有序介孔碳CMK-3负载离子液体催化CO2与环氧化物合成环状碳酸酯

采用有序介孔碳CMK-3为载体负载咪唑类离子液体制得CMK-3-IL催化剂,用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附、热重分析和元素分析等手段表征了催化剂样品,并考察了CMK-3-IL催化剂催化CO2与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的反应性能。结果表明,离子液体被成功的负载到CMK-3载体上,CMK-3负载离子液体后孔道结构没有被破坏,但孔体积、孔径和比表面积均有所下降。催化实验表明,在120℃、2 MPa的条件下反应6 h,环氧丙烷转化率达到64%,碳酸丙烯酯选择性高达99%。     

负载型咪唑类离子液体催化CO2转化合成碳酸丙烯酯研究

CO₂是导致全球气候变暖的主要温室气体之一,但同时又是丰富的C1资源,故其高值化利用受到了人们关注。环状碳酸酯是电池及电容器的优良介质,在工业生产中应用极为广泛。因此,从环境保护和资源利用的角度看,将CO₂转化为环状碳酸酯具有重要的意义。本工作合成了一系列聚苯乙烯树脂负载的咪唑类非均相催化剂,考察了此类催化剂在高压反应釜中催化二氧化碳环加成反应的活性。结果表明,催化剂PS-TBIM-PCIMBr₂表现出优秀且稳定的催化活性,PSTBIM-PCIMBr₂在固定床连续反应器上可以连续运行500 h,反应依旧可以获得91%的产率。     

非金属催化剂在催化环氧化物和CO2合成环状碳酸酯中的研究进展

随着科学技术的进步和工业化的发展,大量化石燃料被消耗,大气中二氧化碳浓度急剧增加,导致温室效应加剧,严重威胁到人类的生存和发展。基于可持续发展的思想,利用储量丰富且廉价的二氧化碳作为 C1资源替代有毒的气体(如一氧化碳和光气等)制备具有广泛应用的环状碳酸酯,不仅满足“绿色化学”的要求,而且符合“原子经济性”的原则。迄今为止,大量用于催化二氧化碳和环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯的催化剂,包括均相催化剂(如金属卤化物、有机碱、离子液体和金属配合物),多相催化剂(如金属氧化物、负载型催化剂、有机聚合物、金属有机框架材料和碳材料等)被报道。其中金属催化剂占主导地位,大多表现出优异的催化活性。然而,目前可供开采的金属矿越来越少,大多数金属的回收再利用率较低,重金属污染日趋严重。因此,开发新型、廉价、绿色、高效、循环性和稳定性好的非金属催化剂具有重要意义。
　　本文主要介绍了近3年以来用于催化二氧化碳和环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯的非金属催化剂,主要包括有机碱、离子液体、固载型催化剂、有机聚合物和碳材料等。概括了不同种类催化剂的设计思想及其催化反应机理,重点阐述了分子内以及分子间各种功能基团的协同作用对环加成反应的影响。通过比较发现,具有“C–N=C”结构的有机碱活性相对较高,氢键给体和亲核物质都能与有机碱协同作用提高其催化活性;传统离子液体的活性一般不理想,氢键给体如羟基和羧基的引入有利于促进环加成反应,且多阳离子和多氢键给体功能化的离子液体表现出更高的催化活性;负载型催化剂中,载体和活性组分之间的协同作用有利于加速环加成反应的进行,多种功能基团负载和以共价键方式多层固载能更好地提高催化剂稳定性和催化活性;利用非烯烃化合物制得的活性组分位于主链的多孔有机聚合物,催化活性和稳定性大多高于活性组分位于侧链的烯烃聚合物;碳材料催化剂中,引入不饱和的 N物种(如伯胺和吡啶氮),有利于 CO2的吸附和活化,能促进环加成反应。此外,利用密度泛函的方法,计算模拟催化反应过程,能更好地揭示反应机理,并为设计和制备高效的催化剂提供理论指导。
　　该领域目前面临的重要挑战是研发可以同时实现二氧化碳捕获和转化的新型、环保和高效非金属催化剂,终极目标是利用多孔催化材料在常温和常压下直接捕获工业废气中的二氧化碳,并利用捕获的二氧化碳实现环状碳酸酯的连续生产。基于协同催化的设计思想,利用多种基团功能化的策略合成高效吸附和活化二氧化碳以及开环活化环氧化物的非金属催化剂,有望实现上述目标。     

