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。     

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%.     

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.     

大环碳酸酯的Novozym-435酶促开环聚合

研究了14元环的碳酸丁二酯二聚体在固定化脂肪酶Novozym-435催化下的开环聚合反应制备聚碳酸丁二酯.聚合在常压,75℃的甲苯溶液中进行,反应条件温和.详细探讨了反应条件诸如单体浓度,酶浓度对于聚合的影响.结果显示Novozym-435具有与异辛酸亚锡可比拟的高催化活性,同时可以回收重复使用.聚合动力学研究表明碳酸丁二酯的酶促甲苯溶液开环聚合和环状内酯的酶促甲苯溶液聚合有所不同,没有表现出活性聚合的特征.     

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%.     

Synthesis of Ethyl Methyl Carbonate by Homogeneous Catalysis 均相催化合成碳酸甲乙酯

 利用碳酸二甲酯和碳酸二乙酯进行酯交换反应制备了碳酸甲乙酯,并考察了Ti(OBu)4,Ti(OPh)4,Bu2SnO和BuSnCl3在这一反应中的催化性能. 结果表明,这些催化剂对该反应都有较好的催化性能. 其中,Bu2SnO的催化性能最好,在103 ℃下反应3 h时,碳酸甲乙酯的收率可达45.6%. 提出了Bu2SnO催化剂对碳酸二甲酯与碳酯二乙酯酯交换反应的可能机理.     

气相色谱分析碳酸二甲酯与丙醇酯交换合成碳酸二丙酯的反应产物

提出了碳酸二甲酯与丙醇酯交换合成碳酸二丙酯反应产物的气相色谱分析方法.采用SE-54毛细管色谱柱分离了产物碳酸二丙酯及相关化合物,外标法建立了碳酸二丙酯的标准曲线,线性相关系数为0.9979.方法的相对标准偏差RSD为2.2%,回收率为96.2%～103.8%.     

二氧化碳间接转化制化学品的研究进展

二氧化碳直接利用较为困难, 因此先将其转化为环碳酸酯等二氧化碳衍生物, 进而间接转化为其它化学品是实现二氧化碳资源化利用的重要手段之一, 具有良好的应用前景. 本文综合评述了二氧化碳转化为环碳酸酯继而间接利用的近期研究进展, 重点介绍了环碳酸酯的加氢反应、 醇解反应和氨解反应中的均相和多相催化体系, 对反应机理进行了阐述, 并展望了该领域仍待解决的问题和发展前景.     

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%.     

Chemical equilibrium of glycerol carbonate synthesis from glycerol

In this paper, the chemical equilibrium for the glycerol carbonate preparation from glycerol was investigated. The chemical equilibrium constants were calculated for the reactions to produce glycerol carbonate from glycerol. The theoretical calculation was compared with the experimental results for the transesterification of glycerol with dimethyl carbonate. Transesterification of glycerol with cyclic carbonates or alkyl carbonates is thermodynamically favourable for producing glycerol carbonate from glycerol according to the equilibrium constant. Increasing temperature can increase the chemical equilibrium constant for the reaction of glycerol with dimethyl carbonate. For the reaction of glycerol with ethylene carbonate, increasing temperature can decrease the chemical equilibrium constant. The reaction of glycerol with carbon dioxide is thermodynamically limited. High temperature and low pressure are favourable to the reaction of glycerol and urea.     

气相色谱法分析碳酸甘油酯

采用气相色谱法测定碳酸甘油酯粗产品中碳酸甘油酯和残余甘油的含量。选择HP1701毛细管柱,程序升温及四甘醇内标物作为色谱条件,在此条件下碳酸甘油酯和残余甘油能很好地分离。碳酸甘油酯和甘油的线性范围分别为23.30～116.6 g.L-1和3.70～18.40 g.L-1。方法的回收率在99.1%～100.9%之间,相对标准偏差(n=6)在0.61%～1.93%之间。     

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.     

CO_2和丙三醇直接合成碳酸甘油酯的新方法

报道了一种以CO_2和丙三醇为原料,Cs_2CO_3为碱,DMF为溶剂,bmimBF_4为增溶剂,直接合成碳酸甘油酯(GC)的新方法。在最优反应条件[丙三醇5 mmol,Cs_2CO_310 mmol,CH_2Cl_25 m L,bmimBF_41 m L,DMF 5 m L,P(CO_2)1 MPa,于100℃反应24 h]下,GC收率76%,其结构经1H NMR和ESI-MS确证。在最优条件下进行50倍放大实验,GC收率72%。     

Comparative kinetic studies of the copolymerization of cyclohexene oxide and propylene oxide with carbon dioxide in the presence of chromium salen derivatives. In situ FTIR measurements of copolymer vs cyclic carbonate production

