用于由CO2和烯烃制造环状碳酸酯的催化剂组合物制造技术

技术编号:33702150 阅读:16 留言:0更新日期:2022-06-06 08:14
本发明专利技术涉及用于在温和条件下使用卤代醇试剂作为共反应物由CO2和烯烃制造环状碳酸酯的催化剂组合物,该催化剂组合物能够有效地催化环状碳酸酯合成并提供了对环状碳酸酯的良好选择性,其中所述催化剂组合物包含:a)如结构(I)所示的金属络合物:结构式(I),其中,M表示过渡金属原子;R1、R2和R3表示独立地选自氢原子、卤素原子、烷基、烯基、炔基、烷氧基、胺基、苯基、苄基、包含杂原子的环烃基、全氟烷基或硝基的基团;R4表示选自亚烷基、亚环烷基或亚苯基的基团;X表示选自卤素原子、乙酸酯基或三氟甲基磺酸酯基的基团;b)在至少一种溶剂中的卤代醇试剂;以及c)至少一种碱。以及c)至少一种碱。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于由CO2和烯烃制造环状碳酸酯的催化剂组合物


[0001]本专利技术涉及科学领域、特别是用于由CO2和烯烃制造环状碳酸酯的催化剂组合物。

技术介绍

[0002]环状碳酸酯是一种有价值的化学品,并且在化学和聚合物工业这两个领域中至关重要。在化学工业中,环状碳酸酯普遍用作极性非质子溶剂,其中普遍使用的环状碳酸酯为碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯。环状碳酸酯被用于代替诸如二甲基甲酰胺、六甲基磷酰胺、N

甲基
‑2‑
吡咯烷酮、二甲基乙酰胺等的极性非质子溶剂。这是因为环状碳酸酯毒性低、蒸气压低、闪点高,并且更加环境友好。此外,在诸如染料、药品和化妆品之类的下游化学品工业中、特别是在个人护理用品中,环状碳酸酯被视为普遍用于制造或合成这些下游化学品的介质。
[0003]在聚合物工业中,环状碳酸酯是制造聚碳酸酯和聚氨酯等聚合物、包括在制造聚氨酯时所使用的聚碳酸酯二醇(PCDL)的重要前体,使用该聚碳酸酯二醇制造的聚氨酯需要具有更好的弹性和机械性能、耐候性和耐真菌性、耐氧化性和紫外线防护性等特殊性能。同时,环状碳酸酯也是在聚合物工业中所使用的制造重要化学品的重要物质,例如由碳酸亚乙酯合成的1,4

