CN108707132A - 溴化醇胺类离子液体催化co2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法 - Google Patents

溴化醇胺类离子液体催化co2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种溴化醇胺类离子液体催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法，属于离子液体催化环状碳酸酯类化合物的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：以溴化醇胺类离子液体作为催化剂，在常压下于90℃催化环氧乙烷类化合物与CO2发生环加成反应制得目标产物环状碳酸酯类化合物，溴化醇胺类离子液体回收后重复循环使用。本发明所用的溴化醇胺类离子液体制备简便，具有良好的生物相容性；催化剂的催化活性高且选择性好；该反应体系对反应容器无特殊要求，而且催化体系的操作及后处理过程较为简单。

Description

溴化醇胺类离子液体催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的 方法
技术领域
本发明属于离子液体催化环状碳酸酯类化合物的合成技术领域，具体涉及一种溴化醇胺类离子液体催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法。
背景技术
环状碳酸酯是一种常见的化学化工原料，同时也是一种应用广泛的极性非质子溶剂，此外，它还可以作为锂电池的高效电解液。以CO2和环氧烷烃类化合物为原料合成环状碳酸酯类化合物是利用CO2的一个重要途径。近年来，人们对离子液体催化CO2与环氧烷合成环状碳酸酯进行了大量的研究。Peng等人最早合成了咪唑四氟化硼离子液体应用于该反应(Peng J J,Deng Y Q.Cycloaddition of carbon dioxide to propylene oxidecatalyzed by ionic liquids[J].New J.Chem.,2001,25(4):639-641)。Sun等人考察了季铵盐离子液体、季磷盐类离子液体、哌啶类离子液体和咪唑类离子液体在催化该反应中的应用(Sun J M,Fujita S I. Development in the green synthesis of cycliccarbonate from carbon dioxide using ionic liquids Masahiko Arai[J].Journal ofOrganometallic Chemistry,2005,690(15):3490-3497)。此外，人们还考察了大量的负载离子液体催化的环氧烷和CO2合成环状碳酸酯的反应，例如：壳聚糖负载的离子液体(SunJ,Wang J Q,Cheng W G,et al.Chitosan functionalized ionic liquid as arecyclable biopolymer-supported catalyst for cycloaddition of CO2[J].GreenChem.,2012,14, 654)、硅胶负载的离子液体(Abdol R H,Yasaman H,GholamrezaK.Silica grafted ammonium salts based on DABCO as heterogeneous catalysts forcyclic carbonate synthesis from carbon dioxide and epoxides[J].RSC Adv.,2015,5,22373)、氧化石墨烯负载的离子液体 (Luo R C,Zhou X T,Fang Y X,Ji H B.Metal-andsolvent-free synthesis of cyclic carbonates from epoxides and CO2in thepresence of graphite oxide and ionic liquid under mild conditions: A kineticstudy[J].Carbon，82(2015)1-11)等，并提出了该反应可能的催化机理(Kim J,Kim S N,Jang H G,Seo G,Ahn W S.CO2cycloaddition of styrene oxide over MOF catalysts[J]. Appl.Catal.A:Gen,2013,453:175-180.)。但由于CO2的反应惰性，这些反应大多需要在较高的温度和压力下进行。在CO2的转化过程中又消耗了大量的能量，另外，高压设备的使用也增加了转化的成本和危险性。鉴于此，开发一种在常压下催化环氧乙烷类化合物与CO2环加成反应制备环状碳酸酯类化合物的方法是亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一类价廉易得、方便高效的溴化醇胺类离子液体作为催化剂，在温和条件下高效催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，溴化醇胺类离子液体催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法，其特征在于：以溴化醇胺类离子液体作为催化剂，在常压下于90℃催化环氧乙烷类化合物与CO2发生环加成反应制得目标产物环状碳酸酯类化合物，溴化醇胺类离子液体回收后重复循环使用；
所述溴化醇胺类离子液体的结构式为：其中R＝CnH2n+1，n＝4、6、8、10或12；
所述环氧乙烷类化合物的结构式为：
进一步优选，所述的溴化醇胺类离子液体催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法，其特征在于具体步骤为：将环氧乙烷类化合物置于反应容器中，再加入溴化醇胺类离子液体，密封后接CO2气球并用油泵抽排三次，然后置于90℃油浴中搅拌反应，反应过程用薄层色谱法检测至反应完全，将反应混合物用乙酸乙酯和水萃取三次，合并有机相并用无水硫酸钠干燥得到粗产物，用硅胶柱层析法分离得到纯净的目标产物环状碳酸酯类化合物，反应混合物萃取后的水相通过减压旋蒸将水除去，充分干燥得到回收的溴化醇胺类离子液体，在常压下于90℃继续催化环氧乙烷类化合物与CO2发生环加成反应制得环状碳酸酯类化合物以实现溴化醇胺类离子液体的重复循环使用。
进一步优选，所述环氧乙烷类化合物与溴化醇胺类离子液体的投料摩尔比为 1:0.01～0.02。
