CN114656426B

CN114656426B - 一种环氧化合物连续羰基化制备β-内酯的方法

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Publication number: CN114656426B
Application number: CN202111522550.6A
Authority: CN
Inventors: 汤易天; 李永刚; 李志坚; 王涛; 董开武; 李会敏; 徐玉贵
Original assignee: Shanghai Zhonghua Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Zhonghua Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2023-02-10
Anticipated expiration: 2041-12-13
Also published as: CN114656426A

Abstract

本发明提供一种环氧化合物连续羰基化制备β‑内酯的方法。相比现有的连续羰基化方法，本发明中催化剂的循环是通过不含或基本不含溶剂的催化剂循环组分来实现。本发明的方法可以有效实现催化剂的循环使用，避免了使用现有的催化剂循环技术所需的离子交换树脂、高沸点溶剂等，也避免了采用催化剂负载方法产生的催化活性大幅下降的缺点。本发明可以通过补加羰基钴化合物保持催化剂的高活性。本发明在环氧化合物连续羰基化制备β‑内酯的方法具有流程高效简洁、操作简便、成本低、易于放大生产的优点。

Description

一种环氧化合物连续羰基化制备β-内酯的方法

技术领域

本发明涉及一种环氧化合物连续羰基化制备β-内酯的方法。

背景技术

长期以来，β-内酯化合物的合成一直是人们研究的热点。这类化合物可以发生开环聚合得到可生物降解的聚-β-羟基羧酸酯，从而解决日益严重的环境污染问题。此外，β-内酯可用于合成包括丙烯酸、丙烯酸酯在内的其他化合物，也广泛应用于天然产物的合成之中。环氧化合物羰基化扩环反应为这类重要的有机化合物的合成提供了一种简单、原子经济的路线。因此，环氧化物羰基化扩环得到相应的β-内酯的反应成为相关研究领域的热点。

环氧化物的羰基化扩环反应最早是在1966年被报道(GB-A-1,020,575；Chem.Abstr.1966,64,P16015g)。1993年，Drent等以Co₂(CO)₈/羟基吡啶为催化剂，首次报道了钴催化的环氧乙烷/环氧丙烷羰化扩环反应(EP577206；Chem.Abstr.1994,120,191517c)。2001年，Alper等发现离子对形式的钴催化剂PPN-Co(CO)₄具有较好的反应活性和选择性(Org.Chem.2001,66,5424-5426)。Coates等合成了一系列[路易斯酸]⁺[Co(CO)₄]^-形式的双组分催化剂，可以很好的实现多种类型环氧化物的羰化反应，表现出优秀的反应活性、立体选择性和区域选择性(J.Am.Chem.Soc.2002,124,1174-1175；J.Am.Chem.Soc.2005,127,11426；J.Am.Chem.Soc.2005,127,11426-11435；J.Am.Chem.Soc.2019,141,2474-2480)。这类双金属催化剂也是目前发现的最具活性的环氧化物羰基化催化剂。此外，Ibrahim等报道了使用TPPCrCl/Co₂(CO)₈原位生成催化活性物种，进行环氧化合物的催化羰基化反应。

尽管目前发展的羰基化方法对于单次反应表现出很好的反应效果，但是对于连续化生产的方法还比较少，尤其是针对催化剂循环使用方法的研究较少。CN107428656A报道了连续化羰基化方法，包括使用离子交换树脂将催化剂和产物进行分离，同时补加催化剂置换组分以维持催化剂的浓度。但是离子交换树脂成本较高，且较难实现催化剂和产物的有效分离，导致催化剂流失和失活较严重，需要经常补加催化剂置换组分。

US10858329B2报道了羰基化催化剂的循环使用方法，包括对双金属催化剂中的阳离子路易斯酸组分和羰基钴阴离子进行分别分离：在羰基化反应流程中，在第一个分离区域，使用阳离子交换树脂将阳离子路易斯酸组分从产物流中分离出；在第二个分离区域，使用阴离子交换树脂将羰基钴阴离子从产物流中分离出；在运行一段时间之后，将两种离子交换树脂取出，进行催化剂再生，再次投入反应。同样的，该方法面临离子交换树脂成本高、较难有效分离等问题。

US20120123137A1报道了催化剂循环使用流程：使用高沸点溶剂环丁砜作为羰基化反应溶剂，在羰基化反应结束后，通过减压蒸馏从反应物流中分离β-内酯，以产生(1)具有β-内酯的β-内酯物流，和(2)包括羰基化催化剂和高沸点溶剂的催化剂再循环物流；随后将催化剂再循环物流加入进料物流中。该方法的缺点在于，需要额外使用较昂贵的溶剂环丁砜；为了将β-内酯和催化剂再循环物流进行有效分离，需较高的蒸馏温度和真空度，对仪器设备要求较高，同时高温会导致催化剂分解，催化活性急剧下降。

US20190047972A1等专利将羰基化催化剂[(ClTPP)Al][Co(CO)₄]负载于ZSM-5分子筛上，得到相应的非均相催化剂，以实现催化剂和反应体系的分离。然而催化剂在负载之后，催化活性大幅下降，同时在进行催化剂分离过程中，会出现催化剂流失现象。

综上所述，现有研究中关于环氧化合物羰基化制备β-内酯的连续化生产方法仍存在催化剂分离困难、催化效率不高、流程较繁琐等问题。因此本领域还需进一步发展高效、操作简单、易于放大生产的连续化方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、操作简便、普适性强、易于放大生产的环氧化合物连续羰基化制备β-内酯的方法。本发明的方法中，羰基化反应得到的第一产物流被分离为第二产物流和催化剂循环组分；其中催化剂循环组分不含或基本不含溶剂、包含羰基化催化剂和可能存在的少部分产物；该催化剂循环组分可重新用于催化羰基化反应，实现催化剂的有效循环；连续化反应过程中，可以通过检测反应速率来监测催化剂的催化活性，并且通过向反应体系中添加羰基钴化合物以维持催化活性。

具体而言，本发明提供一种环氧化合物连续羰基化制备β-内酯的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)使环氧化合物和一氧化碳在羰基化催化剂和任选的溶剂的存在下发生羰基化反应，得到含有β-内酯的第一产物流；

