一种合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的催化剂及其方法技术

本发明专利技术公开了一种合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的催化剂及其方法，所述催化剂为碱性离子液体催化剂，其中含有咪唑类阴离子，用其催化合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯时，原料的转化率以及产物的收率都得到了显著的提高，且反应结束催化剂易分离，高效环保，在工业生产中具有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的催化剂及其方法


[0001]本专利技术属于催化剂
，具体属于离子液体催化剂
，涉及离子液体催化剂的制备及其应用。

技术介绍

[0002]碳酸二乙酯(DEC)是一种重要的有机合成中间体,含有乙基、乙氧基、羰基和羰乙氧基,可以通过与醇、酚、胺、酯和其他化合物的反应生成一系列重要的化学产品；又因其为非毒性，释放到环境中可缓慢分解成CO2和乙醇，表现出良好的环保特性，被公认为是一种具有很高工业应用价值的绿色化学品。
[0003]碳酸甲乙酯(EMC)是一种简单的不对称碳酸酯，分子中同时拥有甲基和乙基，因此兼有碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的特性，可以在有机合成中作特殊试剂。近些年发现碳酸甲乙酯是性能优良的锂离子电池电解液,能有效提高电池的充放电量和电容量密度的能力,大大增强电池的安全性能和使用寿命。
[0004]由于碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯都是非常具有发展前景的化工产品和锂电池电解液，因此其制备受到广泛的关注。
[0005]碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯酯交换合成法具有反应条件温和、绿色无污染和经济发展优势等特点。长期以来工业上以醇钠作为酯交换合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的催化剂，但在生产过程中醇钠易失活，不能循环使用，且生成的烷基钠等副产物堵塞管道。
[0006]离子液体具有结构可设计和性能可调节等特点被应用于催化合成碳酸酯，并具有较好的催化性能，但其自身的液相态和黏度大等性能在分离与纯化方面存在缺陷，所以采用硅胶、分子筛、聚合物等载体固载离子液体的文献也层出不穷，但在催化过程中容易脱载。因此，寻求新的方法设计并制备高效的固态离子液体催化剂一直备受专家学者的关注。

