常压条件下CO2 与环氧化物的高效催化环加成反应：可持续合成环状碳酸酯的新策略

本研究针对CO2 高稳定性导致的转化难题，开发了由卤化碱金属盐与叔胺组成的均相催化体系，在常压条件下实现环氧化物与CO2 的高效环加成反应（产率>90%）。该体系无需溶剂和高压条件，为CCU（碳捕集与利用）技术提供了绿色合成路径，对开发环保型聚合物前体具有重要意义。

　　

随着工业革命以来大气CO₂
浓度从300 ppm飙升至420 ppm，开发高效碳固定技术成为应对气候变化的迫切需求。尽管CO₂
作为无毒、廉价的C1资源可替代光气等剧毒化学品，但其热力学稳定性（ΔH_f
⁰
=-396 kJ·mol^-1
）导致转化需要苛刻条件。环状碳酸酯作为锂离子电池电解质和绿色溶剂前体，传统合成需200°C和150 atm高压，亟需开发温和高效的催化体系。

德国研究人员在《Journal of CO2 Utilization》发表研究，通过卤化碱金属盐（LiBr等）与叔胺（如N,N-二甲基苄胺C6）构建催化系统，在常压（1 bar）、130°C条件下实现环氧化物与CO₂
的环加成。研究采用核磁共振（NMR）动力学监测、密度泛函理论（DFT）计算和电喷雾高分辨质谱（ESI-HRMS）等技术，发现原位生成的两性离子（IM1/IM2）是催化关键，其中Li⁺
活化环氧环、Br^-
亲核进攻的协同机制使活化能降至70.1 kJ·mol^-1
。

催化剂筛选与优化
通过21种卤化碱金属盐与8种叔胺组合筛选，发现LiBr与C6（1:1摩尔比）效果最优。小阳离子（Li⁺
）与大阴离子（Br^-
）组合显著提升催化活性，脂肪胺比芳香胺更具优势。控制实验证实不含羟基的C6可避免锂离子被醇氧基络合失活。

中间体作用机制
合成中间体IM1（C6-环氧加合物）和IM2（水解产物）进行对照实验，发现IM2催化效率更高（反应速率：IM2 > C6:LiBr > IM1）。DFT计算显示IM2参与的反应路径全部放能（ΔG=-29 kJ·mol^-1
），而IM1路径存在12 kJ·mol^-1
能垒。

底物普适性验证
在9种单环氧化物和4种双环氧化物测试中，末端环氧基化合物（如丁基缩水甘油醚1a）转化率>86%，选择性>92%。但二/三取代的内环氧化物（如环己烯氧化物1h）因位阻效应无法反应。双环氧化物（如聚乙二醇二缩水甘油醚3b）可高效转化为聚羟基聚氨酯（PHU）前体。

该研究突破了传统高压合成的限制，开发的催化体系具有工业化潜力：原料廉价易得（LiBr价格<0.1美元/克）、反应条件温和（常压）、无需溶剂分离。所获环状碳酸酯可直接用于环保聚合物合成，为CO₂
资源化利用提供了新思路。值得注意的是，催化剂残留不影响后续胺加成反应，实现了从CO₂
到高附加值产品的无缝转化。这种"原子经济性"策略为碳中和目标下的绿色化学合成树立了典范。