉的所述水性混合物是在0.1小时至40小时的时期内添加。

27.如权利要求6所述的方法，其中多糖的所述水性混合物含有0.1重量份至99.9重量份的多糖和0.1重量份至99.9重量份的水。

28.如权利要求6所述的方法，其中多糖的所述水性混合物是在0.1小时至40小时的时期内添加。

29.如权利要求1或2所述的方法，其中搅拌无机酸的所述水溶液。

30.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其中将所述混合物在25℃至110℃的温度范围下加热0.1小时至20小时的另一段时间。

31.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其中任选地将所述混合物冷却至环境温度。

32.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：加热所述混合物至25℃至160℃的温度以减少任何残余葡萄糖含量。

33.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于65％的摩尔产率来产生。

34.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于75％的摩尔产率来产生。

35.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于80％的摩尔产率来产生。

36.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于85％的摩尔产率来产生。

37.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于90％的摩尔产率来产生。

38.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于45％的摩尔产率来产生。

39.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于50％的摩尔产率来产生。

40.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于55％的摩尔产率来产生。

41.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于60％的摩尔产率来产生。

42.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于65％的摩尔产率来产生。

43.如权利要求3所述的方法，其中通过液体色谱法未检测出任何剩余的果糖。

44.如权利要求3所述的方法，其中任何剩余的羟甲基糠醛以小于0.5重量百分数存在于所述乙酰丙酸产物中。

45.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中乙酰丙酸的质量与干固体的质量的比率大于1:1。

46.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中产生相对于所述混合物的整体重量的小于5重量百分数的干炭。

47.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其进一步包括从包括乙酰丙酸的所述混合物滤出固体以提供第一滤液。

48.如权利要求47所述的方法，其中过滤是用具有小于30微米的孔径的过滤介质来进行。

49.如权利要求47所述的方法，其中过滤是用具有小于20微米的孔径的过滤介质来进行。

50.如权利要求49所述的方法，其进一步包括将包含乙酰丙酸的所述混合物与萃取溶剂合并来产生萃取相和萃余相。

51.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取乙酰丙酸的至少0.3的分配系数。

52.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取乙酰丙酸的至少0.5的分配系数。

53.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取乙酰丙酸的至少1.0的分配系数。

54.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取乙酰丙酸的至少1.5的分配系数。

55.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取乙酰丙酸的至少2.0的分配系数。

56.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取甲酸的至少0.3的分配系数。

57.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取甲酸的至少0.5的分配系数。

58.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取甲酸的至少1.0的分配系数。

59.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取甲酸的至少1.5的分配系数。

60.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取甲酸的至少2.0的分配系数。

61.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取甲酸的至少5.0的分配系数。

62.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取甲酸的至少7.0的分配系数。

63.如权利要求50所述的方法，其中所述萃取溶剂具有针对从水萃取甲酸的至少9.0的分配系数。

64.如权利要求50至63中任一项所述的方法，其中所述萃取溶剂选自由以下组成的组：甲基异戊基酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮、苯乙酮、环己酮、异佛尔酮、新戊醇、异戊醇、正己醇、正庚醇、2-乙基己醇、正辛醇、1-壬醇、1-十一烷醇、苯酚、4-甲氧基苯酚、愈创木酚、2-仲丁基苯酚、壬基苯酚、二氯甲烷、甲基异丁基甲醇、苯甲醚、乙二醇二正丁基醚、蓖麻油、间甲酚、对甲酚、邻甲酚、甲酚混合物、碳酸二乙酯、水杨酸甲酯、2,4-二甲基苯酚和其混合物。