(2)将所述第一产物流分离为第二产物流和催化剂循环组分，其中，所述第二产物流包含未反应完的环氧化合物、大部分或全部的β-内酯和任选存在的溶剂，所述催化剂循环组分包含催化剂和可能存在的剩余的β-内酯且不含或基本不含溶剂；

(3)向所述催化剂循环组分中添加环氧化合物，任选地添加羰基钴化合物和/或溶剂，充入一氧化碳，进行羰基化反应，得到含有β-内酯的第一产物流；

优选地，循环进行多次步骤(2)和步骤(3)的操作。

本发明中，循环进行步骤(2)和步骤(3)的操作是指将步骤(3)反应得到的第一产物流通过步骤(2)分离为第二产物流和催化剂循环组分，然后将分离得到的催化剂循环组分再次投入到步骤(3)中进行反应。循环进行多次步骤(2)和步骤(3)的操作是指循环进行至少两次(例如2～50次、2～20次、2～10次)步骤(2)和步骤(3)，即所述方法包括进行一次步骤(1)的反应和至少两次步骤(3)的反应。

在一个或多个实施方案中，所述方法包括以下步骤：

(1)使环氧化合物和一氧化碳在羰基化催化剂存在下发生羰基化反应，且反应体系不含溶剂，得到含有β-内酯的第一产物流；

(2)将所述第一产物流分离为第二产物流和催化剂循环组分，其中，所述第二产物流包含未反应完的环氧化合物和大部分或全部的β-内酯，所述催化剂循环组分包含催化剂和可能存在的剩余的β-内酯；

(3)向所述催化剂循环组分中添加环氧化合物，任选地添加羰基钴化合物，充入一氧化碳，进行羰基化反应，得到含有β-内酯的第一产物流。

在一个或多个实施方案中，所述方法包括以下步骤：

(1)使环氧化合物和一氧化碳在羰基化催化剂和溶剂存在下发生羰基化反应，得到含有β-内酯的第一产物流；

(2)将所述第一产物流分离为第二产物流和催化剂循环组分，其中，所述第二产物流包含未反应完的环氧化合物、大部分或全部的β-内酯和大部分或全部的溶剂，所述催化剂循环组分包含催化剂、可能存在的剩余的β-内酯和可能存在的剩余的溶剂；

(3)向所述催化剂循环组分中添加环氧化合物和溶剂，任选地添加羰基钴化合物，充入一氧化碳，进行羰基化反应，得到含有β-内酯的第一产物流。

在一个或多个实施方案中，所述环氧化合物如式I所示：

其中，R₁～R₄各自独立选自氢原子、C₁-C₃₀的烷基、C₃-C₃₀的环烷基、C₄-C₃₀的芳基、C₅-C₃₀的芳基烷基、C₂-C₃₀的烯基和C₂-C₃₀的炔基，所述C₁-C₃₀的烷基、C₃-C₃₀的环烷基、C₄-C₃₀的芳基、C₅-C₃₀的芳基烷基、C₂-C₃₀的烯基和C₂-C₃₀的炔基可具有一个或多个选自以下的取代基：C₁-C₃₀的烷基、C₃-C₃₀的环烷基、C₄-C₃₀的芳基、C₅-C₃₀的芳基烷基、C₂-C₃₀的烯基、C₂-C₃₀的炔基、卤素原子、C₁-C₃₀的烷氧基、C₄-C₃₀的芳氧基、C₁-C₃₀的烷基或C₄-C₃₀的芳基取代的巯基和C₁-C₃₀的烷基或C₄-C₃₀的芳基取代的氨基，R₁～R₄中的任意两个可以相连成碳环或包含一个或多个选自O、N和S的杂原子的杂环。

在一个或多个实施方案中，所述羰基化催化剂是阳离子路易斯酸和羰基钴阴离子组成的双金属催化剂，所述羰基钴阴离子为Co(CO)₄ ^-；优选地，所述阳离子路易斯酸为阳离子型多齿配体金属络合物；优选地，所述阳离子型多齿配体金属络合物中的多齿配体具有卟啉结构或Salen结构；优选地，所述阳离子型多齿配体金属络合物中的金属原子为选自周期系中IIIA族元素、IIIB族元素、镧系元素和锕系元素中的一种或多种，优选为选自Al、Cr和Ga中的一种或多种；优选地，所述阳离子型多齿配体金属络合物的电荷为+1或+2。

在一个或多个实施方案中，所述羰基化催化剂是预先制备再投入羰基化反应，优选由中性的路易斯酸前体和羰基钴化合物预先反应而成，或者所述羰基化催化剂由中性的路易斯酸前体和羰基钴化合物在反应体系中现场生成；优选地，所述路易斯酸前体包含阳离子型多齿配体金属络合物和配位阴离子；优选地，所述阳离子型多齿配体金属络合物中的多齿配体具有卟啉结构或Salen结构；优选地，所述阳离子型多齿配体金属络合物中的金属原子为选自周期系中IIIA族元素、IIIB族元素、镧系元素和锕系元素中的一种或多种，优选为选自Al、Cr和Ga中的一种或多种；优选地，所述阳离子型多齿配体金属络合物的电荷为+1或+2；优选地，所述配位阴离子选自氯离子、溴离子、碘离子、羧酸根离子和磺酸根离子中的一种或多种；优选地，所述羰基钴化合物选自Co₂(CO)₈、NaCo(CO)₄、KCo(CO)₄和Co₄(CO)₁₂中的一种或多种；优选地，所述羰基化催化剂由摩尔比例为0.1～100:1、优选为0.5～10:1的羰基钴化合物和路易斯酸前体预先反应而成或在反应体系中现场生成。

在一个或多个实施方案中，步骤(1)中，所述环氧化合物与羰基化催化剂的摩尔比为1～100000:1，较佳地为100～20000:1。

在一个或多个实施方案中，步骤(3)中，检测β-内酯的生成速率来监测催化剂的催化活性，若β-内酯的生成速率降至设定值，则向反应体系中添加羰基钴化合物以维持催化活性；优选地，所述羰基钴化合物选自Co₂(CO)₈、NaCo(CO)₄、KCo(CO)₄和Co₄(CO)₁₂中的一种或多种；优选地，所述设定值为步骤(1)中β-内酯的生成速率的30～90％；优选地，当β-内酯的生成速率降至所述设定值时，步骤(3)中加入的羰基钴化合物所含的钴的质量为步骤(1)中所用的羰基化催化剂所含的钴的质量的5～30％。

