CN118290489A - 一种氮钴金属配合物及其在合成β-羟基丙酸酯中的应用 - Google Patents

一种氮钴金属配合物及其在合成β-羟基丙酸酯中的应用 Download PDF

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翟庆阁
刘野
蔡俊鑫
乔威
黄明志
黄闽岳
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Dalian University of Technology
Sinochem Quanzhou Petrochemical Co Ltd
Sinochem Quanzhou Energy Technology Co Ltd
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Dalian University of Technology
Sinochem Quanzhou Petrochemical Co Ltd
Sinochem Quanzhou Energy Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种氮钴金属配合物及其在合成β‑羟基丙酸酯中的应用,其是以所述氮钴金属配合物作为主催化剂,还原性金属粉末为助催化剂,在一氧化碳的氛围中,于环氧乙烷的有机醇溶液中进行氢酯化反应,制得β‑羟基丙酸酯。本发明采用廉价易得、空气稳定且便宜的低价钴作为主催化剂前驱体,其环氧乙烷的转化率最高可达99%,β‑羟基丙酸酯的收率最高可达92.9%,且该体系在循环第三次时仍可保持79%以上的β‑羟基丙酸酯收率。

Description

一种氮钴金属配合物及其在合成β-羟基丙酸酯中的应用
技术领域
本发明属于精细化工领域,具体涉一种氮钴金属配合物及其在合成β-羟基丙酸酯中的应用。
背景技术
1,3-丙二醇(1,3-PDO)用途十分广泛,可用作生产防冻剂、增塑剂、防腐剂和乳化剂的原料,也广泛应用于食品、涂料、化妆品和制药等行业,市场需求很大。目前1,3-PDO最主要用途是作为合成新型聚酯纤维材料聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)的单体原料。目前,国内外已有众多研究人员对1,3-PDO的合成做了相关的研究。我国已有小规模的1,3-PDO实现工业投产,但是生产规模只有千吨级,尚无法满足当前需求。
β-羟基丙酸酯是合成1,3-PDO的原料,目前主要通过环氧乙烷的氢酯化反应生产β-羟基丙酸酯。当前的研究重心是催化剂体系的开发。中科院兰州化物陈静等人使用羰基钴催化剂,在温和条件下得到环氧乙烷转化率为87%,β-羟基丙酸甲酯的收率为87%;广东石油化工学院工业催化研究所张业等人以羰基钴为催化剂,额外加入咪唑作为促进剂,在反应温度75℃、反应压力6.0 MPa条件下实现环氧乙烷转化率为92.24%,β-羟基丙酸甲酯收率达84.35%。随后,青岛科技大学、太原理工大学、中国石油化工公司上海研究院等高校或研究机构的研究人员也对环氧乙烷的氢酯化反应进行了相应的研究。然而,这部分研究全部涉及羰基钴催化剂,但羰基在常压下容易解离,且低价钴稳定性差、易被氧化,在制备、储存、运输和使用过程中需要小心保存,此外,大多数低价钴有毒,对空气中度敏感、不稳定、自燃、甚至在环境温度下容易分解,其大规模工业应用受到限制。
发明内容
针对上述问题,本发明开发了一种稳定、无毒、高效合成β-羟基丙酸酯的催化体系,其利用氮钴有机配合物实现温和条件下环氧乙烷的氢酯化反应,可用于各类β-羟基丙酸酯,特别是3-羟基丙酸甲酯的制备。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明的第一目的在于提供一种氮钴金属配合物。
该氮钴金属配合物的结构通式如下:
,其中,X选自氯、溴、碘、乙酰氧基、乙酰丙酮基、磷酸基、硫酸基、硝酸基、碳酸基、草酸基、羟基中的一种;N来源于含氮有机碱,其可以同金属钴盐在一定条件下螯合在一起。
进一步地,所述含氮有机碱选自吡唑、吲唑、咪唑、2,2'-联吡啶、邻菲咯啉、3-羟基吡啶、2,2-联喹啉中的一种。
本发明的第二目的在于提供所述氮钴金属配合物的制备方法。
所述氮钴金属配合物是通过将含氮有机碱与高价钴盐在有机醇中预混合,然后装入密闭反应釜中,用N2完全置换反应釜内的气体至压力为0.1MPa,之后在25 ℃、转速400rpm的条件下反应1 h制得。
进一步地,所用含氮有机碱和高价钴盐的摩尔比为(0.1~5):1。
进一步地,所述高价钴盐选自CoCl2、CoBr2、Co(acac)2、Co3(PO4)2、Co(OAC)2、CoCO3中的一种。
进一步地,所述有机醇选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、环戊醇、环己醇、苄醇、苯酚中的一种。
进一步地,所述有机醇/四氢呋喃混合溶液中有机醇与四氢呋喃(THF)的体积比为1:(1~10)。
本发明的第三目的在于提供一种利用所述氮钴金属配合物合成β-羟基丙酸酯的方法。
该方法是以所述氮钴金属配合物作为主催化剂,还原性金属粉末为助催化剂,有机醇为溶剂,在一氧化碳的氛围中,利用环氧乙烷进行氢酯化反应,制得β-羟基丙酸酯。
进一步地,所述助催化剂选自Fe、Co、Ni、Zn、Mn、LiAlH4、NaBH4、Na2S2O3中的一种或多种,其粒度为300~1600目。
进一步地,所述有机醇选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、环戊醇、环己醇、苄醇、苯酚中的一种。
