[发明专利]一种二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳与环氧化合物反应合成环状碳酸酯的方法。 

背景技术

二氧化碳是主要的温室气体，但同时CO₂又是丰富而廉价的碳氧资源，有关二氧化碳的资源化利用研究正得到越来越多的关注。环状碳酸酯是一种具有广泛用途的化学品，同时也是一种高沸点高极性有机溶剂，可应用于有机合成的中间体、电池电解液、金属萃取剂等诸多领域。CO₂与环氧化合物的环化反应合成环状碳酸酯具有100％的原子经济性，是典型的原子经济反应，符合绿色化学的发展方向。公开的文献已报道了多种催化剂体系，(T.Sakakura，K.Kohno，Chem.Commun.，2009，1312-1330)，包括离子液体，固体氧化物，金属配合物，有机无机杂化催化剂等，其中离子液体催化体系研究较多。 

中国科学院兰州化学物理研究所申请的中国专利CN1211379C首次使用离子液体作为催化剂，催化二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯，以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体为催化剂及四丁基溴化胺为助催化剂，110℃反应6h，碳酸丙烯酯收率91.2％。均相离子液体用量较大，基于环氧化合物用量的1mol％以上，需要助催化剂，催化剂与产物的分离困难。 

专利CN102010397A公开了一种双功能离子液体催化剂用于制备环状碳酸酯的方法，以1，3-二异丙酸咪唑溴为催化剂，反应温度120℃，CO₂压力2MPa，反应1h，碳酸丙烯酯收率88.0％。但是存在离子液体用量较大，均相催化剂不易分离，羧基功能化离子液体成本昂贵等问题。 

专利CN101318949A公开了一种固载离子液体催化剂催化合成环状碳酸酯的方法，采用价格较贵的MCM-41负载的乙醇基咪唑溴催化剂时，115℃反应4h，碳酸丙烯酯的收率92％。负载的其它未功能化离子液体，收率均在64％以下，活性较低。 

现已报道的催化体系不同程度存在一些问题，如催化剂成本高、活性不高、催化剂不易分离、易流失等问题。相比较而言，在接枝不同的离子液体时，季铵盐成本相对较低。但是季铵盐催化剂对于CO₂与环氧化合物的反应活性普遍较 差，且反应过程中多为均相催化剂，与产物的分离困难，增加了生产成本。He等报道了壳聚糖负载的单季铵盐多相催化剂，但是TOF低于6h^-1(Y.Zhao，J.S.Tian，X.H.Qi，Z.N.Han，Y.Y.Zhuang，L.N.He，J.Mol.Catal.A：Chem.2007，271：284-289)。并且鉴于离子液体价格较贵，有必要减少体系中离子液体催化剂的用量。因此，有必要发展价格较低廉、活性高、稳定性好的多相催化体系。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的方法。 

一般的说来，接枝离子液体材料的阴离子会在很大程度上影响材料的性质，包括用作催化材料时的催化性质。接枝季铵离子液体时，硅烷偶联剂中卤素基团(一般为氯)与叔胺基团反应制备接枝离子液体，阴离子与硅烷偶联剂中卤素一致，阴离子调变性较差，这就减少了我们筛选更合适催化剂的可能性。我们通过接枝到硅胶载体的硅烷偶联剂与含叔胺基团的离子液体前驱体作用，制备了不同硅胶接枝的双季铵盐催化剂，并应用于催化CO₂与环氧化合物反应合成环状碳酸酯，其中环氧丙烷转化率＞99.0％，产品碳酸丙烯酯收率＞99％，分离后碳酸丙烯酯纯度＞99.0％。该催化剂催化的其它环状碳酸酯收率63-99％。本路线的特点在于发展了一种阴离子可调变的接枝季铵盐离子液体材料，并且可以有效催化二氧化碳与环氧化合物反应合成环状碳酸酯，对于工业生产环状碳酸酯具有重要意义。 

一种二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的方法，其特征在于采用二氧化碳和环氧化合物为原料，硅胶接枝的双季铵化离子液体为催化剂，合成环状碳酸酯；硅胶接枝的双季铵化离子液体催化剂，其结构如下所示：