在一个或多个实施方案中，所述溶剂的沸点＜120℃。

在一个或多个实施方案中，所述溶剂为选自芳烃类溶剂和醚类溶剂中的一种或多种，所述芳烃类溶剂优选为选自甲苯和苯中的一种或多种，所述醚类溶剂优选为选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二氧六环、乙二醇二甲醚和叔丁基甲基醚中的一种或多种。

在一个或多个实施方案中，所述羰基化反应的反应体系包含溶剂，所述环氧化合物在所述溶剂中的摩尔浓度为0.01～100mol/L。

在一个或多个实施方案中，所述羰基化反应中，一氧化碳的压力为1～100atm，较佳地为3～70atm，更佳地为10～50atm。

在一个或多个实施方案中，羰基化反应温度为0～150℃，更佳地为40～120℃。

在一个或多个实施方案中，羰基化反应时间为0.1～1000h，例如为1～400h，再例如为2～24h。

在一个或多个实施方案中，所述方法还包括步骤(4)：将所述第二产物流分离为第三产物流和原料循环组分，其中，所述第三产物流包含大部分或全部的β-内酯，所述原料循环组分包含未反应完的环氧化合物、可能存在的剩余的β-内酯和任选存在的溶剂。

在一个或多个实施方案中，所述第二产物流不含溶剂，步骤(4)中，将所述第二产物流分离为第三产物流和原料循环组分，其中，所述第三产物流包含大部分或全部的β-内酯，所述原料循环组分包含未反应完的环氧化合物和可能存在的剩余的β-内酯。

在一个或多个实施方案中，所述第二产物流含有溶剂，步骤(4)中，将所述第二产物流分离为第三产物流和原料循环组分，其中，所述第三产物流包含大部分或全部的β-内酯，所述原料循环组分包含未反应完的环氧化合物、溶剂和可能存在的剩余的β-内酯。

在一个或多个实施方案中，所述方法还包括步骤(5)：将所述原料循环组分用作步骤(1)或步骤(3)中羰基化反应的环氧化合物原料。

本发明还提供一种用于进行本文任一实施方案所述的环氧化合物连续羰基化制备β-内酯的方法的生产系统，所述生产系统包括反应装置、第一分离装置和任选的第二分离装置；其中，

所述反应装置用于使环氧化合物和一氧化碳在羰基化催化剂和任选的溶剂的存在下发生羰基化反应得到第一产物流；

所述第一分离装置用于将第一产物流分离为第二产物流和催化剂循环组分；

所述第二分离装置用于将第二产物流分离为第三产物流和原料循环组分。

附图说明

图1为本发明的一些实施方案中的环氧化合物连续羰基化制备β-内酯的方法的流程示意图。图1中，a为环氧化合物；b为一氧化碳；c为第一产物流，包含未反应完的原料、产物、催化剂、溶剂(如有)；d为第二产物流，包含未反应完的原料、大部分或全部的产物、溶剂(如有)；e为催化剂循环组分，包含催化剂、可能存在的少部分的产物；f为原料循环组分，包含未反应完的原料、可能存在的少部分的产物、溶剂(如有)；g为第三产物流，包含大部分或全部的产物；1为反应装置；2为第一分离装置；3为第二分离装置。

具体实施方式

为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。

本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。

本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。

本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。

本文中，组合物的所有组分的百分含量之和等于100％。

本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”及类似用语涵盖了“基本上由……组成”和“由……组成”的意思，即“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”、“A基本上由a组成”和“A由a组成”的意思。本文中，若无特别说明，“基本上由……组成”可以理解为“80％以上、优选90％以上、更优选95％以上由……组成”。

本发明中，羰基化反应是指在羰基化催化剂的作用下向环氧化合物中引入羰基形成β-内酯的反应。环氧化合物是指具有成环原子为两个碳原子和一个氧原子的三元环结构的化合物。β-内酯是指具有成环原子为三个碳原子和一个氧原子的四元环结构且其中一个与氧原子相邻的碳原子为羰基碳原子的化合物。本发明中，羰基化反应的羰源为一氧化碳。

适用于本发明的环氧化合物不受特别限制，可以是各种可进行羰基化反应的环氧化合物。在一些实施方案中，环氧化合物具有式I所示的结构：

式I中，R₁～R₄可以选自氢原子、C₁-C₃₀的烷基、C₃-C₃₀的环烷基、C₄-C₃₀的芳基、C₅-C₃₀的芳基烷基、C₂-C₃₀的烯基、C₂-C₃₀的炔基。另外，作为R₁～R₄的上述烷基、环烷基、芳基、芳基烷基、烯基、炔基都可具有1个或多个取代基。取代基可以为C₁-C₃₀的烷基、C₃-C₃₀的环烷基、C₄-C₃₀的芳基、C₅-C₃₀的芳基烷基、C₂-C₃₀的烯基、C₂-C₃₀的炔基、卤素原子、C₁-C₃₀的烷氧基、C₄-C₃₀的芳氧基、C₁-C₃₀的烷基或C₄-C₃₀的芳基取代的巯基、以及C₁-C₃₀的烷基或C₄-C₃₀的芳基取代的氨基。R₁～R₄可以相同也可以不同。R₁～R₄中的任意两个可以相连成环，环可以为碳环或包含O、N或S杂原子的杂环。碳环可以含有3-30的碳原子。杂环可以含有2-30个碳原子和1个或多个(例如2～5个)选自O、N和S的杂原子。

在一些实施方案中，式I所示的环氧化合物中，R₁～R₄各自独立选自氢原子、C₁-C₂₀的烷基、C₃-C₂₀的环烷基、C₄-C₂₀的芳基、C₅-C₂₀的芳基烷基、C₂-C₂₀的烯基和C₂-C₂₀的炔基。

