電気工学および電子技術ジャーナル

エポキシドによる CO2 の化学固定による環状炭酸塩の生成のための金属フリー触媒の最近の進歩に関するレビュー

メセル・エスケジア

「グリーンサイエンス」と「粒子経済」の目的は、二酸化炭素を使用し、CO やホスゲンなどの有害な反応物を置き換えて環状炭酸塩を生成することです。この論文では、天然塩基、イオン性流体、および二酸化炭素とエポキシドの環化付加による環状炭酸塩の合成のための支持された触媒を含む金属フリーの触媒について検証します。触媒の設計と反応要素の理解における進行中の進歩をまとめ、説明します。天然塩基と水素結合因子、天然塩基と求核性アニオン、水素結合因子と求核性アニオン、および活性成分と担体の相乗効果を取り上げます。最終的な目標は、周囲温度と環境圧力で、流体反応器で機械的排気ガスから直接粒子二酸化炭素を環状炭酸塩に変換することです。相乗効果を利用することにより、多機能アプローチは、二酸化炭素の吸着と開始、およびエポキシ環の開裂のための金属フリーの推進力の設計システムを満たすことができます。二酸化炭素（CO2）は、環境への影響を増大させるガスの1つであり、大気中のCO2の蓄積は、環境と人間の健康を損なう大きな問題を引き起こしています。したがって、このガスの捕獲と使用は、世界中で幅広い注目を集めています。ここ10年間、危険な大気変動と、重要な化学物質の開発のための安全で豊富で無尽蔵で合理的なC1ホットスポットとしてのCO2の利用の可能性により、多くの注目が集まっています。理想的なC1ビルディングブロックとしてのCO2の使用は、学術的にも技術的にもホットで有望な分野になっています。数多くの関心事から、CO2 から化合物 (CO、CN、CC 結合形成) や化合物への相乗変換に関する広範かつ徹底的な研究が促進されましたが、CO2 変換は、その熱力学的強度と活性潜伏性のために、実際に多くの課題に直面しています。したがって、実施された研究の大部分は、CO2 を活性化するために高感受性基質と高反応条件を使用しており、このような手法の使用を制限しています。特に、CO2 とエポキシドやアジリジンなどの高エネルギー基質との相乗カップリングによるポリカーボネート/ポリカルバメートまたは潜在的に環状カーボネート/カルバメートの生成は、過去数十年にわたって大きな注目を集めています。CO2 との CC 結合を形成するために、炭素求核剤の使用は、強力な求核性有機リチウムとグリニャール試薬、およびフェノラートに明確に制限されています。さまざまな潜在的変化の中でも、エポキシドと CO2 からの環状炭酸塩の分子経済合成は、現代的にも学術的にも大きな関心を集めています。環状炭酸塩は、ジメチルカーボネートやポリカーボネートなど、多くの重要な化合物の合成に使用されており、精密化学品の合成における溶媒や中間体として使用されています。伝統的に、これらの環状炭酸塩は、危険で環境に有害なホスゲンまたは CO を使用して合成されるため、避けられ、代わりに CO2 が C1 源として環状炭酸塩に合成されます。環状炭酸塩は、無害で、生分解性が高く、極性が高く、発泡性の高い液体であり、脱脂用溶媒、エポキシ樹脂およびポリウレタンの希釈剤、充填剤の添加剤、ポリカーボネートと他のポリマー物質の合成およびメタノールとのエステル交換プロセスによるジメチルカーボネート合成 (DMC) の合成中間体など、幅広い用途で産業用原材料として使用されています。環状炭酸塩を得るための主な製造方法は、カルボニル化またはカルボキシル化プロセスです。前者は、ジオールを有害なホスゲン、またはジアルキルカーボネートや尿素などの毒性の低いカルボニル誘導体と反応させることによって達成されます。ホスゲン法は認識しやすく、中温条件を必要としますが、非常に毒性が高く危険な試薬を使用するという負担があります。また、この方法には、反応生成物の選択性が低いことと、化学量論量で構成された HCl を廃棄するコストという 2 つの別の欠点があります。他の 2 つの方法は、より環境に優しい方法ですが、コストがかかる化学量論量の天然炭酸塩または尿素が必要であること、高温 (T > 130 ◦C) が必要であること、および金属酸化物に依存する高価な推進力が必要であるという問題があります。さらに、人工反応は可逆的であるため、変換が完了することはめったになく、単調な分離ステップが不可欠です。尿素との反応のため、化学量論量で形成された香料の再利用が必須です。カルボキシル化プロセスに関しては、通常、CO2 をオレフィンと酸素と反応させるか、または CO2 を直接エポキシドまたはジオールと反応させることによって開発されます。これらのプロセスは、オゾンを破壊する物質を使用するという利点があるため、ホスゲン プロセスよりも優れていますが、実際には未解決のままであるさまざまな問題の影響を受けます。