进一步优选，所述溴化醇胺类离子液体的具体合成过程为：将N,N-二甲基乙醇胺溶于乙醇中，在搅拌的条件下加入溴代烷烃的乙醇溶液，加热至回流反应，反应结束后将产物重结晶、干燥后得到溴化醇胺类离子液体。
进一步优选，所述N,N-二甲基乙醇胺与溴代烷烃的摩尔比为1:1。
进一步优选，所述溴代烷烃为溴代正丁烷、溴代正己烷、溴代正辛烷、溴代正癸烷或溴代十二烷。
本发明与现有技术相比具有以下优点：(1)所用的溴化醇胺类离子液体制备简便，具有良好的生物相容性；(2)催化剂的催化活性高且选择性好；(3)底物适应性好，对各种取代的环氧乙烷都有很好的催化效果；(4)催化剂可以重复循环使用多次，其催化活性基本保持不变；(5)该反应体系在无溶剂条件下进行，有效地避免了有毒溶剂的使用；(6) 该反应体系对反应容器无特殊要求，而且催化体系的操作及后处理过程较为简单。
附图说明
图1是催化合成过程中目标产物产率与催化剂重复循环使用次数的柱状关系图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
在干燥的50mL圆底烧瓶中，将N,N-二甲基乙醇胺2mol用20mL乙醇充分溶解，在搅拌下用恒压滴液漏斗缓慢加入与N,N-二甲基乙醇胺等摩尔量的溴代正丁烷的乙醇溶液，于80℃加热回流反应，搅拌13h。反应结束后，瓶内有大量白色固体析出，减压抽滤除去溶剂，固体用乙醚和乙酸乙酯重结晶三次，减压抽滤，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃干燥48h得到纯净的目标产物C4DMEABr。
实施例2
在干燥的50mL圆底烧瓶中，将N,N-二甲基乙醇胺2mol用20mL乙醇充分溶解，在搅拌下用恒压滴液漏斗缓慢加入与N,N-二甲基乙醇胺等摩尔量的溴代正己烷的乙醇溶液，于80℃加热回流反应，搅拌13h。反应结束后，瓶内有大量白色固体析出，减压抽滤除去溶剂，固体用乙醚和乙酸乙酯重结晶三次，减压抽滤，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃干燥48h得到纯净的目标产物C6DMEABr。
实施例3
在干燥的50mL圆底烧瓶中，将N,N-二甲基乙醇胺2mol用20mL乙醇充分溶解，在搅拌下用恒压滴液漏斗缓慢加入与N,N-二甲基乙醇胺等摩尔量的溴代正辛烷的乙醇溶液，于80℃加热回流反应，搅拌13h。反应结束后，瓶内有大量白色固体析出，减压抽滤除去溶剂，固体用乙醚和乙酸乙酯重结晶三次，减压抽滤，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃干燥48h得到纯净的目标产物C8DMEABr。
实施例4
在干燥的50mL圆底烧瓶中，将N,N-二甲基乙醇胺2mol用20mL乙醇充分溶解，在搅拌下用恒压滴液漏斗缓慢加入与N,N-二甲基乙醇胺等摩尔量的溴代正癸烷的乙醇溶液，于80℃加热回流反应，搅拌13h。反应结束后，瓶内有大量白色固体析出，减压抽滤除去溶剂，固体用乙醚和乙酸乙酯重结晶三次，减压抽滤，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃干燥48h得到纯净的目标产物C10DMEABr。
实施例5
在干燥的50mL圆底烧瓶中，将N,N-二甲基乙醇胺2mol用20mL乙醇充分溶解，在搅拌下用恒压滴液漏斗缓慢加入与N,N-二甲基乙醇胺等摩尔量的溴代十二烷，80℃下加热回流，搅拌13h。反应结束后，瓶内有大量白色固体析出，减压抽滤除去溶剂，固体用乙醚和乙酸乙酯重结晶三次，减压抽滤，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃干燥48h得到纯净的目标产物C12DMEABr。
实施例6
称取氧化苯乙烯(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C4DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用二苯基甲醇做内标，400M核磁共振氢谱检测产率为59％。
实施例7
称取氧化苯乙烯(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C6DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用二苯基甲醇做内标，400M核磁共振氢谱检测产率为84％。
实施例8
称取氧化苯乙烯(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C8DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用二苯基甲醇做内标，400M核磁共振氢谱检测产率为96％。
实施例9
称取氧化苯乙烯(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C8DMEABr离子液体(0.04mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用二苯基甲醇做内标，400M核磁共振氢谱检测产率为79％。
实施例10
称取氧化苯乙烯(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C10DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用二苯基甲醇做内标，400M核磁共振氢谱检测产率为90％。
实施例11
称取氧化苯乙烯(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C12DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用二苯基甲醇做内标，400M核磁共振氢谱检测产率为76％。
实施例12
称取环氧氯丙烷(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C8DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用400M核磁共振氢谱检测产率为95％。反应混合物用乙酸乙酯与水萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，减压旋蒸得到粗产物，用硅胶柱层析法分离得到纯净的目标产物。
实施例13
