乙腈体系中咪唑溴盐和电制镁盐协同促进环氧化物与CO_2羧化反应合成环状碳酸酯（英文）

CO_2是一种储量丰富且廉价易得的可再生C1资源.以CO_2为原料的羧化反应可将CO_2高效转化成羧酸及其衍生物等高附加值化学品.例如,CO_2和环氧化物反应生成环状碳酸酯属于"原子经济"反应,是有效利用CO_2的方法之一,其产物环状碳酸酯广泛用于极性有机溶剂、电池电解液和化妆品等.由于CO_2化学性质非常稳定,不易活化,制备环状碳酸酯的传统方法是以金属卤化物或金属配合物为催化剂在高温高压下进行反应.因此,开发出操作简便且能耗低的绿色技术用于合成环状碳酸酯面临巨大挑战.最近研究表明,电催化技术可使环氧化物和CO_2在温和条件下转化为环状碳酸酯.已报道的电催化反应研究重点都是如何通过多相或均相电催化还原CO_2的方式使环氧化物能够在温和条件下进行羧化反应.然而,CO_2电还原生成的CO_2·-自由基非常活泼,在其扩散到溶液中与环氧化物反应之前易在电极上直接转化为CO和碳酸盐等副产物,从而导致羧化反应较低的电流效率.Ema课题组报道环氧化物与CO_2羧化反应经历三个步骤,即开环反应、CO_2插入反应和闭环反应,其中开环反应活化能最大,是羧化反应决速步骤.与已报道的电催化途径不同,本文通过建立一个由电化学反应和羧化反应组成的催化反应体系,旨在通过降低开环反应活化能来促进环氧化物羧化反应.在电化学反应过程中,由牺牲阳极提供羧化反应必需的路易斯酸,即电制镁盐;在羧化反应过程中,通过电制镁盐和咪唑溴盐的协同作用实现环氧化物和CO_2在温和条件下高效率地转化为环状碳酸酯.实验首先选取环氧苯乙烷为反应原料,考察了电制镁盐、共催化剂的阳离子以及羧化反应温度对目标产物产率的影响.如果羧化反应过程中没有镁盐或直接用等量溴化镁代替电制镁盐,羧化产率仅为5.4%和35.5%,而电制镁盐条件下羧化反应产率高达90.7%,表明电制镁盐作为路易斯酸催化剂对提高羧化反应产率是必不可少的.比较了在N2和CO_2气氛中分别电解制备得到的镁盐的催化性能.N2气氛中电制镁盐更高的催化性能可能与溶剂乙腈或支持电解质的阳离子在阴极发生电还原生成的物质有关.该电还原产物可部分代替溴离子与电制镁盐配对,由于其体积更大,一定程度上提高了电制镁盐的亲电性,有利于羧化反应进行.如果用四丁基溴化铵代替咪唑溴盐作为共催化剂,羧化反应产率从90.7%降为65.5%.羧化反应过程中溴离子对电制镁盐的配对能力受共催化剂阳离子静电引力的牵制而减弱,共催化剂的阳离子对溴离子的静电引力越强,溴离子对电制镁盐亲电性的影响就越弱.前期研究成果表明,在乙腈溶液中咪唑阳离子对阴离子的静电引力明显强于季铵阳离子,由此可认为当咪唑溴盐作为共催化剂时提高了电制镁盐的亲电性,促进了环氧化物的开环反应.提高羧化反应温度虽然可以降低环氧化物开环反应的活化能,但也会降低CO_2在乙腈溶液中的溶解度,50°C反应较为合适.在最优反应条件下考察了该催化体系对其他环氧化物羧化反应的普适性,所得环状碳酸酯产率为48.3%–90.7%.     

溴化四丁铵催化苯乙烯一步合成苯乙烯环状碳酸酯

以溴化季铵盐为催化剂, 通过苯乙烯的环氧化和CO2的加成反应一步直接合成出苯乙烯环状碳酸酯, 详细考察了催化剂的用量、氧化剂的种类、反应温度、反应时间和CO2压力等因素对反应主产物收率的影响. 结果表明, 以溴化四丁铵为催化剂, 于80 ℃和1 MPa CO2下反应6 h, 环状碳酸酯的收率达到38%, 这是季铵盐阳离子和亲核性阴离子协同催化的结果.     