双(2

羟基乙氧基)苯(HQEE)在制造具有耐化学性和耐热性且高强度的聚氨酯时用作间隔基,从而用于制造车辆轮胎,或者由碳酸亚乙酯合成的1,3,5

三(2

羟乙基)异氰脲酸酯(THEIC)在制造具有耐腐蚀性的适于覆盖电缆的聚酯树脂时用作交联剂。除了在聚合物工业的化学品制造中使用环状碳酸酯之外,环状碳酸酯还普遍用于直接添加至聚合物中以改善聚合物性能。
[0004]对于这种环状碳酸酯的合成,过去可以在合成中将光气用作前体,例如由光气和乙二醇合成碳酸亚乙酯。然而,所述合成方法相当危险,并且由于光气具有高毒性因而还影响环境。因此,已经开发了由其他前体代替光气合成环状碳酸酯的方法。目前,在制造包括燃料在内的有价值的化学品时用作前体而获得关注的碳源为二氧化碳,由于二氧化碳毒性低、成本低、并且具有可再生资源的再利用能力,因此其为重要的C1结构单元。所以,已经将二氧化碳用作合成环状碳酸酯的前体,特别是专利文献DE 740,366中首次公开的由二氧化碳和环氧化物之间的反应合成环状碳酸酯。该合成方法的优点是该反应的化学过程转化的原子效率为100%。这意味着前体的所有原子都变为产物,从而使得通过该反应的合成方法能够以环状碳酸酯产物的形式有效地捕获和储存二氧化碳。
[0005]然而,大多数环氧化物由烯烃制成。因此,已经开发并专利技术了使用烯烃作为前体与二氧化碳一起制造环状碳酸酯的方法,而不是使用环氧化物作为前体与二氧化碳一起制造环状碳酸酯,从而减少了由烯烃制造环氧化物的步骤和由所述方法带来的环氧化物的分离步骤,从而进一步用于环状碳酸酯制造。由于与使用环氧化物作为前体的制造方法相比,由烯烃和二氧化碳制造环状碳酸酯的方法中使用的前体成本低、容易得到且毒性较小,因此该方法引人关注。由烯烃和二氧化碳制造环状碳酸酯的方法可分为以下两种方式:
[0006]第一种方式为氧化羧化反应,其中在第一步骤中,作为烯烃的前体与氧化剂反应
以通过环氧化形成环氧化物,然后该环氧化物与二氧化碳反应以通过羧化形成环状碳酸酯。实例为专利文献US 3,025,305中公开的环状碳酸酯的制造,其中所述公开的方法是以下两者之间的反应:压力为至少500psig的烯烃与二氧化碳、以及操作温度为200
°
F至400
°
F的以含氧分子作为组分的气体,并且使用包含钴有机盐氧化催化剂和为季铵化合物的助催化剂的催化剂体系。然而,由于第一步骤中的烯烃与氧化剂反应除了环氧化物之外还产生氧化性副产物(如苯甲醛和苯甲酸),因此这种环状碳酸酯的制造具有选择性低和环状碳酸酯收率低的缺点。这导致所制造的环氧化物的收率较低并且还导致环状碳酸酯的收率较低。
[0007]第二种方式为羟基卤化

羧化反应,其中在第一步骤中,作为烯烃的前体与卤代醇试剂如N

溴代琥珀酰亚胺(NBS)或溴离子/过氧化氢(Br

/H2O2)通过羟基卤化从而形成作为卤代醇的中间体,然后与二氧化碳反应从而通过羧化形成环状碳酸酯。与第一种方式相比,这种制造环状碳酸酯的方式具有更好的效率,其中在以下文献中已经公开了由羟基卤化

羧化制造环状碳酸酯的方法以及由烯烃合成卤代醇。
[0008]专利文献US 3,884,984公开了诸如氯代醇或溴代醇之类的卤代醇的合成方法,该方法在铊盐的存在下,通过在诸如乙烯之类的烯烃与水和氯或溴的离子之间的反应进行。同时专利文献US 3,923,842公开了在胺化合物的存在下通过卤代醇和二氧化碳之间的反应制备具有3个至31个碳原子的环状碳酸酯的方法。
[0009]专利文献US 4,325,874公开了在碘或碘化合物以及氧化铊化合物或铊的弱酸性盐的存在下通过烯烃和二氧化碳之间的反应制造诸如碳酸亚乙酯之类的碳酸亚烷基酯的方法。
[0010]专利文献WO 2008/034265 A1公开了在水溶液中由烯烃和二氧化碳经由诸如溴代醇之类的卤代醇形式的中间体制造环状碳酸酯的方法。该文献公开的环状碳酸酯的制造是在水溶液中、在卤素化合物和具有胺基的碱存在下的烯烃和二氧化碳之间的反应,或者是在水溶液中、在卤素化合物、具有胺基的碱和氧化剂存在下的烯烃和二氧化碳之间的反应。卤素化合物的实例为N