The catalysis of the reaction of carbon dioxide with epoxides (cyclohexene oxide or propylene oxide) using the (salen)Cr(III)Cl complex as catalyst, where H(2)salen = N,N'-bis(3,5-di-tert-butylsalicylidene)-1,2-cyclohexenediimine (1), to provide copolymer and cyclic carbonate has been investigated by in situ infrared spectroscopy. As previously demonstrated for the cyclohexene oxide/CO(2) reaction in the presence of complex 1, coupling of propylene oxide and carbon dioxide was found to occur by way of a pathway first-order in catalyst concentration. Unlike the cyclohexene oxide/carbon dioxide reaction catalyzed by complex 1, which affords completely alternating copolymer and only small quantities of trans-cyclic cyclohexyl carbonate, under similar conditions propylene oxide/carbon dioxide produces mostly cyclic propylene carbonate. Comparative kinetic measurements were performed as a function of reaction temperature to assess the activation barrier for production of cyclic carbonates and polycarbonates for the two different classes of epoxides, i.e., alicyclic (cyclohexene oxide) and aliphatic (propylene oxide). As anticipated in both instances the unimolecular pathway for cyclic carbonate formation has a larger energy of activation than the bimolecular enchainment pathway. That is, the energies of activation determined for cyclic propylene carbonate and poly(propylene carbonate) formation were 100.5 and 67.6 kJ.mol(-1), respectively, compared to the corresponding values for cyclic cyclohexyl carbonate and poly(cyclohexylene carbonate) production of 133 and 46.9 kJ.mol(-1). The small energy difference in the two concurrent reactions for the propylene oxide/CO(2) process (33 kJ.mol(-1)) accounts for the large quantity of cyclic carbonate produced at elevated temperatures in this instance.     

KOH/4A分子筛催化剂对环氧丙烷、二氧化碳和甲醇合成碳酸二甲酯反应的催化性能

 首次开发出对环氧丙烷、二氧化碳和甲醇合成碳酸二甲酯反应具有较高活性和稳定性的KOH/4A分子筛固体催化剂,考察了反应温度和催化剂活性组分KOH的负载量等因素对催化剂性能的影响. 在优化的实验条件下,环氧丙烷可以完全转化,碳酸二甲酯的收率为168%. 从实验结果推测,产物碳酸二甲酯是由环氧丙烷和二氧化碳加成生成碳酸丙烯酯,然后与甲醇发生酯交换反应生成的,甲醇对环氧丙烷和二氧化碳合成碳酸丙烯酯反应具有助催化作用.     

甘油在氧化物/钯复合催化剂上的电氧化研究

应用交替微波加热法制备碳载氧化物和Pd的复合催化剂,并以电化学方法研究这一新型催化剂在碱性条件下对甘油的氧化性能.实验表明,Pd/C催化剂对甘油的电化学氧化有较好活性,但氧化物复合的非铂催化剂对甘油的电化学氧化显示出更高的活性,相对于Pd/C催化剂,其氧化起始电位发生负移及峰电流大幅度提高.本工作还优化了氧化物与Pd的比例.结果证明,氧化物的加入使复合催化剂对甘油氧化产生了协同效应.     

甘油作溶剂、微波促进苯并噁唑类化合物的合成

苯并噁唑类化合物在医药、化工、有机合成等方面应用广泛,其合成具有重要意义。以邻氨基苯酚与苯甲醛类化合物为原料,物质量的比为1∶1,用绿色试剂甘油做溶剂,微波加热促进合成苯并噁唑类化合物。聚焦微波功率为20W,反应温度110℃。在此条件下,以80%~91%的产率得到相应的目标产物。该方法具有溶剂无污染、反应条件温和、操作简便、产率较高、反应底物易得,反应快速简便等优点,为现有方法提供了有益和重要的补充。     

Pd‐Catalyzed Reaction of Allyl Carbonate with Polyols: The Role of CO2 in Transesterification versus Etherification of Glycerol

An intermolecular Pd/PPh₃‐catalyzed transesterification of diallyl carbonate with glycerol to generate glycerol carbonate has been developed. Analysis of the reaction kinetics in THF indicates a first‐order dependence on Pd and diallyl carbonate, that the Pd bears two phosphines during the turnover limiting event, and that increasing the glycerol concentration inhibits reaction, possibly via change in the polarity of the medium. ¹³C isotopic labeling studies demonstrate that the Pd‐catalyzed transesterification requires at least one allyl carbonate moiety and that there is rapid equilibrium of the allyl carbonate with CO₂ in solution, even when present only at low concentrations. A mechanism that is consistent with these results involves oxidative addition of the allyl carbonate to Pd followed by reversible decarboxylation, with the intermediate η¹‐ and η³‐allyl Pd alkoxides mediating direct and indirect transesterification reactions with the glycerol. Using this model, successful simulations of the kinetics of reactions conducted under atmospheres of N₂ or CO₂ could be achieved, including switching in selectivity between etherification and transesterification in the early stages of reaction. Reactions with the higher polyols threitol and erythritol are also efficient, generating the terminal (1,2) monocarbonates with high selectivity.     

Solid‐phase incorporation of gaseous carbon dioxide into oxirane‐containing copolymers

Carbon dioxide was incorporated into poly(glycidyl methacrylate‐co‐methyl methacrylate) by a solid‐phase reaction, which transformed the pendent oxirane moieties into cyclic carbonate moieties, with quaternary ammonium halide catalysts. The incorporation of carbon dioxide into the copolymer led to soluble carbonate‐containing polymers, whereas the incorporation of carbon dioxide into the glycidyl methacrylate homopolymer produced an insoluble product. The copolymer composition, reaction temperature, and catalyst amount affected the incorporation efficiency and the side reaction that caused crosslinking. Effective incorporation was achieved under the following reaction conditions: the glycidyl methacrylate content was less than approximately 50%, the temperature was greater than the glass‐transition temperature, and the catalyst concentration was 1.5–6 mol %. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part A: Polym Chem 42: 3812–3817, 2004