乙酸盐上二氧化碳和二醇合成环状碳酸酯

在乙腈体系中,以不同的乙酸盐作催化剂,研究了CO2与二醇合成环状碳酸酯的反应.乙腈在反应过程中不仅是溶剂,而且还起到了脱水剂的作用,促进了反应的进行.以1,2-丙二醇为反应物对催化剂进行筛选,发现无水乙酸锌具有最高的催化活性.在无水乙酸锌上考察了二氧化碳和不同二醇的反应,结果表明,五元环碳酸酯的产率明显高于六元环碳酸酯,其中碳酸丙烯酯的产率最高.以1,2-丙二醇为反应基质,无水乙酸锌为催化剂,确定了最佳反应条件,1,2-丙二醇100 mmol,乙睛10 mL,催化剂2.5 mmol,反应压力10 MPa,温度170 ℃,反应12 h.在此条件下,碳酸丙烯酯的产率达到了24.2%,1,2-丙二醇的转化率为38.9%.     

溴化锌-卤化正四丁基铵高效催化合成苯乙烯环状碳酸酯

溴化锌-卤化正四丁基铵二元催化剂高效催化合成苯乙烯环状碳酸酯, 当n-Bu4NI/ZnBr2摩尔比为2时, 在短时间内(30 min)可将苯乙烯环氧化物几乎完全转化为环状碳酸酯, 无其它副产物的生成. 在ZnBr2/n-Bu4NX的催化体系中加入Au/SiO2 氧化催化剂时, 能将苯乙烯直接氧化, 然后碳酰化实现“一锅法”制备环状碳酸酯. 在此合成路线中担载的纳米金催化第一步苯乙烯环氧化反应; ZnBr2/n-Bu4NBr催化第二步CO2环加成反应. 在温和的反应条件下(80 ℃, 1 MPa, 4 h)将环状碳酸酯的产率提高到42%.     

含钴介孔分子筛Co-MCM-41耦合溴化四丁基铵协同催化苯乙烯直接氧化碳酰化制备苯乙烯环状碳酸酯

以苯乙烯为起始物,经催化环氧化然后环氧化物与二氧化碳环加成反应"串联一锅"制备苯乙烯环状碳酸酯,反应工艺简单(避免了中间体环氧化物的事先合成与分离)且绿色经济(原料苯乙烯比苯乙烯环氧化物价格低廉且毒性小),工艺具有潜在的工业应用前景。探讨了掺杂不同金属(Co,Fe,Ni,Mn,Cu,Ti)的MCM-41介孔分子筛催化剂对苯乙烯环氧化的转化率和选择性,研究表明以含钴介孔分子筛Co-MCM-41为最佳,并以Co-MCM-41耦合溴化四丁基铵(TBAB)为催化剂,考察了苯乙烯直接氧化碳酰化制苯乙烯环状碳酸酯反应。从影响反应活性和产物选择性的因素来优化反应,在80℃、4 MPa、CO2压力下,反应7 h,碳酸酯的收率达到46.1%。Co-MCM-41催化第一步苯乙烯环氧化反应,溴化四丁基铵催化第二步环加成反应。     

超临界二氧化碳中马来酸锌催化合成环状碳酸酯

在超临界二氧化碳中, 利用马来酸锌催化二氧化碳与环氧化物反应合成环状碳酸酯. 单独使用马来酸锌作为催化剂时, 对二氧化碳与环氧丙烷反应的催化活性较低, 而在DBU、DMAP、三乙胺、吡啶、咪唑或4-氨基吡啶等有机碱的存在下, 反应活性较高, 产物的收率得到明显提高. 有机碱作用的强弱顺序为DBU>Et3N>咪唑>4-氨基吡啶>DMAP>吡啶. 在压力为8 MPa, 温度110 ℃, 反应时间48 h条件下, 马来酸锌与DBU组成的二元催化系统可以催化二氧化碳与环氧丙烷反应, 得到83.4%产率的碳酸丙烯酯. 该二元系统也能催化其它环氧化物高产率地转化为相应的环状碳酸酯.     

吡啶桥连双功能有机催化剂催化二氧化碳、环氧化物和芳香胺合成3-芳基-2-噁唑烷酮的研究

合成了一类羧基或羟基功能化的有机小分子催化剂,成功用于二氧化碳、环氧化物和芳香胺一锅法制备噁唑烷酮类化合物的制备.该催化体系具有反应条件温和、底物普适性好的优点.控制实验表明整个反应过程经过了三个阶段:环氧化物分别与二氧化碳、芳香胺反应形成环状碳酸酯、氨基醇,最终环状碳酸酯和氨基醇进一步反应形成噁唑烷酮类化合物.     

