关键词:
二氧化碳
氮杂环丙烷
噁唑烷酮
碳酸二甲酯
酯交换
摘要:
二氧化碳是温室效应的主要来源,也是自然界中储量最丰富的C1资源。无论从环境保护还是资源利用的角度考虑,二氧化碳固定和化学转化的研究都具有重要意义。以二氧化碳为原料合成有用的化合物,如环状碳酸酯、噁唑烷酮、碳酸二甲酯等,就是采用环境友好的化学方法固定二氧化碳的一些重要途径,体现了绿色有机合成的研究方法。
噁唑烷酮在医药、有机合成和实际生产中有着广泛的用途,是具有重要应用价值的五元环化合物。氮杂环丙烷类化合物和二氧化碳原子经济性地合成噁唑烷酮不仅是化学固定二氧化碳的有效方法,更是高效、高选择性的合成噁唑烷酮的重要方法之一。目前,该方法的研究主要集中在单组分或双组分的均相催化领域,而操作方法简单、催化剂可回收再利用的非均相催化体系并未见报道。氧氯化锆在空气中对湿气稳定,无毒、价廉,对广泛的有机反应具有高效的催化活性。研究表明,ZrOCl2·8H2O在5%催化剂当量下可高效地(产率86-97%)催化一系列氮杂环丙烷化合物和CO2在2 h、373 K、6 MPa、无溶剂的条件下反应生成相应的5-芳基-2-噁唑烷酮。该催化剂能回收利用至少五次而不丧失任何催化活性。我们提出了反应机理,并设计实验得到合理的实验数据支持。
碳酸二甲酯作为“绿色”化工产品,因其具有-CO、-CH3、-CH3O等活性基团,可作为羰基化试剂、甲基化试剂、甲氧基化试剂广泛用于有机合成中。工业上合成碳酸二甲酯的传统光气法由于不符合绿色化学的原则,逐渐被以CO2为原料的“两步法”酯交换所代替。然而,中间体环状碳酸酯的分离及纯化等工艺使得“两步法”的生产成本大大提高;旨在避免分离和纯化中间体的“一步法”工艺却遭遇了严重的原料环氧化物醇解副反应。本文将由天然高分子制备的固体催化剂——壳聚糖季铵盐用于“连续法”合成碳酸二甲酯,这种单组分催化剂可同时催化环氧乙烷和CO2环加成、碳酸乙烯酯与甲醇酯交换两步反应,可省去中间产物碳酸乙烯酯的分离、纯化过程。该催化剂可方便地从反应体系中过滤回收,至少利用五次而不丧失催化活性。这种环境友好的单组分、双功能催化剂与现有的两种相互独立的均相催化体系相比,具有明显的优势。