浅析离子金属官能化离子液体合成及催化性能

论文导读：非质子极性溶剂、二次锂电池的电解质、制药和精细化学工业的中间体，同时也可用作聚碳酸酯和聚氨酯的合成原料。由此，设计开发低成本、合成办法简单、稳定且高效的催化系统不仅对此反应历程探讨具有重要的学术作用，而且为环状碳酸酯的工业化生产提供了基础数据。本论文通过无机酸与N-基化合物季铵化合成了质子酸离子液体，并通
摘要：从二氧化碳为主的温室气体对全球环境的影响日益加剧，同时二氧化碳作为C1资源具有经济廉价、无毒环保、来源广泛和储量丰富的优点，由此化学固定二氧化碳合成精细化学品受到了全世界的广泛关注。通过二氧化碳和环氧化合物合成五元环状碳酸酯是目前CO_2资源化使用的有效途径之一，100%的原子经济性完美的阐释了绿色化学的可持续进展理念；产物环状碳酸酯是高价值的精细化学品，可用作非质子极性溶剂、二次锂电池的电解质、制药和精细化学工业的中间体，同时也可用作聚碳酸酯和聚氨酯的合成原料。由此，设计开发低成本、合成办法简单、稳定且高效的催化系统不仅对此反应历程探讨具有重要的学术作用，而且为环状碳酸酯的工业化生产提供了基础数据。本论文通过无机酸与N-基化合物季铵化合成了质子酸离子液体，并通过FT-IR、NMR、ESI-MS等手段对离子液体的结构进行表征，使用紫外-可见光谱法对离子液体的酸性进行了测定，探讨了离子液体的结构、酸性对其催化性能的影响，并对反应工艺条件进行了优化。在最优反应工艺条件下（[HMim]Br利用量为1mol%，反应温度为120℃，反应压力为1.5MPa，反应时间为2.0h），碳酸丙烯酯的收率可从达到94.5%。采取制备金属羧酸盐结构的办法将Lewis酸金属引入离子液体中合成了金属功能化离子液体催化剂，使之同时具有Lewis酸中心（金属）与Lewis碱中心（卤素），通过两者的协同意义催化二氧化碳与环氧化合物环加成反应制备环状碳酸酯。在最优反应条件下，碳酸丙烯酯的选择性高于98%，收率为91.9%，转化频率可达612h~(-1)。通过共价键键合的办法，将金属官能化离子液体固载至高度交联的氯化聚苯乙烯树脂（氯球）载体上，制备同时具有Lewis酸中心与Lewis碱中心的固载型催化剂。针对固载型金属官能化离子液体具有极好的稳定性这一优势，将催化剂进一步运用于微型固定床反应器中催化环氧氯丙烷与二氧化碳反应，结果表明在空速为1.0h~(-1)，反应温度为120℃，反应压力为2.0MPa反应条件下连续反应120小时，色谱收率保持稳定，为实现大规模工业化运用奠定了基础。关键词：金属官能化离子液体论文固载化离子液体论文二氧化碳论文环状碳酸酯论文
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Abstract6-12
第1章 绪论12-29

1.1 课题探讨背景12-13

1.2 文献综述13-26

1.2.1 金属配合物13-18

1.2.2 离子液体18-21

1.2.3 均相催化剂多相化21-26

1.3 文献总结及课题设计思路26-29

1.3.1 文献总结26-27

1.3.2 本课题来源27

1.3.3 本课题主要探讨内容27-28

1.3.4 课题探讨创新之处28-29

第2章 实验部分29-38

2.1 实验试剂和仪器29-30

2.

1.1 实验原料与试剂29-30

2.

1.2 实验仪器30

2.2 离子液体的合成30-34

2.1 质子酸离子液体的合成30-31

2.2 金属官能化离子液体的合成31-32

2.3 固载型金属官能化离子液体的合成32-34

2.3 离子液体的表征办法34-35

2.3.1 傅里叶变换红外光谱分析34

2.3.2 核磁共振分析34-35

2.3.3 Hammett酸函数的测定35

2.3.4 有机质谱仪分析法35

2.3.5 原子吸收光谱分析35

2.3.6 元素分析35

2.4 离子液体催化合成环状碳酸酯35-36

2.4.1 二氧化碳与环氧化物的偶联反应35-36

2.4.2 产物定量及定性分析36

2.5 本章小结36-38

第3章 质子酸离子液体催化合成环状碳酸酯探讨38-56

3.1 质子酸离子液体的结构及表征38-44

3.

1.1 FT-IR红外光谱分析38-39

3.

1.2 核磁共振表征39-40

3.

1.3 质谱表征40-42

3.

1.4 Hammett酸函数的测定42-44

3.2 离子液体结构对催化活性的影响44-47

3.3 从质子酸离子液体为催化剂时反应工艺条件的优化47-51

3.1 离子液体用量的影响47-48

3.2 反应温度的影响48-49

3.3 反应压力的影响49-50

3.4 反应时间的影响50-51

3.4 离子液体催化不同反应底物合成环状碳酸酯51-52

3.5 离子液体的循环利用性能52-53

3.6 反应机理的推测53-54

3.7 本章小结54-56

第4章 金属官能化离子液体催化合成环状碳酸酯探讨56-71

4.1 金属官能化离子液体的结构及表征56-59

4.

1.1 FT-IR红外光谱分析56-57

4.

1.2 核磁共振57-59

4.2 金属论文导读：间发表的论文111上一页12
官能化离子液体的结构对其催化性能的影响59-63
4.

2.1 金属官能化离子液体的催化活性60-62

4.

2.2 不同酸中心对催化活性的影响62-63

4.3 反应工艺条件对金属官能化离子液体催化活性的影响63-66
4.

3.1 催化剂用量的影响63-64

4.

3.2 反应温度的影响64-65

4.

3.3 反应压力的影响65-66

4.

3.4 反应时间的影响66

4.4 金属官能化离子液体催化环氧化合物与二氧化碳偶联66-68

4.5 金属官能化离子液体的循环利用68-69

4.6 金属官能化离子液体催化可能的反应机理69-70

4.7 本章小结70-71

第5章 固载型金属官能化离子液体催化合成环状碳酸酯探讨71-86

5.1 固载型金属官能化离子液体的结构表征及负载量测定71-73

5.

1.1 固载型金属官能化离子液体的结构表征71-72

5.

1.2 固载型金属官能化离子液体负载量测定72-73

5.2 固载型金属官能化离子液体的结构对其催化性能的影响73-76
5.

2.1 Lewis 酸与离子液体的摩尔比对催化合成环状碳酸酯的影响73-74

5.

2.2 离子液体的结构对催化合成环状碳酸酯的影响74-76

5.3 反应工艺条件对固载型金属官能化离子液体的催化性能的影响76-80
5.

3.1 催化剂用量的影响76-77

5.

3.2 反应温度的影响77-78

5.

3.3 反应压力的影响78-79

5.

3.4 反应时间的影响79-80

5.4 固载型金属官能化离子液体催化二氧化碳与不同环氧底物合成环状碳酸酯80-81

5.5 固载型金属官能化离子液体的稳定性考察81-83

5.6 固载型金属官能化离子液体催化可能的反应机理83-84

5.7 本章小结84-86

结论86-88
参考文献88-97
附录97-109
致谢109-111
攻读学位期间发表的论文111