进一步地,反应体系中,环氧乙烷的浓度为0.001 mol/L~100 mol/L,氮钴配位金属催化剂的浓度为0.0001 mol/L~100 mol/L,助催化剂的浓度为0.0001 mol/L~100 mol/L。
进一步地,所述氢酯化反应的温度为25~100 ℃,压力为2~6 MPa,时间为1~48 h。
本发明的有益效果在于:
(1)反应原料为大宗化学品环氧烷烃和一氧化碳,其来源广、制备工艺成熟;
(2)产品β-羟基丙酸酯的附加值高,特别是3-羟基丙酸甲酯可应用于1,3-丙二醇的大规模生产;
(3)无需使用空气敏感、稳定性差、易燃、储存和运输不方便的低价钴前驱体;
(4)主催化剂和助催化剂对水、氧稳定、安全可靠、且能够循环使用;
(5)环氧乙烷氢酯化反应转化率和选择性最高可>90%,β-羟基丙酸酯的最终产率最高可>90%;
(6)反应原子经济性性高,并且反应条件比较温和,符合绿色化学要求。
附图说明
图1为实施例36中反应原液的气相色谱图。
图2为实施例36所得蒸馏产物的核磁共振1H谱表征谱图。
图3为实施例36所得蒸馏产物的核磁共振13C谱表征谱图。
具体实施方式
一种β-羟基丙酸酯的合成方法,其是在一氧化碳气氛中,将环氧乙烷、氮钴配位金属催化剂、助催化剂加入到有机醇中,于25~100 ℃、压力2~6MPa的条件下经氢酯化反应1~48 h,得到β-羟基丙酸酯。
所述氮钴配位金属催化剂是通过将含氮有机碱与无机钴盐按摩尔比为(0.1~5):1在有机醇中预混合,然后装入密闭反应釜中,用N2完全置换反应釜内的气体至压力为0.1MPa,之后在25 ℃、转速400 rpm的条件下反应1 h制得。
其中,所述含氮有机碱选自吡唑、吲唑、咪唑、2,2'-联吡啶、邻菲咯啉、3-羟基吡啶、2,2-联喹啉中的一种。
所述助催化剂选自Fe、Co、Ni、Zn、Mn、LiAlH4、NaBH4、Na2S2O3中的一种或多种,其粒度为300~1600目。
所述有机醇选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、环戊醇、环己醇、苄醇、苯酚中的一种。
反应体系中,环氧乙烷的浓度为0.001 mol/L~100 mol/L,氮钴配位金属催化剂的浓度为0.0001 mol/L~100 mol/L,助催化剂的浓度为0.0001 mol/L~100 mol/L。
为了使本发明所述的内容更加便于理解,下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明,但是本发明不仅限于此。
实施例1
选用20 mL的高压反应釜,先将0.2 mmol含氮有机碱吡唑同0.05 mmol CoCl2在0.5 mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将0.3mmol助催化剂Mn粉(325目)和3 mmol经冷却处理的环氧乙烷加入釜内,立即密闭反应釜并将其与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持20 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况,结果见表1。
实施例2
选用20 mL的高压反应釜,先将0.2 mmol含氮有机碱咪唑同0.05 mmol CoCl2在0.5 mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将0.3mmol助催化剂Mn粉(325目)和3 mmol经冷却处理的环氧乙烷加入釜内,立即密闭反应釜并将其与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持20 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况,结果见表1。
实施例3
选用20 mL的高压反应釜,先将0.2 mmol含氮有机碱2,2'-联吡啶同0.05 mmolCoCl2在0.5 mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将0.3 mmol助催化剂Mn粉(325目)和3 mmol经冷却处理的环氧乙烷加入釜内,立即密闭反应釜并将其与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持20 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况,结果见表1。
实施例4
选用20 mL的高压反应釜,先将0.2 mmol含氮有机碱3-羟基吡啶同0.05 mmolCoCl2在0.5 mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将0.3 mmol助催化剂Mn粉(325目)和3 mmol经冷却处理的环氧乙烷加入釜内,立即密闭反应釜并将其与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持20 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况,结果见表1。
实施例5
选用20 mL的高压反应釜,先将0.2 mmol含氮有机碱吲唑同0.05 mmol CoCl2在0.5 mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将0.3mmol助催化剂Mn粉(325目)和3 mmol经冷却处理的环氧乙烷加入釜内,立即密闭反应釜并将其与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持20 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况,结果见表1。