离子液体催化CO2与环氧化物合成环状碳酸酯

综述了离子液体催化CO2与环氧化物的环加成反应制备环状碳酸酯的研究进展。目前报道的离子液体主要包括咪唑盐、季铵盐、季鏻盐等。对比了传统离子液体与功能化离子液体对CO2环加成反应的催化活性、选择性以及催化作用机制。与传统的离子液体相比,功能化离子液体的羟基或羧基等官能团与卤素离子等Lewis碱之间存在协同效应,使得其对CO2与环氧化物的环加成反应具有更好的催化活性;将功能化离子液体固载于无机材料(SiO2,SBA-15,MCM-41等)或聚合物所得的多相催化剂不仅保持了官能团与阴离子之间的协同效应,而且载体与离子液体活性组分之间也显示出协同效应,使得该类催化剂具有很好的催化活性,稳定性好,可以多次重复使用,具有较好的工业化前景,是值得深入研发的一类催化材料。此外,离子液体对于手性环状碳酸酯的合成也具有较好的催化活性和立体选择性。     

超临界二氧化碳中组氨酸催化合成环状碳酸酯

研究了超临界二氧化碳中α-氨基酸催化二氧化碳与环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯,发现组氨酸的催化活性最高.在二氧化碳压力为8MPa、反应温度130℃、反应时间48h、组氨酸加入量为0.8mol%的条件下,二氧化物可以顺利的与各种环氧化物反应,以高的选择性和产率生成相应的环状碳酸酯.     

溴化锌-季(鎓)三溴盐催化二氧化碳和环氧化合物偶联反应

研究了溴化锌-季鎓三溴盐催化二氧化碳和环氧化合物偶联反应,考察了反应温度、压力和不同金属盐对反应的影响以及催化剂的循环使用性能.结果表明,在413 K和1.0 MPa条件下,以溴化锌为催化剂,苯基三甲基三溴化铵为共催化剂,无需加入任何溶剂就可以使二氧化碳和环氧化合物发生偶联反应,并以很高的收率得到环碳酸酯.     

A tricarbonyl rhenium(I) complex with a pendant pyrrolidinium moiety as a robust and recyclable catalyst for chemical fixation of carbon dioxide in ionic liquid

A novel Re(I) complex covalently anchored with a pyrrolidinium moiety was successfully synthesized and used as an efficient and recyclable catalyst in the cycloaddition of CO2 with epoxides under mild reaction conditions to give excellent isolated yield and selectivity of cyclic carbonates in pyrrolidinium ionic liquid.     

A bifunctional catalyst for carbon dioxide fixation: cooperative double activation of epoxides for the synthesis of cyclic carbonates

We have developed a very active bifunctional porphyrin catalyst showing a high turnover number (TON = 103,000) for the synthesis of cyclic carbonates from CO(2) and epoxides under solvent-free conditions.     

Electrosynthesis of cyclic carbonates from epoxides and atmospheric pressure carbon dioxide

The use of CO(2) for the preparation of value-added compounds has dramatically increased due to increased global warming concerns. We herein report an electrochemical cell containing a copper cathode and a magnesium anode that effectively converts epoxides and carbon dioxide to cyclic carbonates under mild electrochemical conditions at atmospheric pressure.     

室温离子液体中二氧化碳与环氧化合物的电催化插入反应

在温和条件下，二氧化碳在室温离子液体中可以被电化学活化。同时，活化后 的二氧化碳在室温离子液体中与环氧化合物发生插入反应生成环状碳酸酯也得到了 较好的结果。[BMIm][BF4]离子液体为反应介质，环氧丙烷为反应底物时得到最佳 反应结果。电化学活化对反应的发生是必需的。     

手性双提蓝钴卟啉配合物催化二氧化碳对环氧的不对称环加成（英文）

绿色化学是当今化学科学研究的前沿领域.仿生催化是绿色合成技术和方法学研究的一个重要方面.生物质和酶分子在酶催化转化过程中的"构-效"关系可以通过仿生催化进行模拟研究.CO_2作为温室气体的主要成分是造成全球气候变暖的主要因素,但它同时也是C1化学的重要原料.利用CO_2与有机环氧化合物通过偶联反应制备有机环碳酸酯或聚碳酸酯则是CO_2化学研究的热点之一,并已经取得了长足的进步.但是运用手性催化剂对此反应进行不对称环加成得到手性环碳酸酯的研究不多.本文首次设计并合成了具有双提篮结构的手性钴卟啉螯合物.其中的提篮部分由手性联萘酚(S或R)和L-苯丙氨酸组成,从卟啉骨架的meso位引入,首先制备了两种手性结构的自由卟啉配体(6a,7a);然后与醋酸钴反应得到两种二价钴卟啉手性配合物(6b,7b),加入醋酸后,通过空气氧化得到三价钴卟啉手性催化剂(6c,7c).采用紫外、红外光谱、质谱和核磁共振(包括二维NMR)等技术对得到的卟啉中间化合物、配合物和催化剂进行了详细的表征,确定了化合物的结构.将得到的三价钴卟啉配合物作为手性催化剂用于CO_2和环氧化合物的不对称环加成反应.结果表明,提篮的手性基团对小分子的环氧化合物环氧丙烷具有手性选择性,在低温-20°C下,可以得到大于50%的ee值.同时由于提篮与卟啉平面空间的有限性,导致分子体积较大的环氧化合物与CO_2的反应很慢,也没有发现其对环碳酸酯的对映选择性.我们相信本工作对于合成手性卟啉分子及其在不对称催化中的应用具有一定的意义.     