称取1,2-环氧辛烷(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C8DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用400M核磁共振氢谱检测产率为95％。反应混合物用乙酸乙酯与水萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，减压旋蒸得到粗产物，用硅胶柱层析法分离得到纯净的目标产物。
实施例14
称取环氧丙基苯基醚(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C8DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用400M核磁共振氢谱检测产率为96％。反应混合物用乙酸乙酯与水萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，减压旋蒸得到粗产物，用硅胶柱层析法分离得到纯净的目标产物。
实施例15
称取叔丁基缩水甘油醚(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C8DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用400M核磁共振氢谱检测产率为94％。反应混合物用乙酸乙酯与水萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，减压旋蒸得到粗产物，用硅胶柱层析法分离得到纯净的目标产物。
实施例16
称取异丙基缩水甘油醚(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C8DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用400M核磁共振氢谱检测产率为93％。反应混合物用乙酸乙酯与水萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，减压旋蒸得到粗产物，用硅胶柱层析法分离得到纯净的目标产物。
实施例17
称取烯丙基缩水甘油醚(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C8DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用400M核磁共振氢谱检测产率为95％。反应混合物用乙酸乙酯与水萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，减压旋蒸得到粗产物，用硅胶柱层析法分离得到纯净的目标产物。
实施例18
称取辛基缩水甘油醚(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C8DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用400M核磁共振氢谱检测产率为92％。反应混合物用乙酸乙酯与水萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，减压旋蒸得到粗产物，用硅胶柱层析法分离得到纯净的目标产物。
实施例19
循环使用情况
称取氧化苯乙烯(4mmol)于圆底烧瓶中，加入C8DMEABr离子液体(0.08mmol)，用橡胶塞封紧，接高纯CO2气球并用油泵抽排三次，在油浴中于90℃搅拌反应10h，反应过程用薄层色谱法检测，最后的反应混合用400M核磁共振氢谱检测产率为96％。反应混合物萃取后，水相减压旋蒸将水除去，充分干燥即可得到回收的溴化醇胺类离子液体。
以实施例8为探针反应，做催化剂C8DMEABr离子液体的活性重复性试验，C8DMEABr离子液体重复使用5次，结果如图1所示。由图可以看出：C8DMEABr离子液体在循环使用催化环氧烷与CO2环加成反应过程中循环使用5次后，产率依然很高，说明C8DMEABr 离子液体在催化环氧烷与CO2环加成反应过程中能够多次重复循环使用。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (6)

1.溴化醇胺类离子液体催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法，其特征在于：以溴化醇胺类离子液体作为催化剂，在常压下于90℃催化环氧乙烷类化合物与CO2发生环加成反应制得目标产物环状碳酸酯类化合物，溴化醇胺类离子液体回收后重复循环使用；
所述溴化醇胺类离子液体的结构式为：其中R＝CnH2n+1，n＝4、6、8、10或12；
所述环氧乙烷类化合物的结构式为：
2.根据权利要求1所述的溴化醇胺类离子液体催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法，其特征在于具体步骤为：将环氧乙烷类化合物置于反应容器中，再加入溴化醇胺类离子液体，密封后接CO2气球并用油泵抽排三次，然后置于90℃油浴中搅拌反应，反应过程用薄层色谱法检测至反应完全，将反应混合物用乙酸乙酯和水萃取三次，合并有机相并用无水硫酸钠干燥得到粗产物，用硅胶柱层析法分离得到纯净的目标产物环状碳酸酯类化合物，反应混合物萃取后的水相通过减压旋蒸将水除去，充分干燥得到回收的溴化醇胺类离子液体，在常压下于90℃继续催化环氧乙烷类化合物与CO2发生环加成反应制得环状碳酸酯类化合物以实现溴化醇胺类离子液体的重复循环使用。
3.根据权利要求1或2所述的溴化醇胺类离子液体催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述环氧乙烷类化合物与溴化醇胺类离子液体的投料摩尔比为1:0.01～0.02。
4.根据权利要求1或2所述的溴化醇胺类离子液体催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述溴化醇胺类离子液体的具体合成过程为：将N,N-二甲基乙醇胺溶于乙醇中，在搅拌的条件下加入溴代烷烃的乙醇溶液，加热至回流反应，反应结束后将产物重结晶、干燥后得到溴化醇胺类离子液体。
5.根据权利要求4所述的溴化醇胺类离子液体催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述N,N-二甲基乙醇胺与溴代烷烃的摩尔比为1:1。
6.根据权利要求4所述的溴化醇胺类离子液体催化CO2转化合成环状碳酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述溴代烷烃为溴代正丁烷、溴代正己烷、溴代正辛烷、溴代正癸烷或溴代十二烷。
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