实施例6
将实施例1中所用Mn粉改为Zn粉,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例7
将实施例1中所用Mn粉改为Mg粉,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例8
将实施例1中所用Mn粉改为Ni粉,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例9
将实施例1中所用CoCl2改为CoBr2,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例10
将实施例1中所用CoCl2改为Co(acac)2,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例11
将实施例1中所用CoCl2改为Co(acac)3,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例12
将实施例1中所用CoCl2改为Co3(PO4)2,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例13
将实施例1中所用CoCl2改为Co(OAc)2,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例14
将实施例1中所用CoCl2改为CoCO3,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例15
将实施例1中所用含氮有机碱的用量由0.2 mmol改为0.1 mmol,其他操作条件不变,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例16
将实施例1中CoCl2的用量由0.05 mmol改为0.04 mmol,其他操作条件不变,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例17
将实施例1中CoCl2的用量由0.05 mmol改为0.1 mmol,其他操作条件不变,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例18
将实施例1中助催化剂的用量由0.3 mmol改为0.2 mmol,其他操作条件不变,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
实施例19
将实施例1中助催化剂的用量由0.3 mmol改为0.4 mmol,其他操作条件不变,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表1。
表1 实施例1~19的催化结果
实施例20
将实施例1中的氢酯化反应温度由45℃改为50℃,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例21
将实施例1中的氢酯化反应温度由45℃改为70℃,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例22
将实施例1中的氢酯化反应温度45℃改为80℃,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例23
将实施例1中的氢酯化反应压力由4.0 MPa改为2.0 MPa,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例24
将实施例1中的氢酯化反应压力由4.0 MPa改为3.0 MPa,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例25
将实施例1中甲醇的用量由0.5mL改为1.0 mL,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例26
将实施例1中甲醇的用量由0.5mL改为2.0 mL,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例27
将实施例1中甲醇的用量由0.5mL改为3.0 mL,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例28
将实施例1中甲醇的用量由0.5mL改为4.0 mL,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例29
将实施例1中甲醇的用量不变,额外添加1.5mL THF,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例30
将实施例1中甲醇的用量由0.5mL改为0.2 mL,额外添加1.8mL THF,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例31
将实施例1中的氢酯化反应时间由20 h改为4 h,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例32
将实施例1中的氢酯化反应时间由20 h改为8 h,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例33
将实施例1中的氢酯化反应时间由20 h改12 h,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例34
