CN102060837A - 一种环状碳酸酯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用苯并咪唑型离子液体通过环加成反应合成环状碳酸酯的方法，以环氧化合物和二氧化碳为反应物，结构式（I）所示的苯并咪唑型离子液体为催化剂。本发明制备方法中使用的苯并咪唑型离子液体催化剂具有成本低，反应条件温和，选择性高，水、热稳定性好等优点。

Description

一种环状碳酸酯的制备方法
技术领域
本发明涉及一种使用苯并咪唑型离子液体通过环加成反应合成环状碳酸酯的方法，属于绿色、清洁催化技术领域。
背景技术
二氧化碳是主要的温室气体，同时也是贮量丰富、无毒、廉价的碳资源。随着全球气候变暖问题的日益突出，二氧化碳的资源化利用已经成为重要的科学课题。二氧化碳与环氧化合物通过环加成反应制备环状碳酸酯是二氧化碳资源化利用最有效的途径之一。环状碳酸酯是一种非常好的极性溶剂，在医药和精细化工中间体的合成中有着日益广泛的应用。近年来，以碳酸乙烯酯为原料利用和甲醇酯交换的方法制备碳酸二甲酯以及与水作用合成乙二醇的经济价值和工业需求日益增大。
目前已报道的用于二氧化碳与环氧化合物环加成反应的催化剂体系主要有有机碱，季铵盐、金属配合物、多相催化剂等。尽管对催化剂的研究取得较大进展，但或多或少存在活性不高、对空气或水分敏感、条件苛刻、使用毒性很强的有机溶剂、催化剂成本高、产物和催化剂分离困难等不足。因此研究开发一种活性高、反应条件温和、经济环保的催化剂体系显得非常重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用苯并咪唑型离子液体作为催化剂，在温和的反应条件下，不使用任何溶剂实现高效、高选择性地由二氧化碳和环氧化合物通过环加成反应合成环状碳酸酯的方法。
本发明实现过程如下：
一种环状碳酸酯的制备方法，以环氧化合物和二氧化碳为反应物，结构式（I）所示的苯并咪唑型离子液体为催化剂，
Figure 264479DEST_PATH_IMAGE001
。
所述的苯并咪唑型离子液体（I）n为2～8，R为H，X为Br，最好为1-甲基-3-丁基苯并咪唑溴盐。
本发明的反应通式为：
Figure 381471DEST_PATH_IMAGE002
其中R为H，CH2Cl。
上述反应压力0～1.0 MPa，温度为363.15～383.15K，反应时间3～5 小时条件下合成环状碳酸酯，苯并咪唑型离子液体催化用量为环氧化合物的7.83×10-4至2.34×10-3 mol。
本发明制备方法中使用的苯并咪唑型离子液体催化剂具有成本低，反应条件温和，选择性高，水、热稳定性好，能够重复使用等优点。
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。
 
