CN1234677C - 一种直接合成碳酸二甲酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直接合成碳酸二甲酯的方法,其步骤包括:在反应容器内加入环氧烷、甲醇、二氧化碳和催化剂,各原料的摩尔比为1∶2~10∶10~20,催化剂的加入量为反应混合物重量的2~8wt%;搅拌,升温至150~170℃,反应2~6小时,降温至110~140℃,继续反应2~6小时;冷却,过滤除去催化剂,或采用超临界CO2萃取,得到含碳酸二甲酯的反应液。所述的催化剂为一个组合物,包括活性组分、助剂及载体,各组分重量比为:助剂0-20wt%;活性组分5-60wt%;载体40-90wt%;所述的助剂包括K2CO3、KOH、Na2CO3或NaOH;所述的活性组分为卤化钾;所述的载体包括金属氧化物或沸石分子筛。本发明提供的直接合成碳酸二甲酯的方法可以从环氧烷、二氧化碳、甲醇直接合成碳酸二甲酯,且产率高,选择性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成方法,特别是涉及一种使用催化剂,从环氧烷、二氧化碳、甲醇直接合成碳酸二甲酯的方法。
背景技术
碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate简称DMC)由于其优良的化学性质,可以作为一种绿色的有机合成中间体和汽油添加剂,其合成与应用近年来受到了广泛的重视(Y.Ono.,Appl.Catal.A:,1997,155,133)。从环氧烷、二氧化碳、甲醇直接合成碳酸二甲酯(如下图),由于利用了丰富、廉价的温室气体二氧化碳,过程简单,且同时生成的产物环状碳酸酯和二元醇也有一定的开发市场,因而是颇具竞争力的方法。
目前从环氧烷、二氧化碳、甲醇合成碳酸二甲酯多采用两步法:首先环氧烷与二氧化碳环加成得到环状碳酸酯,然后环状碳酸酯与甲醇酯交换合成碳酸二甲酯,如文献1:A.G.Shaikh,S.Sivaram,Chem.Rev.,1996,96,951所述,由于两步法需要较多的反应设备,且反应过程中多采用均相催化剂,给催化剂的分离与重复使用造成困难。
因此,人们更加关注从环氧烷、二氧化碳、甲醇直接合成碳酸二甲酯。如文献2:H.Zhu,L.B.Cheng,Y.Y.Jiang,Polym.Adv.Technol.1996,7,701和B.M.Bhanage,S.I.Fujita,Y.Ikushima,M.Arai,Appl.Cata.A:General,2001,21,259所述,Bhanage等以MgO为催化剂,从环氧烷、二氧化碳、甲醇直接合成碳酸二甲酯,但即使以活性最高的环氧乙烷为原料,目的产物碳酸二甲酯产率也仅为26.9%,选择性为28.0%,均无法令人满意。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术产率低,选择性差的缺陷,从而提供一种产率高,选择性好的直接合成碳酸二甲酯的方法,该方法使用催化剂,在压缩或超临界二氧化碳中从环氧烷、二氧化碳、甲醇直接合成碳酸二甲酯。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种直接合成碳酸二甲酯的方法,其步骤包括:在反应容器内加入环氧烷、甲醇、二氧化碳和催化剂,各原料的摩尔比为1∶2~10∶10~20,催化剂的加入量为反应混合物重量的2~8wt%;搅拌,升温至150~170℃,反应2~6小时;降温至110~140℃,继续反应2~6小时;冷却,过滤除去催化剂,或采用超临界CO2萃取,即将反应器温度降至60℃,在12.5MPa下用泵把CO2注入反应器,实现超临界CO2原位萃取,待含反应液的CO2流体降压后,通过装有N,N-二甲基甲酰胺的冷阱后排空,得到含碳酸二甲酯的反应液。
所述的催化剂为一种组合物,该组合物包括活性组分、助剂及载体,其组分如下:助剂0-20wt%;活性组分5-60wt%;载体40-90wt%;所述的助剂包括K2CO3、KOH、Na2CO3或NaOH;所述的活性组分为卤化钾;所述的载体包括金属氧化物或沸石分子筛。
所述的卤化钾包括KI、KBr或KCl。
所述的金属氧化物包括氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化硅或氧化钛。
所述的沸石分子筛为硅铝分子筛,其硅铝组成的摩尔比为2-50∶1;商品牌号为A、X、L或ZSM-5型;类型为Na或K型。
所述的环氧烷的结构通式为:
其中R为Ph-或CnH2n+1,n=0-4。
本发明的优点在于:可以从环氧烷、二氧化碳、甲醇直接合成碳酸二甲酯,且产率高,选择性好。
具体实施方式
实施例1
