CN101318949A - 一种固载离子液体催化剂催化合成环状碳酸酯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固载离子液体催化合成环状碳酸酯的方法。其特征在于利用化学法制备出固载离子液体催化剂。本发明中，利用介孔分子筛作为载体，通过不同的步骤制备出固载催化剂，催化环氧化合物生成环状碳酸酯。利用此固载催化剂，可以在较低的反应温度和压力，较短的反应时间内，使产率和选择性较以往的固载催化剂有很大提高。

Description

一种固载离子液体催化剂催化合成环状碳酸酯的方法
技术领域：
本发明涉及一种固载离子液体催化合成环状碳酸酯的方法。本发明将上述催化剂，用于环氧化合物环加成反应，降低了反应温度、压力，获得较高的环状碳酸酯的产率和选择性。
背景技术：
环状碳酸酯是一种有多种用途的重要的化工产品，它具有低毒、可生物降解、沸点高等特性，可以作为惰性溶剂，聚丙烯腈纤维的原材料，燃料、润滑油、液压机液体的添加剂，在制药工业和聚合物合成工业方面也占有一定的重要作用。由于工业化进程不断发展，CO2作为一种温室气体，也不断大量增加。如何更好的利用CO2，变废为宝，不仅对于经济效益有重要意义，而且对于社会效益，也有不可估量的价值。
目前已报道的生产环状碳酸酯的方法大多是使用路易斯酸金属和路易斯碱组成的二元均相催化剂，其中所使用的路易斯酸金属有：碱金属卤化物，碱土金属卤化物，过渡金属盐，过渡金属配合物或四齿席夫碱金属配合物；所用的路易斯碱有有机碱(如DMF，DBAP等)，季铵盐，咪唑盐，冠醚，分子筛等等。这些催化体系存在催化活性不高，使用毒性很强的有机溶剂，催化剂成本高，反应物不易分离等问题。用于该反应的多相催化剂目前报道的有负载型二元催化体系(如CN1796384A)，二氧化硅负载的季膦盐单组分体系(如JP2005 003388)，金属氧化物(如MgO-Al2O3，J.Am.Chem.Soc.1999，121，4526-4527)，金属复合氧化物(如Cs-P-Si复合氧化物，CN1926125A)，KI/MgO(CN1424147A)以及碱修饰的强碱性苯乙烯离子交换树脂或大孔强碱性苯乙烯离子交换树脂担载金催化剂(CN100343244C)。尽管报道的催化剂种类很多，但仍存在反应活性低，反应时间长，易流失等问题，因此开发一种活性高、反应条件温和、稳定的催化体系显得十分重要。
发明内容：
本发明的目的提供用介孔分子筛固载离子液体作为催化剂非均相催化环氧化合物生成环状碳酸酯。
本发明中所使用的介孔分子筛包括MCM-41、MCM-48等。对介孔分子筛改性所使用的硅烷试剂的结构为：X(CH2)3Si(OR)3(参见权力要求书4)，包括：3-氯丙基三乙氧基硅烷，3-氨基丙基三乙氧基硅烷，3-氯丙基三甲氧基硅烷，3-氨基丙基三甲氧基硅烷。所使用的烷基是卤代烷基(CnH2n+1，n＝1～16)或含羟基官能团的卤代烷基(CnH2n+1O，n＝1～16)。
在苯、甲苯或二甲苯有机溶剂的存在下，介孔分子筛与0.5-10倍重量的硅烷试剂在80-120℃下反应1-24小时，过滤，洗涤、干燥，得到硅烷化的介孔分子筛；在苯、甲苯或二甲苯有机溶剂的存在下，将硅烷化的介孔分子筛与0.5-2倍咪唑反应，在80-120℃下反应2-24h，过滤，洗涤、干燥，将咪唑嫁接到硅烷化的介孔分子筛上；在有机溶剂存在下，咪唑化后的介孔分子筛与0.5-6倍其重量的卤代烷烃在60-120℃下反应10-24h，过滤，洗涤，干燥，得到固载离子液体催化剂。
本发明涉及到的固载型离子液体的结构如下：
Figure A20081011703500041
其中，为MCM-41、MCM-48中的一种，R为C1～C20烷基或烷基醇中的一种，X为Cl、Br中的一种。
具体实施方式
本发明用以下实施例说明，但本发明并不限于下述实施例，在不脱离前后所述宗旨的范围下，变化实施都包含在本发明的技术范围内。
实施例1
改性的MCM-41参考文献[聂春发，索继权.分子催化，2004，18(1)：61]制备。4g改性后的MCM-41与2g咪唑在二甲苯中回流4h，过滤，固体用无水乙醇洗涤，60℃真空干燥后，取5g咪唑化的改性MCM-41，加入3g溴乙烷，120℃，二甲苯中回流24h，过滤，干燥，得到MCM-41固载的乙基咪唑溴离子液体。
实施例2
同实施例1制备出改性的MCM-41。4g改性后的MCM-41与3g咪唑在二甲苯中回流4h，过滤，固体用无水乙醇洗涤，60℃真空干燥后，取5g咪唑化的改性MCM-41，加入3.5g溴丁烷，120℃，二甲苯中回流24h，过滤，干燥，得到MCM-41固载的丁基咪唑溴离子液体。
实施例3
同实施例1制备出改性的MCM-41。4g改性后的MCM-41与2g咪唑在二甲苯中回流4h，过滤，固体用无水乙醇洗涤，60℃真空干燥后，取5g咪唑化的改性MCM-41，加入4g溴己烷，120℃，二甲苯中回流24h，过滤，干燥，得到MCM-41固载的己基咪唑溴离子液体。
实施例4
同实施例1制备出改性的MCM-41。4g改性后的MCM-41与2g咪唑在二甲苯中回流4h，过滤，固体用无水乙醇洗涤，60℃真空干燥后，取3.5g咪唑化的改性MCM-41，加入3.5g溴辛烷，120℃，二甲苯中回流24h，过滤，干燥，得到MCM-41固载的辛基咪唑溴离子液体。
实施例5
同实施例1制备出改性的MCM-41。4g改性后的MCM-41与4g咪唑在二甲苯中回流4h，过滤，固体用无水乙醇洗涤，60℃真空干燥后，取3g咪唑化的改性MCM-41，加入3.5g溴癸烷，120℃，二甲苯中回流24h，过滤，干燥，得到MCM-41固载的癸基咪唑溴离子液体。
实施例6
同实施例1制备出改性的MCM-41。4g改性后的MCM-41与2g咪唑在二甲苯中回流4h，过滤，固体用无水乙醇洗涤，60℃真空干燥后，取4g咪唑化的改性MCM-41，加入3.5g溴乙醇，120℃，二甲苯中回流24h，过滤，干燥，得到MCM-41固载的乙醇基咪唑溴离子液体。
实施例7
Figure A20081011703500061
实施方法：在100ml不锈钢高压釜中，依次加入MCM-41负载的乙醇基咪唑溴0.5g，10ml环氧丙烷(1a)，密闭反应釜，充入适量压力的二氧化碳，由控温仪控制温度缓慢升至115℃，然后控制反应压力为2.0MPa，反应4.0h。反应后将反应釜冷却至室温，缓慢放出过量的二氧化碳，过滤分离出催化剂后，将所得的产品(2a)进行气相色谱分析，选择性为99.8％，收率为92％。
实施例8
同实施例7，所用催化剂为MCM-41负载的乙基咪唑溴，反应6h，其他条件不变，得到产品(2a)选择性100％，收率为48.2％。
实施例9
同实施例7，所用催化剂为MCM-41负载的丁基咪唑溴0.5g，反应温度为115℃，其他条件不变，得到(2a)选择性为99％，收率为61.2％。
实施例10
同实施例7，所用催化剂为MCM-41负载的己基咪唑溴0.5g，其他条件不变，得到(2a)选择性为99.8％，收率为51％。
实施例11
同实施例7，所用催化剂为MCM-41负载的己基咪唑溴0.5g，反应时间6h，其他条件不变，得到(2a)选择性为99.37％，收率为55％。
实施例12
同实施例7，所用催化剂为MCM-41负载的辛基咪唑溴0.5g，反应时间4h，得到(2a)选择性为99.37％，收率为63.8％。
实施例13
同实施例7，所用催化剂为MCM-41负载的癸基咪唑溴0.5g，反应时间4h，得到(2a)选择性为99.37％，收率为62.7％。
实施例14
Figure A20081011703500071
实施方法：在100ml不锈钢高压釜中，依次加入MCM-41负载的乙基咪唑溴0.5g，10ml环氧乙烷(1b)，密闭反应釜，充入适量压力的二氧化碳，由控温仪控制温度缓慢升至110℃，然后控制反应压力为2.0MPa，反应4.0h。反应后将反应釜冷却至室温，缓慢放出过量的二氧化碳，过滤分离出催化剂后，将所得的产品(2b)进行气相色谱分析，选择性为98.81％，收率为69.5％。
实施例15
同实施例14，依次加入MCM-41负载的癸基咪唑溴0.5g，10ml环氧乙烷，110℃，反应时间4h，得到(2b)选择性为96.69％，收率为75.7％。
实施例16
同实施例14，依次加入MCM-41负载的己基咪唑溴0.5g，10ml环氧乙烷，110℃，反应时间5h，得到(2b)选择性为98.5％，收率为85％。