65.如权利要求64所述的方法，其中所述甲酚混合物选自60/40间甲酚/对甲酚和75/25间甲酚/对甲酚。

66.如权利要求50至63中任一项所述的方法，其进一步包括使所述萃余相再循环至所述反应器。

67.如权利要求66所述的方法，其进一步包括将所述萃余相加热至120℃至180℃。

68.如权利要求67所述的方法，其进一步包括将所述萃余相冷却至小于110℃。

69.如权利要求68所述的方法，其进一步包括将糖在一段时期内添加至所述反应器中的所述萃余相，以便形成包括乙酰丙酸的混合物。

70.如权利要求50至63以及67-69中任一项所述的方法，其进一步包括从所述萃取溶剂分离乙酰丙酸、甲酸或两者。

71.如权利要求50至63以及67-69中任一项所述的方法，其中用水洗涤所述固体以提供第二滤液，并且将所述第一滤液和第二滤液合并来形成最终滤液。

72.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述反应器是批量反应器。

73.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述反应器是一个或多个CSTR。

74.一种连续制备乙酰丙酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

a)加热无机酸的水溶液至60℃至110℃；

b)将果糖和葡萄糖的第一水性混合物在一段时期内连续添加至所述加热的水性无机酸，以便形成包括乙酰丙酸的混合物；

c)将所述混合物任选地冷却至室温；并且

d)任选地在密封反应器中，在75psi或以下的压力下将混合物从25℃加热至160℃；

e)任选地将步骤d)的所述加热的混合物冷却至室温；并且

f)过滤所述混合物来提供第一滤液和固体；

其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的20％至80％；并且，

其中所述果糖和葡萄糖的第一水性混合物是在0.1小时至40小时的时期内连续添加。

75.如权利要求74所述的方法，其中所述无机酸是硫酸(H₂SO₄₎、盐酸(HCl)、氢溴酸(HBr)或氢碘酸(HI)。

76.如权利要求74至75中任一项的方法，其中所述固体可被洗涤一次以上以提供其它滤液，以便与所述第一滤液合并来形成最终滤液。

77.如权利要求74至75中任一项的方法，其中用水不混溶溶剂处理所述最终滤液以便形成水不混溶层和萃余液。

78.如权利要求77所述的方法，其中使所述水不混溶层与所述水性层分离并且经受蒸馏。

79.如权利要求77所述的方法，其中所述水不混溶溶剂选自由以下组成的组：甲基异戊基酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮、苯乙酮、环己酮、异佛尔酮、新戊醇、异戊醇、正己醇、正庚醇、2-乙基己醇、正辛醇、1-壬醇、1-十一烷醇、苯酚、4-甲氧基苯酚、愈创木酚、2-仲丁基苯酚、壬基苯酚、二氯甲烷、甲基异丁基甲醇、苯甲醚、乙二醇二正丁基醚、蓖麻油、间甲酚、对甲酚、邻甲酚、甲酚混合物、碳酸二乙酯、水杨酸甲酯、2,4-二甲基苯酚和其混合物。

80.如权利要求79所述的方法，其中所述甲酚混合物选自60/40间甲酚/对甲酚和75/25间甲酚/对甲酚。

81.如权利要求78或79中任一项所述的方法，其中在真空下执行所述蒸馏以便得到乙酰丙酸产物。

82.如权利要求77所述的方法，其进一步包括以下步骤∶

a)将所述萃余液和任选地无机酸与水合并，以便形成包括5％至80％无机酸的混合物；

b)加热所述混合物至80℃至110℃；

c)在0.1小时至40小时的时期内将果糖和葡萄糖的水性混合物的第二水溶液添加至所述混合物。

83.如权利要求82所述的方法，其中重复如权利要求76至78、81和82中任一项一次或多次。

84.如权利要求74所述的方法，其进一步包括以下步骤：在通过过滤或离心的固体除去之前，将助滤剂添加至所述反应混合物。

85.如权利要求74至75中任一项的方法，其中通过0.1微米过滤器至30微米过滤器来过滤包括乙酰丙酸的所述混合物。

86.如权利要求74至75中任一项的方法，其中使包括乙酰丙酸的所述混合物经受多个方法条件，其中可使所述水、无机酸、玉米浆和添加时间变化，以使得所述水、无机酸、所述水不混溶溶剂和任选地乙酰丙酸再循环。

