甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯铜系催化剂研究进展

碳酸二甲酯是一种重要的绿色化工产品,以甲醇为原料在铜系催化剂作用下直接氧化羰基化合成碳酸二甲酯,具有成本低、收率高、三废排放少等优点,本文介绍3种甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯的反应方法及其优缺点;详细综述甲醇氧化羰基化反应中各类铜系催化剂的催化性能,并对高活性、稳定性及高寿命的铜系催化剂的制备及改性方向进行展望.     

负载型金属氧化物催化酯交换合成碳酸二甲酯

制备了多种以γ - Al2O3为载体的负载金属氧化物催化剂,考察其在由碳酸乙烯酯(EC)与甲醇(ME)酯交换法合成碳酸二甲酯(DMC)中的催化活性,其中以K2 O/γ - Al2 O3催化活性较好.同时考察了负载量、催化剂用量、甲醇与碳酸乙烯酯摩尔比、反应温度、反应时间等因素对反应的影响,最终确定最佳反应条件:催化剂为K2O/γ - Al2O3,甲醇与碳酸乙烯酯摩尔比为5,m(催化剂)∶m(甲醇)为1∶200,反应温度为65℃,反应时间为3h,在此条件下,碳酸二甲酯收率最佳为52.0％.     

锌盐催化尿素和甲醇合成碳酸二甲酯

以尿素和甲醇为原料,各种锌盐为催化剂,在反应釜中合成了碳酸二甲酯（DMC）.实验结果表明,在相同的实验条件下,ZnCl2具有最佳的催化性能.进一步研究表明,该路线为两步反应,首先由尿素和甲醇反应生成中间物氨基甲酸甲酯（MC）,第二步MC继续和甲醇反应生成DMC,其中第二步反应为速控步骤.并且以该催化剂为模板催化剂,考察了反应条件如：反应温度、反应时间和催化剂用量对DMC收率的影响.结果表明,当反应温度为180℃,反应时间为8h,催化剂用量为1.0g时,DMC收率可以达到28.9％.     

硒催化羰基化反应合成碳酸衍生物

硝基化合物、胺类、醇类和酚在硒催化下与一氧化碳发生羰基化反应,可以很方便地合成多种碳酸衍生物(如脲类,氨基甲酸酯和碳酸酯)。合成反应温度25~160℃,压力约2.5 MPa,收率可达98%,与光气法相比,羰基化法反应条件温和,产率较高,产物容易分离。实验表明助催化剂有机胺和少量水的存在有利于反应,同时对可能机理进行了探讨,认为反应历程经过了中间物硒代羧酸如RNHCOSeH。该方法有利于较低成本实现碳酸衍生物如尿素、碳酸二甲酯等的工业化生产。     

尿素甲醇均相催化合成碳酸二甲酯的新方法

研究了以尿素和甲醇为主要原料,用含甲氧基金属有机催化剂和高沸点供电子型溶剂合成碳酸二甲酯的新方法。结果表明,该反应的最优条件为:甲醇与尿素进料比为2.4(物质的量之比),溶剂与尿素质量比为1.0,催化剂用量为0.1 mol/L,反应温度为165~175℃,反应压力小于2.0 MPa,甲醇补充流速为4 mL/min,反应时间为10 h。在最优反应条件下,碳酸二甲酯收率超过80%。与已有的碳酸二甲酯合成方法相比,该方法具有转化率高、成本低、不腐蚀设备、工艺路线简单等优点。     

CaO/ZrO2固体碱的制备及催化合成碳酸二异辛酯

以CaO／ZrO2固体碱为催化剂，碳酸二甲酯、异辛醇为原料，通过酯交换反应合成碳酸二异辛酯．利用XRD对催化剂进行了结构表征，实验结果表明，催化剂在活化温度873K，质量分数为1．5％的条件下，产品收率达到62．2％．使用6次后，产品收率仍可达59．8％．利用红外光谱、核磁共振对产品进行分析，结果显示，产品中无副产物，纯度较高．     

尿素甲醇均相催化合成碳酸二甲酯的新方法

研究了以尿素和甲醇为主要原料，用含甲氧基金属有机催化剂和高沸点供电子型溶剂合成碳酸二甲酯的新方法。结果表明，该反应的最优条件为：甲醇与尿素进料比为2，4（物质的量之比），溶剂与尿素质量比为1．0，催化剂用量为0.1mol／L，反应温度为165～175℃，反应压力小于2．0MPa，甲醇补充流速为4mL／min，反应时间为10h。在最优反应条件下，碳酸二甲酯收率超过80％。与已有的碳酸二甲酯合成方法相比，该方法具有转化率高、成本低、不腐蚀设备、工艺路线简单等优点。     

