CN106316852A - 由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法。在高压反应釜内，以尖晶石型纳米铁氧体为催化剂，含氮化合物为助剂，催化二氧化碳和苯酚，在CCl4中反应合成碳酸二苯酯。本发明提供的催化剂具有纳米级粒子尺寸和较高的比表面积，在催化反应中具有较高的活性，和现有技术相比能较高收率的合成碳酸二苯酯。由于催化剂具有磁性，可通过外加磁场实现催化剂的富集回收以及在反应体系中的高度分散解决了催化剂难以从反应体系中分离的缺点，具有重要的经济和社会意义。

Description

由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法
技术领域
本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法。
背景技术
目前碳酸二苯酯的合成方法主要有光气法、酯交换法和氧化羰化法。光气法以苯酚和光气为原料，是最早的合成方法，也是过去生产碳酸二苯酯的主要方法，该法工艺复杂、产品杂质多且副产大量盐酸，对设备腐蚀性强，剧毒原料光气的使用也不符合环境保护与可持续发展的要求，国外一些发达国家已经禁止使用；酯交换法通常采用碳酸二甲酯、草酸二甲酯等与苯酚酯交换合成碳酸二苯酯，由于受化学平衡及反应活性等的限制，该法一般局限于实验室研究，不利于工业化生产；氧化羰化法合成碳酸二苯酯的研究始于上世纪70年代末，以CO、O2和苯酚为原料、等化学计量数的贵金属Pd盐为催化剂合成碳酸二苯酯，此方法与其他方法相比较毒性小、无溶剂、工艺简单、流程短，缺点是催化剂循环使用困难，苯酚容易氧化，副反应多。
二氧化碳既是一种主要的温室气体，又是一种无毒、廉价、清洁、储量丰富的可再生碳源，将其加以利用，不但解决了资源问题，而且减轻了环境压力。通过化学转化实现二氧化碳的资源化利用，不仅可以固定二氧化碳，还可以获得多种高附加值的化工产品，具有重要的经济和社会意义，利用二氧化碳为原料合成碳酸二苯酯便是其中之一。李振环等以路易斯酸为主催化剂催化二氧化碳和苯酚合成碳酸二苯酯(Li Z.H.,Qin Z.F.,Zhu H.Q.,Wang J.G.,Chem.Lett.,2006,35,784-785；Li Z.H.,Qin Z.F.,J.Mol.Catal.A:Chem.,2007,264,255-259；SuK.M.,Li Z.H.,Cheng B.W.,Ren Y.L.,Catal.Commun.,2008,9,1666-1670.)，范国枝等以路易斯酸或碳酸盐为催化剂催化二氧化碳合成碳酸二苯酯(Fan G.Z.,Fujita S.I.,Zou B.,NishiuraM.,Meng X.C.,Arai M.,Catal.Lett.,2009,133,280-287；Fan G.Z.,Wang Z.G.,Zou B.,Wang M.,Fuel Processing Technol.,2011,92,1052-1055；Fan G.Z.,Zhao H.T.,Duan Z.X.,Fang T.,Wan M.H.,He L.N.,Catal.Sci.Technol.,2011,1,1138-1141；范国枝，郑立辉，王敏，翟爱霞，胡延平，CN101885682)。现有的研究中还存在催化剂难以分离、催化体系复杂等缺点。均相催化剂溶解在反应体系中难以实现从反应体系中分离，非均相催化剂往往通过过滤、离心等方法实现催化剂与反应体系的分离，但分离过程复杂且在分离过程中极易造成催化剂流失。
发明内容
本发明的目的是提供一种由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法，工艺简单、原料易得，不仅克服现有合成方法的不足，而且为二氧化碳的化学利用及温室气体的减排提供一种新思路，具有重要的经济和社会意义。
本发明所述的由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法是在高压反应釜内，以尖晶石型纳米铁氧体为催化剂，含氮化合物为助剂，催化二氧化碳和苯酚，在CCl4中反应合成碳酸二苯酯。
所述的反应温度为70-200℃，反应压力为6.0-18.0MPa，反应时间为1.0-12.0h。
所述的尖晶石型纳米铁氧体的加入量为苯酚的5-50mol％。
所述的尖晶石型纳米铁氧体的粒径为5-80nm，饱和磁化强度为30-100emu/g。
