一種功能化胍鹽離子液體製備環狀碳酸酯的方法

2023-05-27 01:03:11 1

專利名稱：一種功能化胍鹽離子液體製備環狀碳酸酯的方法
技術領域：
本發明涉及綠色、清潔催化和能源利用技術領域，具體指一種在功能化胍鹽離子液體為單一組分催化劑條件下，以環氧化合物和二氧化碳為原料通過環加成製備環狀碳酸酯的方法。
背景技術：
隨著傳統碳資源(如:石油、天然氣和煤氣等)的逐漸消耗，「碳源危機」日益加劇Renew.Sust.Energ.Rev.2010, 14: 3132-3139，作為地球上主要的溫室氣體之一的二氧化碳具有無毒、廉價和儲量豐富等特點，所以CO2這一 Cl資源的利用成為近年來國際競相研究的熱點課題之一。雖然CO2可轉化為碳、醇、合成氣、低碳烯烴、醛、酸、醚和酯等多種有工業價值的化合物，但可工業化的途徑不多。其中，通過CO2與環氧化物環加成合成環狀碳酸酯的反應因其原料價格低廉、原子利用率高、符合「綠色化學」的發展而成為少數可工業化利用CO2的途徑之一Green Chem., 2005, 7: 518-523。環狀碳酸酯是一類十分重要的化學產品，具有良好的生物降解性、溶解性及其它物理性質，是很好的清潔型極性溶劑，還可用於酚醛樹脂生產、聚碳酸酯合成、熱硬化性樹脂合成、熱記錄材料合成，以及作為高能密度鋰電池和電容的電解液、金屬萃取劑、化妝品添加劑和化工中間體等GreenChem., 2010，12: 1514-1539。近十年來，離子液體催化劑因其製備簡單、成本低廉、結構性質可調且具有較高的催化活性和選擇性等優點而在環加成反應中顯示了特殊的優越性Appl.Catal.A:Gen., 2009, 366: 2-12。其中使用較多的為咪唑鹽離子液體Appl Catal B: Environ.,2012，621: 111-112、吡啶鹽離子液體Chem.Eng., 2008, 25: 471-473、季銨鹽離子液體Appl.Catal.A: Gen., 2005, 287: 221-226和季憐鹽離子液體Tetrahedron.Lett., 2009，50: 423-426。這些傳統的離子液 體雖然對環加成反應具有一定的催化活性，但均存在以下不足之處:對水和空氣敏感、穩定性不高、反應條件苛刻、自身活性不高或在超臨界條件下或金屬鹽(如滷化鋅)的存在下才具有較好的催化活性等。但是，當引入特定官能團後，所得到的功能化離子液體在較溫和的反應條件下自身即具有較好的催化性能。Sun等報導了含輕基官能團的咪唑鹽離子液體Tetrahedron.Lett.2008, 49:3588-3591在溫和的條件下相比不含羥基基團的離子液體顯示了更高的催化活性。隨後，Sun等又合成了羧基功能化的咪唑鹽離子液體，相比羥基離子液體，前者對CO2與環氧化物的環加成反應顯示了更高的催化活性Chem.Sus.Chem.2011, 4: 502-507。這些結果表明羥基或羧基對環加成反應具有重要的作用:氫原子與環氧化物上的氧原子作用產生氫鍵而使環氧化物空間位阻較小一端的C-O鍵極化，同時滷素陰離子親核進攻該端碳原子而使環氧化物開環活化Appl.Catal.A: Gen., 2009, 366: 2-12。有機胍鹽離子液體是離子液體家族中的新成員，由於胍鹽離子液體結構中電荷分散程度較高，因此具有較高的熱力學穩定性和化學穩定性以及較高的催化活性等特點。但相比於咪唑類離子液體，胍鹽離子液體作為催化劑用於二氧化碳與環氧化合物環加成反應的相關報導卻甚少Synlett.2007，19: 3058-3062，而且未見有功能化胍鹽離子液體用於環加成反應的報導出現。因此，開發在無溶劑及助催化劑存在，並且溫和反應條件下自身即具有較高催化活性的功能化胍鹽離子液體對於高效環狀碳酸酯環催化劑的設計開發具有重要意義。

發明內容
本發明的目的在於提供一種功能化胍鹽離子液體催化劑，以實現在溫和的反應條件以及不添加任何溶劑和助催化劑條件下，高效、高選擇性地將環氧化合物和二氧化碳通過環加成反應轉換成環狀碳酸酯。本發明的反應通式為:
權利要求
1.一種功能化胍鹽離子液體製備環狀碳酸酯的方法，其特徵在於使用功能化胍鹽離子液體作為催化劑，在催化劑用量為環氧化合物摩爾量的0.Γ2%，反應壓力為0.Γ10.0MPa,反應溫度為25 °(Tl80 0C,反應時間為0.5^24小時條件下催化二氧化碳與環氧化合物環加成合成相應的環狀碳酸酯。
2.根據權利要求1所述的一種功能化胍鹽離子液體製備環狀碳酸酯的方法，其特徵在於所述功能化胍鹽離子液體具有如下結構通式:
3.根據權利要求2所述的一種功能化胍鹽離子液體製備環狀碳酸酯的方法，其特徵在於H R3和R4優選烷基和芳香基團。
4.根據權利要求2所述的一種功能化胍鹽離子液體製備環狀碳酸酯的方法，其特徵在於Χ_為滷素離子，其中優選Cl_、Br_和1_。
5.根據權利要求1所述的一種功能化胍鹽離子液體製備環狀碳酸酯的方法，其特徵在於原料環氧化合物的結構為:
6.根據權利要求5所述的一種功能化胍鹽離子液體製備環狀碳酸酯的方法，其特徵是當 R1=H 時，R2 為 H、CH3> CH2CUC2H5, C4H9, C6H5, C4H9O, C7H7O 中的一種。
7.根據權利要求5所述的一種功能化胍鹽離子液體製備環狀碳酸酯的方法，其特徵是當R1古H時，環氧化合物的結構為:
全文摘要
本發明涉及一種功能化胍鹽離子液體製備環狀碳酸酯的方法，其特徵在於使用功能化胍鹽離子液體作為催化劑，在催化劑用量為環氧化合物摩爾量的0.1~2%，反應壓力為0.1~10.0MPa，反應溫度為25oC~180oC，反應時間為0.5~24小時條件下催化二氧化碳與環氧化合物環加成合成相應的環狀碳酸酯。該製備方法反應條件溫和，所用催化劑為單組分催化劑，具有成本低、活性和選擇性高、穩定性好及不需添加溶劑等優點。
文檔編號C07D317/36GK103204840SQ201310138778
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月22日 優先權日2013年4月22日
發明者代威力, 羅勝聯, 金碧, 羅旭彪, 塗新滿 申請人:南昌航空大學