Claims (5)

1.一种固载离子液体催化剂催化合成环状碳酸酯的方法，其特征在于使用介孔分子筛负载的咪唑类离子液体作为催化剂，在反应压力为0.5-5.0MPa，反应温度为40-160℃，反应时间为0.3-8小时的条件下，催化环氧化合物(环氧乙烷、环氧丙烷中的一种)和二氧化碳环加成合成相应的环状碳酸酯。
2.根据权利要求1所述的合成方法，介孔分子筛负载的咪唑类离子液体的结构式如下：
Figure A2008101170350002C1
其中，
Figure A2008101170350002C2
为MCM-41、MCM-48中的一种，R为CnH2n+1或CnH2n+1O(n＝1～16)中的一种，X为Cl、Br中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征为：
(1)在甲苯或二甲苯的存在下，将硅烷化试剂改性后的MGM-41与0.5-2倍重量的咪唑在80-120℃下反应4-24h，过滤，无水乙醇洗涤、干燥，得到咪唑化的改性MCM-41；
(2)在甲苯或二甲苯的存在下，将咪唑化后的改性MCM-41与0.5-6倍其重量的卤代烷RX在60-110℃下反应10-24h，过滤，无水乙醇洗涤，干燥，得到固载离子液体催化剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述硅烷化试剂的结构为：
X(CH2)3Si(OR)3
其中，X为Cl、NH2中的一种，R为CH3、CH2CH3中的一种。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述卤代烷RX中R为CnH2n+1或CnH2n+1O(n＝1～16)或者含有羟基官能团的烷基中的一种，X为Cl、Br中的一种。
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