[发明专利]一种多相催化剂及应用于环氧化合物环加成制取环状碳酸酯

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化碳与环氧化合物环加成制备环状碳酸酯的多相催化剂。

背景技术

自从工业革命以来，大气中二氧化碳的含量明显增加，是导致温室效应的关键因素之一，并由此引发的如冰川融化、海平面上升等全球性环境问题。近年来，二氧化碳的固定正在越来越受到社会的关注，因为二氧化碳是一种廉价、大量并且无毒的碳源，可以作为碳源合成有机物。然而，由于二氧化碳具有很高的热力学以及动力学稳定性，因此活化二氧化碳是其参与化学反应的关键。由此，需要设计合理的催化体系。

目前，通过催化加氢、羰基化、甲烷重整以及环加成等研究开发出基于二氧化碳的多种华东理工大学化学产品。由二氧化碳与环氧化合物通过环加成反应生成五元的环状碳酸酯，具有100%的原子经济性，是目前二氧化碳资源化利用相对有效的实例。合成的环状碳酸酯是一种应用广泛的合成中间体和性能优良的高沸点、高极性的有机溶剂，在高分子、精细化学品的合成中间体以及电化学等领域有广泛的应用。因此，无论从环境还是资源方面考虑，二氧化碳和环氧化合物制取环状碳酸酯都具有重要的应用价值和广阔的前景。

传统的二氧化碳与环氧化合物环加成反应的催化剂有碱金属盐、金属氧化物、过渡金属复合物、席夫碱、离子交换树脂、离子液体等。离子液体由于具有极低的蒸汽压、良好的热稳定性和化学稳定性、可调的物理化学特性等，是目前使用最广泛有效的催化剂。但由于在反应过程中是均相体系，因此在产物分离及催化剂循环过程中存在一定困难。为解决这种问题，目前离子液体一般负载在固体上制备成多相催化剂等。但这些催化剂制备过程相对比较复杂，载体大都为无机物，并且需要有毒的化学品。因此，寻找一种制备简单、绿色且易分离的高效催化剂很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供具有制备简单、催化活性高、稳定性好且绿色的二氧化碳与环氧化合物环加成反应的多相催化剂。

多相催化剂的制备过程表示如下：

步骤一.称取羧甲基纤维素钠加入到80%的乙醇-水溶液中，搅拌45min后抽滤，用70%的乙醇-水溶液洗涤至中性，且用硝酸酸化的硝酸银溶液检验无Cl^-，将固体转移到反应球瓶中，70℃抽真空干燥2h，得到白色粉末状质子化羧甲基纤维素，氮气气氛下保存。

步骤二.称取1-丁基咪唑与等摩尔的3-氯-1-丙醇于反应釜内衬，100℃氮气气氛下搅拌20h，冰水下降温放气，用乙酸乙酯洗涤3~4次，加入少量无水乙醇，将其转移到反应球瓶中，60℃抽真空干燥2h,得到淡黄色粘稠液体状的离子液体1-羟丙基-3-丁基咪唑盐，氮气气氛下保存。

步骤三.称取步骤二得到的离子液体溶解到无水DMF中，氮气气氛搅拌条件下加入离子液体1/2摩尔数的五氯化铌,首先100℃搅拌5h,然后加入步骤一得到的羧甲基纤维素，继续搅拌12h,将大部分的DMF溶液90℃抽真空，加入无水乙醚洗涤3~4次，40℃抽真空干燥，得到催化剂。

本发明的具体反应步骤可以为：

将制备获得的催化剂与环氧化合物一起加入到反应釜内衬当中，将内衬放入到反应釜后密封，往反应釜中充入少量二氧化碳后慢慢排出，重复三次，向反应釜中充入一定量的二氧化碳，将反应釜加热到指定温度，加热搅拌一定时间后，立刻放入冰水中降温，待反应釜降到室温，将反应釜中的气体缓缓放出并用乙酸乙酯吸收。将反应釜打开，把吸收用的乙酸乙酯倒入反应釜中洗涤催化剂，搅拌超声后静置，上清液用GC-MS定性和定量分析。

本发明的有益效果：本发明的用于合成环状碳酸酯的多相催化剂，能够高效催化二氧化碳与环氧化合物的环加成反应，转化率和选择性均在97%以上。

具体实施例

实施例1.

步骤.称取离子液体1-羟丙基-3-丁基咪唑盐0.068g溶解到5ml无水DMF中,氮气气氛搅拌下加入离子液体1/2摩尔数的五氯化铌，首先100℃搅拌5h，然后加入羧甲基纤维素0.5g,继续搅拌12h,将大部分的DMF溶液90℃抽真空，加入无水乙醚洗涤3~4次，40℃抽真空干燥，得到催化剂。