Figure 656594DEST_PATH_IMAGE003
           
Figure 74235DEST_PATH_IMAGE004
下面给出本发明所用的代表性的上述两种苯并咪唑离子液体的合成实例。 
（1）合成1-甲基-3-丁基苯并咪唑溴盐
将10 mmol 1-甲基苯并咪唑置于100 ml三颈瓶中，加入10 ml甲苯，磁力搅拌，加热至75 ℃，逐滴加入20 mmol溴代正丁烷，滴加完毕升温至90℃反应，过夜。倾去上层清液，分别用2×5 ml甲苯，2×5 ml 丙酮洗涤，产物在真空45℃干燥30 min，白色固体2.39g，产率89%。
（2）合成1-甲基-3-丁基苯并咪唑氟硼酸盐
将5 mmol 1-甲基-3丁基苯并咪唑溴盐置于100 ml塑料烧杯中，加入5 ml 去离子水，磁力搅拌，完全溶解后逐滴加入1.5ml 40% HBF4溶液，搅拌24小时。反应完毕，有沉淀析出。抽滤，用去离子水洗涤至中性且滤液用硝酸银溶液滴定无沉淀为止。得白色固体，真空45℃干燥30 min，得产物1.24g，产率90%。
实施例1
在250ml不锈钢高压釜中，依次加入1-甲基-3-丁基苯并咪唑溴盐0.6 mmol，20 ml环氧氯丙烷(1a), 密闭反应釜，用CO2排空3次，充入适量压力的二氧化碳，由控温仪控制温度缓慢升至100℃，然后控制二氧化碳压力为0.8 MPa，反应5小时，冷却至室温，缓慢放空残余的CO2, 将所得的液体减压蒸馏得产品4-氯甲基-[1,3]二氧环戊-2-酮（2a），称重，计算产率。产品结构通过IR、1H NMR鉴定，产率为82.1%。
实施例2
在250ml不锈钢高压釜中，依次加入1-甲基-3-丁基苯并咪唑溴盐0.6 mmol，20 ml环氧氯丙烷(1a), 密闭反应釜，用CO2排空3次，充入适量压力的二氧化碳，由控温仪控制温度缓慢升至110℃，然后控制二氧化碳压力为0.8 MPa，反应4小时，冷却至室温，缓慢放空残余的CO2, 将所得的液体减压蒸馏得产品4-氯甲基-[1,3]二氧环戊-2-酮（2a），称重，产率75.0%。
实施例3
在250ml不锈钢高压釜中，依次加入1,2-二甲基-3-丁基苯并咪唑溴盐0.3 mmol，20 ml环氧氯丙烷(1a), 密闭反应釜，用CO2排空3次，充入适量压力的二氧化碳，由控温仪控制温度缓慢升至100℃，然后控制二氧化碳压力为0.8 MPa，反应3小时，冷却至室温，缓慢放空残余的CO2, 将所得的液体减压蒸馏得产品4-氯甲基-[1,3]二氧环戊-2-酮（2a），称重，产率17.2%。
实施例4
在250ml不锈钢高压釜中，依次加入1,2-二甲基-3-丁基苯并咪唑氟硼酸盐0.6g，20 ml环氧氯丙烷(1a)，密闭反应釜，用CO2排空1次，充入适量压力的二氧化碳，由控温仪控制温度缓慢升至110℃，然后控制二氧化碳压力为2.5 MPa，反应6小时，冷却至室温，缓慢放空残余的CO2, 将所得的液体减压蒸馏得产品4-氯甲基-[1,3]二氧环戊-2-酮（2a），称重，产率13%。
实施例5
Figure 13689DEST_PATH_IMAGE006
在250ml不锈钢高压釜中，依次加入1,2-二甲基-3-丁基苯并咪唑氟硼酸盐1.0g，20 ml环氧乙烷，密闭反应釜，用CO2排空1次，充入适量压力的二氧化碳，由控温仪控制温度缓慢升至130℃，然后控制二氧化碳压力为3 MPa，反应6小时，冷却至室温，缓慢放空残余的CO2, 将所得的液体减压蒸馏得产品碳酸乙烯酯，称重，产率37%。
实施例6
在250ml不锈钢高压釜中，依次加入1,2-二甲基-3-丁基苯并咪唑氟硼酸盐0.3g，20 ml环氧乙烷，密闭反应釜，用CO2排空1次，充入适量压力的二氧化碳，由控温仪控制温度缓慢升至110℃，然后控制二氧化碳压力为1.5 MPa，反应6小时，冷却至室温，缓慢放空残余的CO2, 将所得的液体减压蒸馏得产品碳酸乙烯酯，称重，产率8%。

Claims (7)

1.一种环状碳酸酯的制备方法，其特征在于：以环氧化合物和二氧化碳为反应物，结构式（I）所示的苯并咪唑型离子液体为催化剂，
Figure 2010106007275100001DEST_PATH_IMAGE001
。
2.根据权利要求1所述的环状碳酸酯的制备方法，其特征在于：所述的苯并咪唑型离子液体n为2～8，R为H，X为Br。
3.根据权利要求2所述的环状碳酸酯的制备方法，其特征在于：所述的苯并咪唑型离子液体为1-甲基-3-丁基苯并咪唑溴盐。
4.根据权利要求3所述的环状碳酸酯的制备方法，其特征在于：所述的苯并咪唑型离子液体催化用量为环氧化合物的7.83×10-4至2.34×10-3 mol。
5.根据权利要求1至4任意之一所述的环状碳酸酯的制备方法，其特征在于：所述的环氧化合物为环氧乙烷或环氧氯丙烷。
6.根据权利要求5所述的环状碳酸酯的制备方法，其特征在于：所述的环氧化合物为环氧氯丙烷。
7.根据权利要求5所述的环状碳酸酯的制备方法，其特征在于：在反应压力0～1.0 MPa，温度为363.15～383.15 K，反应时间3～5 小时条件下合成环状碳酸酯。
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