[发明专利]一种用于偶联反应制备聚酯的金属基离子液体催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种用于偶联反应制备聚酯的金属基离子液体催化剂及其制备方法与应用，该催化剂利用MOF独特的空腔结构和离子液体高催化活性，通过将咪唑与苯甲酸相结合，制备新型MOF配体，再与硝酸盐反应制备MZF催化剂。该催化剂一方面克服了高活性离子液体难分散的缺点；另一方面对传统MOF配体结构进行了修饰和改性，制备具有独特结构和催化性能的MZF催化剂，以实现离子液体和MOF中金属盐的相互协同催化，进一步提高催化剂的活性。本发明催化剂用于环状碳酸酯与二元羧酸酯偶联反应合成聚酯同时联产出碳酸酯，该催化体系具有可设计性强、热稳定性高、易分散等特点，避免了重金属等危险元素的催化体系，绿色安全，反应过程稳定可控，具有工业应用价值。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及了一种用于偶联反应制备聚酯的金属基离子液体催化剂及其制备方法与应用。

技术背景

聚酯作为一种常见的塑料被应用在许多领域如产品包装、电子电器、医疗卫生、建筑、汽车等领域。其具有较高的热力学稳定性和力学性能，特别是高分子量的聚酯具有与高密度聚乙烯相似的性质，综合性能较好。而且其合成原料成本也较低，具有很好的应用发展前景。

聚酯的常见制备方法有熔融缩聚和酯交换法。但随着全球对二氧化碳排放的限制和深度开发，环状碳酸酯作为二氧化碳的重要产品面临着拓展下游产业链难题，而环状碳酸酯偶联反应制备聚酯的合成路线逐渐成为解决其高值化利用的下游产业技术路线。环状碳酸酯与二元酸酯偶联反应法合成聚酯的同时可以联产碳酸酯，工艺流程短，是一条清洁高效合成路线，其联产生成的碳酸酯是一种低毒、环保性能优异、用途广泛的化工原料，是一种重要的有机合成中间体，同时也是电池电解液的主要成分，具有潜在的应用价值。然而，环状碳酸酯与二元羧酸酯的偶联反应涉及开环、酯交换和聚合三步反应，虽然在热力学上可行，但无催化剂参与时却在动力学上难以实现，因此，催化剂的选择和研发是关键。

发明内容

发明目的：

本发明提出一种用于偶联反应制备聚酯的金属基离子液体(MZF)催化剂及其制备方法与应用，其目的在于解决偶联反应法合成聚酯所用传统催化剂的活性、稳定性、选择性和分散不理想的问题，同时联产碳酸酯。

技术方案：

一种用于偶联反应制备聚酯的金属基离子液体催化剂，本催化剂将离子液体引入到金属基MOF骨架中，得到金属基离子液体催化剂。

一种金属基离子液体催化剂的制备方法，

步骤1、将咪唑与卤化试剂按摩尔比1:1混合，反应温度70-90℃，反应12-24h，用乙酸乙酯洗涤，经旋蒸，真空干燥后分别获得中间体I；

步骤2、N₂保护下，向装有上述中间体I的反应器中加入的苯甲酸，中间体I与苯甲酸的摩尔比为1：0.5-1.5，搅拌溶解并冷凝回流，反应时间控制在5-12h，反应结束后用乙腈洗涤，经旋蒸，真空干燥后分别获得中间体Ⅱ；

步骤3、将金属盐和中间体Ⅱ以摩尔比为1：0.5-1.5溶解于去离子水中，并超声，待溶解完成后，放入反应釜中，60-70℃反应3.0-6.0h，经静置、抽滤、干燥得金属基离子液体催化剂。

优选的，中间体I的结构通式为：

中间体Ⅱ的结构通式为：

其中R＝Cl、Br、I中的一种。

优选的，步骤1中卤化试剂为二氯甲烷、二溴甲烷和二碘甲烷中的一种。

优选的，步骤3中金属盐为硝酸铜、硝酸铁、硝酸镁、硝酸锌和硝酸铬中的一种。

一种金属基离子液体催化剂在用于环状碳酸酯与二元羧酸酯偶联反应制备聚酯中的应用。