87.如权利要求74至75中任一项所述的方法，其在批量反应器中进行。

88.如权利要求74至75中任一项所述的方法，其在一个或多个CSTR中进行。

89.一种用以处理来连续制备乙酰丙酸的工业方法，所述方法包括如权利要求1至88中任一项的反应、固体过滤、萃取、蒸馏和再循环的整合步骤。

90.一种连续制备乙酰丙酸的方法，所述方法包括以下步骤∶

a)加热无机酸的水溶液至60℃至110℃；

b)将糖在一段时期内连续添加至所述加热的无机酸水溶液，以便在反应器中形成反应混合物，从而形成包括乙酰丙酸和固体的混合物；

c)任选地在冷却后从所述混合物过滤器所述固体；

d)将水不混溶液体添加至所述混合物以便所述混合物形成第一层和第二层，其中大于90％的所述无机酸处于所述第一层中且大于90％的所述水不混溶液体处于所述第二层中；

e)从所述第二层回收乙酰丙酸和任选地甲酸；并且

f)使所述第一层再循环回所述反应器；

其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的20％至80％；并且，

其中所述糖是在0.1小时至40小时的时期内连续添加。

91.权利要求90所述的方法，其中所述糖选自高果糖玉米浆、蔗糖、果糖的水性混合物、羧甲基糠醛的水性混合物、葡萄糖的水性混合物、麦芽糖的水性混合物及其混合物。

92.权利要求90所述的方法，其中所述糖为至少两种不同糖的混合物。

93.权利要求92所述的方法，其中所述至少两种不同糖的混合物选自果糖和葡糖糖的水性混合物、果糖和羟甲基糠醛的水溶液。

94.权利要求90所述的方法，其中所述糖为多糖的水性混合物。

95.权利要求94所述的方法，其中所述多糖的水性混合物是菊粉的水性混合物。

96.如权利要求90所述的方法，其进一步包括将所述第一层历经一段时间从120℃加热至180℃。

97.如权利要求96所述的方法，其进一步包括将所述第一层冷却至低于100℃。

98.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述无机酸选自由以下组成的组：硫酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸和其组合。

99.如权利要求98所述的方法，其中所述无机酸是硫酸。

100.如权利要求90所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的20％至50％。

101.如权利要求99所述的方法，其中所述无机酸的重量百分数为所述反应混合物的40％至80％。

102.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中将所述第一层加热足以使大于90％的任何葡萄糖转化成乙酰丙酸的一段时间。

103.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述水不混溶液体选自由以下组成的组：甲基异戊基酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮、苯乙酮、环己酮、异佛尔酮、新戊醇、异戊醇、正己醇、正庚醇、2-乙基己醇、正辛醇、1-壬醇、1-十一烷醇、苯酚、4-甲氧基苯酚、愈创木酚、2-仲丁基苯酚、壬基苯酚、二氯甲烷、甲基异丁基甲醇、苯甲醚、乙二醇二正丁基醚、蓖麻油、间甲酚、对甲酚、邻甲酚、甲酚混合物、碳酸二乙酯、水杨酸甲酯、2,4-二甲基苯酚和其混合物。

104.如权利要求103所述的方法，其中所述甲酚混合物选自60/40间甲酚/对甲酚和75/25间甲酚/对甲酚。

105.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中将所述糖在0.1小时至40小时的时期内添加。

106.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中将所述混合物在25℃至110℃的温度范围下加热0.1小时至20小时的另一段时间。

107.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于65％的摩尔产率来产生。

108.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于75％的摩尔产率来产生。

109.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于80％的摩尔产率来产生。

110.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于85％的摩尔产率来产生。

111.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述混合物包含果糖并且所述乙酰丙酸是以大于90％的摩尔产率来产生。

112.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于45％的摩尔产率来产生。

113.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于50％的摩尔产率来产生。

114.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于55％的摩尔产率来产生。

115.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于60％的摩尔产率来产生。

116.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述水性混合物包含葡萄糖并且所述乙酰丙酸是以大于65％的摩尔产率来产生。

117.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中乙酰丙酸的质量与固体的质量的比率大于1:1。

118.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中产生相对于所述混合物的整体重量的小于5重量百分数的干炭。

119.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所形成的所述固体不粘附于玻璃、Teflon或金属表面。

120.如权利要求119所述的方法，其中所述金属表面是哈氏合金金属表面、合金20金属表面、合金2205金属表面、AL6XN金属表面或锆金属表面。

121.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述反应器是批量反应器。

122.如权利要求90至97中任一项所述的方法，其中所述反应器是CSTR。