[发明专利]一类聚醚酰胺离子液体催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一类聚醚酰胺离子液体催化剂及其制备方法，为了改善CO₂环加成反应中传统的HBD基团修饰的有机催化剂的催化活性不高和催化剂难分离的问题，本发明利用离子液体结构可设计、易功能化的特点，以聚醚单羧酸或聚醚二羧酸作为母体结构，在其一端或两端通过酰胺键组装一个或两个氨基功能化的离子液体砌块，创制出一类新型的基于聚醚酰胺氢键供体的多功能集成的离子液体有机催化剂；该离子液体催化剂将HBD基团、有机碱、亲核试剂和聚醚链组装在单个分子结构中，从而实现了多催化活性位点的高效集成，其优点是多活性位点间的耦合协同作用能够提高催化剂的使用性能。

技术领域

本发明涉及化学化工技术领域，具体地涉及一类聚醚酰胺离子液体催化剂及其制备方法。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是导致全球气候变暖的主要温室气体，也是地球上取之不尽、廉价、无毒、可循环再生的绿色C₁资源。实现CO₂的资源化利用对CO₂的减排、改善环境和降低人类对化石燃料的依赖具有重要的战略意义。近年来，环状碳酸酯作为高附加值化学品在精细化工、锂电池制造、聚碳酸酯和聚氨酯的合成等领域获得了广泛应用。而由CO₂与环氧化物环加成制备环状碳酸酯是一种具有100％原子经济性的绿色化学方法，其作为有毒光气合成法的替代是CO₂高效资源化利用的重要途径之一，一直备受学术界和工业界的关注。然而，CO₂是热力学稳定的分子，实现CO₂高效转化的关键是高效催化剂的研制与开发。金属基催化剂(Dalton Trans.2018,47,13281–13313.)，特别是金属配合物，通常具有较高的催化活性，然而，许多金属基催化剂选择性较差，对水解和/或氧化敏感，或有毒。因此，发展高效的有机催化剂替代金属基催化剂(Green Chem.2021,23,77–118；Catal.Sci.Technol.2017,7,2651–2684.)，实现CO₂的高效催化转化一直是CO₂资源化利用领域持续关注的焦点。高效的有机催化剂一般均含有多催化活性位点，包括：氢键供体(HBD)基团(活化环氧化物)、有机碱基团(捕集和活化CO₂)和亲核基团(促进开环反应步骤)，其中HBD基团通常起到关键作用，高效的HBD基团可有效降低CO₂环加成反应的活化能。目前文献报道的HBD基团包括：羟基(ChemSusChem 2015,8,2655–2669；J.Catal.2016,333,29–39.)、羧基(ACS Sustainable Chem.Eng.2017,5,3081-3086；Catal.Commun.2019,124,118–122.)、氨基(Catal.Lett.2014,144,1313–1321；Chem.Eng.J.2012,193–194,267–275.)和脲基(Green Chem.2019,21,5231–5237；Green Chem.2016,18,2851–2863.)等。然而，上述HBD基团修饰的有机催化剂仍然具有较大的局限性，主要体现在：(1)催化活性不高：HBD基团对环氧化物的活化作用较弱，导致催化剂活性不高；(2)催化剂难分离：催化剂与产物环状碳酸酯分离困难，易流失到产物相，导致循环使用寿命较短。上述问题极大的限制了有机催化剂在CO₂环加成反应中的应用。

因此，设计合成高效、易分离、且兼具超长使用寿命的有机催化剂对于高效催化转化CO₂合成环状碳酸酯具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的局限性，本发明的目的在于提供一类高效的聚醚酰胺离子液体催化剂及其制备方法。为实现上述目的，本发明利用离子液体结构可设计、易功能化的特点，以聚醚单羧酸或聚醚二羧酸作为母体结构，在其一端或两端通过酰胺键组装一个或两个氨基(或氨烷基)功能化的离子液体砌块，创制出一类新型的基于聚醚酰胺氢键供体的多功能集成的有机催化剂—聚醚酰胺离子液体催化剂。

与现有技术相比，本发明的聚醚酰胺离子液体催化剂具有以下突出的优点：