溴代琥珀酰亚胺(NBS)、四丁基溴化铵(TBAB)、溴化钾(KBr)或溴化钠(NaBr)等。具有胺基的碱的实例为1,8

二氮杂双环[5.4.0]十一碳
‑7‑
烯(DBU)等。氧化剂的实例为过氧化氢(H2O2)等。发现该制备方法可以在温和条件下有效地进行。
[0011]Jia

Ning Xie等人(Journal of CO
2 Utilization,2016,16,313

317)公开了在温和条件下由烯烃和二氧化碳直接合成环状碳酸酯,即二氧化碳压力为3MPa,并且温度为60℃。将过硫酸钾(K2S2O8)用作氧化剂,并且将溴化钠(NaBr)用作溴化反应的反应物以用于烯烃的羟卤化的早期阶段。然后,使用碳酸钾(K2CO3)作为去质子化反应物与聚乙二醇(PEG)一起通过羧化使烯烃与二氧化碳反应以形成环状碳酸酯。发现在所述操作条件下,该方法可以制造环状碳酸酯。然而,在所述制造方法中使用聚乙二醇在环状碳酸酯产物和聚乙二醇的分离方面存在缺点。此外,该合成过程也需要较长的操作时间。
[0012]因此,本专利技术旨在制备用于在温和条件下使用卤代醇试剂作为共反应物由CO2和烯烃制造环状碳酸酯的催化剂组合物,其中可以有效催化环状碳酸酯的合成,并对环状碳酸酯具有良好的选择性。

技术实现思路

[0013]本专利技术涉及用于在本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于由CO2和烯烃制造环状碳酸酯的催化剂组合物,其中所述催化剂组合物包含:a)如结构(I)所示的金属络合物:其中,M表示过渡金属原子;R1、R2和R3表示独立地选自氢原子、卤素原子、烷基、烯基、炔基、烷氧基、胺基、苯基、苄基、包含杂原子的环烃基、全氟烷基或硝基的基团;R4表示选自亚烷基、亚环烷基或亚苯基的基团;X表示选自卤素原子、乙酸酯基或三氟甲基磺酸酯基的基团;b)在至少一种溶剂中的卤代醇试剂;以及c)至少一种碱。2.根据权利要求1所述的催化剂组合物,其中在a)中的所述金属络合物中,M表示选自铬、钴或铁的过渡金属原子。3.根据权利要求2所述的催化剂组合物,其中在a)中的所述金属络合物中,M为铬金属原子。4.根据权利要求1所述的催化剂组合物,其中在a)中的所述金属络合物中,R1、R2和R3表示独立地选自氢原子、卤素原子、具有1至4个碳原子的烷基、具有1至4个碳原子的烯基、具有1至4个碳原子的炔基、具有1至4个碳原子的烷氧基、胺基、苯基、苄基、包含杂原子的环烃基、全氟烷基或硝基的基团。5.根据权利要求1或4所述的催化剂组合物,其中在a)中的所述金属络合物中,R1、R2和R3表示独立地选自氢原子、氯原子、甲基、乙基、异丙基、正丁基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、异丙氧基、正丁氧基、叔丁氧基、苯基、苄基、三氟甲基或硝基的基团。6.根据权利要求5所述的催化剂组合物,其中在a)中的所述金属络合物中,R1、R2和R3为氢原子。7.根据权利要求1所述的催化剂组合物,其中在a)中的所述金属络合物中,R4表示选自具有2至3个碳原子的亚烷基、具有6个碳原子的亚环烷基或亚苯基的基团。8.根据权利要求1或7所述的催化剂组合物,其中在a)中的所述金属络合物中,R4表示选自亚乙基、1,3

亚丙基、1,2

亚环己基或1,2

亚苯基的基团。9.根据权利要求8所述的催化剂组合物,其中在a)中的所述金属络合物中,R4为1,2

亚苯基。10.根据权利要求1所述的催化剂组合物,其中在a)中的所述金属络合物中,X表示选自氯原子、溴原子、碘原子、乙酸酯基或三氟甲基磺酸酯基的基团。
11.根据权利要求1所述的催化剂组合物,其中在a)中的所述金属络合物选自N

N'

双(亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3,5

二叔丁基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3,5

二甲基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(5

甲基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(5

叔丁基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

叔丁基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

甲基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

三氟甲基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

甲氧基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

硝基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

氯亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

三氟甲基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

甲氧基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

硝基亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

氯亚乙基亚水杨基)

