[发明专利]碱性离子液体催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于甲醇酯交换反应的碱性离子液体催化剂的制备方法，特别涉及一种甲氧基化烷基咪唑离子液体催化剂的制备方法。本发明在催化剂制备过程中，首先合成卤代烷基咪唑离子液体，再用活泼的甲氧基负离子通过置换反应取代卤素阴离子，合成甲氧基化烷基咪唑离子液体。该离子液体催化剂与甲醇原料具有同离子效应与协同作用，在甲醇酯交换反应中，发挥出极强的催化效果。生成的碳酸二甲酯可以与甲醇形成共沸物，在反应过程中蒸馏共沸物，并补加甲醇原料，可打破静态平衡，促进反应向正方向移动，形成新的动态反应平衡，进而实现连续化工业生产。

技术领域

本发明涉及一种用于甲醇酯交换反应的碱性离子液体催化剂的制备方法，特别涉及一种甲氧基化烷基咪唑离子液体催化剂的制备方法。

背景技术

碳酸二甲酯是一种性质优良的绿色溶剂和重要的有机合成中间体，由于其无毒无害，可替代剧毒的光气，氯甲酸甲酯，硫酸二甲酯等甲基化试剂或羟基化试剂使用，因而广泛应用于纺织，印染，皮革，合成纤维，造纸和机械行业等领域，被誉为“21世纪有机合成领域的新基块”。随着科技手段的进步，及高档电子产品的普及，碳酸二甲酯的需求量不断增加，在工业生产方面，碳酸二甲酯可替代剧毒的光气作羟基化试剂，合成聚碳酸酯等工程材料；在生产工艺方面，可合成烯丙基二甘醇碳酸脂这一性能优异的热固性树脂，用于光电材料的开发与应用。因此，碳酸二甲酯具有较高的附加值和发展潜力。

我国早年工业化生产使用光气甲醇法合成碳酸二甲酯，用CO与Cl₂作用生成光气，然后通过光气与甲醇或甲醇钠反应生成碳酸二甲酯，但由于光气剧毒，运输不方便，因而具有一定的局限性。

近年来，我国工业生产探索开发了甲醇酯交换反应，用环状碳酸酯与甲醇酯交换生成碳酸二甲酯。目前，大部分生产车间以甲醇钠作为催化剂，催化效果较好，但采用静态反应，转化率低，采用动态反应，提高转化率，但催化剂使用量大，且易发生副反应，是催化剂失活，并生成钠盐堵塞反应管道，甲醇钠失活及堵塞管道的相关反应如下。

近些年出现了大量关于离子液体用作新催化体系的研究报道，其发展前景受到世界各国的广泛关注，与传统的甲醇钠等催化剂相比，离子液体催化剂表现出较好的催化性能，并有望解决传统催化剂存在的失活与堵塞管道问题。

2006年张智芳等人在第十三届全国催化学术会议中首次提出将负载型离子液体用于催化合成碳酸二甲酯。研究发现新合成的几种溴化季铵盐类离子液体与一些阴离子的酸或盐反应，会较为显著催化二氧化碳和甲醇反应合成碳酸二甲酯。

同年，蔡振钦等人（化工进展,2006(05):546-550.）考察了几种离子液体对合成碳酸二甲酯的作用，大部分无明显催化效果，只有用溴代1-乙基-3-甲基咪唑盐[Emim]Br离子液体催化反应， DMC的质量产率提高了约1％。

2009年Fabris Massimo 等（Chemistry: A European Journal,2009,15(45).）通过阴离子交换合成甲基铵和磷类离子液体用于催化合成碳酸二甲酯反应。通过实验表征，该类离子液体具有较高的催化性能，且可以应用到绿色合成反应中。

2012年吕俊敏等（青岛科技大学学报, 2012,33(06):556-559+563.）首次将[Bmim]OH离子液体用于催化酯交换合成碳酸二丙酯。同时考察了催化剂性能，反应条件，重复性及稳定性等因素，得到在反应温度为130℃，反应时间为3h，用量为n(催化剂):n(DMC)=0.007:0.1,n(n-PrOH):n(DMC)=4:1的最佳反应条件下，MPC和DPC选择性较高，碳酸二丙酯收率约达到11.4%。