将实施例1中的氢酯化反应时间由20 h改为16 h,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
实施例35
将实施例1中的氢酯化反应时间由20 h改为24 h,其他操作条件不变,反应结束后,对反应原液进行气相色谱分析,结果见表2。
表2 实施例20~35的催化结果
实施例36
选用75 mL的高压反应釜,先将5 mmol含氮有机碱吡唑同1.25 mmol CoCl2在1.5mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将7.5 mmol助催化剂Mn粉(325目)加入釜内,立即密闭反应釜并将其与EO充料管路相连接,将环氧乙烷68 mmol充入反应釜内后,将反应釜与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持20 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况。GC测试知最终的β-羟基丙酸甲酯反应收率为92.9%。
β-羟基丙酸甲酯的分离:将反应原液直接从釜内倒出,并用二氯甲烷冲洗釜壁残留物;收集到的反应原液先用硅藻土过滤除去固体催化剂,再采取减压蒸馏的方式将产物β-羟基丙酸甲酯分离出来。最终可分离出72.1%的β-羟基丙酸甲酯。对蒸馏产物进行核磁共振氢谱和碳谱表征。
实施例37
选用75 mL的高压反应釜,先将5 mmol含氮有机碱吡唑同1.25 mmol CoCl2在1.5mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将7.5 mmol助催化剂Mn粉(325目)加入釜内,立即密闭反应釜并将其与EO充料管路相连接,将环氧乙烷68 mmol充入反应釜内后,将反应釜与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持6 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况。GC测试知最终的β-羟基丙酸甲酯反应收率为36.6%。
实施例38
选用75 mL的高压反应釜,先将5 mmol含氮有机碱吡唑同2.5 mmol CoCl2在15 mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将7.5 mmol助催化剂Mn粉(325目)加入釜内,立即密闭反应釜并将其与EO充料管路相连接,将环氧乙烷68mmol充入反应釜内后,将反应釜与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持6 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况。GC测试知最终的β-羟基丙酸甲酯反应收率为70.2%。
实施例39
选用75 mL的高压反应釜,先将5 mmol含氮有机碱吡唑同2.5 mmol CoCl2在15 mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将7.5 mmol助催化剂Mn粉(325目)加入釜内,立即密闭反应釜并将其与EO充料管路相连接,将环氧乙烷68mmol充入反应釜内后,将反应釜与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持8 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况。GC测试知最终的β-羟基丙酸甲酯反应收率为76.6%。
实施例40
选用75 mL的高压反应釜,先将5 mmol含氮有机碱吡唑同2.5 mmol CoCl2在15 mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将7.5 mmol助催化剂Mn粉(1600目)加入釜内,立即密闭反应釜并将其与EO充料管路相连接,将环氧乙烷68 mmol充入反应釜内后,将反应釜与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持8 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况。GC测试知最终的β-羟基丙酸甲酯反应收率为82.3%。
实施例41
选用75 mL的高压反应釜,先将5 mmol含氮有机碱吡唑同2.5 mmol CoCl2在15 mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将7.5 mmol助催化剂Mn粉(1600目)加入釜内,立即密闭反应釜并将其与EO充料管路相连接,将环氧乙烷68 mmol充入反应釜内后,将反应釜与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持20 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO;反应完成过后,再添加额外的7.5mmol Mn粉及68mmol环氧乙烷,在4.0MPa、45℃的条件下反应20h,反应液进行气相色谱分析。GC测试得两次循环后总的β-羟基丙酸甲酯反应收率为88.4%。
实施例42