在一些实施方案中，作为R₁～R₄的烷基、环烷基、芳基、芳基烷基、烯基、炔基任选地具有1个或多个选自C₁-C₃₀的烷基、C₃-C₃₀的环烷基、C₄-C₃₀的芳基、C₅-C₃₀的芳基烷基、C₂-C₃₀的烯基、C₂-C₃₀的炔基、C₁-C₃₀的烷氧基和C₄-C₃₀的芳氧基的取代基，例如1个或多个选自C₁-C₂₀的烷基、C₃-C₂₀的环烷基、C₄-C₂₀的芳基、C₅-C₂₀的芳基烷基、C₂-C₂₀的烯基、C₂-C₂₀的炔基、C₁-C₂₀的烷氧基和C₄-C₂₀的芳氧基的取代基。

在一些实施方案中，式I所示的环氧化合物中，R₁和R₃相连成环，例如相连成3元-20元碳环或杂环。

在一些实施方案中，式I所示的环氧化合物中，R₁选自氢原子、C₁-C₂₀的烷基、C₃-C₂₀的环烷基、C₄-C₂₀的芳基、C₅-C₂₀的芳基烷基、C₂-C₂₀的烯基和C₂-C₂₀的炔基，作为R₁的烷基、环烷基、芳基、芳基烷基、烯基、炔基任选地具有1个或多个前述取代基，R₂～R₄为氢原子。在另一些实施方案中，式I所示的环氧化合物中，R₁和R₃相连成3元-20元碳环或杂环，R₂和R₄为氢原子。

适用于本发明的环氧化合物的实例包括但不限于环氧丙烷、1,2-环氧丁烷、

适用于本发明的羰基化催化剂是由阳离子路易斯酸和羰基钴阴离子(Co(CO)₄ ^-)组成的双金属催化剂，可以是预先制备再投入羰基化反应；也可以是由中性的路易斯酸前体和羰基钴化合物在羰基化反应体系中现场生成。可以通过路易斯酸前体和羰基钴化合物反应预先制备羰基化催化剂。

适用于本发明的阳离子路易斯酸优选为阳离子型的多齿配体金属络合物。阳离子型多齿配体金属络合物中的多齿配体优选具有卟啉结构或Salen结构，即多齿配体优选选自卟啉、卟啉衍生物、Salen和Salen衍生物。Salen的结构式为：

卟啉衍生物的实例包括四苯基卟啉。在一些实施方案中，多齿配体选自四苯基卟啉和Salen。阳离子型多齿配体金属络合物中的金属原子为周期系中IIIA和IIIB族、镧系元素和锕系元素的一种或多种金属，优选为选自Al、Cr、Ga中的一种或多种。阳离子型多齿配体金属络合物的电荷可以为+1或+2。

适用于本发明的路易斯酸前体优选为含有配位阴离子的多齿配体金属络合物。适用于本发明的路易斯酸前体中的多齿配体金属络合物同前述作为阳离子路易斯酸的阳离子型多齿配体金属络合物。路易斯酸前体中的配位阴离子可以为氯离子、溴离子、碘离子、羧酸根离子、磺酸根离子或其他阴离子。在一些实施方案中，配位阴离子为氯离子。

适用于本发明的羰基钴化合物包括Co₂(CO)₈、NaCo(CO)₄、KCo(CO)₄、Co₄(CO)₁₂等。在一些实施方案中，羰基化催化剂是在羰基化反应体系中现场生成的，所用的羰基钴化合物为Co₂(CO)₈。在一些实施方案中，羰基化催化剂是预先制备的，所用的羰基钴化合物为NaCo(CO)₄。

由路易斯酸前体和羰基钴化合物预先制备羰基化催化剂的反应可以在惰性气体氛围中进行。反应温度可以是常温。反应可以在合适的溶剂、例如四氢呋喃中进行。羰基钴化合物与路易斯酸前体的摩尔比例可以为0.1～100:1，较佳地为0.5～10:1，例如0.5:1、1:1、2:1、5:1。反应完全后，经过后处理，例如过滤、除溶剂，即得到羰基化催化剂。

在本发明的方法中，首次反应时添加环氧化合物与反应体系中的羰基化催化剂的摩尔比可以为1～100000:1，较佳地为100～20000:1，例如200:1、500:1、1000:1、2000:1、5000:1、10000:1。

在本发明的方法中，若羰基化催化剂由路易斯酸前体和羰基钴化合物在反应体系中现场生成，首次反应时添加的羰基钴化合物与路易斯酸前体的摩尔比可以为0.1～100:1，较佳地为0.5～10:1，例如0.5:1、1:1、2:1、5:1。

本发明中，进行羰基化反应时，一氧化碳的压力可以为1～100atm，较佳地为3～70atm，更佳地为10～50atm，例如20atm左右。反应温度可以为本领域进行羰基化反应常规的反应温度，较佳地为0～150℃，更佳地为40～120℃，例如60℃、80℃、100℃。反应时间可以为0.1～1000h，例如为1～400h，再例如为2～24h、6h、12h、16h、20h。羰基化反应优选在惰性气体保护下进行。

本发明的方法中，羰基化反应可以在溶剂中进行，也可以在无溶剂的条件下进行。各次羰基化反应可以独立地选择在溶剂中进行或在无溶剂的条件下进行，例如，各次羰基化反应可以均在溶剂中进行，也可以均在无溶剂的条件下进行。

环氧化合物和一氧化碳在羰基化催化剂作用下发生羰基化反应所得到的第一产物流含有产物β-内酯、催化剂和未反应完的原料环氧化合物。在羰基化反应在溶剂中进行的情形下，第一产物流还含有溶剂。本发明将第一产物流分离为第二产物流和催化剂循环组分，其中，第二产物流包含未反应完的环氧化合物、大部分或全部的β-内酯和任选存在的溶剂，催化剂循环组分包含催化剂和可能存在的剩余的β-内酯且不含或基本不含溶剂。在一些实施方案中，通过蒸馏将第一产物流分离为第二产物流和催化剂循环组分。本发明中，第二产物流包含大部分β-内酯是指反应生成的β-内酯中的80％以上、例如90％以上存在于第二产物流中。可以理解的是，当第一产物流不含溶剂时，催化剂循环组分不含溶剂。本发明中，当第一产物流含有溶剂时，通过分离使得大部分(80％以上)或全部的溶剂存在于第二产物流中，从而使得催化剂循环组分不含或基本不含溶剂；优选地，通过分离使得90％以上、95％以上、99％以上或全部的溶剂存在于第二产物流中。

