[发明专利]一种双齿磷配体配位的金属催化剂及其催化制备3-羟基丙酸酯的方法

说明书

一种双齿磷配体配位的金属催化剂及其催化制备3‑羟基丙酸酯的方法，涉及3‑羟基丙酸酯。将双齿磷配体配位的金属催化剂和助剂中加入有机溶剂反应，得3‑羟基丙酸酯。提供一种双齿磷配体配位的金属催化剂，也提供使用这种催化剂催化环氧乙烷羰基氢酯化制备3‑羟基丙酸酯的方法。使用这种催化剂，环氧乙烷的转化率最高可以达到99％，3‑羟基丙酸甲酯的生成选择性最高达到98％。

技术领域

本发明涉及3-羟基丙酸酯，尤其是涉及一种双齿磷配体配位的金属催化剂及其催化制备 3-羟基丙酸酯的方法。

背景技术

3-羟基丙酸酯是合成1,3-丙二醇的重要原料。1,3-丙二醇在防冻剂、增塑剂、洗涤剂、防腐剂和乳化剂方面有着重要的应用，同时也是多种药物和有机分子的合成中间体以及新型聚酯材料对苯二甲酸丙二醇酯和新型聚氨酯材料的重要单体。1,3-丙二醇是目前研究和开发的热点产品，3-羟基丙酸酯也随之成为重要的研发原料。

3-羟基丙酸酯的主要合成路线是环氧乙烷羰基氢酯化法，即在催化剂的作用下，环氧乙烷、一氧化碳、有机醇或酚反应生成3-羟基丙酸烷基酯或3-羟基丙酸芳基酯，其中涉及到环氧乙烷的开环、一氧化碳的插入以及有机醇(或酚)的偶合酯化，反应复杂，对催化剂的要求高，同时反应条件对3-羟基丙酸酯的动力学转化影响大。如条件控制不好，会造成环氧乙烷的转化率低，并容易生成副产物，3-羟基丙酸酯的选择性也随之降低。1990年，Eastman Kodak公司的Wiliam A.Beavers等人使用三苯基膦配位的贵金属铑催化剂，在14MPa下进行环氧乙烷羰基氢酯化反应，但是环氧乙烷的转化率和3-羟基丙酸甲酯的选择性并不高(美国专利US 4973741)。2001年，美国Shell公司使用Co₂(CO)₈/1,10-邻菲罗啉催化剂，在90℃和7.6MPa下反应18h，环氧乙烷的转化率仅有11％，3-羟基丙酸甲酯的选择性为74％(美国专利US 6191321)。2003年，韩国Samsung Electronic Co Ltd公司使用含氮杂环化合物配位的钴盐催化剂，在75℃和6MPa下获得环氧乙烷的转化率为94％，3-羟基丙酸甲酯的选择性为78％(美国专利US 6521801)。2006年，中科院兰州物化所陈静等人使用羰基钴催化剂，在50～100℃和3～7MPa下获得环氧乙烷的转化率为80～98％，但是3-羟基丙酸甲酯的选择性仅有80％(中国专利CN 101020635A)。最近，王怡宁等人以Co₂(CO)₈/咪唑为催化剂，在 75℃和2MPa下反应5h，环氧乙烷的转化率为87％，3-羟基丙酸甲酯的产率为83％(中国专利CN 107349962和CN107417527)。刘波等人也在专利中陈述，使用离子液体与卤化亚铜或氯化钴等组成的催化剂，在60～75℃和5～6MPa下反应，环氧乙烷转化率为71％～89％，3-羟基丙酸甲酯选择性为83％～86％(中国专利CN 107456995和CN107459451)。

这些结果显示，选用合适的催化剂，并控制相应的反应条件，对环氧乙烷的转化率以及 3-羟基丙酸酯的生成选择性很重要。也可以发现，控制环氧乙烷的高转化率以及3-羟基丙酸酯的高生成选择性仍然是本领域需要解决的问题，而解决该问题的关键在于催化剂。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种双齿磷配体配位的金属催化剂。

本发明的第二目的在于提供一种双齿磷配体配位的金属催化剂的应用。

本发明的第三目的在于提供一种双齿磷配体配位的金属催化剂催化制备3-羟基丙酸酯的方法。

所述双齿磷配体配位的金属催化剂的结构式如下：