一種堿性離子液體一鍋法催化合成碳酸酯的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種堿性離子液體一鍋法催化合成碳酸酯的方法，以碳酸乙烯酯、甲醇和乙醇為原料，以金屬咪唑類離子液體為催化劑，同時(shí)合成碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯，使碳酸乙烯酯的轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)物碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的收率得到明顯提升。制備過程中，所述催化劑為固體，反應(yīng)結(jié)束易回收并可循環(huán)使用，高效環(huán)保。高效環(huán)保。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種堿性離子液體一鍋法催化合成碳酸酯的方法


[0001]本專利技術(shù)屬于化學(xué)合成
，涉及催化劑的合成及其將其用于碳酸酯的制備。

技術(shù)介紹

[0002]碳酸二甲酯(DMC)分子結(jié)構(gòu)中含有四種官能團(tuán)，分別為甲基(CH3?
)、羰基(
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CO
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)、甲氧基(CH3O
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)、甲氧基羰基(CH3?
CO
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)，此結(jié)構(gòu)決定了碳酸二甲酯的化學(xué)性質(zhì)十分活潑,能與醇、酚、胺、酯及氨基醇等多種有機(jī)化合物發(fā)生反應(yīng)，是化工生產(chǎn)中重要的有機(jī)合成中間體。1992年，碳酸二甲酯在歐洲通過了非毒性化學(xué)品的注冊(cè)登記。它的優(yōu)良性能決定了其可以替代某些高污染且毒性較大的化學(xué)品，是一種符合現(xiàn)代綠色清潔合成工藝的化學(xué)品。
[0003]碳酸二乙酯(DEC)是碳酸酯中的重要物質(zhì)，具有很高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，可以用作天然樹脂、雙酚樹脂、錦綸、腈綸、纖維素醚、硝化纖維素的溶劑；還是一種重要的化工原料，特別用于合成醫(yī)藥和醫(yī)藥中間體：在農(nóng)藥方面，可用于合成脫葉靈、除蟲菊醋等；在醫(yī)藥方面，能用來合成醫(yī)藥如哇琳酮衍生物和3
?
氧硫代羧酸酯等；此外，還可以用作表面活性劑；電容電池、鋰電池中用作配制電解液；真空管陰極固定漆中；在電子顯像管中，電子級(jí)純DEC可用作清潔劑。
[0004]碳酸甲乙酯(EMC)是一種用途廣泛的不對(duì)稱碳酸酯化合物主要用作溶劑和有機(jī)合成中間體，它擁有甲基和乙基，兼有碳酸二甲酯、碳酸二乙酯特性，與對(duì)稱碳酸酯，如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯相比，具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，所以用作特種香料和中間體的溶劑。特別是EMC用作鋰離子電池中非水溶性電解質(zhì)的溶劑，優(yōu)點(diǎn)是更能提高電池的能量密度和放電容量，更能提高安全性能和延長(zhǎng)使用壽命，以及良好的低溫使用性能等。
[0005]隨著能源電動(dòng)車的增速發(fā)展，其電解液需求量正逐年遞增，上述三種碳酸酯的優(yōu)勢(shì)決定了其在電解液中存在潛在的應(yīng)用。目前電解液的主要成分為上述三種碳酸酯的混合物。
[0006]國內(nèi)碳酸酯的生產(chǎn)方法為酯交換法，該方法具有反應(yīng)條件溫和、綠色無污染和經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)。工業(yè)生產(chǎn)上述三類碳酸酯多采用兩步法進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、成本高。此外，工業(yè)生產(chǎn)碳酸酯采用的催化劑是醇鈉催化劑，該催化劑的催化活性很高，但在生產(chǎn)過程中醇鈉易失活，不能循環(huán)使用，且生成的烷基鈉等副產(chǎn)物堵塞管道。
[0007]由于上述原因，亟需對(duì)碳酸酯催化合成的催化劑進(jìn)一步研究，探究一種能工業(yè)化生產(chǎn)碳酸酯的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0008]為了克服上述問題，本專利技術(shù)人進(jìn)行了銳意研究，研究出一種堿性離子液體一鍋法催化合成碳酸酯的方法，以碳酸乙烯酯、甲醇和乙醇為原料，以金屬咪唑類離子液體為催化劑，同時(shí)合成碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯。其中，金屬咪唑類離子液體中含有的苯并咪唑陰離子具有更強(qiáng)的配位和親核能力，鈉離子、鋰離子或鉀離子增加了催化劑的活性位點(diǎn)，使碳酸乙烯酯的轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)物碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的收率得
到明顯提升。制備過程中，所述催化劑為固體，反應(yīng)結(jié)束易回收并可循環(huán)使用，高效環(huán)保，從而完成了本專利技術(shù)。
[0009]具體來說，本專利技術(shù)的目的在于提供一鍋法催化合成碳酸酯的方法，所述方法包括：碳酸乙烯酯、甲醇和乙醇在催化劑的存在下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，經(jīng)處理制得碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯。
[0010]本專利技術(shù)還提供用于上述一鍋法催化合成碳酸酯的催化劑，所述催化劑為金屬咪唑類離子液體，優(yōu)選為金屬苯并咪唑鹽離子液體催化劑，所述碳酸酯為多種碳酸酯混合物，優(yōu)選為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的二種或三種。
[0011]本專利技術(shù)還提供制備上述催化劑的方法，所述方法包括：
[0012]步驟1，將咪唑類化合物和金屬化合物溶于溶劑中，獲得混合物；
[0013]步驟2，混合物加熱反應(yīng)，得到預(yù)處理物；
[0014]步驟3，將預(yù)處理物進(jìn)行處理。
[0015]本專利技術(shù)所具有的有益效果包括：
[0016](1)本專利技術(shù)提供的催化劑與傳統(tǒng)催化劑甲醇鈉相比，制備碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯時(shí)，解決了催化劑變質(zhì)生成的烷基鈉副產(chǎn)物堵塞管道的問題。
