不同氢键供体催化转化CO2与环氧化物的环加成反应

摘要

CO2是一种主要的温室气体，同时还是全球储量丰富、价廉、无毒、可再生的C1资源。利用高效绿色催化技术将CO2转化成高附加值化学产品，以实现其资源化利用，不仅可有效缓解全球变暖带来的环境问题，而且具有重大的经济效益。
　　设计出一种新型二元催化体系四丁基溴化铵(Bu4NBr)/柠檬酸(CA)，研究了其对化学固定CO2合成环状碳酸酯的催化性能。系统考察了不同助催化剂和反应条件（包括反应温度、反应压力、Bu4NBr/CA摩尔比、反应时间等）对催化活性的影响。研究结果表明，在130℃，CO2压力2.5 MPa，Bu4NBr/CA摩尔比2：1条件下反应4 h，碳酸丙烯酯(PC)收率为97％，选择性高达98%。此外，研究了催化体系的使用寿命，以及对不同取代基环氧化物的普适性。在此基础上，推测了可能的协同催化机理。该二元催化体系制备简单、价格低廉、环境友好、催化活性高，避免了挥发性有机溶剂与过渡金属的使用。
　　设计合成一系列基于三乙醇胺的质子型离子液体[TEA]X(X=Cl,Br,I)，采用NMR,FT-IR,TGA及EA等表征了离子液体的结构及其热稳定性。以环氧丙烷(PO)与CO2环加成制备环状碳酸酯为例，分别测试了不同离子液体的催化性能，并对反应条件（包括反应温度、CO2压力、催化剂用量、反应时间等）进行优化。结果表明，离子液体碘酸盐三乙醇胺[TEA]I催化性能优良，在110℃，2.0 MPa CO2压力下，反应6 h，PC收率为91%，选择性达99%。同时考察了催化剂的重复使用性能，发现该催化剂循环使用3次，产品收率没有明显降低，且催化剂的结构没有发生变化。此外，研究了[TEA]I催化剂对不用取代基环氧化物的普适性，发现均表现出优异的催化效果。最后提出了可能的协同催化反应机理。该单组份质子型离子液体制备简单、催化活性高，反应条件温和，可有效避免助催化剂和有机溶剂的使用，在CO2催化转化领域展现出较大的发展潜力。