一种基于常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常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，该基于常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，主催化剂为吗啉类离子液体或离子液晶，助催化剂为化学式为MY的金属无机盐，在无有机溶剂下，反应温度为25～40℃，反应时间为1～24小时，反应压力为0.1Mpa，反应物与催化剂的摩尔比例为100：1～10：1，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，同时以吗啉离子液体或离子液晶作为主催化剂，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 normal temperature and atmospheric pressure

The invention discloses an application method of a catalyst for synthesis of cyclic carbonate at room 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 room temperature and atmospheric pressure includes the use of epoxy compounds and carbon dioxide as reactants, and the main catalyst is a morpholine ionic liquid. In the absence of organic solvents, the reaction temperature is 25-40 C, the reaction time is 1-24 hours, the reaction pressure is 0.1 Mpa, the molar ratio of reactant to catalyst is 100:1-10:1, and the cycloaddition reaction of epoxides and carbon dioxide is carried out. Cyclic carbonate. 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, morpholine ionic liquids or ionic liquid crystals are used as the main catalysts. The structure is adjustable, the stability is good, and the separation is easy. The catalyst can be reused many times without changing its catalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于常温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法
本专利技术涉及化学反应工程领域，尤其涉及一种基于常温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法。
技术介绍
由于化石燃料的不断消耗而导致大气中二氧化碳含量日益增高，伴随而来的诸多环境问题，已经越来越多引起了人们的关注。同时，二氧化碳又是自然界中最为丰富的C1来源，如何有效的将二氧化碳活化，使其固定下来并转化成高附加值的产品已成为本世纪最具挑战性的课题之一。基于原子经济性的考虑，环氧化合物和二氧化碳环加成生成环状碳酸酯是其中一种很好的转化途径，并且产物环状碳酸酯本身是一种十分优良的极性非质子溶剂，在二次锂电池、医药和精细化工中间体的合成中有着重要的应用(J.H.Clements，Ind.Eng.Chem.Res.，42(2003):663；S.Fukuokaetal.，GreenChem.5(2003):497；；J.Bayarydonetal.，Angew.Chem.Int.Ed.，46(2007):5971)。特别是最近以碳酸乙烯酯为原料，通过与甲醇进行酯交换来制备碳酸二甲酯和乙二醇的经济效应和工业需求日益增大，引起各国科学家广泛的关注。目前，催化此类环加成的催化剂有：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吗啉类离子液体或离子液晶作为一种活性成分，金属盐作为另一种活性成分的二元复合催化体系，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常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常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，主催化剂为吗啉类离子液体或离子液晶，助催化剂为化学式为MY的金属无机盐，在无有机溶剂下，反应温度为25～40℃，反应时间为1～24小时，反应压力为0.1Mpa，反应物与催化剂的摩尔比例为100：1～10：1，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。在某些实施方式中，所述吗啉类离子液体或离子液晶为下述结构的化合物，其分子结构式为：式中R1是H或甲基；R2是C10～C18的烷基；X–是Cl–、Br–、I–、BF4–或PF6–中的一种。在某些实施方式中，所述金属无机盐MY中的金属阳离子M为Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Al3+、Sn2+、Pb2+、Cr3+、Mn2+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Cu+、Cu2+、Zn2+、Ru3+、Pd2+、Ag+、Cd2+、Hg2+或Hg+；阴离子Y为F–、Cl–、Br–、I–、OAc–、NO3–、SO42–、BF4–或PO43–。在某些实施方式中，主催化剂与助催化剂的摩尔比为10：1～1：1。在某些实施方式中，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、环氧丙基苯基醚或丁基环氧乙烷。在某些实施方式中，环氧化合物与主催化剂的摩尔比例为100：1～10：1。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，主催化剂为吗啉类离子液体或离子液晶，助催化剂为化学式为MY的金属无机盐，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，同时以吗啉离子液体或离子液晶作为主催化剂，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、结构或特性可以包含在本专利技术的至少一个实施例中。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。本专利技术所述基于常温常压下合成环状碳酸酯的催化剂的应用方法是参照申请号CN200810236993.7专利申请的方法制备。仅举几个例子说明，其具体制备方法如下：N-甲基-N-十六烷基吗啉溴化铵的制备过程为：将N-甲基吗啉11.51克(0.1mol)、溴代十六烷152.1克(0.5mol)、200克丙醇加入反应装置中，反应温度为120℃，压力为3大气压，反应时间为40个小时，反应完毕后得备用反应液(色谱检测)，蒸去溶剂。反应产物经纯化后即可得到N-甲基-N-十六烷基吗啉溴化铵，收率98％。N-甲基-N-十六烷基吗啉氟硼酸铵的制备过程为：向上述备用反应液中加入氟硼酸铵52.5克(0.5mol)，50℃反应10小时，产物经纯化后即可得到N-甲基-N-十六烷基吗啉氟硼酸铵化合物，对空气、水稳定，总收率95％。液晶温度范围在90～183℃。N-十二烷基吗啉溴化氢铵的制备过程为：将吗啉8.61克(0.1mol)、溴代十二烷124.06克(0.5mol)、碳酸氢钠8.4克(0.1mol)和乙腈300克加入反应装置中，反应温度为150℃，压力为8大气压，反应时间为40个小时，纯化得到N-十二烷基吗啉(色谱检测)，向N-十二烷基吗啉中加入氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于常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，主催化剂为吗啉类离子液体或离子液晶，助催化剂为化学式为MY的金属无机盐，在无有机溶剂下，反应温度为25～40℃，反应时间为1～24小时，反应压力为0.1Mpa，反应物与催化剂的摩尔比例为100：1～10：1，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】
1.一种基于常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，主催化剂为吗啉类离子液体或离子液晶，助催化剂为化学式为MY的金属无机盐，在无有机溶剂下，反应温度为25～40℃，反应时间为1～24小时，反应压力为0.1Mpa，反应物与催化剂的摩尔比例为100：1～10：1，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所述的基于常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，所述吗啉类离子液体或离子液晶为下述结构的化合物，其分子结构式为：式中R1是H或甲基；R2是C10～C18的烷基；X–是Cl–、Br–、I–、BF4–或PF6–中的一种。3.根据权利要求1所述的基于常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，所述金属无机盐MY中的金属阳离子M为Li+、Na+、...

【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