[发明专利]一种利用二氧化碳常压合成碳酸酯的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机催化合成领域，具体涉及一种利用常压二氧化碳与环氧化合物或苯酚合成碳酸酯的方法。

背景技术

人类在工业文明的快速发展过程中，大量使用化石燃料(如煤和石油等)，导致以二氧化碳为主的温室气体的排放量与日俱增，产生温室效应并引起全球变暖。二氧化碳既是温室气体的主要成分又是地球上储量最丰富、最廉价的碳资源，可以转化成能源、材料和化工产品等。随着环境的持续恶化及资源的日趋匮乏，二氧化碳的化学资源化利用已越来越受到广泛关注。二氧化碳可替代传统剧毒光气、异氰酸酯或一氧化碳等碳一原料用于有机合成，国内外科研工作者在利用二氧化碳合成碳酸酯、氨基甲酸甲酯、噁唑烷酮、脲和聚碳酸酯等方面已开展了大量的研究工作。

有机碳酸酯是典型的“绿色化学”产品，是一类用途广泛的工业原料，在化工以及制药行业被广泛用作化工中间体；在纺织、印染及高分子合成领域也具有广泛用途，还可用作电池电解液和极性溶剂等。自20世纪60年代以来，国际学术界对以二氧化碳为碳源合成碳酸酯进行了大量研究。目前为止，利用二氧化碳合成碳酸酯多在高温高压下进行，反应条件苛刻、对反应设备和操作环境要求较高且存在安全隐患，不利于大规模推广应用，利用二氧化碳常压合成碳酸酯已成为新的发展趋势。

常压二氧化碳通过环加成反应合成有机碳酸酯是二氧化碳化学转化利用的一条重要途径。离子液体（Chem. Sci., 2015, 6, 6916—6924）、均相BrPh₃⁺PPEG600P⁺Ph₃Br（Tetrahedron Lett., 2011, 52, 6383—6387）、高分子聚合物（Nat. commun., 2013, 4, 1—7）、席夫碱配合物（J. Catal., 2004, 227, 537—541）、Salen配合物（ChemCatChem, 2011, 3, 831—834; 中国专利CN201510010667.4）、N-杂环卡宾（Tetrahedron, 2005, 61, 12131—12139）、双功能配合物（ChemSusChem, 2015, 8, 821—827）、金属纳米粒子（Chem. Eur. J. 2015, 21, 15924—15928）等都是二氧化碳常压转化的有效催化剂，并在部分环状碳酸酯（Chem. Sci., 2015, 6, 6916—6924）和链状碳酸酯（Macromolecules 2006, 39, 128—137）的常压合成中表现出了较优异的催化性能。目前二氧化碳常压转化方法适用范围不广，与单脂肪族末端取代氧化物合成环状碳酸酯往往具有较优异的反应性能，但与芳香族氧化物的反应结果并不满意。此外，二氧化碳的常压转化仍然几乎都在密封高压容器中进行，通常是在反应开始前向反应体系中通入二氧化碳，反应过程中二氧化碳压力并不恒定为常压，对设备要求也较高；二氧化碳常压转化的催化体系也较为复杂，催化剂的合成过程繁琐冗长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用常压二氧化碳为碳源合成有机碳酸酯的新方法，该法在普通非耐压容器中即可进行。

为实现上述目的，本发明所设计的技术方案为：

利用常压二氧化碳与底物（环氧化合物或苯酚）合成有机碳酸酯，采用Lewis酸和季铵盐为双组分催化剂。

反应过程中持续向与大气相通的反应体系中通入二氧化碳，使系统保持恒定常压，反应在非耐压容器中进行。

所述环氧化物为环氧乙烷、环氧丙烷、氯甲基环氧乙烷、氯甲基环氧乙烷以及环氧苯乙烷。

所述碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氯代碳酸乙烯酯、氯代碳酸丙烯酯和苯乙烯环状碳酸酯。

所述Lewis酸为ZnCl₂、ZnBr₂、ZnI₂、AlCl₃、AlBr₃、CuCl₂、CuCl、FeCl₃、SnCl₂、SnCl₄、BF₃、BCl₃或SbCl₅，优选卤化锌。

所述季铵盐为Bu₄NCl、Bu₄NBr、Bu₄NI、Et₄NBr、十六烷基三甲基氯化铵和十六烷基三甲基溴化铵，优选Bu₄NBr。