选用75 mL的高压反应釜,先将5 mmol含氮有机碱吡唑同2.5 mmol CoCl2在15 mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将7.5 mmol助催化剂Mn粉(1600目)加入釜内,立即密闭反应釜并将其与EO充料管路相连接,将环氧乙烷68 mmol充入反应釜内后,将反应釜与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持20 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO;反应完成过后,再添加额外的68mmol环氧乙烷,在4.0MPa、45℃的条件下反应20h,反应液进行气相色谱分析。GC测试得两次循环后总的β-羟基丙酸甲酯反应收率为87.5%。
实施例43
选用75 mL的高压反应釜,先将5 mmol含氮有机碱吡唑同2.5 mmol CoCl2在15 mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将7.5 mmol助催化剂Mn粉(1600目)加入釜内,立即密闭反应釜并将其与EO充料管路相连接,将环氧乙烷68 mmol充入反应釜内后,将反应釜与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持20 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO;反应完成过后,再添加额外的7.5mmol Mn粉、68mmol环氧乙烷,在4.0MPa、45℃的条件下反应20h;反应完成过后,再添加额外的7.5mmol Mn粉、68mmol环氧乙烷,在4.0MPa、45℃的条件下反应20h,最后的反应液进行气相色谱分析。GC测试得三次循环后总的β-羟基丙酸甲酯反应收率为79.9%。
实施例44
选用75 mL的高压反应釜,先将5 mmol含氮有机碱吡唑同1.25 mmol CoCl2在15mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将7.5 mmol助催化剂Mn粉(325目)加入釜内,立即密闭反应釜并将其与EO充料管路相连接,将环氧乙烷68 mmol充入反应釜内后,将反应釜与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持20 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况。GC测试知最终的β-羟基丙酸甲酯反应收率为91.0%。
实施例45
选用75 mL的高压反应釜,先将5 mmol含氮有机碱吡唑同1.25 mmol CoCl2在15mL甲醇中混合,然后装入反应釜密闭,并用N2置换反应釜内的气体3次,使反应釜内充满N2,之后设置搅拌器转速为400 rpm,在25℃下反应1 h,得氮钴金属配合物;降温后将7.5 mmol助催化剂Mn粉(325目)加入釜内,立即密闭反应釜并将其与EO充料管路相连接,将环氧乙烷68 mmol充入反应釜内后,将反应釜与气体管路相连接,先用N2置换反应釜及气体管路中的气体3次,再用CO置换反应釜及气体管路中的气体3次,使反应釜内充满CO,之后调节体系压力至4.0 MPa,加热至45℃,搅拌速度设置为400 rpm,保持20 h。反应结束后,待反应釜降至室温,小心释放釜内剩余的CO,然后以十二烷为内标物对反应原液进行GC和GC-MS分析,考察环氧乙烷氢甲酯化反应的反应情况。GC测试知最终的β-羟基丙酸乙酯反应收率为92.2%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种氮钴金属配合物,其特征在于:其结构通式如下:
,其中,X选自氯、溴、碘、乙酰氧基、乙酰丙酮基、磷酸基、硫酸基、硝酸基、碳酸基、草酸基、羟基中的一种;N来源于含氮有机碱。
2.根据权利要求1所述的氮钴金属配合物,其特征在于:所述含氮有机碱选自吡唑、吲唑、咪唑、2,2'-联吡啶、邻菲咯啉、3-羟基吡啶、2,2-联喹啉中的一种。
3.一种如权利要求1所述的氮钴金属配合物的制备方法,其特征在于:通过将含氮有机碱与高价钴盐在有机醇或有机醇/四氢呋喃混合溶液中预混合,然后装入密闭反应釜中,用N2置换反应釜内的气体,之后在25 ℃、转速400 rpm的条件下反应1 h制得。
4.根据权利要求3所述的氮钴金属配合物的制备方法,其特征在于:所用含氮有机碱和无机钴盐的摩尔比为(0.1~5):1。
5.根据权利要求3所述的氮钴金属配合物的制备方法,其特征在于:所述有机醇/四氢呋喃混合溶液中有机醇与四氢呋喃的体积比为1:(1~10);
所述有机醇选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、环戊醇、环己醇、苄醇、苯酚中的一种。
6.一种如权利要求1所述的氮钴金属配合物在合成β-羟基丙酸酯中的应用,其特征在于:在一氧化碳气氛中,将环氧乙烷、氮钴金属配合物和助催化剂加入到有机醇中进行氢酯化反应,得到β-羟基丙酸酯。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于:反应体系中,环氧乙烷的浓度为0.001mol/L~100 mol/L。
8.根据权利要求6所述的应用,其特征在于:反应体系中,氮钴配位金属催化剂的浓度为0.0001 mol/L~100 mol/L。
9.根据权利要求6所述的应用,其特征在于:反应体系中,助催化剂的浓度为0.0001mol/L~100 mol/L;所述助催化剂选自Fe、Co、Ni、Zn、Mn、LiAlH4、NaBH4、Na2S2O3中的一种或多种。
10.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,所述氢酯化反应的温度为25~100 ℃,压力为2~6 MPa,时间为1~48 h。
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