介孔聚离子液体催化山梨醇脱水反应研究

Isosorbide which is produced by the dehydration of sorbide, can be extensively useful in the preparation of pharmaceuticals, cosmetics and synthetic polymer industries. It is a renewable platform chemical of consideration importance in future. The tradition process using liquid acids have drawbacks such as difficults in product separation, corrosion hazard for the reactors and environmental pollution of the waste acid. Meanwhile, the solid acid catalysts could not meet the requirements it terms of activity and selectivity. In this project, a new acidic mesoporous poly(ionic liquid) was designed and synthesized, and applied in the high efficient produce of isosorbide by dehydration of sorbide. Fluoro-functionalized sulfoacidic group was introduced in IL to improve acidic and hydrophobicity. The relation between catalytic performances and the properties of catalysts: acidity, hydrogen-bond, will be systematically investigated. Experimental measurement, characterization of catalyst and theoretical calculation were combined to study the dehydration catalysed by MPILs. Reaction conditions will be carefully screened to develop efficient catalytic system. This research will provide the foundation for developing efficient，mind and green process of isosorbide.

异山梨醇是山梨醇的二次脱水产物，是非常重要的 “平台型”可再生化工产品，在药物、化妆品以及合成聚合物工业中有着广阔的应用。传统生产中采用浓硫酸工艺存在诸多弊端，而固体酸催化在催化活性及选择性上仍难以满足生产需要。针对这些不足，本项目通过设计、合成新型酸性介孔聚离子液体催化剂，研究山梨醇高效脱水制备异山梨醇的体系：在催化剂中引入氟碳官能化的磺酸基团以增强催化剂的酸度以及疏水性；通过对催化剂结构以及合成方法的调控，在酸度、氢键作用、孔径结构以及疏水性等方面实现催化剂的可控制备，并研究这些因素对反应的影响规律及协同效应；综合实验结果、催化剂表征及量化计算，探究介孔聚离子液体催化山梨醇脱水的反应机制；基于热力学和动力学研究，构建高效、高选择性的山梨醇脱水体系。本项目将为高效、温和及绿色制备异山梨醇的新工艺开发提供重要的理论基础和实践指导，同时对脱水反应共性问题有借鉴意义。

异山梨醇是山梨醇的二次脱水产物，是非常重要的 “平台型”可再生化工产品，在药物、化妆品以及合成聚合物工业中有着广阔的应用。传统生产中采用浓硫酸工艺存在诸多弊端，而固体酸催化在催化活性及选择性上仍难以满足生产需要。本研究研究了基于离子液体的均相以及非均相催化剂，建立了催化山梨醇脱水环化制备异山梨醇的高效、绿色反应体系。在均相反应体系研究中，设计、合成了系列离子液体催化剂，研究了酸性离子液体催化山梨醇脱水反应的构-效关系，提出山梨醇脱水反应选择性和反应速率有两方面的影响因素：离子液体质子化能力（AN值）和稳定性（-SO3H官能团中O-H键的强度），实现了离子液体催化剂的循环使用，并建立了两种动力学反应模型。在非均相反应体系的研究中，采用简洁的方法制备了介孔聚离子液体催化材料，研究催化剂构-效关系,，在优化条件下催化反应可达到99%转化率及83%产率，揭示了介孔聚离子液体材料的催化循环机理，通过循环实验证明了催化剂具有良好的循环实用性。基于均相反应研究结果，开发离子液体催化连续化异山梨醇制备技术，完成了公斤级连续化异山梨醇制备实验，并对工艺及流程进行模拟验证，目前正在进行1千吨/年山梨醇脱水制异山梨醇的工艺包开发。本项目的实施为高效、温和及绿色制备异山梨醇的新工艺开发提供重要的理论基础和实践指导。