乙烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3,5

二叔丁基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3,5

二甲基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(5

甲基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(5

叔丁基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

叔丁基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

甲基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

三氟甲基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

甲氧基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

硝基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

氯亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

三氟甲基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

甲氧基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

硝基亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

氯亚乙基亚水杨基)

丙烷

1,3

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3,5

二叔丁基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3,5

二甲基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(5

甲基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(5

叔丁基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'


(3

甲基,5

叔丁基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

甲基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

三氟甲基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

甲氧基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

硝基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

氯亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

三氟甲基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

甲氧基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

硝基亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

氯亚乙基亚水杨基)



1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3,5

二叔丁基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3,5

二甲基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(5

甲基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(5

叔丁基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

叔丁基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

甲基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

三氟甲基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

甲氧基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

硝基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

叔丁基,5

氯亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

三氟甲基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

甲氧基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物、N

N'

双(3

甲基,5

硝基亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物或N

N'

双(3

甲基,5

氯亚乙基亚水杨基)

环己烷

1,2

二氨基金属(III)氯化物。12.根据权利要求1所述的催化剂组合物,其中在b)中的所述卤代醇试剂为卤素化合物。13.根据权利要求12所述的催化剂组合物,其中所述卤素化合物选自碘化钠(NaI)、溴化钠(NaBr)、氯化钠(NaCl)、碘化钾(KI)、溴化钾(KBr)、四丁基碘化铵(TBAI)、N

氯代琥珀酰亚胺(NCS)、N

溴代琥珀酰亚胺(NBS)、N

碘代琥珀酰亚胺(NIS)、碘(I2)、溴(Br2)或它们的混合物。14.根据权利要求12或13所述的催化剂组合物,其中所述卤素化合物为N

溴代琥珀酰亚胺。15.根据权利要求1或12所述的催化剂组合物,其中在b)中的所述卤代醇试剂还包含选自以下的氧化剂:过硫酸钾(K2S2O8)、过氧化氢(H2O2)、叔丁基过氧化氢、次氯酸钙(Ca(OCl)2)、过氧化苯甲酰、硝酸钾(KNO3)或它们的混合物。16.根据权利要求1所述的催化剂组合物,其中至少一种溶剂选自水、丙酮、二氯甲烷、己烷、苯、甲苯、二甲基甲酰胺、乙腈或它们的混合物。17.根据权利要求16所述的催化剂组合物,其中所述溶剂为水和丙酮的混合物。18.根据权利要求1所述的催化剂组合物,其中至少一种碱选自碳酸钾(K2CO3)、碳酸钠
(Na2CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸铯(Ce2CO3)、1,8

二氮杂双环[5.4.0]十一碳
‑7‑
烯(DBU)或它们的混合物。19.一种由CO2和烯烃制造环状碳酸酯的方法,所述方法包括使根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物与CO2和烯烃的混合物接触。20.一种由CO2和烯烃制造环状碳酸酯的方法,所述方法包括以下步骤:i)在至少一种溶剂中使烯烃与卤代醇试剂接触;以及ii)使步骤i)获得的混合物、CO2和至少一种碱与如结构(I)所示的金属络合物催化剂接触:其中,M表示过渡金属原子;R1、R2和R3表示独立地选自氢原子、卤素原子、烷基、烯基、炔基、烷氧基、胺基、苯基、苄基、包含杂原子的环烃基、全氟烷基或硝基的基团;R4表示选自亚烷基、亚环烷基或亚苯基的基团;并且X表示选自卤素原子、乙酸酯基或三氟甲基磺酸酯基的基团。21.根据权利要求20所述的制造环状碳酸酯的方法,其中在所述金属络合物催化剂中,M表示选自铬、钴或铁的过渡金属原子。22.根据权利要求21所述的制造环状碳酸酯的方法,其中在所述金属络合物催化剂中,M为铬金属原子。23.根据权利要求20所述的制造环状碳酸酯的方法,其中在所述金属络合物催化...

【专利技术属性】
技术研发人员:昆尼加尔
申请(专利权)人:PTT全球化学股份有限公司
类型:发明
国别省市:

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