[发明专利]一种功能化季鏻盐离子液体制备环状碳酸酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备环状碳酸酯的方法，具体指一种以二氧化碳和环氧化合物为原料，在功能化季鏻盐离子液体为催化剂条件下通过环加成制备环状碳酸酯的方法。 

技术背景

二氧化碳是目前地球上最主要的温室气体，但同时也是无毒、廉价和储量丰富的C1资源。随着温室效应及化石燃料短缺所造成“碳源危机”的日益加剧，CO₂资源化利用成为近年来国际竞相研究的热点课题之一。虽然CO₂可转化为多种有用化学品（如：甲醇、醋酸、水杨酸、尿素、碳酸酯等），但直接以CO₂为原料的工业化途径却不多。其中，通过CO₂与环氧化物环加成合成环状碳酸酯的反应因其原料价格低廉、原子利用率高、符合“绿色化学”的发展而成为少数可工业化利用CO₂的途径之一【Green Chem., 2005, 7: 518-523】。环状碳酸酯是一类十分重要的化学产品，具有良好的生物降解性、溶解性及其它物理性质，是很好的清洁型极性溶剂，还可用于酚醛树脂生产、聚碳酸酯合成、热硬化性树脂合成、热记录材料合成，以及作为高能密度锂电池和电容的电解液、金属萃取剂、化妆品添加剂和化工中间体等。 

近十年来，离子液体催化剂因其制备简单、成本低廉、种类多样、结构性质可调等优点而被广泛用作环加成合成环状碳酸酯的催化剂【Appl. Catal. A: Gen., 2009, 366: 2-12】。其中使用的较多的为咪唑盐离子液体【Green Chem, 2012, 14: 654-660】、吡啶盐离子液体【Chem. Eng., 2008, 25: 471-473】、季鏻盐离子液体【Appl. Catal. A: Gen., 2008, 341: 106-111】和季铵盐离子液体【Appl. Catal. A: Gen., 2005, 287: 221-226】。这些离子液体虽然对环加成反应具有一定的催化活性，但均以下一点或几点问题：自身活性不高或在金属卤化物等助催化剂存在的条件下才表现出较好的催化活性，稳定性不好，活性组分对水敏感、反应条件苛刻等。尤其是季鏻盐离子液体催化剂，只有在过渡金属卤化物（如卤化锌）等助催化剂存在【Appl. Catal. A: Gen., 2008, 341: 106-111】，或超临界条件下【Green Chem., 2003, 5: 92-94】才具有较好的催化活性。 

因此，开发一种在无溶剂及助催化剂存在，并且在温和反应条件下自身即具有较高活性的催化剂是目前环加成领域亟需解决的一个难题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能化季鏻盐离子液体制备环状碳酸酯的方法，以实现在温和反应条件以及不添加任何溶剂和助催化剂条件下，高效、高选择性地由二氧化碳和环氧化合物环加成合成环状碳酸酯。 

本发明的反应通式为： 

当R₁=H时，R₂为H、CH₃、CH₂Cl、C₂H₅、C₄H₉、C₆H₅、C₄H₉O、C₇H₇O中的一种。

当R₁≠H时，环氧化合物的结构为： 

一种功能化季鏻盐离子液体制备环状碳酸酯的方法，其特征在于使用功能化季鏻盐离子液体作为催化剂，在催化剂用量为环氧化合物摩尔量的1‰~2%，反应压力为0.1~10.0 MPa，反应温度为25 ^oC~180 ^oC，反应时间为0.5~24小时条件下催化二氧化碳与环氧化合物环加成合成相应的环状碳酸酯。

所述功能化季鏻盐离子液体具有如下结构通式： 

式中：n为1到8的整数；

A选自羟基、羧基、胺基、酰基或酯基中的一种；

取代基R₁、R₂、R₃为含有1~20个碳原子的饱和或不饱和烃基、芳香基、杂环基团，R₁、R₂、R₃可以相同，也可以不同；