所述的助剂为三乙胺、4-二甲氨基吡啶、2,2’-联吡啶或四丁基溴化铵中的一种或两种，优选三乙胺。
所述的苯酚与助剂的质量比为10-1:1，优选5-2:1。
所述的反应结束后在反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。
所述的尖晶石型纳米铁氧体催化剂的组成结构式如式(1)所示：
AxByC1-x-yFe2O4(1)
式(1)中A为二价金属离子，优选选自Cu2+、Mn2+、Co2+、Zn2+、Ni2+或Mg2+中的一种；
B为二价金属离子，优选选自Cu2+、Mn2+、Co2+、Zn2+、Ni2+或Mg2+中的一种；
C为二价金属离子，优选选自Cu2+、Mn2+、Co2+、Zn2+、Ni2+或Mg2+中的一种；
0＜X≤1，0≤Y＜1，且x+y≤1。
本发明的尖晶石型纳米铁氧体催化剂成本低廉、制备简单、活性良好、易于回收利用。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明提供的催化剂具有纳米级粒子尺寸和较高的比表面积，在催化反应中具有较高的活性，和现有技术相比能较高收率的合成碳酸二苯酯。由于催化剂具有磁性，可通过外加磁场实现催化剂的富集回收以及在反应体系中的高度分散解决了催化剂难以从反应体系中分离的缺点，具有重要的经济和社会意义。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
向250mL反应釜中加入50mmol苯酚，20mol％ZnFe2O4，16.7mmol Et3N，50mLCCl4，向反应釜中通入2.0MPa二氧化碳置换釜内空气三次，搅拌加热，升温至125℃，向釜内通入二氧化碳至釜内压力升高至12.0MPa，继续搅拌反应10.0h，停止搅拌，将反应混合物冷却至室温，反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析，用气相色谱以内标法进行定量分析，碳酸二苯酯收率为6.0％。
实施例2
向250mL反应釜中加入50mmol苯酚，50mLCCl4，10mol％ZnFe2O4，10mmol Et3N，向反应釜中通入2.0MPa二氧化碳置换釜内空气三次，搅拌加热升温至70℃，向釜内通入二氧化碳至釜内压力升高至6.0MPa，继续搅拌反应2.0h停止搅拌，将反应混合物冷却至室温，反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析，用气相色谱以内标法进行定量分析，碳酸二苯酯收率为2.1％。
实施例3
向250mL反应釜中加入50mmol苯酚，50mLCCl4，50mol％ZnFe2O4，25mmol 4-二甲氨基吡啶向反应釜中通入2.0MPa二氧化碳置换釜内空气三次，搅拌加热升温至111℃，向釜内通入二氧化碳至釜内压力升高至10.0MPa，继续搅拌反应1.0h停止搅拌，将反应混合物冷却至室温，反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析，用气相色谱以内标法进行定量分析，碳酸二苯酯收率为2.7％。
实施例4
向250mL反应釜中加入50mmol苯酚，50mLCCl4，5mol％ZnFe2O4，10mmol 2,2’-联吡啶，向反应釜中通入2.0MPa二氧化碳置换釜内空气三次，搅拌加热，升温至200℃，向釜内通入二氧化碳至釜内压力升高至6.6MPa，继续搅拌反应6.0h停止搅拌，将反应混合物冷却至室温，反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析，用气相色谱以内标法进行定量分析，碳酸二苯酯收率为1.6％。
实施例5
向250mL反应釜中加入50mmol苯酚，50mLCCl4，20mol％ZnFe2O4，20mmol四丁基溴化铵，向反应釜中通入2.0MPa二氧化碳置换釜内空气三次，搅拌加热，升温至130℃，向釜内通入二氧化碳至釜内压力升高至11.0MPa，继续搅拌反应4.0h停止搅拌，将反应混合物冷却至室温，反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析，用气相色谱以内标法进行定量分析，碳酸二苯酯收率为3.5％。
实施例6
