CN103626726A - 一种制备5-羟甲基糠酸和2，5-呋喃二甲酸的方法 - Google Patents
一种制备5-羟甲基糠酸和2，5-呋喃二甲酸的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种将5-羟甲基糠醛催化选择氧化制备5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸的方法，采用贵金属负载酸性载体制备的催化剂，在温和的条件下（温度25~100°C，氧气压力0.1~3.0MPa），通过对温度、压力和反应时间的调控，实现快速高效催化氧化5-羟甲基糠醛制备5-羟甲基糠酸或2,5-呋喃二甲酸。5-羟甲基糠醛转化率达到100%，氧化产物5-羟甲基糠酸或2,5-呋喃二甲酸选择性分别达到98%和99%。该方法高效、环保，产物具有较大的应用价值与前景。
Description
技术领域
本发明涉及化学化工领域，具体涉及一种5-羟甲基糠醛催化氧化制备5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸的方法及其应用。
背景技术
迄今为止，化学品平台化合物主要从石油资源中获得，而随着石油等不可再生资源的大量消耗，原油价格的不断上升，以石油为原料的化工工业成本将不断提高，给化工工业带来了沉重的负担。随着可持续发展概念的深入人心，生物质作为一种价格低廉，储量丰富，可不断再生的可持续资源，越来越受到科学家的关注。因此，发掘可再生生物资源制备平台化合物，是解决目前石化资源匮乏和能源危机的重要途径。
木质素，纤维素和半纤维素是可再生生物资源的主要组成成分，其在酸性条件下能够水解成六碳糖（葡萄糖和果糖），六碳糖进一步脱水生成5-羟甲基糠醛。5-羟甲基糠醛具有良好的反应性能，通过它能够制备5-羟甲基糠酸、2,5-呋喃二甲醛、2,5-呋喃二甲酸、乙酰丙酸等高附加值化合物。近来，由于开发出生物质来源的果糖和葡萄糖等原料加氢裂解制备5-羟甲基糠醛技术（WO2009154566，US20120016141，CN201110080223.X,CN201010172717.6），使得5-羟甲基糠醛可以从非石油化工原料获取，其来源扩大，可用于工业生产初始原料。
2,5-呋喃二甲酸是一种极具应用潜力的生物质来源化合物，被美国能源部列入十二种重要生物基平台化学品之一。其结构与对苯二甲酸相似，被认为可以取代对苯二甲酸用来制造聚酯类塑料的重要原料，制造新一代的类聚对苯二甲酸二酯（PET）的生物可降解塑料；其结构具有五环双官能团特征，与对苯二甲酸六元环结构相比，具有分子排列不对称型，因此还能够用于合成光学/阻气特殊功能高分子材料；2,5呋喃二甲酸还可以作为其他精细化学品，药物以及农药的重要中间体。因此，2,5-呋喃二甲酸的制备被认为是极具代表性的取代石油生产的可持续生物转化过程，具有很大应用前景和潜力。5-羟甲基糠酸不仅可作为高分子材料的单体，用来合成可降解高分子材料，还是一种重要的医药和农药中间体，且被证实是六味地黄丸中重要的组成，具有补肾、改善血瘀以及延缓衰老的功效。因此，开发5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸的新合成方法，是一种合成生物质来源大宗化学品与高附加值化学品的重要手段，具有很大的应用前景和潜力。
目前合成5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸的主要方法有计量氧化法和催化氧化法：
1）、计量氧化法多采用高锰酸钾等作为计量氧化剂，在水溶液中以2,5-呋喃二甲醛为原料，利用计量高锰酸钾进行催化氧化合成2,5-呋喃二甲酸，该方法计量消耗强氧化剂，具有成本高、污染严重的缺点（US2007232815）；
2）、催化氧化法一般采用分子氧为氧化剂，使用Au、Ag等贵金属催化剂进行HMF催化氧化制备5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸，是最具竞争力与应用潜力的制备方法。由于产品5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸具有螯合特性，对催化剂的活性组分产生抑制作用，使得催化剂效率与产物选择性难以提高。当采用Ag2O为催化剂，在碱性条件下（Na2CO3），以5-羟甲基糠醛为原料，90°C下反应15小时，5-羟甲基糠酸收率达到75%（Bulletin de la Societe Chimique deFrance，1987，5，855-860）。采用Au/CeO2为催化剂在碱性条件下（NaOH），以5-羟甲基糠醛为原料，，在10bar的空气压力下，反应温度65~130°C，反应时间8小时，得到2,5-呋喃二甲酸收率99%。尽管该方法取得较高收率，但是所采用的载体对金纳米粒子稳定作用不强，反应条件下发生催化失活，限制其大规模制备与应用。（ChemSusChem2009,2,1138–1144）。
本发明通过载体表面酸性中心的种类和数量，配合活性组分氧化作用，开发了由5-羟甲基糠醛选择性制备5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸的催化氧化新方法。利用具有八面沸石结构分子筛为载体，通过调节载体表面酸性中心的种类和数量，增强催化剂组分与载体的作用，提高催化剂效率与稳定性。本发明提供的催化剂具有高效、高选择性，反应条件温和等优点，且催化剂稳定性好，重复性高，具有重要的应用价值与潜力。
