[发明专利]钴卟啉交联聚季鏻盐离子液体及其制备和在催化二氧化碳与环氧化物环加成反应中的应用

说明书

本发明提供了一种钴卟啉交联聚季鏻盐离子液体及其制备和在催化二氧化碳与环氧化物环加成反应中的应用。本发明以聚4‑乙烯基苄氯作为高分子骨架，先与5,10,15,20‑四(4‑吡啶基)卟啉季铵化交联，然后再和三苯基膦季鏻化、CoCl₂·6H₂O配位，得到具有钴和季鏻盐双活性中心的钴卟啉交联聚季鏻盐离子液体，并作为催化剂用于催化二氧化碳与环氧化物的环加成反应，该催化剂综合了金属卟啉和离子液体在CO₂与环氧化物催化反应中的表现。由于双官能团活性中心以及路易斯酸金属中心与亲核卤素离子之间协同作用，无需溶剂和助催化剂，在常压下和较低温度下表现出高效的催化活性及高选择性。

技术领域

本发明涉及一种钴卟啉交联聚季鏻盐离子液体及其制备和在催化二氧化碳与环氧化物环加成反应中的应用，属于催化材料制备及应用领域。

背景技术

随着气候变暖、温室效应的加剧，二氧化碳的捕获和有效化学固定受到了广泛关注。众所周知，二氧化碳是地球上分布最广、储量最丰富的碳资源，它不仅无毒无害、来源广泛、价格低廉，而且是一种可持续的碳源，因此，将二氧化碳转化为具有高附加值的化学品是最有效的资源利用方式之一。CO₂能与多种有机化合物反应生成高附加值化学品，如聚碳酸酯、羧酸、酯类、环状碳酸酯、甲酰胺、甲胺、氨基甲酸酯、恶唑烷酮类衍生物等。其中，由二氧化碳和环氧化物合成环状碳酸酯是原子经济反应，所生成的环状碳酸酯可用作锂电池电解液以及氨基甲酸酯、聚酯、聚碳酸酯等化学品的原料。在二氧化碳和环氧化物环加成反应中，由于二氧化碳稳定性高、不易活化，因此其转化活化能较高，往往需要添加催化剂。目前有很多均相催化剂如离子液体、有机催化剂、金属络合物、碱金属盐、过渡金属配合物等已被证明具有良好的催化效果，但考虑到分离和回收的可行性，非均相催化剂如有机多孔催化剂、金属有机骨架、共价有机骨架、载体无机物等受到越来越多的关注。

金属卟啉配合物是一类催化环氧烷与CO₂环加成反应的高效催化剂。这类催化剂有平面几何结构，有利于端基环氧烷的配位，因此各种金属中心的卟啉催化剂得以开发。近年来，人们致力于开发各种功能化改性的金属卟啉配合物作为环氧烷与CO₂环加成反应的催化剂。从机理上来说，金属卟啉类催化剂作为CO₂环加成反应的催化剂是因为其提供了金属中心作为Lewis酸活性中心，与环氧化物配位从而活化环氧底物。那么从这种双组分催化剂的功能出发，如果能把Lewis酸中心和Lewis碱中心结合到一个分子上，就可以达到单组分催化剂实现双功能的目的。

基于此，本发明设计一种以聚4-乙烯基苄氯作为高分子骨架，先与5, 10, 15,20-四(4-吡啶基)卟啉季铵化交联，然后再和三苯基膦季鏻化、CoCl₂配位得到钴卟啉交联聚季鏻盐离子液体催化剂。该催化剂综合了金属卟啉和离子液体在CO₂与环氧化物催化反应中的表现，提供了多活性中心协同活化环氧化物，能够在常压下和较低温度下表现出高效的催化活性及高选择性，通过简单过滤就可以回收再利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种钴卟啉交联聚季鏻盐离子液体及其制备方法；

本发明的另一个目的是提供钴卟啉交联聚季鏻盐离子液体在催化二氧化碳与环氧化物环加成反应中的应用

一、钴卟啉交联聚季鏻盐离子液体及其制备

本发明钴卟啉交联聚季鏻盐离子液体，其结构式如下：

其中，a=50~320，b=4~150；X为Cl、Br或I。

本发明一种钴卟啉交联聚季鏻盐离子液体的制备方法，包括以下步骤：