离子液体中多种物质耦合促进二氧化碳转化合成酸类、酯类物质的研究

CO2是最主要的温室气体，也是一种优良的C1资源，它具有储量丰富、无毒、便宜易得等优点，其作为原料转化为有价值的化学品具有节约资源和保护环境的双重意义。如何实现CO2的高效化学转化利用是国内外普遍关注的重大难题。本项目将在离子液体的设计、合成及筛选的基础上，对不同离子液体中多种高能量物质（环氧烷、尿素等）与CO2反应合成甲酸、甲酸甲酯、碳酸酯进行深入研究。利用离子液体/超临界CO2体系的特性和高能量物质的特性突破反应的热力学限制。深入研究离子液体的结构和性质、高能量物质的种类和性质，催化剂的性质、体系的组成、压力、温度、体系的相行为等对转化率和选择性的影响规律和机理，探索CO2高效化学转化的新途径，优化反应和分离条件，揭示离子液体、超临界CO2、高能量物质、催化剂之间的耦合及协同效应规律，这是物理化学与绿色化学相互交叉的重要课题，具有重要的理论和实际意义

CO2是最主要的温室气体，同时又是一个重要的C1源，它的转化具有重要意义。CO2作为C的最高氧化态，能量低，许多CO2参与的反应受到热力学的限制。离子液体作为一种绿色溶剂，具有不挥发和可设计等许多独特性质。本项目提出了一个促进热力学受限反应进行的方法：反应物之一与离子液体反应生成能量相对较高的中间产物，由于离子液体不挥发，在反应过程中移除反应的一种产物来提高反应的转化率，减少了能量消耗；中间产物再与另一种反应物反应，得到最终产物，同时离子液体得到再生。本项目成功地将此方法用于邻二醇离子液体促进从尿素和甲醇合成碳酸二甲酯，可使产率提高几十倍；此方法用于邻二醇离子液体促进CO2、氢和甲醇合成甲酸甲酯，可使产率提高近10倍。离子液体成本较高，广泛应用受到限制，本项目合成了邻二醇功能化的聚乙二醇来代替离子液体用上述方法能够大幅度提高从尿素、醇合成碳酸烷基酯的产率，聚乙二醇可以重复使用。本项目研究表明负载的金纳米催化剂可以在较温和的条件下有效地催化CO2、氢和甲醇合成甲酸甲酯，金/二氧化锆催化性能最高，金纳米离子的大小对其催化性能影响较大，小于2纳米的金催化活性高，反应不需要添加碱性助剂。采用耦合法，一步转化CO2、甘油、环氧丙烷为甘油碳酸酯、丙二醇，碱金属卤化物可有效催化此反应，反应活性顺序为：碘化物>溴化物>氯化物，羟基物质具有助催化作用；研究了此反应的相关机理。本项目对CO2合成喹唑啉二酮、恶唑酮类物质进行了研究，水、离子液体、氯化胆碱可以有效催化从CO2与氨基苯甲腈反应合成喹唑啉二酮；离子液体、特别是质子性离子液体可以有效促进常压CO2在温和的温度下与炔丙基胺反应合成恶唑酮及其衍生物，并对反应机理进行了系统研究。本项目在Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.、Green. Chem.、Pure Appl. Chem. 等刊物上发表论文13篇，申请专利2项。培养博士2名、博士后1名、在读博士2名。