[發(fā)明專利]離子液體催化劑及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111244383.3
• 申請(qǐng)日: 2021-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN116020553A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王迪;呂建剛;劉波;許烽;邵益;周海春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號(hào): B01J31/02
• 分類號(hào): B01J31/02;C07C69/708;C07C67/36
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;李盼

本發(fā)明涉及一種離子液體催化劑及其制備方法和應(yīng)用。所述離子液體催化劑的制備方法包括步驟：S11、使含有咪唑、環(huán)氧乙烷和溶劑的反應(yīng)體系反應(yīng)，得到反應(yīng)產(chǎn)物I；S12、使所述反應(yīng)產(chǎn)物I與烷基氯化物接觸，得到反應(yīng)產(chǎn)物II；S13、使所述反應(yīng)產(chǎn)物II與含有所述X的溶液接觸，得到包含離子液體催化劑的反應(yīng)產(chǎn)物III。本發(fā)明提供的離子液體催化劑在保證催化性能的前提下，還可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物與離子液體催化劑的直接分離和離子液體催化劑的循環(huán)再利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)合成領(lǐng)域，具體來講，是涉及一種離子液體催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

甲醛及其衍生物羰基化是C1化學(xué)的重要研究方向。該路線采用以煤、天然氣或生物質(zhì)為來源的甲醛及其衍生物為原料生產(chǎn)乙二醇，是現(xiàn)有乙二醇工藝重要的替代之一。羰基化產(chǎn)物之一甲氧基乙酸甲酯是極有價(jià)值的中間體，可用于手性胺類化合物的動(dòng)力學(xué)拆分、維生素B6及磺胺-5-嘧啶等的合成、作為離子液體催化劑用于聚合反應(yīng)中，也可以經(jīng)過加氫、水解制得乙二醇。

目前羰基化反應(yīng)有兩條路線，均相催化法和非均相催化法。傳統(tǒng)的均相法主要采用無機(jī)液體酸為離子液體催化劑，比如濃硫酸、氫氟酸、含氟磺酸等。DuPont在USP2152852和USP2285448中公開在200℃和90MPa的條件下以硫酸作為離子液體催化劑催化甲醛和CO羰基化反應(yīng)，將其用于乙二醇的商業(yè)化生產(chǎn)，于1968年停產(chǎn)。Chevron在USP3911003中公開以HF為離子液體催化劑，在22-50℃和6.89-13.78MPa的條件下進(jìn)行甲醛羰基化反應(yīng)。由于無機(jī)酸腐蝕性強(qiáng)、污染嚴(yán)重，投產(chǎn)不久后停產(chǎn)。專利CN201210205619.7、EP19820305617表明應(yīng)用強(qiáng)酸性在液態(tài)條件下催化甲縮醛羰基化生產(chǎn)甲氧基乙酸甲酯，存在產(chǎn)品難分離、液體酸腐蝕裝置等問題。開發(fā)的多種固體酸(如分子篩、雜多酸、離子交換樹脂等)雖然具有腐蝕性小、易分離的優(yōu)勢(shì)，但其催化活性和循環(huán)性能等方面仍有待提高。

由于無機(jī)酸離子液體催化劑污染嚴(yán)重，且甲醛液相羰基化反應(yīng)需要在高壓條件下進(jìn)行，離子液體催化劑和產(chǎn)品分離困難、分離成本高，并且存在腐蝕裝置等問題，開發(fā)新離子液體催化劑及新工藝成為甲醛羰基化的研究重點(diǎn)。離子液體，由于其本身所具有的許多傳統(tǒng)溶劑所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)及其作為綠色溶劑應(yīng)用于有機(jī)及高分子物質(zhì)的合成，越來越受到關(guān)注并應(yīng)用于一些羰基化反應(yīng)中，如在離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽體系中，以甲基苯磺酸和CF3SO3Ag為離子液體催化劑可合成乙醇酸甲酯。但在這類反應(yīng)體系中，仍存在產(chǎn)物選擇性不理想和離子液體催化劑分離回收困難的問題。如何有效結(jié)合均相酸離子液體催化劑活性高的優(yōu)點(diǎn)和非均相離子液體催化劑易于回收利用的特點(diǎn)開發(fā)新型離子液體催化劑，既保證傳質(zhì)效率，又可實(shí)現(xiàn)離子液體催化劑的簡(jiǎn)易分離回收，成為羰基化研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，提供了一種離子液體催化劑及其制備方法和應(yīng)用。例如，本發(fā)明的目的之一在于提供一種離子液體催化劑，在保證催化性能的前提下，還可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物與離子液體催化劑的直接分離和離子液體催化劑的循環(huán)再利用。又如，本發(fā)明的另一目的在于提供上述離子液體催化劑在合成甲氧基乙酸甲酯中的應(yīng)用，甲氧基乙酸甲酯收率高、不腐蝕反應(yīng)設(shè)備、羰基化溶劑和離子液體催化劑易于分離回收。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供了一種離子液體催化劑，所述離子液體催化劑的結(jié)構(gòu)如下：

式(I)中，n＝7～55，R₁選自C₁～C₆烷基，優(yōu)選為C₁～C₆的直鏈烷基，更優(yōu)選為C₃～C₅的直鏈烷基，X選自具有式(II)或式(III)中所示結(jié)構(gòu)的酸根離子中的一種或多種；