本發(fā)明屬于綠色化工合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種芐基咪唑鹽離子液體及利用其催化合成環(huán)狀碳酸酯的方法。
背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和化石燃料大量的使用，導(dǎo)致大氣層中存在過高濃度的CO2，因而帶來的溫室效應(yīng)受到人們的極為廣泛關(guān)注；節(jié)能減排，控制大氣中CO2的含量進(jìn)而減輕其對全球氣候變暖的影響是當(dāng)下21世紀(jì)人類面對的眾多重大挑戰(zhàn)之一。因此，怎樣能有效的捕捉和利用CO2，在相對溫和的條件下對其進(jìn)行物理吸附或化學(xué)固定是當(dāng)今的研究熱點問題之一。
CO2是一種無毒、廉價、可再生且儲量豐富的C資源，對其進(jìn)行資源化利用轉(zhuǎn)化成常用化學(xué)產(chǎn)品、燃料及材料具有十分廣闊的應(yīng)用前景。CO2通過環(huán)加成反應(yīng)與環(huán)氧化合物生成相應(yīng)的環(huán)狀碳酸酯是CO2資源化利用的重要方式之一。反應(yīng)得到的產(chǎn)物環(huán)狀碳酸酯是一種重要的工業(yè)原料，該類化合物可用于極性非質(zhì)子溶劑、聚碳酸酯和聚氨酯的單體及藥物中間體等等。但是由于CO2自身所具有的熱力學(xué)穩(wěn)定性和動力學(xué)惰性，因此需要有效的驅(qū)動力才能實現(xiàn)CO2的高效轉(zhuǎn)化，所以越來越多種類的催化劑被用來催化CO2的環(huán)加成反應(yīng)，其中包括金屬配合物、金屬鹵化物、分子篩、Lewis酸或堿、離子液體等等。盡管目前已報道的催化劑種類繁多，但是仍然存在催化劑合成成本相對較高、制備相對困難、反應(yīng)條件極為苛刻等系列問題。因此，在相對溫和的反應(yīng)條件下以簡便可行的方法催化環(huán)氧化合物與CO2反應(yīng)制備環(huán)狀碳酸酯具有十分重要的意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有合成環(huán)狀碳酸酯的方法中使用有毒的有機(jī)溶劑、催化劑昂貴、合成過程復(fù)雜、反應(yīng)條件苛刻等技術(shù)問題，提供一種芐基咪唑鹽離子液體及利用其催化合成環(huán)狀碳酸酯的方法。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種芐基咪唑鹽離子液體，結(jié)構(gòu)式為即氯化-1-(2-甲基芐基)-3-甲基咪唑鹽。
利用上述芐基咪唑鹽離子液體催化合成環(huán)狀碳酸酯的方法，將所述芐基咪唑鹽離子液體與環(huán)氧化合物按照0.1～1：100的摩爾比加入高壓反應(yīng)釜中，通入CO2至高壓反應(yīng)釜內(nèi)的壓力為1～5MPa，100～150℃的溫度下恒溫恒壓反應(yīng)1～5h，后處理即得環(huán)狀碳酸酯。
上述的方法，所述環(huán)氧化合物的結(jié)構(gòu)式為其中R為H、CH3、CH2Cl或
本發(fā)明的有益效果如下：
本發(fā)明所述芐基咪唑鹽離子液體的催化劑活性高，在不再加入其他助催化劑和溶劑的情況下，該離子液體中陽離子活性基團(tuán)與陰離子協(xié)同催化，實現(xiàn)高效率、高選擇性地合成環(huán)狀碳酸酯，且催化合成工藝簡單，反應(yīng)條件溫和，所制備的環(huán)狀碳酸酯的產(chǎn)率為94.91％。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的技術(shù)目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作出進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明所述芐基咪唑鹽離子液體催化劑的合成方法如下：取0.15mol的1-甲基咪唑溶于干燥后的10mL乙腈中，通過恒壓漏斗緩慢滴加用乙腈溶解的2-甲基氯化芐40ml(0.25mol/L)。在黑暗條件下，采用氮氣保護(hù)且40℃恒速攪拌，反應(yīng)20h；反應(yīng)結(jié)束后，濃縮溶劑，然后用干燥的乙酸乙酯洗滌三次，再用乙醚洗滌三次，過濾，所得粗產(chǎn)物先通過環(huán)己烷帶水，然后在50℃真空干燥12h，得純凈的產(chǎn)物氯化-1-(2-甲基芐基)-3-甲基咪唑鹽離子液體，即芐基咪唑鹽離子液體。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:9.36(s,J＝1.7Hz,1H),7.81(d,J＝1.8Hz,1H),7.78(d,J＝1.8Hz,1H),7.26(m,,4H),5.50(s,2H),3.89(s,3H),2.32(s,3H).
