基于TBABr的低共熔混合物催化CO2 与环氧化物环加成反应的高效绿色合成策略

为解决CO2 资源化利用和绿色催化技术难题，研究人员开发了TBABr-甘油低共熔溶剂（DES）体系，用于高效催化CO2 与环氧化物的环加成反应。该体系在温和条件下实现高收率（>90%），并通过超临界CO2 （scCO2 ）实现产物分离与催化剂循环利用，为可持续化学工艺提供新范式。

　　

在全球碳中和背景下，如何将温室气体CO₂
转化为高附加值化学品成为研究热点。环状碳酸酯作为重要的化工中间体，传统合成依赖剧毒光气或苛刻反应条件，而CO₂
与环氧化物的环加成反应虽具100%原子经济性，却面临催化剂效率低、有机溶剂污染等问题。尽管离子液体（ILs）等绿色溶剂被广泛研究，但其高成本、复杂合成流程仍限制应用。

针对这一挑战，葡萄牙i3N研究所的Ana B. Paninho团队创新性地采用四丁基溴化铵（TBABr）与甘油（Gly）构建低共熔溶剂（DES），结合超临界CO₂
（scCO₂
）的双重功能（反应物/萃取剂），开发出高效、可循环的催化体系。相关成果发表于《The Journal of Supercritical Fluids》。

研究通过调控反应温度（80-120°C）、CO₂
压力（20-60 bar）和TBABr:Gly摩尔比（1:2至1:5），系统优化反应条件；利用气相色谱（GC）定量产物收率；采用scCO₂
萃取实现产物分离与催化剂回收。

实验结果显示：

1. 催化体系筛选：TBABr:Gly（1:5）在100°C、40 bar条件下，3小时内实现91%的碳酸丙烯酯收率，显著优于单一TBABr或其他HBD（如尿素）体系。
2. 底物拓展：该体系对环氧氯丙烷、苯基环氧乙烷等活性较高（收率>85%），但对空间位阻大的环己烯氧化物收率仅32%，揭示底物结构敏感性。
3. 机理验证：甘油的羟基通过氢键活化环氧化物氧原子，协同TBABr的Br^-
   促进开环，形成"氢键-亲核"双活化机制。
4. 循环经济：scCO₂
   萃取后催化剂可重复使用5次，活性保持90%以上，避免有机溶剂洗涤或高温蒸馏。

结论与意义：
该研究首次将TBABr-Gly DES与scCO₂
技术整合，实现"反应-分离"一体化。其创新性体现在：

1. 绿色化学：采用生物基甘油和廉价TBABr，符合绿色溶剂12项原则中的9项；
2. 过程强化：scCO₂
   既作反应物又作萃取介质，简化下游纯化步骤；
3. 工业潜力：温和条件（<120°C）和模块化设计易于放大，为CO₂
   化工提供新思路。

研究局限性在于对高空间位阻底物的普适性不足，未来可通过DES组分改性（如引入酸性位点）进一步优化。该成果为DES在碳捕集与利用（CCU）领域的应用开辟了新路径。