[发明专利]一种非均相催化剂及应用其制备环碳酸酯的方法

说明书

本发明提供一种非均相催化剂及应用其制备环碳酸酯的方法，所述非均相催化剂由主催化剂和助催化剂组成，主催化剂以规整方式填充于反应器中。所述主催化剂为含有季铵盐基团的交联高分子聚合物，催化剂中的活性位点为季铵盐基团，其通过化学键合到交联高分子聚合物，具有数量可调的特点；所述助催化剂的分子式为M_xL_y，为卤代金属盐。所述应用非均相催化剂，使CO₂与环氧烷烃反应制备环碳酸酯的方法，其产物分离方便、环碳酸酯收率高、催化剂可循环利用。

技术领域

本发明属于有机化合物制备领域，具体地说是一种环碳酸酯的制备方法。

发明背景

作为碳的最终氧化态，CO₂具有一定的化学惰性，其性质稳定、无毒、不可燃，是地球上分布最广、储量最丰富的碳源之一，同时CO₂也是地球上主要的温室气体。自然界中对CO₂的利用主要是植物的光合作用，但是其固定CO₂的能力远远小于人类活动的排放能力，所以CO₂的化学利用和转化逐渐受到人们的重视和研究。

环碳酸酯及其衍生聚合物是目前为数不多的取得工业化应用的固定CO₂的方式之一。环碳酸酯一方面具有高沸点、大极性的特点，能够作为很多反应的溶剂或者萃取溶剂使用；另外一方面，环碳酸酯可以开环聚合，是制备聚碳酸酯等高分子材料的主要单体，在工程塑料和医用高分子行业具有广泛应用。

根据文献和专利调研，合成环碳酸的方法包括以乙二醇和光气为原料；以烯烃和CO₂为原料；以二醇和碳酸二乙酯为原料；以环氧烷烃和CO₂为原料等。通过环氧烷烃和CO₂的环加成反应，具有原料低廉、原子利用率高、副产物少等优点，是最具工业化前景的一种方法。

专利CN 102603702 A报道了一种环碳酸酯的制备方法。以季铵盐为催化剂，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等为溶剂，在反应温度为80～120℃、反应时间为1～4h、反应压力为0.5～1MPa的条件下，由环氧树脂和CO₂通过环加成反应，合成多元端环碳酸酯收率接近100％。

专利CN 104016906 A报道了一种环碳酸酯的制备方法，使用salen结构的有机配体与二价Co盐合成有机过渡金属配合物作为主催化剂，季铵盐为助催化剂。在反应温度为20～120℃、反应压力为2.5～4MPa、反应时间为2～24h的条件下,由环氧丙烷和CO₂的环加成反应合成环碳酸酯。

专利CN 103641811 B报道了一种环碳酸酯的制备方法，以桥联四芳氧基稀土金属化合物为催化剂，季铵盐为助催化剂。在反应温度为30～85℃、反应时间为1～24h、CO₂压力为0.1～3MPa的条件下，由环氧烷和CO₂通过环加成反应，以较高的收率合成环碳酸酯。

专利CN 104549511A报道了一种触媒系统的制备方法，触媒由有机磷配位基、卤基、醋酸基等与过渡金属构成的配位化合物。考察了这种触媒对环氧烷烃和CO₂环加成反应的催化性能。在反应温度为50～90℃、反应时间为1～20h、CO₂压力为0.1～2MPa的条件下，由环氧烷和CO₂通过环加成反应，具有良好的环碳酸酯收率。

Kihara N等(J.Org.Chem.,1993,58,6198-6202)报道了一种环碳酸酯的制备方法，碱金属卤化物催化剂，N-甲基吡咯烷酮为溶剂，在反应温度为100℃、反应时间为2.5h、CO₂压力为0.1MPa的条件下，由CO₂与环氧烷烃通过环加成反应制备环碳酸酯，收率在80％左右。Kasuga K等(inorganic chimica acta,1997,257,277-278)报道了KI/冠醚催化体系，同样对CO₂与环氧烷烃的环加成反应具有不错的催化活性。