[发明专利]一种碳酸二甲酯和碳酸二乙酯酯交换合成碳酸甲乙酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳酸甲乙酯的合成方法，特别涉及一种采用离子液体作为催化剂合成碳酸甲乙酯的方法。

背景技术

随着锂离子电池的迅猛发展，有关电池安全性、使用寿命等要求越来越严格，给电池电解质的技术革新带来了挑战。目前国内合成的电解质溶剂在质量上达不到使用标准，所以电解质溶剂一般要从国外进口，近年来发现碳酸甲乙酯可以作为一种很好的锂离子电池的电解质，碳酸甲乙酯是一种用途广泛的不对称碳酸酯化合物，主要用作溶剂和有机合成的中间体，作为锂离子电池电解质溶剂时，由于其粘度小，介电常数大，对锂盐的溶解性强，能很好地提高电池的能量密度和充放电容量，更能提高电池的安全性能和使用寿命，在一定程度上可以缓解国内对电解质的需求。

目前碳酸甲乙酯的合成方法主要有三种：光气法、氧化羰基法和酯交换法。光气法主要是用光气和无水乙醇反应，由于光气具有剧毒，中间产物具有强腐蚀性，副产品对环境污染严重，因此该方法已经被淘汰。氧化羰基法尚不完善，存在选择性低、催化剂价格昂贵、难以操作控制等缺点。酯交换法合成碳酸甲乙酯到目前为止已经有很多研究者做过很多研究，但是大多工作主要是氯甲酸甲酯和甲醇间、碳酸二甲酯和甲醇间以及碳酸二甲酯和碳酸二乙酯间的酯交换反应，用于此三种酯交换反应的催化剂多以碱性催化剂为主，也各自有优缺点。

碳酸二甲酯和碳酸二乙酯反应制备碳酸甲乙酯是一个可逆反应，反应过程中无污染，反应产物体系中不存在共沸体系，反应的原料和产物都可以作为锂电池非水溶性电解质的溶剂。因此我们选择这种酯交换的方法合成碳酸甲乙酯。但是在该反应体系中，重要的是选择催化剂。

US5962720利用SmL₂、Li、LiOCH₃和CaH₂等作为反应催化剂，但达到反应平衡需要三天。

JP10237026以钛的氧化物为催化剂的活性组分，但是产物碳酸甲乙酯的产率特低。

JP200281630采用镧、锕、钪等稀有金属的氧化物作为催化剂，虽然它们在反应中很稳定，但是在反应过程中对原料的纯度要求很高，以常规的原料反应很难进行。

有文献(Zhen Lu Shen,Xuan Zhen Jiang,et al,Catal.Lett.,91(2003)63-67)报道以MgO、LaO₃、ZnO和CeO₂等作为催化剂，其中MgO的催化效果较好，在常压、温度为103℃下反应，4h碳酸甲乙酯的收率为44.2%。

有文献(Arudra Palani,Narasiman Gokulakrishnan et al,Appl.Catal.A:Gen.,304(2006)152-158)报道以Al-Zn-MCM-41为催化剂，气相反应，初始催化剂的活性很高，但稳定性不足，反复使用后活性急剧下降。

CN1394847采用SnO₂/Al₂O₃、Ga₂O₃/Al₂O₃、MoO₃/Al₂O₃、ZrO₂/Al₂O₃、TiO₂/Al₂O₃和V₂O₃/Al₂O₃等负载型催化剂为催化剂，在常压、50~200℃的条件下反应2~48小时，碳酸甲乙酯的收率低于44%。

综上所述，以上提到的催化剂，在催化碳酸二甲酯和碳酸二乙酯酯交换合成碳酸甲乙酯过程中都存在一定的缺陷。

近些年来离子液体成为众多研究领域中的研究热点，由于它具有独特的优点：（1）蒸汽压低、不挥发、不易燃；（2）较宽的液态温度范围、良好的导电性和较宽的电位窗口；（3）溶解能力强；（4）毒性低，可回收利用；（5）酸碱性可调等。因此在有机合成、催化应用及有机溶剂等领域中得到广泛的研究应用，但是，目前还没有将离子液体用于碳酸二甲酯和碳酸二乙酯酯交换合成碳酸甲乙酯的反应中的相关报道。

发明内容