[发明专利]一种基于植酸的用于合成环状碳酸酯的催化体系

说明书

本发明涉及一种基于植酸的用于合成环状碳酸酯的催化体系，属于化学工业应用领域。该催化体系由植酸盐和季铵盐组成，适用于催化由二氧化碳和环氧化合物反应合成环状碳酸酯。该催化体系适用于各种环氧化合物，如：环氧丙烷、氧化苯乙烯、2，3‑环氧丙基苯基醚、氧化环己烯、环氧氯丙烷。该催化体系中，环氧化合物与季铵盐的摩尔比为100：0.2‑100：10，反应温度为25‑100℃，二氧化碳压力为0.5‑6MPa，反应时间为0.5‑36小时。与传统方法相比，该催化体系具有反应条件温和，高收率和高选择性，主催化剂植酸盐便宜易得、生物相容性好，能够通过简单离心回收利用，具有较强的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及化学工业应用领域，具体是涉及一种用于由二氧化碳和环氧化合物通过环加成反应合成环状碳酸酯的植酸基催化剂及催化体系。

背景技术

二氧化碳是一类最主要的温室气体，同时也是一种无毒、储量丰富和廉价的碳一资源。通过化学方法，二氧化碳可以转化为多种高附加值化学品，具有很大的环境效应和经济效益，已经成为世界各国普遍关注的热点领域。在众多二氧化碳转化反应中，通过二氧化碳与环氧化合物的环加成反应合成环状碳酸酯是利用二氧化碳的最成功的反应之一，该反应的化学方程式如图1所示。环状碳酸酯是一类非常重要精细化学品，可以用做有机溶剂、电池的电解液、以及医药和精细化工的中间体等。因此，二氧化碳与环氧化合物的环加成反应引起了普遍的研究兴趣。

目前，人们已经发展了多种用于二氧化碳与环氧化合物环加成的催化剂，包括：功能聚合物、金属有机框架材料、离子液体、季铵盐、过渡金属盐或配合物、离子交换树脂、碱金属卤化物等。但是，上述催化体系仍存在很多亟待解决的缺点，例如：反应条件苛刻(高温、高压)、催化剂合成步骤复杂、催化剂稳定性不好、有毒有害有机溶剂的使用等。因此，设计便宜易得的催化剂在温和及无溶剂条件下实现二氧化碳与环氧化合物的环加成反应是一个关键的科学问题。

随着绿色化学的深入发展，利用可再生的天然化合物作为结构单元合成功能材料是已经成为绿色化学的重要研究领域。在众多天然化合物中，广泛存在于植物体中的植酸在净水和金属材料防护方面得到了很好的应用。植酸的分子结构中含有六个磷酸基团(图2)，可以与多种金属离子配位形成具有多孔性的固体材料(植酸盐)。所得的植酸基催化材料已被成功用于多种类型的反应，包括脱水反应、氢转移反应等。

利用植酸盐的特性，将植酸盐催化材料与各种季铵盐相结合构筑催化体系，可以实现二氧化碳与环氧化合物温和条件下的环加成反应，得到多种环状碳酸酯。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有二氧化碳环加成催化体系存在的不足，提供一种基于植酸的用于通过二氧化碳环加成反应合成环状碳酸酯的催化体系。

本发明提供的用于合成环状碳酸酯的催化体系，由植酸盐催化剂和各种季铵盐组成。其中，所用季铵盐的结构通式如图3所示，式中n＝1-4，X＝Cl，Br。

所提供的催化体系中，植酸盐为主催化剂，包括植酸锆、植酸锡、植酸钛、植酸钙，可以由植酸钠与各种金属盐的前驱体水相共沉淀制备；季铵盐为助催化剂，所用季铵盐具体为四丁基溴化铵、四丙基溴化铵、四乙基溴化铵、四甲基溴化铵、四丁基氯化铵、四丙基氯化铵、四乙基氯化铵、四甲基氯化铵。植酸盐与季铵盐的质量比为1：0.3-1：2.5，优选1：0.5-1：2.0，更优选1：0.8-1：1.5。

本发明提供的植酸盐与季铵盐构成的催化体系，适用于催化由二氧化碳和环氧化合物反应合成环状碳酸酯。各种环氧化合物均适用于本方法，如环氧丙烷、氧化苯乙烯、2，3-环氧丙基苯基醚、氧化环己烯、环氧氯丙烷。在该催化体系中，环氧化合物与季铵盐的摩尔比为100：0.2-100：10，反应温度为25-100℃，二氧化碳压力为0.5-6MPa，反应时间为0.5-36小时。