本发明中，当羰基化反应在有溶剂的条件下进行时，溶剂的选择要求能够使得将第一产物流分离(例如通过蒸馏分离)为第二产物流和催化剂循环组分时，第二产物流能够包含未反应完的环氧化合物、大部分或全部的β-内酯和大部分或全部的溶剂，催化剂循环组分包含催化剂、可能存在的剩余的β-内酯且不含或基本不含溶剂。在满足前述要求的前提下，溶剂可以为本领域已知的可用于环氧化合物羰基化反应的溶剂，较佳地为芳烃类溶剂、醚类溶剂中的一种或多种，其中芳烃类溶剂优选为甲苯和/或苯，醚类溶剂优选为四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二氧六环、乙二醇二甲醚和叔丁基甲基醚中的一种或多种。在一些实施方案中，溶剂选自四氢呋喃和乙二醇二甲醚中的一种或多种，在这些实施方案中羰基化反应具有很高的产率，并且多次反应后催化剂仍保持很高的活性。

当羰基化反应在有溶剂的条件下进行时，环氧化合物在溶剂中的摩尔浓度可以为0.01～100mol/L，例如0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、5mol/L、10mol/L、50mol/L。

本发明中，分离得到催化剂循环组分后，向其中添加环氧化合物，根据需要添加羰基钴化合物和溶剂中的一者或两者，即可与一氧化碳进行羰基化反应，得到含有β-内酯的第一产物流，该过程中羰基化反应的条件可以如本文的前述任一实施方案所述。后续各次反应补加的环氧化合物的量可以与首次反应加入的环氧化合物的量相同或不同。

在本发明的β-内酯的连续化生产过程中，可以通过检测β-内酯的生成速率(即单位时间内β-内酯的产率)来监测催化剂的催化活性；当β-内酯的生成速率低于某个值时，表明有效的催化剂组分含量降低，此时可通过向羰基化反应体系中补加一定量的羰基钴化合物以维持催化活性，而无需补充添加路易斯酸。

在一些实施方案中，在催化剂循环使用过程中，当β-内酯产物的产率降至初始产率的30～90％、例如40％、50％、60％、70％、80％时，向反应体系中补加一定量的羰基钴化合物，加入的羰基钴化合物所含的钴的质量优选为初始反应体系所含的钴的质量的5～30％、例如10％、15％、20％、25％。

本发明所得到的第二产物流包含未反应完的环氧化合物、大部分或全部的β-内酯和任选存在的溶剂，可以提取出其中的环氧化合物用于羰基化反应。因此，在一些实施方案中，本发明的方法还包括：将第二产物流分离为第三产物流和原料循环组分，其中，第三产物流包含大部分(优选80％以上)或全部的β-内酯，原料循环组分包含未反应完的环氧化合物、可能存在的剩余的β-内酯和任选存在的溶剂。原料循环组分可以作为环氧化合物的来源用于羰基化反应，例如可以加入到催化剂循环组分中进行连续羰基化反应。可以通过蒸馏将第二产物流分离为第三产物流和原料循环组分。

在一些实施方案中，如图1所示，原料环氧化合物a和一氧化碳b在羰基化催化剂和任选的溶剂的存在下，在反应装置1中发生羰基化反应；反应结束后，多余的一氧化碳进行回收，随后第一产物流c在第一分离装置2中经蒸馏被分离为第二产物流d和催化剂循环组分e；催化剂循环组分e进入反应装置1中，添加环氧化合物并根据需要添加羰基钴化合物和溶剂中的一者或两者后，进行循环反应；第二产物流d在第二分离装置3中经蒸馏被分离为原料循环组分f和第三产物流g；原料循环组分f可以作为环氧化合物的来源返回至反应装置1进行反应。本发明中，反应装置可以是反应釜，分离装置可以是分离罐。

本发明还提供一种用于环氧化合物连续羰基化制备β-内酯的生产系统，包括反应装置、第一分离装置和任选的第二分离装置。反应装置用于使环氧化合物和一氧化碳在羰基化催化剂和任选的溶剂的存在下发生羰基化反应得到第一产物流。反应装置可以是反应釜。第一分离装置用于将第一产物流分离为第二产物流和催化剂循环组分。反应装置具有第一产物流出口和催化剂循环组分进口。第一分离装置具有第一产物流进口、第二产物流出口和催化剂循环组分出口。第一分离装置的第一产物流进口可以与反应装置的第一产物流进口通过管道相连。第一分离装置的催化剂循环组分出口可以与反应装置的催化剂循环组分进口通过管道相连。第二分离装置用于将第二产物流分离为第三产物流和原料循环组分。第二分离装置具有第二产物流进口、第三产物流出口和原料循环组分出口。第一分离装置的第二产物流出口可以与第二分离装置的第二产物流进口相连。反应装置可以具有原料循环组分进口。反应装置的原料循环组分进口可以与第二分离装置的原料循环组分出口相连。

相比现有的连续羰基化方法，本发明中羰基化反应后得到的第一产物流被分离为第二产物流和催化剂循环组分，催化剂的循环是通过不含或基本不含溶剂的催化剂循环组分来实现。本发明的方法可以有效实现催化剂的循环使用，避免了使用现有的催化剂循环技术所需的离子交换树脂、高沸点溶剂等，也避免了采用催化剂负载方法产生的催化活性大幅下降的缺点。本发明的方法可以较好地保持催化剂循环使用中的活性。本发明可以通过补加羰基钴化合物保持催化剂的高活性。本发明在环氧化合物连续羰基化制备β-内酯的方法具有流程高效简洁、操作简便、成本低、易于放大生产的优点。

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明，其并不对本发明的保护范围起到限定作用。本发明的保护范围仅由权利要求限定，本领域技术人员在本发明公开的实施例的基础上所做的任何省略、替换或修改都将落入本发明的保护范围。

下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常用的规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。