技术实现思路

[0007]为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，研究出用于酯交换催化合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的碱性离子液体催化剂，其中含有苯并咪唑阴离子和碱金属阳离子，将其用于以碳酸二甲酯和乙醇为原料，催化合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯时，由于苯并咪唑阴离子具有更强的配位和亲核能力，碱金属阳离子增加了活性位点，使得催化剂具有优异的化学稳定性，与传统醇钠催化剂相比，碳酸二甲酯的转化率以及产物的收率都得到了显著的提高，且所述催化剂为固体，反应结束易分离，高效环保，在工业生产中具有广阔的应用前景，从而完成了本专利技术。
[0008]具体来说，本专利技术的目的在于提供以下方面：
[0009]第一方面，提供一种用于酯交换催化合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的催化剂，所述催化剂为金属咪唑类碱性离子液体催化剂，包括咪唑类阴离子和金属阳离子。
[0010]第二方面，提供第一方面所述的催化剂的应用，用于酯交换催化合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯。
[0011]第三方面，提供一种合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的方法，所述方法包括以下步骤：
[0012]步骤一，制备催化剂；
[0013]步骤二、以碳酸二甲酯和乙醇为原料，加入所述催化剂，进行反应，制得碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯。
[0014]本专利技术所具有的有益效果包括：
[0015](1)本专利技术提供的催化剂具有更强的配位和亲核能力，其中含有的苯并咪唑阴离子与碱金属阳离子之间产生协同催化效应，用于酯交换反应时，与传统的杂环含氮类催化剂以及醇钠催化剂相比，提高了反应物的转化率和产物的收率。
[0016](2)本专利技术提供的催化剂具有较好的热稳定性和化学稳定性，反应结束后易分离回收，并可循环使用，使催化过程更环保。
[0017](3)使用本专利技术的催化剂催化合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯时，有效解决了使用传统醇钠催化剂时所生成的烷基钠副产物堵塞管道的问题。
[0018](4)本专利技术提供的制备碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的方法，采用本专利技术的催化剂与使用传统醇钠催化剂相比，反应物碳酸二甲酯的转化率和产物碳酸二乙酯的收率得到明显提高。
[0019](5)本专利技术提供的制备碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的方法，高效环保，本专利技术的催化剂也为离子液体催化酯交换反应合成碳酸酯提供了新的发展思路。
附图说明
[0020]图1示出实施例1
‑
3制得的催化剂与苯并咪唑红外光谱图；
[0021]图2示出实施例1
‑
3制得的催化剂与苯并咪唑XRD谱图；
[0022]图3示出实施例6中所述馏出液的气相色谱图；
[0023]图4示出实施例6中所述釜液蒸馏物的气相色谱图。
具体实施方式
[0024]下面通过附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。
[0025]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0026]本专利技术第一方面，提供一种用于酯交换催化合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的催化剂，所述催化剂为金属咪唑类离子液体催化剂，包括咪唑类阴离子和金属阳离子。
[0027]在本专利技术中，所述催化剂属于碱性离子液体催化剂，碱催化是当代化学的一个重要组成部分，但是，传统的碱性催化剂大多有毒有害且催化效率比较低。为了保护人类的身体健康和经济社会的可持续发展，开发绿色、高效、有潜力的碱性催化剂势在必行。作为绿色化学背景下发展起来的兼有溶剂和催化剂性质的碱性离子液体，由于其具备高催化活性、可重复使用性、不易挥发性、不可燃性等优点，具有良好的应用前景。
[0028]进一步地，所述咪唑类阴离子优选为取代或未取代的咪唑或苯并咪唑阴离子，更
优选为苯并咪唑阴离子，所述金属阳离子优选为碱金属阳离子。
[0029]本专利技术人发现，苯并咪唑阴离子对酯交换反应具有更高的选择性，可以有效提高产物的收率，特别是用于催化碳酸二甲酯与乙醇合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯时，能增强催化活性，提高反应转化率，不受任何理论的束缚，这可能是因为苯并咪唑阴离子具有更强的配位和亲核能力导致的；碱金属阳离子增加了催化剂的活性位点，苯并咪唑阴离子与碱金属阳离子之间产生协同催化效应，进一步提高反应原料的转化率和目标产物的收率。
[0030]此外，所述催化剂常温如25℃下为固体，易溶于水、乙醇等溶剂，不易燃烧、不爆炸、不氧化，具有较好的热稳定性和化学稳定性，同时具有易存放、绿色无污染的特性。
[0031]根据本专利技术，所述催化剂具有如下结构式：
[0032][0033]其中，M为碱金属，优选为钠、钾或锂，最优选为锂。
[0034]通过红外光谱可以看到，所述催化剂化合物在约3063cm
‑1处出现弱吸收峰，为苯环上C
‑
H的伸缩振动吸收峰，在约1586cm
‑1、1629cm
‑1、1479cm
‑1、1454cm
‑1处出现多峰，为苯环的C＝C骨架振动峰；在约1767cm
‑1处出现吸收峰，此峰为咪唑环上的C＝C的伸缩振动吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于酯交换催化合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的催化剂，其特征在于，所述催化剂为金属咪唑类离子液体催化剂，包括咪唑类阴离子和金属阳离子。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述咪唑类阴离子为取代或未取代的咪唑类或苯并咪唑阴离子，优选为苯并咪唑阴离子。3.根据权利要求2所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂优选具有如下结构式：其中，M为碱金属，优选为钠、钾或锂。4.根据权利要求1至3之一所述的催化剂的应用，用于酯交换催化合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯。5.一种合成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一，制备催化剂；步骤二、以碳酸二甲酯和乙醇为原料，加入所述催化剂，进行反应，制得碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤一中，将咪唑类化合物和金属化合物溶于溶剂中，加热进行反应，反应结束后对产物进行处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，郭立颖，徐仕睿，肖群，王珏，蒋泽众，李鹏，刘威，王海玥，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：