これらは、脱脂溶剤、エポキシ樹脂およびポリウレタンの希釈剤、充填剤の添加剤、ポリカーボネートと他のポリマー材料の混合物、およびメタノールとのエステル交換反応によるジメチルカーボネート（DMC）合成用の合成中間体など、幅広い用途で工業用原料として使用されています。環状カーボネートを得るための主な合成方法は、カルボニル化またはカルボキシル化手順に依存しています。前者は、ジオールを有害なホスゲンまたはジアルキルカーボネートや尿素などの毒性の低いカルボニル誘導体と反応させることによって行われます。ホスゲン法は認識しやすく、穏やかな温度条件を必要としますが、非常に毒性が高く危険な試薬を使用するという負担があります。また、これには、反応生成物の選択性の低さと、化学量論量で構成されたHClの廃棄コストという2つの別の欠点があります。他の 2 つの方法は、より環境に優しい方法ではありますが、コストがかかる化学量論量の天然炭酸塩または尿素が必要であること、高温 (T > 130 ◦C) が必要であること、金属酸化物に依存する高価な推進剤が必要であることなどの問題があります。さらに、人工反応は可逆的であるため、変換はめったに完了せず、単調な分離ステップが不可欠です。尿素との反応のため、化学量論量で形成された香料の再利用が必須です。カルボキシル化方法については、通常、CO2 をオレフィンと酸素と反応させるか、または CO2 を直接エポキシドまたはジオールと反応させることによって開発されます。これらの方法は、オゾン層を破壊する物質を使用する利点があるため、ホスゲン プロセスよりも優れていますが、実際には未解決のままである他の問題の悪影響を受けます。これらは、脱脂溶剤、エポキシ樹脂およびポリウレタンの希釈剤、充填剤の添加剤、ポリカーボネートと他のポリマー材料の混合物、およびメタノールとのエステル交換反応によるジメチルカーボネート（DMC）合成用の合成中間体など、幅広い用途で工業用原料として使用されています。環状カーボネートを得るための主な合成方法は、カルボニル化またはカルボキシル化手順に依存しています。前者は、ジオールを有害なホスゲンまたはジアルキルカーボネートや尿素などの毒性の低いカルボニル誘導体と反応させることによって行われます。ホスゲン法は認識しやすく、穏やかな温度条件を必要としますが、非常に毒性が高く危険な試薬を使用するという負担があります。また、これには、反応生成物の選択性の低さと、化学量論量で構成されたHClの廃棄コストという2つの別の欠点があります。他の 2 つの方法は、より環境に優しい方法ではありますが、コストがかかる化学量論量の天然炭酸塩または尿素が必要であること、高温 (T > 130 ◦C) が必要であること、金属酸化物に依存する高価な推進剤が必要であることなどの問題があります。さらに、人工反応は可逆的であるため、変換はめったに完了せず、単調な分離ステップが不可欠です。尿素との反応のため、化学量論量で形成された香料の再利用が必須です。カルボキシル化方法については、通常、CO2 をオレフィンと酸素と反応させるか、または CO2 を直接エポキシドまたはジオールと反応させることによって開発されます。これらの方法は、オゾン層を破壊する物質を使用する利点があるため、ホスゲン プロセスよりも優れていますが、実際には未解決のままである他の問題の影響を受けます。これには、高温（T > 130 ◦C）と金属酸化物に依存する高価な動力が必要であるというコストがあります。さらに、人工反応は可逆的であるため、変化はめったに完了せず、単調な分離ステップが不可欠です。尿素との反応のため、化学量論量で形成された香料の再利用が必須です。カルボキシル化プロセスに関しては、通常、CO2をオレフィンと酸素と反応させるか、またはCO2を直接エポキシドまたはジオールと反応させることによって開発されます。これらのプロセスは、オゾン層を破壊する物質を使用する利点があるため、ホスゲンプロセスよりも優れていますが、実際には未解決のままである他の問題の悪影響を受けます。これには、高温（T > 130 ◦C）と金属酸化物に依存する高価な動力が必要であるというコストがあります。さらに、人工反応は可逆的であるため、変化はめったに完了せず、単調な分離ステップが不可欠です。尿素との反応のため、化学量論量で形成された香料の再利用が必須です。カルボキシル化プロセスに関しては、通常、CO2をオレフィンと酸素と反応させるか、またはCO2を直接エポキシドまたはジオールと反応させることによって開発されます。これらの方法は、オゾン層を破壊する物質を使用する利点があるため、ホスゲンプロセスよりも優れていますが、実際には未解決のままである他の問題の悪影響を受けます。