水合碱金属卤化物催化 CO2 与环氧化物合成环状碳酸酯

 在不添加任何助剂及溶剂的条件下, 考察了水合碱金属卤化物催化 CO2 与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的反应性能. 结果表明, 水合碱金属卤化物表现出远高于无水碱金属卤化物的催化活性, 其中, 以 NaI2H2O 的催化性能最好, 在 120 C, 1 MPa 的条件下反应 1.5 h, 碳酸丙烯酯收率达 97%. 此外, NaI2H2O 在 CO2 与其它环氧化物合成相应环状碳酸酯反应中也表现出较高的催化活性.     

新型氮杂环卡宾锌配合物催化CO2和环氧化物高效合成环状碳酸酯

合成了一系列新型的芘标记含溴亲核阴离子的氮杂环卡宾前驱体化合物,与卤化锌配位后获得具有CO₂捕获能力以及路易斯酸碱位点的NHC-PDBI-ZnX₂(X=Cl、Br、I)催化剂,通过¹H NMR、¹³C NMR、XPS、FT-IR、¹³C CP-MAS NMR和ICP-AES表征技术对该类催化剂结构和化学性质进行了表征.氮杂卡宾锌配合物被证明是有效的单组分多功能催化剂,对环氧丙烷和CO₂的环加成反应显示出较高的催化活性和选择性.最佳活性的NHCPDBI-ZnI₂催化剂在120℃、3.0 MPa、2.0 h等较温和条件下,取得98%以上碳酸丙烯酯收率.该催化剂还具有优异的底物普适性和循环使用稳定性,归因于路易斯酸性Zn²⁺与NHC-PBDI主链形成的强共价键.此外,结合FTIR等表征推测了反应机理,其中NHC-PDBI-ZnX₂的卡宾位吸附活化CO₂以及路易斯酸碱位点开环的...     

溴化锌-离子液体复合催化体系高效催化合成环状碳酸酯

随着全球“温室效应”和能源危机的加剧,用CO2作为某些化学品的Cl起始原料,既经济、安全,又能降低CO2对环境的危害,由于CO2的性质极不活泼,在固定CO2的反应中最典型的一个催化过程就是利用CO2和环氧化合物通过环加成反应合成环状碳酸酯：     

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.     

离子液体中CO_2与炔醇在温和条件下高效合成-亚甲基环状碳酸酯

本文研究了离子液体1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸酯([EMIM][(EtO)2PO2])中醋酸银(AgOAc)对CO2与炔醇反应生成-亚甲基环状碳酸酯的催化性能,发现该反应可以在温和的条件下进行.在AgOAc/[EMIM][(EtO)2PO2]催化体系中,30℃、4 MPa CO2压力下,反应6h时-亚甲基环状碳酸酯的产率为97%;当压力降到0.5 MPa时,反应24 h产物产率为65.8%.[EMIM][(EtO)2PO2]在反应中起到了溶剂和碱的双重作用.AgOAc/[EMIM][(EtO)2PO2]体系重复利用3次活性仅略有下降.另外,该体系也可用于催化CO2与其他炔醇(3-甲基-1-戊炔-3-醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇和2-苯基-3-丁炔-2-醇)的反应.     

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.     

碱性离子液体催化合成碳酸甲乙酯

以碱性离子液体为催化剂,对碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二乙酯(DEC)酯交换反应合成碳酸甲乙酯进行了研究.筛选出高催化活性的碱性离子液体1-丁基-3甲基咪唑丁酸盐([C4mim][CH3(CH2)2COO])为催化剂,详细考察了反应时间、温度、催化剂用量、原料配比等因素对酯交换反应的影响.实验结果表明,在反应温度为90℃,催化剂用量为6%(占反应物总质量百分数),n(DMC)∶n(DEC)=1.5∶1,反应时间为5h时,DEC的转化率高达48%.[C4mim][CH3(CH2)2COO]重复利用5次后仍保持较高的催化活性.     