实施例6和7中所用的预制备的四苯基卟啉铬-四羰基钴采用如下方法制备得到：在氮气氛围下，将NaCo(CO)₄(0.1480g，0.76mmol))的THF(40mL)溶液加入含有TPPCrCl(0.5330g，0.76mmol)的THF(20mL)溶液的250mL烧瓶中，反应液搅拌16h。反应完全后，用硅藻土滤除生成的氯化钠固体，滤液在减压下蒸除溶剂，得到紫黑色固体，即为四苯基卟啉铬-四羰基钴(0.48mmol，63％yield)。

实施例1：环氧丙烷的连续羰基化反应

羰基化催化剂由四苯基卟啉氯化铬(TPPCrCl)和八羰基二钴(Co₂(CO)₈)在反应体系中现场生成，THF为溶剂。

向300mL反应釜中依次加入TPPCrCl(0.50mmol)、Co₂(CO)₈(256mg，0.75mmol)、THF(100mL)、环氧丙烷(58.1g，1mol)。向高压釜内充入一氧化碳20atm，升温至80℃搅拌反应16小时。反应结束后，缓慢放掉过量的一氧化碳，经GC检测确定产物β-丁内酯的产率。反应液减压下蒸出原料、THF及大部分(大于80％)产物(蒸馏条件：绝对压力50Pa，加热温度70～75℃)，剩余浓缩液(即催化剂循环组分)包含催化剂、剩余产物，体积约2mL。催化剂循环组分重新投入反应釜中，加入Co₂(CO)₈(如需要)、THF(100mL)、环氧丙烷(58.1g，1mol)，充入一氧化碳，按照首次反应相同的条件进行连续羰基化反应和后续分离操作。由于催化剂对水、氧敏感，上述操作全程在氮气保护下进行。连续进行10次羰基化反应，各次反应补加的Co₂(CO)₈的量以及β-丁内酯产率如表1所示。

表1

实施例2：环氧丙烷的连续羰基化反应

羰基化催化剂由四苯基卟啉氯化铝(TPPAlCl)和八羰基二钴(Co₂(CO)₈)在反应体系中现场生成，THF为溶剂。

向300mL反应釜中依次加入TPPAlCl(0.50mmol)、Co₂(CO)₈(256mg，0.75mmol)、THF(100mL)、环氧丙烷(58.1g，1mol)。向高压釜内充入一氧化碳20atm，升温至80℃搅拌反应16小时。反应结束后，缓慢放掉过量的一氧化碳，经GC检测确定产物β-丁内酯的产率。反应液减压下蒸出原料、THF及大部分(大于80％)产物(蒸馏条件：绝对压力50Pa，加热温度70～75℃)，剩余浓缩液(即催化剂循环组分)包含催化剂和剩余产物，体积约2mL。催化剂循环组分重新投入反应釜中，加入Co₂(CO)₈(如需要)、THF(100mL)、环氧丙烷(58.1g，1mol)，充入一氧化碳，按照首次反应相同的条件进行连续羰基化反应和后续分离操作。由于催化剂对水、氧敏感，上述操作全程在氮气保护下进行。连续进行10次羰基化反应，各次反应补加的Co₂(CO)₈的量以及β-丁内酯产率如表2所示。

表2

反应次数	补加Co<sub>2</sub>(CO)<sub>8</sub>	β-丁内酯产率(％)
			1	0	95
2	0	93
			3	0	89
4	0	83
			5	0	76
6	30mg	96
			7	0	90
8	0	84
			9	0	77
10	30mg	94

实施例3：环氧丙烷的连续羰基化反应

羰基化催化剂由Salen配体的铝络合物(SalenAlCl)和八羰基二钴(Co₂(CO)₈)在反应体系中现场生成，THF为溶剂。

向300mL反应釜中依次加入SalenAlCl(2mmol)、Co₂(CO)₈(1.03g，3mmol)、THF(100mL)、环氧丙烷(58.1g，1mol)。向高压釜内充入一氧化碳20atm，升温至80℃搅拌反应16小时。反应结束后，缓慢放掉过量的一氧化碳，经GC检测确定产物β-丁内酯的产率。反应液减压下蒸出原料、THF及大部分(大于80％)产物(蒸馏条件：绝对压力50Pa，加热温度70～75℃)，剩余浓缩液(即催化剂循环组分)包含催化剂和剩余产物，体积约2mL。催化剂循环组分重新投入反应釜中，加入Co₂(CO)₈(如需要)、THF(100mL)、环氧丙烷(58.1g，1mol)，充入一氧化碳，按照首次反应相同的条件进行连续羰基化反应和后续分离操作。由于催化剂对水、氧敏感，上述操作全程在氮气保护下进行。连续进行10次羰基化反应，各次反应补加的Co₂(CO)₈的量以及β-丁内酯产率如表3所示。

表3

反应次数	补加Co<sub>2</sub>(CO)<sub>8</sub>	β-丁内酯产率(％)
			1	0	98
2	0	98
			3	0	93
4	0	86
			5	0	72
6	100mg	96
			7	0	87
8	0	73
			9	0	64
10	100mg	97

实施例4：环氧丙烷的连续羰基化反应

羰基化催化剂由四苯基卟啉氯化铬(TPPCrCl)和八羰基二钴(Co₂(CO)₈)在反应体系中现场生成，乙二醇二甲醚(DME)为溶剂。

向300mL反应釜中依次加入TPPCrCl(0.50mmol)、Co₂(CO)₈(256mg，0.75mmol)、DME(100mL)、环氧丙烷(58.1g，1mol)。向高压釜内充入一氧化碳20atm，升温至80℃搅拌反应16小时。反应结束后，缓慢放掉过量的一氧化碳，经GC检测确定产物β-丁内酯的产率。反应液减压下蒸出原料、DME及产物(蒸馏条件：绝对压力50Pa，温度85～90℃)，剩余浓缩液(即催化剂循环组分)包含催化剂，体积约2mL。催化剂循环组分重新投入反应釜中，加入Co₂(CO)₈(如需要)、DME(100mL)、环氧丙烷(58.1g，1mol)，充入一氧化碳，按照首次反应相同的条件进行连续羰基化反应和后续分离操作。由于催化剂对水、氧敏感，上述操作全程在氮气保护下进行。连续进行10次羰基化反应，各次反应补加的Co₂(CO)₈的量以及β-丁内酯产率如表4所示。