发明内容
本发明的目的是，以生物质基平台化合物5-羟甲基糠醛为原料，开发一种高效环保制备5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸的方法。
反应式如下：
按照本发明内容，反应催化剂的活性组分采用Au、Pt、Pd、Ru、Ag等贵金属。为了保证催化剂的选择性，本发明设计的活性组分以单组分或多组分的纳米粒子形式负载在载体上，粒子大小均匀，根据不同制备条件制备1.0nm~20.0nm大小的纳米粒子，其中以<2.0nm的纳米粒子活性最好。另一方面，为了提高催化剂的活性以及降低催化剂的成本，活性组分的负载量控制在0.5%~10%之间，优选活性组分负载量为2.0%。
按照本发明的内容，为了提高催化剂的选择性和可控性，减少副产物的生成，选用了同时具有B酸中心和L酸中心，能够对酸中心的种类和数量进行调变，以及能够与活性组分形成较强相互作用的八面沸石结构的分子筛（X、Y型）作为载体。所述的分子筛载体为NaX、HX、REX、NaY、HY、REY以及USY。
按照本发明内容，为了使催化剂的活性组分在载体上发挥高效选择性，可控地生成所需要的5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸，需要对载体的酸中心进行调变。当载体上L酸中心相对较多时，反应主要产物为5-羟甲基糠酸；当载体上B酸中心相对较多时，反应主要产物为2,5-呋喃二甲酸。
按照本发明的内容，所述八面沸石型分子筛的酸中心种类和数量的调变方法有：
1）酸量的调变方法：将所述八面沸石型分子筛（NaX、HX、REX、NaY、HY、REY以及USY）在铵盐溶液中搅拌1~2小时，搅拌温度保持在40°C~80°C，用去离子水洗涤到溶液PH=8，在高温下煅烧4小时，该步骤重复进行1~3次，根据交换的次数对酸量进行调变；
2）步骤1）中所述煅烧温度为200℃、300°C、400℃、500°C中一个，优选200°C和300°C中一个。步骤1）中所述铵盐为NH4NO3、NH4Cl、(NH4）2CO3、(NH4）2SO4、(NH4）2HPO4中至少一种，优选NH4NO3和NH4Cl中至少一种；
3）B酸中心和L酸中心的调变方法：将八面沸石型分子筛（NaX、HX、REX、NaY、HY、REY以及USY）以及在步骤1）中交换后的八面沸石型分子筛（NaX、HX、REX、NaY、HY、REY以及USY）在N2气氛下，采用不同温度焙烧，通过对焙烧温度和焙烧时间的控制，能够调节分子筛上B酸中心和L酸中心的相对含量；
4）步骤3）中所述焙烧温度为100°C、200℃、300℃、400℃、500°C中至少一个，优选400°C。步骤3）中所述焙烧时间为1~9小时，优选1小时、3小时和5小时。
按照本发明的内容，制备催化剂的方法包括以下步骤：
I）按一定配比将一种或多种不同配比的金属盐配成水溶液，控制水浴温度60°C；所述金属盐选自HAuCl4、HPtCl4、HPdCl4中的至少一种或多种；
II）将分子筛载体加入到金属盐溶液中混合搅拌，控制温度保持在60°C；所述分子筛载体为八面沸石型分子筛（NaY、HY、REY和USY）中的一种，或对酸中心进行调变后的八面沸石型分子筛（NaY、HY、REY和USY）中的一种；
III）在溶液中加入还原剂，使金属盐被还原成零价态的纳米金属粒子并负载在载体上；所述还原剂为柠檬酸三钠、抗坏血酸、硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼和酒石酸钠中的一种或多种；
IV）将制备的催化剂前驱体用去离子水进行多次洗涤，直到洗涤液中PH=7，在氢气氛围下，100°C烘焙5小时。
上述方法所述步骤I）和II）中，所述分子筛载体为八面沸石型分子筛（NaY、HY、REY和USY）中的一种，或对酸中心进行调变后的八面沸石型分子筛（NaY、HY、REY和USY）中的一种，优选HY和REY。分子筛载体与活性组分的质量比为10~200，即负载量为0.5%~10%，优选2%。
按照本发明的内容，制备5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸的方法包括如下步骤：
1）将5-羟甲基糠醛、去离子水与碱溶液混合均匀后加入到10毫升聚四氟乙烯反应器中；所述碱选自LiOH、KOH、NaOH、Ca（OH）2、CH3ONa、CH3OK中的至少一种。
2）取制备好的催化剂加入到混合液中，将聚四氟反应器装入高压反应釜中，密封并调好压力和温度后进行反应，反应过程中需要使用磁力搅拌器进行搅拌。
该方法的该方法的步骤1）中，所述碱为无机强碱或有机强碱，具体选自LiOH、KOH、NaOH、Ca（OH）2、CH3ONa、CH3OK中的至少一种，优选NaOH和KOH中至少一种。碱的用量为所述5-羟甲基糠醛摩尔质量的1~20倍，最优选4倍。该方法步骤2）中，所述反应加压气体为氧气和空气，优选氧气；所述反应压力为0.3~3.0Mpa，最优选0.3Mpa。所述反应温度为20°C~80°C，最优选60°C。所述反应时间1~9小时，最优选6小时。所述反应过程始终保持恒温恒压条件，反应产物离心后去上层清液，使用HPLC分析产物。
本发明提供了一种将5-羟甲基糠醛进行催化氧化，可控生成5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸的方法。相对之前的技术和工艺，该方法开发的催化剂能够根据需要获得两种产品，且反应条件温和，反应效率与产品选择性高，催化剂制备、改性操作简单，性能稳定、可重复使用，符合绿色化学的宗旨和产品多元化的要求。
