[发明专利]一种固定二氧化碳的方法

说明书

本发明属于有机催化技术领域，具体公开了一种固定二氧化碳的方法，在60‑120℃条件下，采用式II所示的环氧化物和二氧化碳在式I所示的催化剂的催化下生成环状碳酸酯类化合物。采用该方法二氧化碳的转化率高，反应无金属残留，反应条件温和，催化剂更加容易制备，可广泛应用于工业生产。

技术领域

本发明属于有机催化技术领域，特别涉及一种固定二氧化碳的方法。

背景技术

随着工业革命的进行，大气中二氧化碳的浓度急剧增加，引起了许多环境问题，如全球变暖，海平面上升和频繁的极端天气等。引起这些问题的主要原因是化石燃料的燃烧和人类生产活动。因此，发展高效固定和利用二氧化碳的化学过程成为当下的研究热点。其中，将二氧化碳化学固定成具有较高附加值的化学品最为热门，因为二氧化碳可以作为化学工业上的一种可再生且廉价的碳来源。而在许多固定二氧化碳的方法中，二氧化碳与环氧化物结合生成环状碳酸酯的方法是利用二氧化碳最有前景的路线之一，因为环状碳酸酯有着广泛的应用，如作为非质子极性溶剂、锂离子电池的电解质、聚合的单体以及许多化学物质和药物的中间体。

然而，由于二氧化碳固有的稳定性，该反应需要能够同时激活二氧化碳和环氧化物的催化剂。常用的催化剂有金属复合物、碱金属盐、金属氧化物、离子液体和有机催化剂。但是这些反应的条件通常需要高温、高压和高纯的二氧化碳，同时，金属催化剂催化得到的碳酸酯产物容易有金属残留，可能对环境造成污染而且无法直接应用于生物医学和微电子等对金属残留量有着严格限制的领域。而吡啶盐、咪唑鎓盐、铵盐、磷盐和氮杂环卡宾等有机分子已经成功应用于催化环状碳酸酯的合成。这些反应的条件更加温和，与金属催化剂相比，具有能耗小、环境友好的特点，同时该反应的原子利用率为100％，符合绿色化学的思想。在此领域中利用不同的催化体系，实现环氧固定二氧化碳得到具有较高附加值的环状碳酸酯，更符合可持续发展的理念。

有机催化环氧固定二氧化碳的催化体系有许多种类，大多数是阴离子与阳离子构成的盐。利用阳离子与环氧底物形成氢键，阴离子进攻环氧进行开环，接着二氧化碳嵌入，闭环形成碳酸酯。例如，ACS Sustainable Chem.Eng.2017,5,2841-2846，zhang等人使用[DMAPH]Br在常压下就能将稀释了的二氧化碳转化为碳酸酯，产率高达96％，选择性99％。还有其他的吡啶盐(Green Chem.2009,11,1876)、咪唑盐(Green Chem.2013,15,1584)、铵盐(Catal.Sci.Technol.2014,4,1585)、磷盐(ChemSusChem.2015,8,2655)和氮杂环卡宾(ChemSusChem.2014,7,962)等都得到了高产量、高选择性的碳酸酯产物。但是这些催化剂或原料昂贵，或纯化方法复杂，或合成步骤过多使得产率下降，从而限制了其广泛生产应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种固定二氧化碳的方法。采用全新的催化剂，催化固定二氧化碳，催化剂合成方法简便，固定二氧化碳的反应条件温和，得到的碳酸酯无金属残留，在生物医药和微电子等对金属残留要求严格的领域具有很大商业应用的潜力。

本发明首次提出利用卤键催化环氧固定二氧化碳生成环状碳酸酯。通过4-二甲氨基吡啶与溴化碘的反应直接得到目标产物，步骤简单，产率高。产物通过旋蒸直接获得，无需进行柱层析。

为了拓展碳酸酯在生物医学领域与微电子领域的应用，本发明从实际的需求中发现问题并解决问题，利用各种碘代的吡啶类盐合成了多种取代的环状碳酸酯。该催化体系首次提出且应用于环氧固定二氧化碳，得到具有高附加值的环状碳酸酯。

实现上述目的的技术方案如下：

一种固定二氧化碳的方法，60-120℃条件下，采用式II所示的环氧化物和二氧化碳在式I所示的催化剂的催化下生成环状碳酸酯类化合物：