本发明属于离子液体金属配合物催化材料合成，具体内容是通过金属配位反应制备一种含咪唑基离子液体和嘧啶环salen金属配合物材料及其在二氧化碳催化转化中的应用。
背景技术：
1、全球经济飞速发展，化石燃料的需求量也越来越大。目前全球能源每年总消耗量已经远超15tw(1.5×1010kw)，预计在2050年和2100年将分别达到23tw和45tw。化石燃料的过度使用带来能源危机的同时，也排放了大量的二氧化碳(co2)，大气中的co2约占大气总量的0.04％。co2排放量的不断攀升是导致全球变暖主要因素，随着全球气温的上升，导致冰川融化，海平面上升，极端天气现象等，造成了巨大的经济损失，且威胁到人类的生存，因此，减少co2的排放是亟待解决的问题。除了开发清洁能源以外，研究人员正在寻求将co2转化成为高值化学品，实现对co2的捕集和高效利用。
2、co2是一种价格低廉、无毒、不易燃、生物可再生、含量丰富的c1资源，可作为有机合成的基础材料，co2的循环再利用是当前研究的热点。以co2与环氧化合物环加成反应生产环状碳酸酯被认为是高效利用co2重要途径，该工艺的原子利用率高，符合绿色化学的要求。碳酸丙烯酯作为一种广泛应用的环状碳酸酯，以碳酸丙烯酯为原材料的电解质具有宽的工作温度、高的氧化稳定性、高的能量密度、长的寿命、良好的低温和高温性能，成为锂离子电池的潜在候选材料。此外，环碳酸酯被广泛用作极性非质子溶剂以及制药和精细化学品生产的中间体。以co2为原料合成环状碳酸酯的路线有以下几种：丙二醇-光气法、丙二醇-co2法、环氧丙烷-co2环加成法。co2环加成法为加成反应，其过程的原子经济性理论上可以达到100％，更为符合绿色化学的要求。
3、由于co2的空间构型是直线型，其处于基态时分子能量很低，化学性质稳定，具有热力学稳定性和动力学惰性，活化非常困难。因此，co2转化通常需要较高的活化能和苛刻的反应条件如高温和高co2压力。为了能使co2转化反应能在相对温和的温度和压力条件下进行，设计合成一种新型高效的催化剂成为了当前的研究热点。已经研发出的催化剂大多都具有不足之处，例如：金属氧化物往往需要助催化剂且遇水容易分解，离子液体催化剂不容易回收，碱卤化物催化剂的活性中心易丢失。金属配合物催化剂具有较高的活性、稳定性和较高的活性位点的可调性，可以赋予其特定的功能，近年来受到了广泛的关注。
4、本发明设计了一种含咪唑基离子液体和嘧啶环salen金属配合物材料，在较温和的温度压力条件下得到了较高的转化率和碳酸丙烯酯收率。因为离子液体是一种均相催化剂，所以反应结束后产物很难从反应体系中分离出来，而salen金属配合物材固载了离子液体，使得催化剂为固相，为调节催化剂结构和催化活性位点提供了平台。环氧丙烷-co2环加成法是以co2和环氧化物为反应物通过加成反应生成环状碳酸酯，本发明设计salen金属配合物材料作为催化剂的优势在于能对活化co2和环氧化物开环两个步骤起到协同催化作用，这是因为卤素阴离子对开环步骤有很好的催化效应，配位的金属离子对于活化co2并形成金属氧中间体同样具有很好的催化效果，协同效应进一步提高催化效果。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于通过制备一种含咪唑基离子液体和嘧啶环salen金属配合物材料及其在较为温和条件下，催化环氧丙烷-co2环加成法合成碳酸丙烯酯。
2、为实现上述的发明目的，本发明采用以下技术方案：
3、一种含咪唑基离子液体和嘧啶环salen金属配合物材料：利用卤代化合物和含咪唑基化合物合成含咪唑基离子液体mil，该离子液体再和4，5-二氨基嘧啶通过氨醛缩合反应生成salen配体mil-salen，通过配位反应将金属离子与salen配体结合最终生成嘧啶环salen金属配合物mmil-salen。具体合成步骤：
4、(1)称取含醛基化合物、氢溴酸和多聚甲醛，混合后在适宜温度下充分搅拌，待反应完成后，洗涤萃取，得到含卤素阴离子的卤代化合物3-溴甲基-5-叔丁基-水杨醛。
5、(2)将卤代化合物3-溴甲基-5-叔丁基-水杨醛溶解于有机溶剂中，配置成溶液a；将含咪唑基的化合物加入到溶液a中，在适宜温度下充分搅拌，待反应完成后，过滤洗涤干燥，得到含咪唑基离子液体mil。
6、(3)将含咪唑基离子液体mil溶于有机溶剂，配置成溶液b，将4，5-二氨基嘧啶加入到溶液b中，同时加入除水剂，在适宜温度下充分搅拌，反应完成后过滤洗涤干燥，得到双咪唑salen配体mil-salen。
7、(4)将双咪唑salen配体加入到有机溶剂中，配置成溶液c，将金属盐加入到溶液c中，在适宜温度下充分搅拌。待反应完成后，在吸附剂垫层上过滤干燥。得到嘧啶环salen金属配合物mmil-salen。
8、步骤(1)中含醛基化合物为5-叔丁基-水杨醛。
9、步骤(1)中适宜温度为50-80℃，搅拌时间为15-24h。
10、步骤(1)中含醛基化合物和氢溴酸的摩尔比为1.0:5.0-1.0:8.0、含醛基化合物和多聚甲醛的摩尔比为1.0:1.2-1.0:1.5
11、步骤(2)中卤代化合物为3-溴甲基-5-叔丁基-水杨醛。
