新型功能化离子液体的合成及其在CO2催化反应中的应用

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二氧化碳(CO2)是主要的温室气体,同时也是一种廉价易得、安全无毒的C1资源,将其转化为高附加值的化学品,不论是从环境保护还是资源利用上,都具有重要的意义。功能化离子液体作为一类新型介质和催化剂,为实现 CO2在温和条件下(尤其是常温常压)的化学转化提供了新的契机。目前国内外学者对CO2的化学转化已经开展了大量的研究,但反应条件多存在高温或高压,工业化难度大,所以实现 CO2在温和条件下的化学转化仍是具有挑战性的课题。本论文通过构建功能化离子液体无金属催化体系,实现了常压温和条件下 CO2化学转化合成碳酸酯类化合物,主要研究内容和成果如下:  1.以四丁基膦羟基吡啶离子液体为催化剂,在常温常压无金属无卤素参与的条件下,实现了 CO2和环氧化合物反应合成环状碳酸酯,产率高达90%。机理研究表明,离子液体阳离子通过配位作用活化环氧底物,阴离子活化CO2,两者相互协同,最终导致产物生成。底物拓展研究也表明该催化体系具有很好的普适性。另外初步考察了底物为炔丙醇和邻氨基苯腈的反应,也均以较高产率获得了相应的产物。  2.设计合成了阳离子为四丁基膦,阴离子为甲基取代的新型咪唑类功能化离子液体(如[Bu4P][2-MIm]);核磁13C谱表明离子液体的阴离子能与常压 CO2作用生成氨基甲酸盐,从而有效地活化 CO2。以该离子液体为催化剂,在80℃,常压无溶剂条件下,实现CO2和炔丙醇类化合物反应生成α-亚烷基环状碳酸酯,产率可高达82%。机理研究表明,离子液体的阴离子活化CO2形成的氨基甲酸盐是关键的中间体,最终导致产物生成。另外该离子液体还催化合成了环状碳酸酯、苯并咪唑酮和喹唑啉-(1H,3H)-2,4-二酮类化合物等重要杂环化合物,普适性广,应用前景广泛。
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