具体实施方式
下列实施例将有助于理解本发明，但本发明内容并不局限于此。所述方法如无特别说明，均为常规方法。测定5-羟甲基糠醛（HMF）的转化率、产物5-羟甲基糠醛和2,5-呋喃二甲酸收率时所用方法均为HPLC内标法。为更清楚对后续实施例进行说明，下面给出各实施例中所用化合物具体符号缩写，具体如下：HMF代表5-羟甲基糠醛，HMFA代表5-羟甲基糠酸，FDA代表2,5-呋喃二甲酸。
实施例1：
取1.73克HAuCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克HY搅拌，加入柠檬酸钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂Au/HY。
取0.317克HMF、2.8克KOH（20%）和3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克Au/HY（Au2wt%）为催化剂，程序升温至60°C后，充入0.3MPa氧气，反应6小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，FDA收率为98%，反应结果见表一。
实施例2：
取1.73克HAuCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克HX搅拌，加入硼氢化钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂Au/HX。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）和3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克Au/HX（Au4wt%）为催化剂，程序升温至60°C后，充入0.3MPa氧气，反应6小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，HMFA收率为90%，反应结果见表一。
实施例3：
取1克NaY溶解在50克去离子水中，升温到60°C，加入0.1克NH4CL混合搅拌2小时，洗涤离心到溶液PH=7，在200°C下烘干4小时，得到交换后的HxNa1-xY。取1.73克HAuCl4溶液（1wt%）加入到在50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克HxNa1-xY搅拌，加入柠檬酸钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂Au/HxNa1-xY。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克Au/HxNa1-xY（Au2wt%）为催化剂，程序升温至60°C后，充入0.3MPa氧气，反应6小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，HMFA收率为39%，FDA收率为45%，反应结果见表一。
实施例4：
取1克HY在氮气氛围下，400°C高温焙烧5小时，所得HY作为催化剂的载体。取1.73克HAuCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克HY搅拌，加入柠檬酸钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂Au/HY。
取0.317克HMF、2.8克KOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克Au/HY（Au2wt%）为催化剂，程序升温至60°C后，充入0.3MPa氧气，反应6小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，HMFA收率为76%，FDA收率为12%，反应结果见表一。
实施例5：
取1.73克HPtCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入HY搅拌，加入柠檬酸钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂Pt/HY。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.60克Pt/HY（Pt1wt%）为催化剂，程序升温至80°C后，充入0.5MPa氧气，反应8小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，FDA收率为90%，反应结果见表一。
实施例6：
取1.73克HPtCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克REY搅拌，加入柠檬酸钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂Pt/REY。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.60克Pt/REY（Pt1wt%）为催化剂，程序升温至80°C后，充入0.5MPa氧气，反应8小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，FDA收率为85%，反应结果见表一。