[0017](2)本專利技術(shù)提供的催化劑為固體，制備碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯時(shí)，易回收并可循環(huán)使用。
[0018](3)本專利技術(shù)提供的催化劑，可以實(shí)現(xiàn)一鍋法合成碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯，且反應(yīng)溫和，反應(yīng)結(jié)束后易與產(chǎn)物分離，高效環(huán)保。
[0019](4)本專利技術(shù)提供的一鍋法合成碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的方法，可根據(jù)市場(chǎng)需求情況，通過改變?cè)咸妓嵋蚁ァ⒓状己鸵掖急壤{(diào)整產(chǎn)物收率，對(duì)產(chǎn)物調(diào)控具有靈活可控的優(yōu)勢(shì)。
附圖說明
[0020]圖1示出實(shí)施例1
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3制得的催化劑與苯并咪唑紅外光譜圖；
[0021]圖2示出實(shí)施例1
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3制得的催化劑與苯并咪唑XRD譜圖；
[0022]圖3示出實(shí)施例8中碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯共沸產(chǎn)物、甲醇、乙醇和碳酸二甲酯的氣相色譜圖；
[0023]圖4示出實(shí)施例8中乙二醇和碳酸乙烯酯的氣相色譜圖。
具體實(shí)施方式
[0024]下面通過附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步詳細(xì)說明。通過這些說明，本專利技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更為清楚明確。
[0025]在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實(shí)施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實(shí)施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實(shí)施例。盡管在附圖中示出了實(shí)施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
[0026]因此，本專利技術(shù)目的之一在于提供一鍋法催化合成碳酸酯的方法，所述方法包括：碳酸乙烯酯、甲醇和乙醇在催化劑的存在下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，經(jīng)處理制得碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯。
[0027]現(xiàn)有技術(shù)通常將合成碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的方法分為兩步，即先采用碳酸乙烯酯和甲醇反應(yīng)生成碳酸二甲酯，再將碳酸二甲酯與乙醇反應(yīng)，生成碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯，不僅工藝繁瑣，而且反應(yīng)效率低。
[0028]與傳統(tǒng)的兩步法工藝相比，本專利技術(shù)采用“一鍋法”，同時(shí)加入碳酸乙烯酯、甲醇和乙醇，在催化劑的作用下制得碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯，簡(jiǎn)化了工藝流程，降低了生產(chǎn)成本。
[0029]根據(jù)本專利技術(shù)，由于反應(yīng)是微放熱反應(yīng)，反應(yīng)偏向碳酸甲乙酯方向，因此反應(yīng)的工藝條件顯得尤為重要。合適的工藝條件會(huì)使得反應(yīng)盡量向碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的方向同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)然，也可以通過調(diào)整原料碳酸乙烯酯、甲醇和乙醇的配比，調(diào)節(jié)反應(yīng)進(jìn)行的方向，進(jìn)而調(diào)控碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的收率。
[0030]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，所述碳酸乙烯酯、甲醇和乙醇的摩爾比為1：(1～5)：(2～7)，優(yōu)選為1：(2～4)：(2～5)，更優(yōu)選為1:3:3，此時(shí)，碳酸乙烯酯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大，產(chǎn)物碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的總收率達(dá)到最高。
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一鍋法催化合成碳酸酯的方法，其特征在于，所述方法包括：碳酸乙烯酯、甲醇和乙醇在催化劑的存在下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，經(jīng)處理制得碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化劑為離子液體，優(yōu)選為金屬咪唑類離子液體，更優(yōu)選為金屬苯并咪唑鹽離子液體催化劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述金屬為堿金屬，優(yōu)選為鋰、鈉或鉀。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述碳酸乙烯酯、甲醇和乙醇的摩爾比為1：(1～5)：(2～7)，優(yōu)選為1：(2～4)：(2～5)；催化劑的使用重量占碳酸乙烯酯、甲醇和乙醇總重量的0.01～1％，優(yōu)選為0.1～0.4％。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，酯交換反應(yīng)的溫度為50～90℃，時(shí)間為2～4h。6.用于一鍋法催化合成碳酸酯的催化劑，其特征在于，所述催化劑為金屬咪唑類離子液體，優(yōu)選為金屬苯并咪唑鹽離子液體催化劑，所述碳酸酯為多種碳酸...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭立穎，劉勇，徐仕睿，蔣澤眾，肖群，王玨，李鵬，徐鐵軍，劉威，王海玥，馬濤，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：撫順東科精細(xì)化工有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：