CN111001438A - 一种酯交换法合成碳酸二甲酯的催化剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

现阶段用于合成碳酸二甲酯的方法主要有光气法、酯交换法、氧化羰基化法、尿素醇解法和一些新型方法。由于酯交换法的产率高，反应条件基本无毒无腐蚀，较为温和，因此是一条极具价值的合成方法。现有的酯交换法合成碳酸二甲酯工业上常用催化剂为甲醇钠甲醇溶液（30%），由于甲醇钠不能重复使用，造成后续分离工艺长，并产生固体废碱，对环境不友好。本发明提供一种酯交换法合成碳酸二甲酯的均相催化剂，该催化剂的催化性能优异，酯交换反应速率高，性质稳定，易于重复使用。

Description

一种酯交换法合成碳酸二甲酯的催化剂及其应用
技术领域
本发明属于离子液体领域，具体涉及一种酯交换法合成碳酸二甲酯的催化剂以及该催化剂在合成碳酸二甲酯中的应用。
背景技术
碳酸二甲酯是一种低毒、环保性能优异、用途广泛的化工原料，它是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有羰基、甲基和甲氧基等官能团，具有多种反应性能，在生产中具有使用安全、方便、污染少、容易运输等特点。由于碳酸二甲酯毒性较小，是一种具有发展前景的"绿色"化工产品。
现阶段用于合成碳酸二甲酯的方法主要有光气法、酯交换法、氧化羰基化法、尿素醇解法和一些新型方法。由于酯交换法的产率高，反应条件基本无毒无腐蚀，较为温和，因此是一条极具价值的合成方法。
现有的酯交换法合成碳酸二甲酯工业上常用催化剂为甲醇钠甲醇溶液（30%），由于甲醇钠不能重复使用，造成后续分离工艺长，并产生固体废碱，对环境不友好。目前文献中公开了几种非均相催化剂（例如碱土金属氧化物、酸碱复合催化剂、固体碱催化剂等），非均相催化剂易于流失，重复使用困难。
发明内容
本发明的目的：解决上述现有技术中的不足，提供一种酯交换法合成碳酸二甲酯的均相催化剂，该催化剂的催化性能优异，酯交换反应速率高，性质稳定，易于重复使用。
技术方案：一种酯交换法合成碳酸二甲酯的催化剂，包括碱金属离子液体，所述碱金属离子液体是由碱金属阳离子与有机阴离子组成的。
所述的碱金属阳离子Li+、Na+、K+中的一种或多种的混合；
所述的有机阴离子为CF3COO-、C3F7COO-、CF3S03 -、C4F9SO3 -、(C4F9SO2)N-、(C2F5SO2)N-、C8H17SO4 -中的一种或多种的混合；
以甲醇和环状碳酸酯为原料，在上述催化剂作用下，使甲醇和环状碳酸酯发生酯交换反应合成碳酸二甲酯，其反应温度为50-70℃，反应平衡所需时间为3—5min，所述甲醇和所述环状碳酸酯的摩尔比为4-10:1，催化剂与所述环状碳酸酯的摩尔比为1:30—1:10。
进一步的，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。
本发明的优点：
1、采用碱金属离子液体催化剂解决了甲醇钠催化剂不能重复使用的问，节省成本，减少废固的产生，环境友好；
2、采用碱金属离子液体催化剂，酯交换法反应条件温和，达到反应平衡时间短，易于分离，缩短工艺流程。
具体实施方式：
实验一：取甲醇钠（溶液30%）0.02mol，甲醇51.42g和碳酸丙烯酯40.81g加入到500ml圆底烧瓶中,在60℃下搅拌反应3min后，取瓶内产物进行检测分析,分析结果为:碳酸丙烯酯转化率为57.68％,碳酸二甲酯选择性及收率分别为99.56％、57.43％。
实验二：取C3F7COONa催化剂0.02mol、甲醇51.42g和碳酸丙烯酯40.81g加入到500ml圆底烧瓶中,在60℃下搅拌反应3min后，取瓶内产物进行检测分析,分析结果为:碳酸丙烯酯转化率为58.42％,碳酸二甲酯选择性及收率分别为99.21％、57.96％。
实验三：将实验二混合物蒸馏，得到30%催化剂溶液，测定溶液组成，按实验二比例加入碳酸丙烯酯和甲醇，在60℃下搅拌反应3min后，取瓶内产物进行检测分析,分析结果为:碳酸丙烯酯转化率为57.22％,碳酸二甲酯选择性及收率分别为99.19％、56.76％。
实验四：将实验三混合物蒸馏，得到30%催化剂溶液，测定溶液组成，按实验二比例加入碳酸丙烯酯和甲醇，在60℃下搅拌反应3min后，取瓶内产物进行检测分析,分析结果为:碳酸丙烯酯转化率为56.84％,碳酸二甲酯选择性及收率分别为98.93％、56.23％。
实验五：将实验四混合物蒸馏，得到30%催化剂溶液，测定溶液组成，按实验二比例加入碳酸丙烯酯和甲醇，在60℃下搅拌反应3min后，取瓶内产物进行检测分析,分析结果为:碳酸丙烯酯转化率为57.02％,碳酸二甲酯选择性及收率分别为99.31％、56.63％。
对比实验结果，碱性离子液体催化剂的催化活与甲醇钠催化活性相当，重复实验结果表明其催化活性随使用次数增加降低不明显，可重复使用。

Claims (5)

1.一种酯交换法合成碳酸二甲酯的催化剂，包括碱金属离子液体，其特征是：所述碱金属离子液体是由碱金属阳离子与有机阴离子组成的。
2.根据权利要求1所述的酯交换法合成碳酸二甲酯的催化剂，其特征在于：所述的碱金属阳离子Li+、Na+、K+中的一种或多种的混合。
3.根据权利要求1所述的酯交换法合成碳酸二甲酯的催化剂，其特征在于：所述的有机阴离子为CF3COO-、C3F7COO-、CF3S03 -、C4F9SO3 -、(C4F9SO2)N-、(C2F5SO2)N-、C8H17SO4 -中的一种或多种的混合。
4.根据权利要求1—3所述的酯交换法合成碳酸二甲酯的催化剂，其特征在于：所述催化剂与环状碳酸酯的摩尔比为1:30—1:10。
5.根据权利要求4所述的酯交换法合成碳酸二甲酯的催化剂，其特征在于：所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。
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