实施例7：
取1.73克HPtCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克NaY搅拌，加入柠檬酸钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂Pt/NaY。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克Pt/NaY（Pt1wt%）为催化剂，程序升温至80°C后，充入0.5MPa氧气，反应12小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，HMFA收率为92%，反应结果见表一。
实施例8：
取2.36克HPdCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克HY搅拌，加入硼氢化钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂Pd/HY。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克Pd/HY（Pt1wt%）为催化剂，程序升温至80°C后，充入0.3MPa氧气，反应9小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，FDA收率为89%，反应结果见表一。
实施例9：
取2.36克HPdCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克USY搅拌，加入硼氢化钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂Pd/USY。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克Pd/USY（Pd1wt%）为催化剂，程序升温至80°C后，充入0.3MPa氧气，反应9小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，FDA收率为95%，反应结果见表一。
实施例10：
取1克NaY溶解在50克去离子水中，升温到60°C，加入0.1克NH4CL混合搅拌2小时，洗涤离心到溶液PH=7，在200°C下烘干4小时，得到交换后的HxNa1-xY。取2.36克HPdCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克HxNa1-xY搅拌，加入硼氢化钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂Pd/HxNa1-xY。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克Pd/HxNa1-xY（Au2wt%）为催化剂，程序升温至80°C后，充入0.3MPa氧气，反应9小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，HMFA收率为52%，FDA收率为34%，反应结果见表一。
实施例11：
取1.18克克HPdCl4溶液（1wt%）,0.85克HAuCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克HY搅拌，加入硼氢化钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂AuPd/HY。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克AuPd/HY（Pt0.5wt%，Au0.5wt%）为催化剂，程序升温至70°C后，充入0.3MPa氧气，反应6小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，FDA收率为98%，反应结果见表一。
实施例12：
取1.18克HPdCl4溶液（1wt%）,0.85克HPtCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克HY搅拌，加入酒石酸钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂PtPd/HY。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克AuPd/HY（Pt0.5wt%，Pt0.5wt%）为催化剂，程序升温至70°C后，充入0.5MPa氧气，反应6小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，FDA收率为89%，反应结果见表一
实施例13：
取0.85克HAuCl4溶液（1wt%）,0.85克HPtCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克NaX搅拌，加入酒石酸钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂PtAu/NaX。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克PtAu/NaX（Pt0.5wt%，Pt0.5wt%）为催化剂，程序升温至70°C后，充入0.3MPa氧气，反应6小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，FDA收率为93%，反应结果见表一