碳酸二甲酯作为甲基化试剂的密度泛函理论研究与应用

采用B3LYP交换相关势和6-31G(d,p)基组,通过密度泛函理论(DFT),在Tomasi‘s PCM模式下优化了碳酸二甲酯的结构,计算了其电荷密度分布、重叠集居数.根据计算结果选择了合适的反应条件,讨论了碳酸二甲酯作为甲基化试剂,与酚类物质及苯胺类物质发生反应的可能机理,为碳酸二甲酯作为甲基化试剂在有机合成方面的应用提供了有益的理论参考.在实验室条件下,以适当的Lewis酸为催化剂,由碳酸二甲酯与对苯二酚在极性溶剂中反应合成了对羟基苯甲醚,总收率高于文献值,理论推导与实验结果吻合良好.     

固体碱催化剂上碳酸甲乙酯的洁净合成

制备了氧化镁、氧化钙及镁铝复合金属氧化物3种固体碱催化剂，对不同温度下3种催化剂上碳酸二甲酯与碳酸二乙酯酯交换合成碳酸甲乙酯反应的催化性能进行了考察，并推测了固体碱催化剂上碳酸二甲酯与碳酸二乙酯酯交换合成碳酸甲乙酯的反应机理．结果表明，镁铝复合金属氧化物对该反应具有最优的催化活性，在回流温度下、反应时间为4h、碳酸二甲酯与碳酸二乙酯摩尔比为1：1的条件下，碳酸甲乙酯收率可达45．8％．采用X射线衍射，CO2程序升温脱附对催化剂进行表征．X射线衍射谱图显示镁铝复合金属氧化物中以MgO、Al2O3晶相为主，同时存在少量的MgAl2O4物种．CO2程序升温脱附曲线表明酯交换反应主要在弱碱活性住上进行．     

ZnO-TiO2-SiO2复合催化剂作用下碳酸二甲酯的合成

通过溶胶-凝胶法制得了复合催化剂ZnO-TiO2-SiO2,采用XRD和FT-IR进行了表征,并对其催化合成碳酸二甲酯(DMC)的活性进行了测试.结果表明,ZnO-TiO2-SiO2催化剂在焙烧温度为350 ℃,催化剂用量为反应体系总质量的2%,反应时间为6 h,反应温度为160 ℃,甲醇与尿素摩尔比为14时,DMC的最高收率为12.3%.     

镁铝复合氧化物催化氨基甲酸甲酯和甲醇合成碳酸二甲酯

以水滑石为前躯体,经煅烧制备了具有不同Mg/Al摩尔比的镁铝复合氧化物,借助TG和XRD对水滑石前躯体和氧化物分别进行了结构表征.然后,以这些复合氧化物为催化剂,在反应釜中催化氨基甲酸甲酯和甲醇合成了碳酸二甲酯(DMC).催化测试结果表明,当起始Mg/Al摩尔比为3时,催化效果最好.同时,优化了反应温度、反应时间和催化剂用量等反应条件对反应的影响.条件试验结果表明,当反应温度为190oC,反应时间为9 h,催化剂用量为0.5g时,DMC收率可以达到27.1%.催化重复性实验表明,所开发的镁铝复合氧化物催化剂,催化重复使用稳定性较好.     

苯氨基甲酸甲酯(MPC)的合成研究

对碳酸二甲酯(DMC)和苯胺(AN)反应生成MPC的合成工艺过程和条件进行了研究.对进料方式进行了改进,就体系反应物料配比的大小、反应时间、反应温度等因素和条件对合成MPC的影响进行了详细研究,结果发现以CSX为催化剂,在150℃,n(DMC)∶n(AN)=5∶1的开放体系中反应3 h,MPC的收率可达94.06%,选择性为96.41%.     

