一种基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法，涉及化学反应工程领域，该基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法包括：使用环氧化合物和二氧化碳作为反应物，主催化剂为含氮杂环类季铵盐，助催化剂为无机盐，在无有机溶剂下，反应温度为25～35℃，反应时间为1～48小时，反应压力为0.1Mpa～0.4Mpa，反应物与催化剂的摩尔比例为2000：1～10：1，将环氧化合物和二氧化碳进行环加成反应，得到环状碳酸酯。反应条件温和、友好，可在常温常压下进行，工艺过程简单，同时以含氮杂环类季铵盐作为主催化剂，其结构可调，稳定性好，易分离，能够多次重复使用且催化活性不变，而助催化剂以及主催化剂价格低，活性高。

Application method of catalyst for synthesizing cyclic carbonate under low temperature and normal pressure

The invention discloses an application method of a catalyst for synthesis of cyclic carbonate at low temperature and atmospheric pressure, which relates to the field of chemical reaction engineering. The application method of the catalyst for synthesis of cyclic carbonate at low temperature and atmospheric pressure includes using epoxy compounds and carbon dioxide as reactants, and the main catalyst is a nitrogen heterocyclic quaternary. Ammonium salt and catalyst are inorganic salts. In the absence of organic solvents, the reaction temperature is 25-35 C, the reaction time is 1-48 hours, the reaction pressure is 0.1Mpa-0.4Mpa, the molar ratio of reactant and catalyst is 2000:1-10:1. Cyclic carbonate is obtained by cycloaddition reaction of epoxides and carbon dioxide. The reaction conditions are mild and friendly, and can be carried out under normal temperature and pressure. The process is simple. At the same time, nitrogen-containing heterocyclic quaternary ammonium salts are used as the main catalyst. The structure is adjustable, the stability is good, and the separation is easy. The catalyst can be reused for many times without changing its catalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法
本专利技术属于二氧化碳催化与化学转化、绿色可再生
，尤其涉及一种基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法。
技术介绍
由于人类对煤、天然气和石油等化石能源的过渡开发与利用，特别是工业革命以后人类越来越依赖于化石能源，导致大气中温室气体含量逐年增高，从而引发了各种各样的生态危机。二氧化碳是引起全球气候变化的最主要的温室气体之一，控制二氧化碳排放问题受到世界各国的广泛关注。控制温室气体排放、减缓气候变化已成为我国实施可持续发展战略的重要组成部分。与此同时，作为自然界中最为丰富的C1来源，如何有效将二氧化碳活化与转化，变废为宝，为控制二氧化碳排放，发展生态经济提出了一个新的解决思路。研究表明，二氧化碳和环氧化合物环合生成环状碳酸酯的反应是十分具有应用前景的。因为，不仅在这个反应中原子经济性是100％，从源头上遏制废物的产生，并且为非光气法合成碳酸酯开辟了一条新的绿色路线。随着人们环保意思的不断提高以及本身对于生活品质的内在要求，近几年环状碳酸酯作为高能电池及电容器的优良介质、高效溶剂和优良抽提剂、聚合物的溶剂和增塑剂、合成纤维的助剂和固定剂、纺丝溶剂或水溶剂染料颜料分散剂、有机合成原料和中间体，越来越多的引起来人们的关注。考虑到二氧化碳本身的化学惰性，种类繁多的催化体系被不断提出，这其中包括碱金属卤化物、有机碱、有机季磷盐、咪唑卤化物、吡啶盐和季铵盐、金属氧化物、路易斯酸类金属试剂、取代胍类离子液体、以Salen或beta二胺为骨架的金属配合物复合催化剂，以及负载的二元催化体系等(M.Kihareetal.，J.Org.Chem.，58(1993):6198；K.Yamaguchietal.，J.Am.Chem.Soc.，121(1999):4526，R.L.Paddocketal.，J.Am.Chem.Soc.，123(2001):11498；H.Kawanamietal.，Chem.Comm.，2003:896；Y.M.Shenetal.，Eur.J.Org.Chem.，2004:3080；H.Yasudaetal.，J.Catal.，233(2005):119；Buchananetal.，US6258962；Mcmullen，US4314945；Harveyetal.，US4841072；邓友全等，CN1343668；吕小兵等，CN1189246；夏春谷等，CN1566110；宋金良等，CN101474576A)。对于这些催化剂而言，不论是均相还是异相催化，一般都是在高温、高压下催化转化反应，有些催化体系甚至还需要加入有机溶剂。由于存在着催化剂活性较低，反应选择性不高，能耗高，催化剂成本昂贵，不耐湿气等等问题，制约着工业规模生产环状碳酸酯。一个不容忽视的事实就是，在固定及转化二氧化碳的过程中，反应所采用的条件应尽量在低压室温下进行，否则维持反应体系所产生的二氧化碳将比转化的二氧化碳还要多。在实现本专利技术过程中，在众多的催化体系中，二元催化体系由于能够同时活化环氧化合物和二氧化碳，在温和的反应条件下具有较高的催化活性，专利技术人发现采用二元复合催化体系同时活化两个底物，在比较温和的条件下催化二氧化碳转化，对于降低能耗、CO2减排、环境保护以及产业化都具有十分重要的意义，而目前还没有使用该二元复合催化体系的来合成环状碳酸酯的类似技术。
技术实现思路
为了克服现有技术中相关产品的不足，本专利技术提出一种基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法，以解决现有的环状碳酸酯合成过程中催化剂活性较低、成本昂贵等问题。本专利技术提供了一种基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法，包括：使用环氧化合物和二氧化碳作为反应物，主催化剂为含氮杂环类季铵盐，助催化剂为无机盐，在无有机溶剂下，反应温度为25～35℃，反应时间为1～48小时，反应压力为0.1Mpa～0.4Mpa，反应物与催化剂的摩尔比例为2000：1～10：1，将环氧化合物和二氧化碳进行环加成反应，得到环状碳酸酯。在本专利技术的某些实施方式中，所述含氮杂环类季铵盐为咪唑类季铵盐化合物，所述咪唑类季铵盐化合物为下述结构的化合物，其分子结构式为：其中n＝1～6；X-是Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的一种。在本专利技术的某些实施方式中，所述含氮杂环类季铵盐为吡啶类季铵盐化合物，所述吡啶类季铵盐化合物为下述结构的化合物，其分子结构式为：其中n＝1～6；X-是Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的一种。在本专利技术的某些实施方式中，所述含氮杂环类季铵盐为二甲氨基苯胺类季铵盐化合物，所述二甲氨基苯胺类季铵盐化合物为下述结构的化合物，其分子结构式为：其中R是C1～C6的烷基；X-是Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的一种。在本专利技术的某些实施方式中，所述含氮杂环类季铵盐为脯氨酸类季铵盐化合物，所述脯氨酸类季铵盐化合物为下述结构的化合物，其分子结构式为：其中R1是H或甲基或与R2相同；R2是C1～C6的烷基；X-是Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的一种。在本专利技术的某些实施方式中，所述含氮杂环类季铵盐为三乙烯二胺类季铵盐化合物，所述三乙烯二胺类季铵盐化合物为下述结构的化合物，其分子结构式为：其中n＝1～6；X-是Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的一种。在本专利技术的某些实施方式中，所述含氮杂环类季铵盐为吡咯类季铵盐化合物，所述吡咯类季铵盐化合物为下述结构的化合物，其分子结构式为：其中R1是H或甲基或与R2相同；R2是C1～C6的烷基；X-是Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的一种。在本专利技术的某些实施方式中，所述含氮杂环类季铵盐为吡嗪类季铵盐化合物，所述吡嗪类季铵盐化合物为下述结构的化合物，其分子结构式为：其中n＝1～6；X-是Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的一种。在本专利技术的某些实施方式中，所述无机盐是化学式为MmYn的无机盐；式中M是一、二、三价金属离子或NH4+；Y为Cl、Br、I、OAc、NO3、SO4或BF4的负离子；m为1，2，3；n为1、2、3；主催化剂与助催化剂的摩尔比例为10：1～1：1。在本专利技术的某些实施方式中，所述环氧化合物为环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷、氧化苯乙烯、缩水甘油、烯丙基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚或丁基环氧乙烷，且环氧化合物与主催化剂的摩尔比例为2000：1～10：1。与现有技术相比，本专利技术有以下优点：使用环氧化合物和二氧化碳作为反应物，主催化剂为含氮杂环类季铵盐，助催化剂为化学式为无机盐，在无有机溶剂以及常温常压下，将环氧化合物和二氧化碳进行环加成反应，得到环状碳酸酯，反应条件温和，由于不使用任何有机溶剂，对环境友好，可在常温常压下进行，工艺过程简单，同时以含氮杂环类季铵盐作为主催化剂，其结构可调，稳定性好，易分离，能够多次重复使用且催化活性不变，而助催化剂以及主催化剂价格低，活性高。具体实施方式除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法，其特征在于，包括：使用环氧化合物和二氧化碳作为反应物，主催化剂为含氮杂环类季铵盐，助催化剂为无机盐，在无有机溶剂下，反应温度为25～35℃，反应时间为1～48小时，反应压力为0.1Mpa～0.4Mpa，反应物与催化剂的摩尔比例为2000：1～10：1，将环氧化合物和二氧化碳进行环加成反应，得到环状碳酸酯。