利用上述芐基咪唑鹽離子液體催化合成環(huán)狀碳酸酯的實施例
實施例一：
芐基咪唑鹽離子液體催化合成環(huán)狀碳酸酯的方法按照以下步驟進(jìn)行：
向100mL高壓反應(yīng)釜內(nèi)加入0.080g芐基咪唑鹽離子液體催化劑，然后再加入10mL環(huán)氧化合物，所述的環(huán)氧化合物為環(huán)氧丙烷，通入CO2至高壓反應(yīng)釜內(nèi)的壓力為2MPa，升溫至130℃，恒溫恒壓反應(yīng)4小時。反應(yīng)結(jié)束后將高壓反應(yīng)釜冷卻至室溫，緩慢放出CO2，產(chǎn)物經(jīng)減壓蒸餾(除去未反應(yīng)的環(huán)氧丙烷)，過濾分離催化劑與產(chǎn)物，從而得到碳酸丙烯酯。
本實施例的反應(yīng)方程式如下：
經(jīng)過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行定性分析，本實施例中生成的碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率94.91％。
實施例二：
本實施例與實施例一不同的是所述芐基咪唑鹽離子液體的用量為0.318g，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率98.33％。
實施例三：
本實施例與實施例一不同的是所述芐基咪唑鹽離子液體的用量為0.160g，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率97.09％。
實施例四：
本實施例與實施例一不同的是所述芐基咪唑鹽離子液體的用量為0.106g，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率95.19％。
實施例五：
本實施例與實施例一不同的是所述芐基咪唑鹽離子液體的用量為0.063g。其他步驟與實施例一相同。生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率89.15％。
實施例六：
本實施例與實施例一不同的是所述芐基咪唑鹽離子液體的用量為0.053g。其他步驟與實施例一相同。生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率83.77％。
實施例七：
本實施例與實施例一不同的是反應(yīng)溫度為100℃，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率55.19％。
實施例八：
本實施例與實施例一不同的是反應(yīng)溫度為110℃，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率62.61％。
實施例九：
本實施例與實施例一不同的是反應(yīng)溫度為120℃，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率85.34％。
實施例十：
本實施例與實施例一不同的是反應(yīng)溫度為130℃，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率94.91％。
實施例十一：
本實施例與實施例一不同的是反應(yīng)溫度為140℃，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率91.46％。
實施例十二：
本實施例與實施例一不同的是反應(yīng)溫度為150℃，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率90.64％。
實施例十三：
本實施例與實施例一不同的是高壓釜內(nèi)的壓力為1MPa，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率41.46％。
實施例十四：
本實施例與實施例一不同的是高壓釜內(nèi)的壓力為2MPa，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率94.91％。
實施例十五：
本實施例與實施例一不同的是高壓釜內(nèi)的壓力為3MPa，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率92.58％。
實施例十六：
本實施例與實施例一不同的是高壓釜內(nèi)的壓力為4MPa，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率89.91％。
實施例十七：
本實施例與實施例一不同的是高壓釜內(nèi)的壓力為5MPa，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率77.92％。
實施例十八：
本實施例與實施例一不同的是反應(yīng)時間為1h，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率68.08％。
實施例十九：
本實施例與實施例一不同的是反應(yīng)時間為2h，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率79.74％。
實施例二十：
本實施例與實施例一不同的是反應(yīng)時間為3h，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率90.89％。
實施例二十一：
本實施例與實施例一不同的是反應(yīng)時間為4h，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率94.91％。
實施例二十二
本實施例與實施例一不同的是反應(yīng)時間為5h，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸丙烯酯的選擇性大于99％，收率95.03％。
實施例二十三：
本實施例與實施例一不同的是所述環(huán)氧化合物為環(huán)氧乙烷，最后得到碳酸乙烯酯，其他步驟與實施例一相同，生成碳酸乙烯酯的選擇性大于99％，收率95.93％。
本實施例反應(yīng)方程式為:
實施例二十四：
本實施例與實施例一不同的是所述環(huán)氧化合物為環(huán)氧氯丙烷，最后得到4-氯甲基-[1,3]二氧環(huán)戊-2-酮，其他步驟與實施例一相同，生成4-氯甲基-[1,3]二氧環(huán)戊-2-酮的選擇性大于99％，收率88.73％。
本實施例反應(yīng)方程式為:
實施例二十五：
本實施例與實施例一不同的是所述環(huán)氧化合物為氧化苯乙烯，最后得到4-苯-[1,3]二氧環(huán)戊-2-酮，其他步驟與實施例一相同，生成4-苯-[1,3]二氧環(huán)戊-2-酮的選擇性大于99％，收率90.49％。
本實施例反應(yīng)方程式為:
實施例二十六：
本實施例與實施例一不同的是所述環(huán)氧化合物為氧化環(huán)己烷，最后得到環(huán)己基[1,3]二氧環(huán)戊-2-酮，其他步驟與實施例一相同，生成環(huán)己基[1,3]二氧環(huán)戊-2-酮的選擇性大于99％，收率61.41％。
本實施例反應(yīng)方程式為:
最后所應(yīng)說明的是：上述實施例僅用于說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，任何對本發(fā)明進(jìn)行的等同替換及不脫離本發(fā)明精神和范圍的修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。