標(biāo) 簽：學(xué)科前沿
關(guān)鍵詞：離子液體 CO2 催化
近年來，人為排放的二氧化碳(CO2)使大氣中的CO2濃度不斷增加。因此，減少CO2排放量對于緩解氣候變化至關(guān)重要。為此，CO2捕集與儲存(CCS)被認(rèn)為是一種有效的CO2減排方法。然而，CCS存在吸收能力差、能量投入大的問題。同時，CO2被認(rèn)為是一種豐富的、廉價的、可再生的、無毒的碳源，是危險的一氧化碳和光氣的極佳替代物。所以許多研究致力于發(fā)展有效的利用CO2的方法和技術(shù)。在這方面，二氧化碳捕獲和利用(CCU)是一個受到關(guān)注的研究方向。與CCS相比，CCU策略可以避免CO2解吸步驟的能量輸入，并且對于將捕集的CO2轉(zhuǎn)化為有用的、有價值的化學(xué)物質(zhì)具有重要意義。
喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮類及其衍生物具有多種生物和藥理活性，可作為合成布那唑嗪、多沙唑嗪、哌唑嗪、澤那司他的關(guān)鍵中間體。然而傳統(tǒng)的合成路線，會使用如一氧化碳、光氣、氰酸鉀等有毒原料。所以從可持續(xù)發(fā)展和綠色化學(xué)的角度出發(fā)，將CO2化學(xué)固定在2-氨基苯腈類化合物上，實現(xiàn)喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮的合成具有巨大的潛力和優(yōu)勢。在過去的十年中，許多促進(jìn)這種轉(zhuǎn)化的催化系統(tǒng)被開發(fā)出來，但上述的大多數(shù)催化體系仍然存在一些缺陷，例如通常需要大量的能量投入(如高反應(yīng)溫度、高CO2壓力)和揮發(fā)性有機(jī)溶劑才能將CO2轉(zhuǎn)化為喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮類化合物。因此，開發(fā)綠色、高活性和多功能介質(zhì)以有效捕獲CO2并隨后在溫和條件下轉(zhuǎn)化為喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮就顯得至關(guān)重要。
基于上述情景，青島科技大學(xué)的劉猛帥等人將三唑離子液體作為催化劑，使用CO2與2-氨基芐腈合成了喹唑啉的衍生物。
圖1. 三唑催化劑與合成路線圖
（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）
圖2. 催化劑的篩選
（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）
研究人員對不同的催化劑進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)Triz和有機(jī)堿（例如TMG，DBU，DBN和[P4444]OH）單獨(dú)使用時，催化活性較低，而具有不同陽離子的基于三唑鎓的離子液體在相同的條件下表現(xiàn)出更高的催化活性。對于[HTMG] [Triz]，在50 °C時可提供95％的產(chǎn)物收率。[HTMG][Triz]與報道的[Ch][Im]和[HTMG][Im]催化劑相比，需要更短的反應(yīng)時間和更低的反應(yīng)溫度。
圖3.反應(yīng)條件對催化的影響
（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）
隨后研究人員以[HTMG][Triz]為催化劑，測試了反應(yīng)條件對喹唑啉-2,4（1H，3H）-二酮產(chǎn)量的影響。產(chǎn)品收率在很大程度上取決于40–50 °C范圍內(nèi)的反應(yīng)溫度，當(dāng)溫度升至50 °C時，產(chǎn)率提高至96％，同時CO2壓力與催化劑的量的變化對產(chǎn)率提升不大。對合成喹唑啉-2,4（1H，3H）-二酮的動力學(xué)圖研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品收率從最初的57％（2小時）增加到94％（6小時），當(dāng)反應(yīng)時間延長至7小時時，可獲得98％的產(chǎn)品收率。
圖4. 催化劑的循環(huán)測試
（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）
圖5. 與其它催化劑的對比
（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）
研究人員對[HTMG][Triz]循環(huán)性能進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)，該催化劑使用五次活性也不會顯著降低。[HTMG][Triz]的FTIR和1H NMR波譜測試發(fā)現(xiàn)觀察到再循環(huán)的[HTMG][Triz]的特征峰與新鮮催化劑幾乎相同，表明[HTMG][Triz]催化劑具有極好的穩(wěn)定性和可回收性。并且與其它催化劑相比，該催化劑具有反應(yīng)條件較為溫和，產(chǎn)率較高的優(yōu)點(diǎn)。
綜上所述，研究人員將三唑離子液體用于催化CO2與2-氨基芐腈及其衍生物合成喹唑啉衍生物，并且具有較高催化活性的同時還具有可重復(fù)使用的能力，有望將來應(yīng)用于工業(yè)上催化合成喹唑啉衍生物。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.9b07242
原文作者：
Fusheng Liu, Ran Ping, Yongqiang Gu, Penghui Zhao, Bin Liu, Jun Gao and Mengshuai Liu
DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b07242