甲醇液相氧化羰基合成碳酸二甲酯研究

研究了不同反应条件下甲醇液相氧化碳基合成碳酸二甲酯工艺条件，使用ＣｕＣｌ催化剂时，在１１０℃及１．０－１．５ＭＰａ压力下，甲醇转化率为５．９％，甲醇对ＤＭＣ选择性大于９９％。还研究了反应温度、压力、化学组分等因素对合成反应转化率及收率的影响。     

Ce0.4Zr0.6O2催化超临界二氧化碳与甲醇直接合成碳酸二甲酯的研究

以Ce0.4Zr0.6O2作催化剂,二氧化碳与甲醇为反应物,在超临界条件下直接合成碳酸二甲酯。通过正交试验及单因素实验方法,对反应温度、反应压力以及反应时间等反应条件进行了优化。结果表明,碳酸二甲酯的最佳合成条件:当催化剂铈锆固溶体(Ce0.4Zr0.6O2)与甲醇用量比气相色谱-质谱联用为1∶50(体积比)时,反应温度为180℃,反应压力为9.5MPa,反应时间为8h。在此最佳条件下,用气相色谱-质谱联用法测得碳酸二甲酯的产率为7.48%。     

炔硒醚的磷氢化反应

在催化剂氢氧化铯存在下,DMF做溶剂,室温、空气氛围中亚磷酸二乙酯与炔硒醚不是发生预期的加成反应,而是还原断裂Se-CsP键,得到相应的端炔和磷酸硒酯,收率89%~95%.考察了与炔及硒相连的取代基对反应的影响,结果表明,取代基的电性对反应没有明显的影响.反应机理为氢氧化铯与亚磷酸二乙酯反应生成的(EtO)2P-(O)Cs+亲核进攻炔硒醚中的Se生成磷酸硒酯和RC≡C-Cs+,RC≡C-Cs+随后水解得到RC≡CH,同时形成催化剂氢氧化铯.本方法为断裂Se-CsP提供了一条新的简便且有效的路径.     

含氮配体对气相氧化羰化合成碳酸二甲酯的影响

研究不同含氮配体对气相氧化羰化合成碳酸二甲酯负载铜催化剂性能的影响,筛选出催化性能好、稳定性高的含氮配体.实验结果表明,吡啶的催化剂效果最好.从30 h稳定性实验结果看:甲醇的转化率为28.3%、DMC选择性97.3%、时空收率为165.3 g/(kg·h);催化剂反应10 h达到活性最高,较以前8 h有明显改善;催化剂活性开始下降的时间也由15 h延长到18 h.     

镧化合物催化酯交换合成碳酸二乙酯

以碳酸二甲酯(DMC)与乙醇进行酯交换法合成碳酸二乙酯(DEC),并考察不同催化剂、催化剂用量、反应时间、反应配比、催化剂重复性使用对反应的影响。结果表明,无水硝酸镧催化碳酸二甲酯与乙醇的酯交换反应具有优良的活性;当反应温度为76~80℃,乙醇与DMC摩尔比为8∶1,催化剂用量占DMC量的0.7%(摩尔分数)时,反应7h后DMC的转化率为86.0%,碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯(EMC)的产率分别为59%和26.5%,酯交换反应的选择性为99.4%;催化剂无水硝酸镧在重复使用5次后仍具有很好的催化活性。     

一步法合成碳酸二甲酯的研究

采用活性炭负载无机碱金属氢氧化物,制备新型负载催化剂,实现由二氧化碳、甲醇和环氧丙烷一步法合成碳酸二甲酯,并重点研究了反应条件对催化剂性能的影响.结果表明,以活性炭为载体,氢氧化钠为前驱体,负载量15 %,焙烧温度为600 ℃,反应初始压力为4 MPa的反应条件下甲醇和环氧丙烷的转化率分别为28.1 %和99.9 %,碳酸二甲酯(DMC)和丙二醇(PG)的选择性达到最高,分别为39.8%和40.5%.     

超临界CO2直接合成碳酸二甲酯

考察了在高压反应釜中,以镁为催化剂,甲醇与CO2直接合成碳酸二甲酯的工艺过程。通过单因素试验和正交试验的研究,结果表明:合成碳酸二甲酯各因素的影响顺序为反应温度>反应时间>反应压力,最佳合成条件为反应温度180℃,反应时间7h,反应压力7.5MPa。     

负载CuCl_2催化剂上甲醇气相氧化羰化制碳酸二甲酯的研究

经胺基官能团化介孔分子筛负载型CuCl2催化剂,表现出较高的甲醇转化率和碳酸二甲酯(DMC)收率以及较好的催化剂寿命.采用XRD、XPS和BET等对催化剂的体相结构和表面物种进行研究表明:(1)所合成介孔分子筛具有2～4nm的规整孔通道,足以容纳胺基官能团和CuCl2物种,同时留下供反应分子扩散和反应的适度空间,产生足够高的反应活性;(2)CuCl2与胺基之间存在的配位作用,有利于稳定活性中心铜离子,并使在甲醇气相氧化羰化制碳酸二甲酯反应条件下Cu(II)/Cu(I)之间的"氧化 还原"过程易于进行.