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.     

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.     

氨基酸盐酸盐催化二氧化碳与环氧化物的环化反应

利用氨基酸盐酸盐作为催化剂,二氧化碳可以和环氧化物发生偶联反应,高产率和高选择性地生成环状碳酸酯,详细研究了反应条件如二氧化碳压力,反应温度,时间及催化剂用量对反应的影响。     

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。     

乙腈体系中咪唑溴盐和电制镁盐协同促进环氧化物与 CO2羧化反应合成环状碳酸酯

CO2是一种储量丰富且廉价易得的可再生 C1资源.以 CO2为原料的羧化反应可将 CO2高效转化成羧酸及其衍生物等高附加值化学品.例如, CO2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 CO2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 CO2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 CO2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 CO2的方式使环氧化物能够在温和条件下进行羧化反应.然而, CO2电还原生成的 CO2?-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 CO2羧化反应经历三个步骤,即开环反应、CO2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 CO2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 CO2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 CO2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%.     

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%.     

聚烷撑碳酸酯的研究现状

二氧化碳和环氧化物共聚可生成聚烷撑碳酸酯,而为实现利用二氧化碳的此一极好途径,还需从理论和实践上探明高度活化二氧化碳的方法。本文介绍了本领域的研究现状,包括反应的催化体系、反应机理、反应条件、聚烷撑碳酸酯的性质、改性方法和应用;还介绍了国内外科学家为催化剂效率而作的努力。     

N-杂环卡宾-吡啶锰配合物/四丁基碘化铵催化CO2和环氧化物合成环状碳酸酯(英文)

该工作发展了一类二齿N-杂环卡宾(NHC)-吡啶锰配合物催化CO₂和环氧化物偶联反应的方法.锰配合物和四丁基碘化铵(TBAI)构成的二元催化体系对环氧化物和CO₂合成环状碳酸酯的反应表现出了较高的活性.该二元催化体系适用于广泛的底物范围,例如端环氧化物和高位阻的内环氧化物.通过紫外-可见光谱、红外光谱和高分辨质谱的研究对反应机理进行了阐述.     

二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的研究进展

二氧化碳作为温室气体和储量大、无毒且可循环利用的碳资源,其化学利用受到了人们的广泛关注. 二氧化碳与环氧化合物通过环加成反应制备环状碳酸酯是二氧化碳化学法利用最为有效的途径之一. 本文综述了近年来该反应的研究进展,讨论了催化剂作用下的反应机理.     

Histidine-catalyzed synthesis of cyclic carbonates in supercritical carbon dioxide

The coupling reaction of carbon dioxide with epoxides was investigated using naturally occurring α-amino acids as the catalyst in supercritical carbon dioxide and it was found that L-histidine is the most active catalyst. In the presence of 0.8 mol% of L-histidine at 130 °C under 8 MPa of CO₂, the reaction of carbon dioxide with epoxides proceeded smoothly, affording corresponding cyclic carbonates in good to excellent yields.     

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.     

二氧化碳与环氧化物共聚催化剂研究进展

二氧化碳是主要的温室气体,也是最丰富的C1资源.利用二氧化碳与环氧化物共聚生成可生物降解的聚碳酸酯是目前研究的热点之一.就目前的研究情况而言,二氧化碳与环氧化物共聚反应存在的主要问题是催化效率低、催化剂成本高、反应条件苛刻、共聚物产率较低以及催化剂分离复杂等.我们分类综述了二氧化碳与环氧化物共聚的新型催化体系,并探讨了各类催化体系的优缺点,对二氧化碳的资源化利用具有重要的应用价值.     

Electrochemical activation of carbon dioxide in ionic liquid: synthesis of cyclic carbonates at mild reaction conditions

Electrocatalytic cycloaddition of carbon dioxide to epoxides in room temperature ionic liquids as reaction media without any additional supporting electrolyte and catalyst could be conducted with high to excellent performances under mild conditions.     

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.     

脂肪族聚碳酸酯共聚物的研究进展

脂肪族聚碳酸酯共聚物是一类可完全生物降解的新型材料,自1969年井上祥平等首次通过二氧化碳与环氧化合物反应合成脂肪族聚碳酸酯以来,人们在将二氧化碳固定为全降解聚合物这一研究领域取得了大量研究成果.本文综述了用于二氧化碳和环氧化合物共聚合成脂肪族聚碳酸酯的各类催化剂及反应机理,讨论了脂肪族聚碳酸酯结构/性能关系,并简要介绍了其在不同领域的应用.     

Development of a Halide‐Free Aluminium‐Based Catalyst for the Synthesis of Cyclic Carbonates from Epoxides and Carbon Dioxide

Kinetic studies of the synthesis of glycerol carbonate from glycidol and carbon dioxide have been carried out. These showed that under suitable reaction conditions, bimetallic aluminium(salen) complex 4 is able to catalyse the conversion of epoxides into the corresponding cyclic carbonates without the need for a co‐catalyst.     

二氧化碳与环氧化合物直接制备聚碳酸酯

综述了近几年来发展的用于二氧化碳与环氧化合物直接催化合成聚碳酸酯的各类催化剂,并详细讨论了其催化反应机理.利用二氧化碳与环氧化合物来合成聚碳酸酯,对于高分子合成化学、碳资源利用和环境保护都具有重大意义.它是发展聚碳酸酯生产的一个具有很大潜力的方面.