[发明专利]一种绿色合成碳酸丙烯酯的方法

说明书

本发明提供了一种绿色合成碳酸丙烯酯的方法，采用季铵盐‑聚乙二醇（PEG）低共熔剂为催化剂和反应介质，CO₂与环氧丙烷通过环加成反应制备碳酸丙烯酯。本发明工艺过程操作简单，反应条件温和，反应结束后催化剂与产物容易分离，催化剂可以循环使用且在不添加ZnBr₂等助剂的情况下就可以达到很高的催化活性。本文所制备的季铵盐‑聚乙二醇低共熔剂具有合成方法简单、对环境友好和成本低廉等优势。

技术领域

本发明涉及一种催化CO₂和环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的方法，属于多相催化领域。

背景技术

碳酸丙烯酯是一种重要的有机化学品，也是一种性能优良的高沸点、高极性的非质子有机溶剂，广泛应用于有机合成、气体分离和电池电解质等领域。碳酸丙烯酯常用作增塑剂，纺丝溶剂、水溶性染料和颜色的分散剂，烯烃和芳烃的萃取剂以及第二代锂电池电解质和粘合剂等。同时，碳酸丙烯酯也是合成碳酸二甲酯的重要原料。

目前，碳酸丙烯酯的合成方法主要包括光气法、酯交换法、氯丙醇法和环氧丙烷与CO₂合成法等。由于环氧丙烷与CO₂环加成反应制备碳酸丙烯酯的方法具有原子利用率高（100%）、过程简单和对环境友好等优点，逐渐成为生产碳酸丙烯酯的主要方法。生产过程中以CO₂为原料，可以有效利用工业中产生的CO₂废气，是一条绿色的合成路线。

以低共熔剂作催化剂合成碳酸丙烯酯是一种高效、经济的方法。专利CN106967041 A介绍了一种以脯氨酸-丙二酸低共熔剂作催化剂、ZnBr₂为助剂合成碳酸丙烯酯的方法，得到了较高的碳酸丙烯酯产率。但是上述反应过程中需要加入ZnBr₂作为助剂以提高催化活性，而Br元素是一种卤族元素，ZnBr₂是一种有毒性的物质，在反应体系中加入ZnBr₂可能会对人体带来不利的影响，同时也会环境产生负面影响。

发明内容

本发明针对已有专利的不足，提供了一种绿色、安全、高效的合成碳酸丙烯酯的方法，以达到高效和绿色合成碳酸丙烯酯的目的。本发明通过改变低共熔剂组成，以氯化胆碱-聚乙二醇₂₀₀低共熔剂体系制备碳酸丙烯酯，在不添加ZnBr₂等助剂的条件下就可以达到理想的产率。氯化胆碱和聚乙二醇₂₀₀本身都是无毒性的物质，对人体和环境没有危害，更加安全。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种低共熔剂合成碳酸丙烯酯的方法，包括以下步骤：

1）季铵盐-聚乙二醇低共熔剂的制备：

将季铵盐与不同分子量的聚乙二醇按摩尔比1:2混合，在室温的条件下搅拌均匀，然后加热至80℃，反应1小时后再冷却至室温，得到的无色透明液体即为季铵盐-聚乙二醇低共熔剂，

其中，所述季铵盐为氯化胆碱或四丁基氯化铵中的任意一种，

所述聚乙二醇为PEG₂₀₀ 、PEG₄₀₀、 PEG₆₀₀、 PEG₁₀₀₀、乙二醇（EG）中的任意一种；

2）环加成反应：

在高压反应釜中加入所述季铵盐-聚乙二醇低共熔剂作为催化剂和反应介质，再加入环氧丙烷，搅拌，搅拌同时通入CO₂，在 100～160℃进行反应，反应时间1～6h后得到碳酸丙烯酯，反应产物组分由气相色谱检测证明，

其中，参加反应的所述季铵盐-聚乙二醇低共熔剂、环氧丙烷的摩尔比为1.5:71，反应过程中CO₂压力为0.4Mpa~1.5Mpa。

然后，也可进行下一步骤，即，