表4

反应次数	补加Co<sub>2</sub>(CO)<sub>8</sub>	β-丁内酯产率(％)
			1	0	92
2	0	90
			3	0	87
4	0	79
			5	0	68
6	30mg	89
			7	0	90
8	0	81
			9	0	66
10	30mg	90

实施例5：环氧丙烷的连续羰基化反应

羰基化催化剂由四苯基卟啉氯化铬(TPPCrCl)和八羰基二钴(Co₂(CO)₈)在反应体系中现场生成，无溶剂。

向300mL高压釜中依次加入TPPCrCl(1mmol)、Co₂(CO)₈(512mg，1.5mmol)、环氧丙烷(116g，2mol)。向高压釜内充入一氧化碳20atm，升温至80℃搅拌反应16小时。反应结束后，缓慢放掉过量的一氧化碳，经GC检测确定产物β-丁内酯的产率。反应液减压下蒸出原料及大部分(大于80％)产物(蒸馏条件：绝对压力50Pa，温度70～75℃)，剩余浓缩液(即催化剂循环组分)包含催化剂和剩余产物，体积约2mL。催化剂循环组分重新投入高压釜中，加入Co₂(CO)₈(如需要)、环氧丙烷(116g，2mol)，充入一氧化碳，按照首次反应相同的条件进行连续羰基化反应和后续分离操作。由于催化剂对水、氧敏感，上述操作全程在氮气保护下进行。连续进行10次羰基化反应，各次反应补加的Co₂(CO)₈的量以及β-丁内酯产率如表5所示。

表5

反应次数	补加Co<sub>2</sub>(CO)<sub>8</sub>	β-丁内酯产率(％)
			1	0	80
2	0	82
			3	0	77
4	0	64
			5	50mg	83
6	0	78
			7	0	79
8	0	74
			9	0	62
10	50mg	81

实施例6：环氧丙烷的连续羰基化反应

羰基化催化剂是预制备的四苯基卟啉铬-四羰基钴([TPPCr][Co(CO)₄])，无溶剂。

向300mL高压釜中依次加入[TPPCr][Co(CO)₄](1mmol)、环氧丙烷(116g，2mol)。向高压釜内充入一氧化碳20atm，升温至80℃搅拌反应16小时。反应结束后，缓慢放掉过量的一氧化碳，经GC检测确定产物β-丁内酯的产率。反应液减压下蒸出原料及大部分(大于80％)产物(蒸馏条件：绝对压力50Pa，温度70～75℃)，剩余浓缩液(即催化剂循环组分)包含催化剂和剩余产物，体积约2mL。浓缩液重新投入高压釜中，加入NaCo(CO)₄(如需要)、环氧丙烷(116g，2mol)，充入一氧化碳，按照首次反应相同的条件进行连续羰基化反应和后续分离操作。由于催化剂对水、氧敏感，上述操作全程在氮气保护下进行。连续进行10次羰基化反应，各次反应补加的NaCo(CO)₄的量以及β-丁内酯产率如表6所示。

表6

反应次数	补加NaCo(CO)<sub>4</sub>	β-丁内酯产率(％)
			1	0	95
2	0	94
			3	0	91
4	0	87
			5	0	79
6	30mg	93
			7	0	92
8	0	85
			9	0	73
10	30mg	92

实施例7：1,2-环氧丁烷的连续羰基化反应

羰基化催化剂是预制备的四苯基卟啉铬-四羰基钴，无溶剂。

向300mL高压釜中依次加入[TPPCr][Co(CO)₄](1mmol)、1,2-环氧丁烷(144g，2mol)。向高压釜内充入一氧化碳20atm，升温至80℃搅拌反应16小时。反应结束后，缓慢放掉过量的一氧化碳，经GC检测确定产物β-丁内酯的产率。反应液减压下蒸出原料及大部分(大于80％)产物(蒸馏条件：绝对压力50Pa，温度75～80℃)，剩余浓缩液(即催化剂循环组分)包含催化剂和剩余产物，体积约2mL。浓缩液重新投入高压釜中，加入NaCo(CO)₄(如需要)、1,2-环氧丁烷(144g，2mol)，充入一氧化碳，按照首次反应相同的条件进行连续羰基化反应和后续分离操作。由于催化剂对水、氧敏感，上述操作全程在氮气保护下进行。连续进行10次羰基化反应，各次反应补加的NaCo(CO)₄的量以及β-丁内酯产率如表7所示。

表7

反应次数	补加NaCo(CO)<sub>4</sub>	β-丁内酯产率(％)
			1	0	89
2	0	86
			3	0	83
4	0	76
			5	0	64
6	50mg	86
			7	0	86
8	0	77
			9	0	65
10	50mg	86

对比例1：参照专利US2012123137A1流程，使用高沸点溶剂进行催化剂循环，进行环氧丙烷的连续羰基化反应

羰基化催化剂由四苯基卟啉氯化铬(TPPCrCl)和八羰基二钴(Co₂(CO)₈)在反应体系中现场生成，使用高沸点溶剂(二乙二醇二甲醚、二甲亚砜或环丁砜)。

向300mL反应釜中依次加入TPPCrCl(0.50mmol)、Co₂(CO)₈(256mg，0.75mmol)、溶剂(100mL)、环氧丙烷(58.1g，1mol)。向高压釜内充入一氧化碳20atm，升温至80℃搅拌反应16小时。反应结束后，缓慢放掉过量的一氧化碳，经GC检测确定产物β-丁内酯的产率。反应液减压下蒸出原料及产物(蒸馏条件：绝对压力50Pa，温度85～90℃)，剩余液(即催化剂循环组分)包含催化剂和高沸点溶剂。催化剂循环组分重新投入反应釜中，加入Co₂(CO)₈(如需要)、环氧丙烷(58.1g，1mol)，充入一氧化碳，按照首次反应相同的条件进行连续羰基化反应和后续分离操作。由于催化剂对水、氧敏感，上述操作全程在氮气保护下进行。分别使用二乙二醇二甲醚、二甲亚砜和环丁砜作为溶剂连续进行10次羰基化反应，各次反应补加的Co₂(CO)₈的量以及β-丁内酯产率如表8所示。