双功能金属卟啉催化环氧化合物与 CO2 偶联反应合成环碳酸酯

 合成了新颖的双功能水溶性金属卟啉 催化剂 M(TTMAPP)I4(X) (M = Co, Fe, Mn 和 Cr; X = OAc, CF3COO, CCl3COO, OTs, Cl, Br 和 I), 研究了它们催化 CO2 与末端环氧化合物合成环碳酸酯的偶联反应. 分别考察了反应温度、不同金属的 Lewis 酸中心、抗衡离子和催化剂重复使用次数对反应性能的影响. 当以 Co(III)(TTMAPP)I4(OAc) 为催化剂, 底物与催化剂摩尔比为 1 000, 温度为 353 K, CO2 压力为 667 kPa 和无溶剂条件下, 反应 5 h 时丙烯环碳酸酯收率为 95.4%. 在 298 K, 底物与催化剂之比为 2 000 时, 加入 1 ml 甲醇, 反应 24 h 丙烯环碳酸酯收率为 19.4%. 催化剂可以用乙醚回收, 循环使用 5 次后催化剂活性没有明显降低.     

Mg(OH)Cl/KI as a Highly Active Heterogeneous Catalyst for the Synthesis of Cyclic Carbonates from CO2 and Epoxides under Solvent‐Free Conditions

The combination of magnesium hydroxyl chloride [Mg(OH)Cl] with KI could efficiently catalyze the coupling reaction of carbon dioxide with epoxides to give the corresponding cyclic carbonates in good to excellent yields (75.0% –98.3%) and high selectivity (99.6%) in the absence of organic solvents. The heterogeneous catalyst Mg(OH)Cl/KI could be reused at least six times almost without loss of the catalytic activity. The influence of some key factors (such as molar ratio of Mg(OH)Cl to KI, temperature, reaction time and CO₂ pressure) on the reaction was also discussed.     

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.     

Deep Eutectic Solvents as Catalysts for Cyclic Carbonates Synthesis from CO2 and Epoxides

In recent years, the chemical industry has put emphasis on designing or modifying chemical processes that would increasingly meet the requirements of the adopted proecological sustainable development strategy and the principles of green chemistry. The development of cyclic carbonate synthesis from CO₂ and epoxides undoubtedly follows this trend. First, it represents a significant improvement over the older glycol phosgenation method. Second, it uses renewable and naturally abundant carbon dioxide as a raw material. Third, the process is most often solvent-free. However, due to the low reactivity of carbon dioxide, the process of synthesising cyclic carbonates requires the use of a catalyst. The efforts of researchers are mainly focused on the search for new, effective catalysts that will enable this reaction to be carried out under mild conditions with high efficiency and selectivity. Recently, deep eutectic solvents (DES) have become the subject of interest as potential effective, cheap, and biodegradable catalysts for this process. The work presents an up-to-date overview of the method of cyclic carbonate synthesis from CO₂ and epoxides with the use of DES as catalysts.     

Synthesis of Cyclic Carbonates from CO2 and Epoxides Catalyzed by Hexaalkylguanidinium Halides

Hexaalkylguanidinium halides exhibit an efficient catalytic activity in the synthesis of cyclic carbonates from epoxides and carbon dioxide. By this method cyclic carbonates can be obtained in a high yield and a high selectivity at a low temperature and atmospheric pressure. This procedure is easy for the product isolation and recycling of the catalyst.     

聚合物负载季鏻盐催化 CO2 与环氧化物的环加成反应

 制备了聚合物负载的季鏻盐催化剂, 并用于 CO₂ 与环氧氯丙烷环加成反应中. 采用红外光谱、热分析、原子吸收光谱和扫描电子显微镜等手段测定了催化剂的结构、热性能、磷元素含量和表面形貌等. 考察了 CO₂ 压力、温度、催化剂用量和反应时间等对环加成反应性能的影响. 结果表明, 在催化剂用量为 0.09 g, CO₂ 压力为 4.5 MPa, 于 150 ^oC 反应 6 h 时, 3-氯甲基环碳酸酯收率可达 97.7%, 选择性大于 99%. 且催化剂易分离回收, 重复使用 5 次后产物收率和选择性没有明显下降. 同时探讨了该催化剂上 CO₂ 环加成合成环碳酸酯的可能机理.