向250mL反应釜中加入50mmol苯酚，50mLCCl4，25mol％CuFe2O4，10mmol Et3N，向反应釜中通入2.0MPa二氧化碳置换釜内空气三次，搅拌加热升温至100℃，向釜内通入二氧化碳至釜内压力升高至18MPa，继续搅拌反应2.0h停止搅拌，将反应混合物冷却至室温，反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析，用气相色谱以内标法进行定量分析，碳酸二苯酯收率为1.1％。
实施例7
向250mL反应釜中加入50mmol苯酚，50mLCCl4，20mol％CoFe2O4，16.7mmol Et3N，向反应釜中通入2.0MPa二氧化碳置换釜内空气三次，搅拌加热升温至150℃，向釜内通入二氧化碳至釜内压力升高至9.0MPa，继续搅拌反应2.0h停止搅拌，将反应混合物冷却至室温，反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析，用气相色谱以内标法进行定量分析，碳酸二苯酯收率为4.5％。
实施例8
向250mL反应釜中加入50mmol苯酚，50mLCCl4，30mol％NiFe2O4，25mmol Et3N，向反应釜中通入2.0MPa二氧化碳置换釜内空气三次，搅拌加热升温至170℃，向釜内通入二氧化碳至釜内压力升高至11.0MPa，继续搅拌反应12.0h停止搅拌，将反应混合物冷却至室温，反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析，用气相色谱以内标法进行定量分析，碳酸二苯酯收率为5.3％。
实施例9
向250mL反应釜中加入50mmol苯酚，50mLCCl4，40mol％Zn0.5Ni0.5Fe2O4，20mmol Et3N，向反应釜中通入2.0MPa二氧化碳置换釜内空气三次，搅拌加热升温至140℃，向釜内通入二氧化碳至釜内压力升高至13.0MPa，继续搅拌反应12.0h停止搅拌，将反应混合物冷却至室温，反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析，用气相色谱以内标法进行定量分析，碳酸二苯酯收率为24.3％。
实施例10
向250mL反应釜中加入50mmol苯酚，50mLCCl4，20mol％Zn0.8Co0.2Fe2O4，16.7mmolEt3N，向反应釜中通入2.0MPa二氧化碳置换釜内空气三次，搅拌加热升温至70℃，向釜内通入二氧化碳至釜内压力升高至6.0MPa，继续搅拌反应2.0h停止搅拌，将反应混合物冷却至室温，反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析，用气相色谱以内标法进行定量分析，碳酸二苯酯收率为3.7％。

Claims (7)

1.一种由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法，其特征在于在高压反应釜内，以尖晶石型纳米铁氧体为催化剂，含氮化合物为助剂，催化二氧化碳和苯酚，在CCl4中反应合成碳酸二苯酯。
2.根据权利要求1所述的由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法，其特征在于所述的反应温度为70-200℃，反应压力为6.0-18.0MPa，反应时间为1.0-12.0h。
3.根据权利要求1所述的由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法，其特征在于所述的尖晶石型纳米铁氧体的加入量为苯酚的5-50mol％。
4.根据权利要求1所述的由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法，其特征在于所述的尖晶石型纳米铁氧体的粒径为5-80nm，饱和磁化强度为30-100emu/g。
5.根据权利要求1所述的由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法，其特征在于所述的助剂为三乙胺、4-二甲氨基吡啶、2,2’-联吡啶或四丁基溴化铵中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法，其特征在于所述的苯酚与助剂的质量比为10-1:1。
7.根据权利要求1-6任一所述的由二氧化碳和苯酚一步催化合成碳酸二苯酯的方法，其特征在于所述的反应结束后在反应器外部放置一磁铁，催化剂吸附沉降在磁铁附近，将反应液倒出分析测试用。
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