Experimental and theoretical studies on hydrogen bond-promoted fixation of carbon dioxide and epoxides in cyclic carbonates

The hydrogen bond donor-promoted fixation of CO(2) and epoxides into cyclic carbonates was investigated through experimental and density functional theory studies. A highly effective homogeneous system of 1,2-benzenediol-tetrabutyl ammonium bromide (TBAB) and heterogeneous poly-ionic liquids were developed for the fixation of CO(2) into cyclic carbonates via hydrogen bond activation, based on the understanding of the reaction mechanism and catalyst design. The work hence provides a molecular level understanding of the reaction process and forms the basis for the rational design of catalytic systems for the fixation of CO(2) into useful organic compounds.     

Synthesis of Cyclic Carbonates Catalysed by Aluminium Heteroscorpionate Complexes

New aluminium scorpionate based complexes have been prepared and used for the synthesis of cyclic carbonates from epoxides and carbon dioxide. Bimetallic aluminium(heteroscorpionate) complexes 9 – 14 were synthesised in very high yields. The single‐crystal X‐ray structures of 12 and 13 confirm an asymmetric κ²‐NO‐μ‐O arrangement in a dinuclear molecular disposition. These bimetallic aluminium complexes were investigated as catalysts for the synthesis of cyclic carbonates from epoxides and carbon dioxide in the presence of ammonium salts. Under the optimal reaction conditions, complex 9 in combination with tetrabutylammonium bromide acts as a very efficient catalyst system for the conversion of both monosubstituted and internal epoxides into the corresponding cyclic carbonates showing broad substrate scope. Complex 9 and tetrabutylammonium bromide is the second most efficient aluminium‐based catalyst system for the reaction of internal epoxides with carbon dioxide. A kinetic study has been carried out and showed that the reactions were first order in complex 9 and tetrabutylammonium bromide concentrations. Based on the kinetic study, a catalytic cycle is proposed.     

Chemical Fixation of CO2 with Highly Efficient ZnCl/[BMIm]Br Catalyst System

The search for environmentally benign and economic process has been the impetus for much of the research involving epoxide and carbon dioxide coupling in view of the so called "green chemistry" and" atom economy ", since CO2 is a renewable resource and can be used as a safe and cheap C 1 building block to synthesize useful organic compounds without producing any coproducts.[1-2] One of the most attractive synthetic goals starting from carbon dioxide is the chemical fixation of CO2 onto epoxide to afford the five-membered cyclic carbonates (Scheme 1),which are excellent aprotic polar solvents and are used extensively as intermediates in the production of pharmaceuticals and fine chemicals.[3] In the last decades of the twentieth century numerous catalytic systems have been developed for this transformation. While some advances have been obtained, all suffer from either low catalyst stability/reactivity, the need for co-solvent, or the requirement for high pressure and/or catalyst costing expensive.[4] Therefore, to find an effective,not exrensive, environmentally benign and economic catalyst system is urgent.In this paper, chemical fixation of CO2 with mono-substituted terminal epoxides or cyclohexene oxide to form cyclic carbonates under the ZnCl2/[BMIm]Br Catalyst System without using additional organic solvents was achieved in excellent selectivity (＞98%) and TOF(5410h-1) Besides,the pure cis-cyclic carbonate of cyclohexene oxide was obtained in this catalyst system.It was important to note that the catalyst could be recovered by simple vacuum distillation of the corresponding cyclic carbonates and could be used six times almost without losing its catalytic activity and selectivity. The catalyst system was found to be applicable to a variety of terminal epoxides and cyclohexene oxide, forming the corresponding cyclic carbonates in very high TOF and more than 98% selectivity. Based on the obtained results, we also propose the plausible mechanism for this chemical fixation reaction of CO2.