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环状碳酸酯的合成是一个能够有效化学固定CO2这一Cl资源的有机反应,近年来受到了越来越多的关注。而作为新兴的绿色介质,离子液体具有结构可设计、稳定性高的优良性质,可以通过化学键方式实现负载化,形成非均相催化剂,达到简化分离的效果,这使其在这一环加成反应的催化方面应用前景广阔。针对CO2和环氧化合物反应制备环状碳酸酯的过程中通常出现的催化剂活性低、不易分离、反应条件苛刻、需要添加助溶剂或助催化剂等关键性问题,本论文开展了化学负载型离子液体催化合成环状碳酸酯的研究。论文主要创新性工作及成果如下:
1.设计了用于制备环状碳酸酯的树脂负载多羟基季铵类离子液体催化剂,该类催化剂稳定性好,催化活性高,选择性好。实验结果表明,以树脂负载二羟乙基乙基铵溴盐(PS-DHEEAB)为催化剂,在不添加任何助溶剂或助催化剂的温和反应条件下(催化剂用量2.0 mol%,110℃,2.0 Mpa,4 h)可实现99.0%的环氧丙烷转化率和99.0%以上的碳酸丙烯酯选择性,而且催化剂在循环使用6次后其活性未见明显降低;并且该催化体系同样适用于其他端位环氧化合物以及氮杂环化合物。
2.设计合成了多功能的介孔分子筛SBA-15负载的1,2,4-三氮唑类离子液体,载体与活性组分中均含有协同催化的基团,可同时活化环氧化合物和CO2。研究进一步验证了羟基的协同催化作用,基于载体与活性组分中的羟基等基团的协同催化作用,SBA-15负载的功能化1,2,4-三氮唑类离子液体催化剂具有良好的反应活性,在最佳反应条件下都能高效、稳定地催化环加成反应;该催化剂同样表现出了良好的热稳定性和催化稳定性,并且适用于各类环氧化合物。
3.研究了离子液体阳离子中羟基的强化氢键效应,发现羟基数目对催化活性有显著影响,提出了多羟基的强化氢键诱导环氧化合物开环的反应机理。