【技术特征摘要】
1.一种基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法，其特征在于，包括：使用环氧化合物和二氧化碳作为反应物，主催化剂为含氮杂环类季铵盐，助催化剂为无机盐，在无有机溶剂下，反应温度为25～35℃，反应时间为1～48小时，反应压力为0.1Mpa～0.4Mpa，反应物与催化剂的摩尔比例为2000：1～10：1，将环氧化合物和二氧化碳进行环加成反应，得到环状碳酸酯。2.根据权利要求1所述的基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法，其特征在于，所述含氮杂环类季铵盐为咪唑类季铵盐化合物，所述咪唑类季铵盐化合物为下述结构的化合物，其分子结构式为：其中n＝1～6；X-是Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的一种。3.根据权利要求1所述的基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法，其特征在于，所述含氮杂环类季铵盐为吡啶类季铵盐化合物，所述吡啶类季铵盐化合物为下述结构的化合物，其分子结构式为：其中n＝1～6；X-是Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的一种。4.根据权利要求1所述的基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法，其特征在于，所述含氮杂环类季铵盐为二甲氨基苯胺类季铵盐化合物，所述二甲氨基苯胺类季铵盐化合物为下述结构的化合物，其分子结构式为：其中R是C1～C6的烷基；X-是Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的一种。5.根据权利要求1所述的基于低温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法，其特征在于，所述含氮杂环类季铵盐为脯氨酸类季铵盐化合物，所述脯氨酸类季铵盐化合物为下述结构的化合物，其分子结构式为：其中R1是H或甲基或与R2相同；R2是C1～C6的烷基；X-是Cl-、Br-...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓海，周夏衍，张海波，龚青，
申请(专利权)人：武汉艾奥立化学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42