12、步骤(2)中有机溶剂为乙腈。
13、步骤(2)中适宜温度为20-30℃，搅拌时间是20-30h。
14、步骤(2)中咪唑基的化合物和卤代化合物的摩尔比为1.0:1.0-1.5:1.0。
15、步骤(3)中有机溶剂为乙醇。
16、步骤(3)中除水剂为分子筛。
17、步骤(3)中适宜温度为20-30℃，搅拌时间是15-24h。
18、步骤(3)中含咪唑基离子液体和4，5-二氨基嘧啶的摩尔比为1.0:1.0-1.0:1.2。
19、步骤(4)中金属盐为无水氯化锰和无水乙酸钠。
20、步骤(4)中有机溶剂为二氯甲烷。
21、步骤(4)中适宜温度为20-30℃，搅拌时间为36-50h。
22、步骤(4)salen配体和无水氯化锰的摩尔比为1.0:1.0-1.0:1.05，和无水乙酸钠的物质的量的比为1.0:1.8-1.0:2.3。
23、步骤(4)中的吸附剂为硅藻土。
24、本发明将双功能嘧啶环salen金属配合物材料作为催化剂应用于二氧化碳与环氧丙烷环加成合成碳酸丙烯酯的反应中，具体操作：将环氧丙烷和双功能salen金属配合物材料都加入高压反应釜中，充入0.5-2.5mpa的过量co2，在反应温度为80-160℃，搅拌反应1-5h，最终得到产物碳酸丙烯酯。
25、本发明的有益效果在于：
26、通过共价键和配位键，将离子液体lewis碱位点和金属中心lewis酸位点同时固定在在配合物材料中。该方法制备出来的配合物材料很好的解决了常规催化材料如金属氧化物等表面活性位点少且活性位点效果单一的问题。
27、离子液体带有卤素阴离子，而卤素阴离子作为lewis碱位点具有很好的开环性能。卤素阴离子攻击po上的c-o键，导致po被活化而开环进而形成氧负离子中间体。与此同时，金属中心作为lewis酸位点具有亲电能力，对co2有活化作用。co2是一种典型的热力学稳定的酸性分子，lewis酸亲电位点使co2分子由原本的线性变为几何形状弯曲。中间体上的氧负离子和离子液体都属于lewis碱，因此加大了氧负离子的亲核能力。由于金属中心的作用，此时co2已经属于弯曲不稳定状态，氧负离子更容易进攻co2上的碳正离子，导致c＝o双键变为单键，co2插入到了中间体中。由于离子液体对卤素阴离子静电吸引，c-br键断裂，形成更为稳固的c-o键，最终完成环闭合反应得到产物碳酸丙烯酯。
28、此外，该方法具有一定的普适性，多种含咪唑基离子液体和多种金属盐都能合成相应的功能化salen金属配合物材料。
29、当卤代化合物的叔丁基在3号位且卤素阴离子为br时，所制备的含咪唑基离子液体命名为3叔丁基mil，当卤代化合物的叔丁基tbu在5号位时且卤素阴离子为cl时，所制备的含咪唑基离子液体命名为mil-cl，当卤代化合物的叔丁基tbu在5号位时且卤素阴离子为br时，所制备的含咪唑基离子液体命名为mil，使用mil制备的salen配体和嘧啶环salen金属配合物材料的命名分别为mil-salen和mmil-salen，其中第一个m表示金属，第二个m表示咪唑，il表示离子液体”。
1.一种含咪唑基离子液体和嘧啶环salen金属配合物mmil- salen材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中含醛基的化合物为5-叔丁基水杨醛。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中适宜的温度为60℃ , 搅拌时间是15-24h，含醛基化合物和氢溴酸的摩尔比为1.0:5.0-1.0:8.0、含醛基化合物和多聚甲醛的摩尔比为1.0:1.2-1.0:1.5。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中卤代化合物为3-溴甲基-5-叔丁基-水杨醛；步骤（2）中有机溶剂为乙腈。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中适宜的温度为20-30℃，搅拌时间是20-30h，含咪唑基的化合物和卤代化合物的摩尔比为1.0:1.0-1.5:1.0。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中有机溶剂为乙醇，适宜温度为20-30℃，搅拌时间为15-24h，含咪唑基离子液体和4，5-二氨基嘧啶的摩尔比为1.0:1.0-1.0:1.2。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中的金属盐为无水氯化锰；有机溶剂为二氯甲烷。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中适宜温度为20-30℃，搅拌时间为36-50h，双咪唑salen配体和无水氯化锰的摩尔比为1.0:1.0-1.0:1.05。
9.根据权利要求1-6任一项所述的方法制得的双功能嘧啶环salen金属配合物材料。
10.如权利要求9所述的mmil- salen配合物材料的应用，其特征在于：将mmil- salen配合物材料作为催化剂应用于二氧化碳与环氧丙烷环加成生成碳酸丙烯酯的反应。