在反应容器内加入环氧乙烷0.44g(10mmol),甲醇1.28g(40mmol)和二氧化碳6.1g(139mmol),加入反应混合物重量的3.19wt%的催化剂0.25g,催化剂为KI30wt%、ZnO55wt%和K2CO3 15wt%的组合物。搅拌,升温至150℃,反应2小时。降温至120℃,继续反应2小时。反应结束后,冷却,过滤,除去催化剂,滤出的反应液用气相色谱分析,环氧乙烷的转化率为99.3%、碳酸二甲酯的选择性为70.8%。
实施例2
在反应容器内加入环氧丙烷0.58g(10mmol),甲醇1.92g(60mmol)和二氧化碳8.8g(200mmol),加入反应混合物重量的2.03wt%的催化剂0.23g,催化剂为KCl 45wt%、ZrO40wt%和Na2CO3 15wt%的组合物。搅拌,升温至160℃,反应4小时。降温至130℃,继续反应4小时。反应结束后,采用超临界CO2萃取,得到的反应液用气相色谱分析,环氧丙烷的转化率为98.2%,碳酸二甲酯的选择性为41.5%。
实施例3
在反应容器内加入苯基环氧乙烷0.72g(6mmol),甲醇1.92g(60mmol)和二氧化碳5.3g(120mmol),加入反应混合物重量的4.03wt%的催化剂0.32g,催化剂为KBr 25wt%、NaX型分子筛60wt%和NaOH 15wt%的组合物。搅拌,升温至170℃,反应3小时。降温至110℃,继续反应6小时。反应结束后,采用超临界CO2萃取,得到的反应液用气相色谱分析,苯基环氧乙烷的转化率为98.5%,碳酸二甲酯的产率为54.8%。
实施例4
在反应容器内加入叔丁基环氧乙烷1.00g(10mmol),甲醇0.64g(20mmol)和二氧化碳4.4g(100mmol),加入反应混合物重量的6.12wt%的催化剂0.37g,催化剂为KBr 36wt%、KA型分子筛55wt%和NaOH 9wt%的组合物。搅拌,升温至150℃,反应2小时。降温至140℃,继续反应6小时。反应结束后,采用超临界CO2萃取,得到的反应液用气相色谱分析,叔丁基环氧乙烷的转化率为92.9%,碳酸二甲酯的选择性为20.1%。
实施例5
在反应容器内加入丙基环氧乙烷0.86g(10mmol),甲醇2.56g(80mmol)和二氧化碳5.3g(120mmol),加入反应混合物重量的7.56wt%的催化剂0.66g,催化剂为KI 33wt%、TiO50wt%和K2CO3 17wt%的组合物。搅拌,升温至160℃,反应6小时。降温至120℃,继续反应2小时。反应结束后,冷却,过滤,除去催化剂,滤出的反应液用气相色谱分析,丙基环氧乙烷的转化率为95.5%,碳酸二甲酯的选择性为31.4%。
实施例6
在反应容器内加入环氧乙烷异丙基环氧乙烷0.86g(10mmol),甲醇1.28g(40mmol)和二氧化碳7.2g(164mmol),加入反应混合物重量的5.13wt%的催化剂0.48g,催化剂为KCl 44wt%、Al2O3 44wt%和Na2CO3 12wt%的组合物。搅拌,升温至150℃,反应2小时。降温至110℃,继续反应4小时。反应结束后,采用超临界CO2萃取,得到的反应液用气相色谱分析,异丙基环氧乙烷的转化率为98.5%,碳酸二甲酯的选择性为29.8%。
Claims (5)
1.一种直接合成碳酸二甲酯的方法,其步骤包括:在反应容器内加入环氧烷、甲醇、二氧化碳和催化剂,各原料的摩尔比为1∶2~10∶10~20,催化剂的加入量为反应混合物重量的2~8wt%;搅拌,升温至150~170℃,反应2~6小时;降温至110~140℃,继续反应2~6小时;冷却,过滤除去催化剂或采用超临界CO2萃取将催化剂与反应液分离,得到含碳酸二甲酯的反应液;
所述的采用超临界CO2萃取是将反应器温度降至60℃,在12.5MPa下用泵把CO2注入反应器,实现超临界CO2原位萃取,待含反应液的CO2流体降压后,通过装有N,N-二甲基甲酰胺的冷阱后排空;
所述的催化剂为一个组合物,包括活性组分、助剂及载体,各组分重量比为:助剂9-17wt%;活性组分25-45t%;载体40-60wt%;所述的助剂为K2CO3、KOH、Na2CO3或NaOH;所述的活性组分为卤化钾;所述的载体为金属氧化物或沸石分子筛。
2.按权利要求1所述的直接合成碳酸二甲酯的方法,其特征在于:所述的卤化钾为KI、KBr或KCl。
3.按权利要求1所述的直接合成碳酸二甲酯的方法,其特征在于:所述的金属氧化物为氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化硅或氧化钛。
4.按权利要求1所述的直接合成碳酸二甲酯的方法,其特征在于:所述的沸石分子筛为硅铝分子筛,其硅铝组成的摩尔比为2-50∶1;商品牌号为A、X、L或ZSM-5型;类型为Na或K型。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |