一种利用二氧化碳制备2-咪唑烷酮的方法

本发明涉及医药、农药与除醛剂等精细化学品，具体涉及一种利用二氧化碳制备2-咪唑烷酮的方法。

背景技术：

1、2-咪唑烷酮是一种有机化合物，又称乙烯脲，环亚乙烯脲，是一种无色针状结晶，易溶于水和热乙醇，难溶于乙醚。

2、2-咪唑烷酮在化工、医药、农药、除醛以及织物除皱等领域有着广泛的应用价值。2-咪唑烷酮不仅是美洛西林、阿洛西林等新型抗生素的中间体，也是n-氯甲酰基-2-咪唑烷酮等农药的中间体。在工业生产中，2-咪唑烷酮常常被用来合成人造树脂的固化剂，以及用来合成工业中重要的溶剂1,3-二甲基-2咪唑烷酮。同时也是各类除醛剂、空气清新剂、金属防腐剂和织物柔顺剂的主要成分。因此2-咪唑烷酮具有十分光明的应用前景，已然成为十分紧俏的精细化工产品。

3、2-咪唑烷酮的的制备方法主要有光气法、碳酸酯法、尿素法、co法和co2法等合成方法。过去主要利用光气和乙二胺在氢氧化钠水溶液中制备2-咪唑烷酮。但是，这种方法要使用到剧毒的光气，且光气在反应过程中会伴随着大量的氯化氢排出，对环境和设备都会造成一定的影响。现在主要使用乙二胺与尿素高温下制备2-咪唑烷酮，这种方法不仅会产生氨气造成环境污染和设备腐蚀，而且会因为温度控制不好而烧焦结块导致产率不高等问题。目前发现co2也是一种良好的羰基源，而且co2资源丰富且廉价易得，利用co2来合成2-咪唑烷酮不仅能解决co2排放的问题，还能合成出高附加值的化工产品，实现自然界的碳循环。更符合“原子经济”和“绿色化学”的要求。因此研发了多种利用二氧化碳合成2-咪唑烷酮的方法，但是这些方法需要较高的反应温度或加入价格昂贵且后处理复杂的催化剂，生产和分离成本相对较高，不利于工业化生产。

4、因此，针对现有技术的高耗能、高成本的问题，如何提供一种更加绿色经济的咪唑烷酮的合成方法，是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的高耗能、高成本的问题，本发明提供了一种活化co2合成2-咪唑烷酮的绿色经济的合成方法。此方法首次利用廉价易得的含硫化合物作为活化co2的催化剂，在相对较低温度和超临界条件下将乙二胺和co2转化为2-咪唑烷酮。相对于现有技术，本发明的反应条件更加简单可控，并且不需要价格昂贵且后处理复杂的催化剂，具有低能耗、低成本的优势，具有极高的推广应用价值。

2、本发明的目的是提供一种2-咪唑烷酮的制备方法，包括在无机硫化物存在下，将co2和乙二胺进行反应，得到2-咪唑烷酮。

3、根据本发明，所述2-咪唑烷酮的结构为式(ⅰ)所示：

4、根据本发明，所述无机硫化物可以在较宽的范围内选择，在本发明一种优选的实施方式中，所述无机硫化物为金属硫化物、金属硫氢化物和h2s中的至少一种；优选地，所述无机硫化物为碱金属硫化物、碱金属硫氢化物和h2s中的至少一种；更优选地，所述无机硫化物为h2s、na2s、k2s、nahs和khs中的至少一种。

5、根据本发明，本发明的反应条件可以在较宽的范围内选择，所述反应在溶剂中或者无溶剂的情况下进行。

6、根据本发明，所述乙二胺和无机硫化物的摩尔比可以在较宽的范围内选择，在本发明一种优选的实施方式中，所述反应的条件包括：所述乙二胺和无机硫化物的摩尔比为1：(0.5-4)，优选为1：(1-2)。

7、根据本发明，反应压力可以在较宽的范围内选择，在本发明一种优选的实施方式中，所述反应的条件包括：反应压力为1-14mpa，优选为3-12mpa。

8、根据本发明，所述反应的温度条件可以在较宽的范围内选择，在本发明一种优选的实施方式中，所述反应的条件包括：温度为90℃-160℃，优选为130-160℃。

9、根据本发明，所述反应的时间条件可以在较宽的范围内选择，在本发明一种优选的实施方式中，反应时间为4-24h；优选为5-12h。

10、在本发明一种实施方式中，反应在无溶剂的情况下进行时，所述反应的温度和压力条件处于co2的超临界压力和温度范围。

11、在本发明一种更优选的实施方式中，所述反应的条件包括：温度为90℃-160℃，优选为130-160℃；反应时间为4-24h；优选为5-12h；反应压力为1-14mpa，优选为3-12mpa。

12、更优选的，所述反应压力通过二氧化碳的通入量进行调节，反应釜中二氧化碳压力为1-14mpa，优选为3-12mpa。具体的二氧化碳的用量与配比，本发明的选择范围较宽，通过二氧化碳的压力和反应容器的体积可以换算得到。在本发明中，反应容器(对应反应釜)的体积为15ml，当然，本发明适用的反应容器体积的范围较宽，包括但不限于15ml的反应釜。

13、根据本发明，当所述反应在溶剂中进行时，所述溶剂可以在较宽的范围内选择，在本发明一种优选的实施方式中，所述溶剂选自nmp、ch3oh、吡咯烷酮、dmf、n,n-二甲基乙酰胺、dmso、甲苯、二甲苯中的至少一种；优选地，所述溶剂选自nmp、ch3oh和dmf中的至少一种。

14、根据本发明，本发明的反应体系中除上述反应所所需要的无机硫化物、co2、乙二胺、任选的溶剂外，可以添加其他的助剂，也可以不添加任何的助剂，均可以实现本发明。

15、若反应体系中添加助剂，对于助剂的适用范围较宽，在本发明其中一种具体的实施方式中，所述反应在溶剂的存在下进行时，反应体系中可以添加有有机碱。优选地，所述有机碱为脒类有机碱、胍类有机碱和三乙胺中的至少一种；更优选地，所述有机碱为dbu、tbd、tmg、mtbd、dbn中的至少一种。

16、在添加有有机碱的情况下，所述有机碱与所述乙二胺的摩尔比可以在较宽的范围内选择，在本发明一种优选的实施方式中，所述有机碱与所述乙二胺的摩尔比为(0-0.6)：1。

17、根据上述技术方案，本发明涉及一种利用无机硫化物催化co2与乙二胺合成2-咪唑烷酮的合成方法。本发明首次利用廉价易得的无机硫化物作为活化co2的催化剂。优选在超临界无碱无溶剂或低压有碱有溶剂的条件下将乙二胺转化成2-咪唑烷酮。该合成方法将co2作为羰基化试剂，具有较高的原子经济性，几乎没有副产物的生成，符合“绿色化学”的理念，是自然界碳元素循环再利用的可行途径。

18、同时，本发明相对于现有技术，反应条件更加简单可控，并且不需要价格昂贵且后处理复杂的催化剂，具有低能耗、低成本的优势，具有极高的推广应用价值。

技术特征：

1.一种2-咪唑烷酮的制备方法，包括在无机硫化物存在下，将co2和乙二胺进行反应，得到2-咪唑烷酮。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及精细化学品，具体涉及一种利用二氧化碳制备2‑咪唑烷酮的方法。该方法包括在无机硫化物存在下，将CO<subgt;2</subgt;和乙二胺进行反应，得到2‑咪唑烷酮。此方法首次利用廉价易得的含硫化合物作为活化CO<subgt;2</subgt;的催化剂，在相对较低温度和超临界条件下将乙二胺和CO<subgt;2</subgt;转化为2‑咪唑烷酮。相对于现有技术，本发明的反应条件更加简单可控，并且不需要价格昂贵且后处理复杂的催化剂，具有低能耗、低成本的优势，具有极高的推广应用价值。

技术研发人员：竺宁,李晓军,韩利民,洪海龙,解瑞俊
受保护的技术使用者：内蒙古工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15