[发明专利]一种限域多位点离子液体催化剂用于合成环状碳酸酯

说明书

本发明提供了一种用于合成环状碳酸酯的催化剂、制备方法以及环状碳酸酯的制备方法，所述催化剂为限域式Ⅰ所示化合物的非均相催化剂；本发明提供的用于合成环状碳酸酯的催化剂，是一种限域了多位点离子液体的非均相催化剂；催化剂中的活性基团R基(R₁、R₂、R₃)与卤素原子，能够产生协同催化作用，使得在不需要加入其他助剂和催化剂的条件下，在较温和的反应条件下，即可以实现环状碳酸酯的高选择性的生成，同时催化剂经简单过滤分离即可再次用于催化环状碳酸酯的合成。相较于等量的体相离子液体，该发明中的非均相催化剂表现出了更高的催化活性，具有巨大的工业化潜力。

技术领域

本发明属于催化剂领域，涉及一种用于合成环状碳酸酯的催化剂、制备方法及环状碳酸酯的制备方法，尤其涉及一种限域多活性位点离子液体催化剂的制备及环状碳酸酯的制备。

背景技术

新世纪以来，人类生产活动的加剧导致了对化石能源的需求大幅提升。在造成能源紧缺的同时，诸如气候变暖、海平面上升等环境问题也日益严重。在化石燃料使用过程中，大量CO₂排放是导致气候变暖的罪魁祸首。

CO₂是碳氧双键构成的直线型分子，碳原子呈最高价态，具有热力学和动力学稳定性。环状碳酸酯是非常重要的化工产品，其优异的理化性质如高沸点、高极性及良好的生物降解性和溶解性，使得其广泛的应用于印染、纺织和电化学方面。此外，环状碳酸酯还可用于药物合成及生产精细化工中间体等方面。

现阶段已报道或应用的环状碳酸酯合成路线，主要包括传统的光气法、酯交换法及CO₂转化合成法。通过将CO₂转化合成环状碳酸酯的环加成反应是原子利用率高的绿色化学反应，产物环状碳酸酯具备高附加值，是目前CO₂资源化利用最有前景的途径之一。

目前，针对CO₂与环氧化物的环加成反应已开发的催化剂包括均相催化剂如金属配合物、金属卤化物、有机碱和离子液体(IL)等，非均相催化剂如金属氧化物、聚离子液体、负载离子液体、有机金属框架(MOF)及碳材料等。这些催化体系或多或少存在诸如催化活性不高、反应条件苛刻、使用毒性很强的有机溶剂、催化剂成本高等问题。

CN101108843A公开了一种含水体系环状碳酸酯的合成方法，以环氧化合物和二氧化碳为原料，使用双齿离子液体以及碱金属盐(可不加)作催化剂，在0.1-10.0MPa，313.15-483.15K的条件下，反应0-6小时合成环状碳酸酯。与传统方法相比，该合成方法具有对环境友好，反应条件温和，催化剂热稳定，低成本，易合成，高选择性，能够重复使用而且保持高活性等优点，具有很强的工业应用前景。但此方法中使用的双齿离子液体催化剂，带有甲基的咪唑环催化效率较低，并且还需要添加助催化剂，催化体系较为复杂。

CN108484568A公开了一种以离子液体催化制备单硫代碳酸丙烯酯的方法，该方法以氧硫化碳与环氧丙烷为原料，以离子液体为催化剂，在高压反应釜中反应得到单硫代碳酸丙烯酯。此方法使用的离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑溴硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑氟硼酸盐、正丁基吡啶氟硼酸盐，该方法反应条件苛刻。

CN107954971A公开了一种化学固定二氧化碳制备碳酸丙烯酯的方法，该方法是以环氧丙烷和二氧化碳为原料，加入催化剂和助催化剂，在有机反应介质中进行反应，合成碳酸丙烯酯。该方法以无机路易斯酸催化剂，催化剂表面具有羟基基团和路易斯酸性位点活性中心，以碘化钾、四丁基溴化铵或四苯基溴化膦为助催化剂，催化环氧丙烷制备碳酸丙烯酯，但此方法反应条件苛刻，成本较高。

因此，开发一种新型催化剂，使得其具有多活性位点，并将其限域在分子筛内，在不需要加入其他助剂和催化剂的条件下，高效高选择性地催化环加成反应合成环状碳酸酯，同时可以很容易的通过过滤分离进行循环使用，对于其大规模应用具有重要意义。

发明内容