[发明专利]用于烷基碳酸酯和芳基醇酯交换反应的催化剂及制备方法

说明书

本发明涉及一种用于二烷基碳酸酯和芳基醇进行酯交换反应的含锡Lewis酸离子液体催化剂，原料组分包括卤素为阴离子的离子液体和含锡卤化物。将离子液体催化剂用于二烷基碳酸酯和芳基醇的酯交换反应过程中：酯交换反应在无溶剂条件下进行，且反应温度为100～250℃，压力为0.1～3MPa，离子液体催化剂的用量为0.001～1mol/L。本发明提供的离子液体催化剂在催化烷基碳酸酯和芳基醇的酯交换反应中，不仅具有高活性和高选择性，还具有优异的稳定性、易用性以及低毒性。本发明提供的含锡Lewis酸类离子液体催化剂易溶于反应介质，在空气及反应条件下稳定，且本发明提供的催化剂与传统有机锡类催化剂相比，毒性显著降低。

技术领域

本发明涉及绿色清洁催化技术领域，具体涉及一种用于烷基碳酸酯和芳基醇酯交换反应的催化剂及制备方法。

背景技术

聚碳酸酯作为一类重要的工程塑料，具有优异的机械和光学性能，其中使用最广泛的聚碳酸酯是聚碳酸二苯酯(PDPC)。传统生产PDPC的方法主要为光气与双酚A通过界面聚合法生产，该法使用大量二氯甲烷作聚合溶剂以及剧毒光气作反应原料，因此正在被更加环保的技术所代替。目前，生产聚碳酸酯最具实际价值的方法是碳酸二苯酯(DPC)与双酚A的熔融酯交换法，基于此，DPC成为制备聚碳酸酯的必备中间体。

生产DPC的方法包括碳酸二甲酯(DMC)和苯酚(PhOH)的酯交换法、PhOH的直接氧化羰基化法以及草酸二烷基酯与PhOH的酯交换法等。其中，二烷基酯与芳基醇进行酯交换反应主要包括以下反应步骤，以碳酸二甲酯(DMC)与PhOH的酯交换反应为例，如式(1)-(4)所示：

式(1)：DMC与PhOH进行酯交换生成甲基苯基碳酸酯(MPC)，式(2)：MPC与PhOH进一步进行酯交换生成DPC，式(3)：MPC自身进行歧化反应生成DPC和DMC，式(4)：DMC可与PhOH反应生成副产物苯甲醚(AN)。热力学计算结果表明：酯交换反应和歧化反应的平衡常数均很小，尤其是第二步酯交换反应的平衡常数远低于第一步酯交换反应和歧化反应，所以由DMC和PhOH制备DPC在正常情况下的转化率比较低，而且从MPC生成DPC主要是通过歧化反应。基于此，二烷基酯与芳基醇的酯交换反应需要在催化剂作用下才能以可接受的反应速率进行，在由DMC制备DPC的工业过程中通常使用催化剂蒸馏和分段反应的方法来提高反应的转化率。

适于DMC和PhOH酯交换反应的催化剂包括某些金属氧化物、金属氢氧化物、金属氯化物及金属有机化合物等。例如，中国专利CN101321805中建议使用的酯交换催化剂包括：PbO、Pb(OH)₂、Fe(OH)₃、TiCl₄、SnCl₄、FeCl₃、Pb(OPh)₂、Ti(OMe)₄、(MeO)Ti(OPh)₃、(MeO)₂Ti(OPh)₂、(MeO)₃Ti(OPh)、Ti(OPh)₄、Sn(OPh)、Sn(OPh)₄、Bu₂SnO、Bu₂Sn(OPh)₂和Fe(OPh)₃；然而，由于金属氧化物和金属盐类不溶于反应介质，因此在工业上很难有使用价值。

此外，金属有机化合物因可溶于反应介质而成为优选的对象，但其依然存在诸多缺点；例如，钛酸酯类物质虽然具有较高的催化活性，但对空气极其敏感，在工业上使用时不易操作。与钛酸酯类相比，含锡有机化合物具有较好的稳定性和易用性，但该类物质有很大的毒性，其中，Bu₂SnO作为剧毒化合物已被列入内河禁运的剧毒物品名录中，因此，含锡有机化合物在使用和废弃过程中也受到诸多限制。