專利名稱：一種高活性雙功能催化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明涉及用于合成環(huán)狀碳酸酯的催化劑，特別涉及一種催化活化二氧化碳與環(huán)氧烷烴反應(yīng)合成環(huán)狀碳酸酯的高活性雙功能催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
二氧化碳(CO2)作為地球上的重要碳源，通過光合作用被轉(zhuǎn)化為碳水化合物，同時(shí)釋放出氧氣，這是維持生態(tài)循環(huán)最重要的反應(yīng)之一。而如今人類日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中CO2的過量排放破壞了自然界的“收支平衡”，使得CO2成為導(dǎo)致溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w。因此，CO2作為碳一資源被化學(xué)固定轉(zhuǎn)化為有用的精細(xì)化學(xué)品是綠色化學(xué)的一個(gè)重要研究方向。在催化劑作用下，二氧化碳可以與環(huán)氧烷烴發(fā)生偶合反應(yīng)制備環(huán)狀碳酸酯。這些環(huán)狀碳酸酯作為性能優(yōu)良的高沸點(diǎn)、高極性有機(jī)溶劑，在有機(jī)合成、化妝品工業(yè)、氣體分離、電池電解液及金屬萃取等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)外有很多關(guān)于二氧化碳和環(huán)氧烷烴通過偶合反應(yīng)制備環(huán)狀碳酸酯的專利報(bào)道。如在US4314945中，McMullen采用四烴基季銨鹽催化環(huán)氧烷烴與二氧化碳反應(yīng)合成環(huán)狀碳酸酯；在US4786741和US4841072中，Sachs和Harvey分別使用季鱗鹽催化劑在2.5^20MPa的壓力下，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳和環(huán)氧乙烷的環(huán)加成反應(yīng)，制備了相應(yīng)的環(huán)狀碳酸酯；在^4931571中，Weinstein采用季胂鹵化鹽作為催化劑，在9(T200° C下催化二氧化碳和環(huán)氧乙烷反應(yīng)合成碳酸乙烯酯。而國內(nèi)一些專家在該領(lǐng)域也取得了一定突破，如在CN1343668中，鄧友全采用離子液體和堿金屬鹵化物或四丁基溴化銨組成二元催化體系，在10(T140° C和二氧化碳初始壓力為1.5 4.5MPa下，成功地將環(huán)氧化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的環(huán)狀碳酸酯；在0附01003531中，何良年采用季銨鹽或季鱗鹽功能化的聚乙二醇作為催化劑，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳和環(huán)氧烷烴的偶合反應(yīng)合成了相應(yīng)的環(huán)狀碳酸酯。該催化劑的優(yōu)勢在于容易回收和循環(huán)利用，適用于連續(xù)化生產(chǎn)；在CN101972674中，劉賓元合成了一種簡單的分子內(nèi)含有季銨鹽的四齒席夫 堿鋁配合物，該催化劑用于催化二氧化碳和環(huán)氧烷烴偶合反應(yīng)時(shí)，催化效率最高可達(dá)3750mol環(huán)狀碳酸酯/mol催化劑。由于橋鍵連接基團(tuán)太短，難以實(shí)現(xiàn)分子內(nèi)協(xié)同催化。早在幾年前，呂小兵等就報(bào)道了采用四齒席夫堿鋁配合物作為催化劑，在季銨鹽或季鱗鹽的協(xié)同作用下，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳和環(huán)氧烷烴的偶合反應(yīng)，合成了相應(yīng)的環(huán)狀碳酸酯(CN1416953、CN1415416 和 CN1544431)。利用上述催化劑，往往需要在高壓或高催化劑濃度下才能有效地催化環(huán)氧烷烴和二氧化碳反應(yīng)合成相應(yīng)的環(huán)狀碳酸酯。當(dāng)降低反應(yīng)溫度或壓力時(shí)，易造成反應(yīng)速率大幅度下降，部分體系中還同時(shí)伴隨有聚碳酸酯和聚醚等副產(chǎn)物的生成。此外，上述催化劑通常難以用于手性環(huán)狀碳酸酯的合成
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明就是針對上述問題，提供了一種在催化劑濃度較低且相對比較溫和的反應(yīng)條件下，能高活性、高選擇性地催化二氧化碳和環(huán)氧烷烴偶合反應(yīng)合成環(huán)狀碳酸酯的高活性雙功能催化劑及其制備方法和應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，其為四齒席夫堿鋁配合物，其分子中含有一個(gè)或多個(gè)季銨鹽或季鱗鹽基團(tuán)。配合物中金屬離子具有親電功能，而其苯環(huán)上連接的季銨鹽或季鱗鹽具有親核功能。此外，本發(fā)明為單一組分，其分子結(jié)構(gòu)中既含有親電中心又含有親核中心，因此可以通過分子內(nèi)協(xié)同作用，在較低催化劑濃度下催化二氧化碳與環(huán)氧烷烴偶合反應(yīng)，高效率地制備相應(yīng)的環(huán)狀碳酸酯。該催化劑系四齒席夫堿鋁配合物，且分子中含有一個(gè)以上的季銨鹽或季鱗鹽基
團(tuán)，結(jié)構(gòu)式如式I所示，
權(quán)利要求
1.一種高活性雙功能催化劑，其特征在于，該催化劑系四齒席夫堿鋁配合物，且分子中含有一個(gè)以上的季銨鹽或季鱗鹽基團(tuán)，結(jié)構(gòu)式如式I所示，
2.一種高活性雙功能催化劑的制備方法，其特征在于，反應(yīng)方程式為，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高活性雙功能催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、四氫呋喃、乙酸乙酯、苯、甲苯、氯仿、二氯乙烷中的一種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高活性雙功能催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的有機(jī)溶劑為氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氫呋喃或乙酸乙酯。
5.一種高活性雙功能催化劑的應(yīng)用，其特征在于，其可用于催化二氧化碳與環(huán)氧烷烴反應(yīng)制備環(huán)狀碳酸酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高活性雙功能催化劑的應(yīng)用，其特征在于，制備環(huán)狀碳酸酯過程中，反應(yīng)溫度為10 120°C，二氧化碳壓力為0.1 6.0MPa，高活性雙功能催化劑與環(huán)氧烷烴的摩爾比為I:2000 200000，反應(yīng)時(shí)間為0.5 48小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高活性雙功能催化劑的應(yīng)用，其特征在于，所述的環(huán)氧烷烴為，
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高活性雙功能催化劑的應(yīng)用，其特征在于，
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高活性雙功能催化劑及其制備方法和應(yīng)用。該催化劑系四齒席夫堿鋁配合物，且分子中含有一個(gè)以上的季銨鹽或季鏻鹽基團(tuán)。在低催化劑濃度下，仍具有較高的催化活性；反應(yīng)條件相對溫和，過程簡便；催化效率高，產(chǎn)物選擇性高；無需添加任何有機(jī)溶劑；手性環(huán)氧烷烴作為反應(yīng)物時(shí)，產(chǎn)物的光學(xué)純度得到完全保持。
文檔編號C07F5/06GK103170365SQ20131003384
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者任偉民, 于凱, 徐桅, 呂小兵 申請人:沈陽金久奇科技有限公司