表8

由实施例1-7和对比例1的实验结果可知，采用本发明的方法进行环氧化合物连续羰基化制备β-内酯，各次反应均能取得很高的产率，特别是催化剂循环使用多次仍能保持很高的活性；而采用高沸点溶剂进行反应，将催化剂随高沸点溶剂循环使用，则催化剂活性衰退显著，第二次反应产率就发生明显降低(例如使用二乙二醇二甲醚的情形)，或者各次反应的产率均很低(例如二甲亚砜或环丁砜的情形)。这表明本发明的方法可以有效实现催化剂的循环使用，具有流程高效简洁、操作简便、成本低、易于放大生产的优点。

Claims

1.一种环氧化合物连续羰基化制备β-内酯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）使环氧化合物和一氧化碳在羰基化催化剂存在下发生羰基化反应，且反应体系不含溶剂，得到含有β-内酯的第一产物流；

（2）将所述第一产物流分离为第二产物流和催化剂循环组分，其中，所述第二产物流包含未反应完的环氧化合物、大部分或全部的β-内酯，所述催化剂循环组分包含催化剂和可能存在的剩余的β-内酯；

（3）向所述催化剂循环组分中添加环氧化合物，任选地添加羰基钴化合物，充入一氧化碳，进行羰基化反应，得到含有β-内酯的第一产物流；

其中，所述羰基化催化剂是阳离子路易斯酸和羰基钴阴离子组成的双金属催化剂，所述羰基钴阴离子为Co(CO)₄ ^-；

所述方法包括循环进行多次步骤（2）和步骤（3）的操作；

步骤（3）中，检测β-内酯的生成速率来监测催化剂的催化活性，若β-内酯的生成速率降至设定值，则向反应体系中添加羰基钴化合物以维持催化活性；所述设定值为步骤（1）中β-内酯的生成速率的30~90%，当β-内酯的生成速率降至所述设定值时，步骤（3）中加入的羰基钴化合物所含的钴的质量为步骤（1）中所用的羰基化催化剂所含的钴的质量的5~30%。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环氧化合物如式I所示：

其中，R₁~R₄各自独立选自氢原子、C₁-C₃₀的烷基、C₃-C₃₀的环烷基、C₄-C₃₀的芳基、C₅-C₃₀的芳基烷基、C₂-C₃₀的烯基和C₂-C₃₀的炔基，所述C₁-C₃₀的烷基、C₃-C₃₀的环烷基、C₄-C₃₀的芳基、C₅-C₃₀的芳基烷基、C₂-C₃₀的烯基和C₂-C₃₀的炔基可具有一个或多个选自以下的取代基：C₁-C₃₀的烷基、C₃-C₃₀的环烷基、C₄-C₃₀的芳基、C₅-C₃₀的芳基烷基、C₂-C₃₀的烯基、C₂-C₃₀的炔基、卤素原子、C₁-C₃₀的烷氧基、C₄-C₃₀的芳氧基、C₁-C₃₀的烷基或C₄-C₃₀的芳基取代的巯基和C₁-C₃₀的烷基或C₄-C₃₀的芳基取代的氨基，R₁~R₄中的任意两个可以相连成碳环或包含一个或多个选自O、N和S的杂原子的杂环。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳离子路易斯酸为阳离子型多齿配体金属络合物。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阳离子型多齿配体金属络合物中的多齿配体具有卟啉结构或Salen结构。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阳离子型多齿配体金属络合物中的金属原子为选自周期系中IIIA族元素、IIIB族元素、镧系元素和锕系元素中的一种或多种。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阳离子型多齿配体金属络合物中的金属原子为选自Al、Cr和Ga中的一种或多种。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阳离子型多齿配体金属络合物的电荷为+1或+2。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羰基化催化剂是预先制备再投入羰基化反应。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述羰基化催化剂由中性的路易斯酸前体和羰基钴化合物反应而成。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羰基化催化剂由中性的路易斯酸前体和羰基钴化合物在反应体系中现场生成。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述路易斯酸前体包含阳离子型多齿配体金属络合物和配位阴离子。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述阳离子型多齿配体金属络合物中的多齿配体具有卟啉结构或Salen结构。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述阳离子型多齿配体金属络合物中的金属原子为选自周期系中IIIA族元素、IIIB族元素、镧系元素和锕系元素中的一种或多种。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述阳离子型多齿配体金属络合物中的金属原子为选自Al、Cr和Ga中的一种或多种。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述阳离子型多齿配体金属络合物的电荷为+1或+2。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述配位阴离子选自氯离子、溴离子、碘离子、羧酸根离子和磺酸根离子中的一种或多种。

17.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述羰基钴化合物选自Co₂(CO)₈、NaCo(CO)₄、KCo(CO)₄和Co₄(CO)₁₂中的一种或多种。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羰基化催化剂由摩尔比例为0.1~100:1的羰基钴化合物和路易斯酸前体预先反应而成或在反应体系中现场生成。

19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羰基化催化剂由摩尔比例为0.5~10:1的羰基钴化合物和路易斯酸前体预先反应而成或在反应体系中现场生成。

20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述环氧化合物与羰基化催化剂的摩尔比为1~100000:1。

21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述环氧化合物与羰基化催化剂的摩尔比为100~20000:1。

22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述羰基钴化合物选自Co₂(CO)₈、NaCo(CO)₄、KCo(CO)₄和Co₄(CO)₁₂中的一种或多种。

23.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羰基化反应中，一氧化碳的压力为1~100 atm，反应温度为0~150 ℃，反应时间为0.1~1000 h。

24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羰基化反应中，一氧化碳的压力为3~70atm。

25.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羰基化反应中，一氧化碳的压力为10~50 atm。

26.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羰基化反应中，反应温度为40~120 ℃。

27.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羰基化反应中，反应时间为1~400 h。

28.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羰基化反应中，反应时间为2~24 h。

29.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤（4）：将所述第二产物流分离为第三产物流和原料循环组分，其中，所述第三产物流包含大部分或全部的β-内酯，所述原料循环组分包含未反应完的环氧化合物和可能存在的剩余的β-内酯。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤（5）：将所述原料循环组分用作步骤（1）或步骤（3）中羰基化反应的环氧化合物原料。