实施例14：
取0.58克HAuCl4溶液（1wt%）,0.58克HPtCl4溶液（1wt%）,0.79克HPdCl4溶液（1wt%）加入到50克去离子水中，加热到60°C，加入0.3克HY搅拌，加入酒石酸钠溶液还原搅拌2小时，洗涤催化剂到PH=7，在100°C氢气氛围下烘干5小时，最终制得催化剂AuPtPd/HY。
取0.317克HMF、2克NaOH（20%）、3毫升水加入反应釜中，反应容器为内附10毫升聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，取0.30克AuPtPd/HY（Au0.33wt%，Pt 0.33wt%，Pd0.33wt%）为催化剂，程序升温至70°C后，充入0.3MPa氧气，反应6小时，反应过程中不断补充氧气，保证反应在恒温恒压下进行。反应产物离心后去上层清液，使用HPLC进行分析。经检测，原料HMF转化率为100%，FDA收率为96%，反应结果见表一。
表一HMF催化氧化制备HMFA和FDA反应结果
Claims (7)
1.一种制备5-羟甲基糠酸和2，5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于：在温和的条件下，通过对温度、压力和反应时间的调控，采用贵金属负载型催化剂选择性地将5-羟甲基糠醛高效催化氧化合成5-羟甲基糠酸或2,5-呋喃二甲酸；
催化反应压力为0.1~3.0MPa，温度为25~100°C，反应过程中需加入一定量的碱来促进反应的进行，加入的碱的量与反应底物摩尔比为1~20。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：催化剂为负载型催化剂，其活性组分是以Au、Pd、Pt、Ru、Ag为主的单金属或二种以上金属的混合组分或二种以上金属的合金组分，活性组分的总重量负载量为0.5~10%，金属活性组分为1.0nm~20.0nm大小的纳米粒子。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：催化剂的载体为具有八面沸石结构的分子筛，包括X型、Y型分子筛，其组成为Nax(SiO2)y(AlO2)z·mH2O，SiO2:Al2O3摩尔比为2-50，Na2O含量为0.01wt%-20wt%，y/z=1~5。
4.按照权利要求3所述的催化剂，其特征在于：
催化剂的制备包括以下步骤：
I）按所需配比将一种或多种不同配比的金属盐配成水溶液，控制水浴温度30°C~80°C；
所述金属盐选自HAuCl4、HPtCl4、HPdCl4、H Ru Cl4、H Ag Cl4中的至少一种或多种；
II）将分子筛载体加入到金属盐溶液中混合搅拌，控制温度保持在30°C~80°C；所述分子筛载体为八面沸石型分子筛为NaX、HX、REX、NaY、HY、REY或USY中的一种，或对酸中心进行调变后的八面沸石型分子筛NaX、HX、REX、NaY、HY、REY或USY中的一种；
III）在溶液中加入还原剂，使金属盐被还原成零价态的纳米金属粒子并负载在载体上；
所述还原剂为柠檬酸三钠、抗坏血酸、硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼、酒石酸钠和氢气中的一种或多种；
IV）将制备的催化剂前驱体用去离子水进行洗涤，直到洗涤液中PH=7，在氢气氛围下，80°C～150°C烘焙3~8小时。
5.按照权利要求1所述方法，其特征在于：催化反应氧源为氧气、空气或过氧化氢；碱的种类有LiOH、KOH、NaOH、Ca（OH）2、CH3ONa、或CH3OK，所加的碱与底物的摩尔比为1~10。
6.按照权利要求1、2或3所述方法，其特征在于：
为了使催化剂的活性组分在载体上发挥高效选择性，可控地生成所需要的5-羟甲基糠酸和2,5-呋喃二甲酸，需要对载体的酸中心进行调变；当载体上L酸中心相对较多时，反应主要产物为5-羟甲基糠酸；当载体上B酸中心相对较多时，反应主要产物为2,5-呋喃二甲酸；
所述八面沸石型分子筛包括X型、Y型分子筛，为NaX、HX、REX、NaY、HY、REY或USY；
所述八面沸石型分子筛的酸中心种类和数量的调变方法有：
1）酸量的调变方法：将所述八面沸石型分子筛在铵盐溶液中搅拌1~2小时，搅拌温度保持在40°C~80°C，用去离子水洗涤到溶液PH=8，在高温下煅烧4小时，该步骤重复进行1~3次，根据交换的次数对酸量进行调变；煅烧温度为200°C-500°C；
所述铵盐为NH4NO3、NH4Cl、(NH4）2CO3、(NH4）2SO4、(NH4）2HPO4中至少一种，优选NH4NO3和NH4Cl中至少一种；加入的铵盐与八面沸石型分子筛表面酸量的摩尔比为1~10；
2）B酸中心和L酸中心的调变方法：将八面沸石型分子筛或在步骤1）中交换后的八面沸石型分子筛在N2气氛下，采用不同温度焙烧，通过对焙烧温度和焙烧时间的控制，能够调节分子筛上B酸中心和L酸中心的相对含量；所述焙烧温度为100°C-500°C，焙烧时间为1~9小时。
7.按照权利要求1所述方法，其特征在于：该反应为催化氧化反应，反应中碱的用量为所述5-羟甲基糠醛摩尔质量的1~10倍；所述反应压力为0.3Mpa；反应温度为60°C；反应时间1-9小时。
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