席夫碱型Fe(III)配合物催化二氧化碳和环氧化物制备环状碳酸酯

doi:10.6023/cjoc202506003

有机化学 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (1): 233-240.DOI: 10.6023/cjoc202506003 上一篇下一篇

研究论文

席夫碱型Fe(III)配合物催化二氧化碳和环氧化物制备环状碳酸酯

刘涛^a, 周永博^a, 郎同庆^b, 牛海波^b, 陈飞^a, 杜智宏^a, 薄春博^a, 李敏^a^,^*(), 刘宁^a^,^*()

^a 石河子大学化学化工学院化工绿色过程兵团重点实验室新疆石河子 832003
^b 晨光生物科技集团图木舒克有限公司新疆图木舒克 843900

收稿日期:2025-06-02 修回日期:2025-07-28 发布日期:2025-09-03
基金资助:
国家自然科学基金(22168034); 新疆维吾尔自治区“天池英才”计划、第三师图木舒克市科技计划(KY2025JBGS01); 兵团英才及兵团研究生创新计划(BTYJXM-2024-K26)

Schiff Base Type Fe(III) Complexes Catalyzed Carbon Dioxide and Epoxides for Preparing Cyclic Carbonates

Tao Liu^a, Yongbo Zhou^a, Tongqing Lang^b, Haibo Niu^b, Fei Chen^a, Zhihong Du^a, Chunbo Bo^a, Min Li^a^,^*(), Ning Liu^a^,^*()

^a State Key Laboratory Incubation Base for Green Processing of Chemical Engineering, School of Chemistry and Chemical Engineering, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832003
^b Chenguang Biotechnology Group Tumushuke Co., Ltd., Tumushuke, Xinjiang 843900

Received:2025-06-02 Revised:2025-07-28 Published:2025-09-03
Contact: * E-mail: ningliu@shzu.edu.cn; limin@shzu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(22168034); Tianchi Talent Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region, the Science and Technology Project of 3rd Division Tumushuke City(KY2025JBGS01); Bingtuan Talents and the Bingtuan Graduate Research Innovation Project of Production and Construction(BTYJXM-2024-K26)

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摘要/Abstract

为实现二氧化碳(CO₂)的高值化利用, 合成了两个席夫碱型Fe(III)配合物, 探究其在CO₂与环氧化物环加成反应中制备环状碳酸酯的催化性能. 结果表明, 双((((2-(1H-吡唑-1-基)苯基)亚氨基)甲基)-4,6-二叔丁基苯酚)合铁(III)•四溴化铁(III) (Cat 2)在80 ℃、0.50 MPa CO₂压力下, 无需溶剂和助催化剂, 对多种环氧化物(包括末端、芳香族及高位阻环氧化物)表现出高催化活性和底物普适性, 收率可达89%~94%. 通过X射线光电子能谱(XPS)和高分辨率质谱(HRMS)分析, 明确了Fe(III)价态及活性中间体, 并提出了催化机理: Fe(III)中心作为路易斯酸活化环氧化物, 阴离子四溴化铁中解离出来的溴离子充当亲核试剂, 促进环氧化物开环, 二者协同作用促进反应. 该Fe催化体系为CO₂转化提供了一种催化剂设计思路.

关键词: 环状碳酸酯, 席夫碱型Fe配合物, 二氧化碳, 环氧化物, 环加成反应

To achieve the high-value utilization of carbon dioxide (CO₂), two Schiff base-type Fe(III) complexes were synthesized, and their catalytic performance in the preparation of cyclic carbonates through the cycloaddition reaction between CO₂ and epoxides was investigated. The results showed that bis(((2-(1H-pyrazol-1-yl)phenyl)imino)methyl)-4,6-di-tert-butylphenol) iron(III) tetrabromide iron(III) (Cat 2) exhibited high catalytic activity and substrate universality for various epoxides (including terminal, aromatic, and sterically hindered epoxides) under solvent-free and cocatalyst-free conditions at 80 °C and 0.50 MPa CO₂ pressure with product yields ranging from 89% to 94%.. Through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and high-resolution mass spectrometry (HRMS) analyses, the Fe(III) valence state and active intermediates were clarified, and the catalytic mechanism was proposed. The Fe(III) center acts as a Lewis acid to activate the epoxide, while the bromide ions dissociated from the tetrabromoferrate anion serve as nucleophiles to promote the ring-opening of the epoxide, and their synergistic effect accelerates the reaction. This Fe catalytic system provides a catalyst design idea for CO₂ conversion.

Key words: cyclic carbonate, Schiff base type Fe complex, carbon dioxide, epoxide, cycloaddition reaction

引用此文

刘涛, 周永博, 郎同庆, 牛海波, 陈飞, 杜智宏, 薄春博, 李敏, 刘宁. 席夫碱型Fe(III)配合物催化二氧化碳和环氧化物制备环状碳酸酯[J]. 有机化学, 2026, 46(1): 233-240.

Tao Liu, Yongbo Zhou, Tongqing Lang, Haibo Niu, Fei Chen, Zhihong Du, Chunbo Bo, Min Li, Ning Liu. Schiff Base Type Fe(III) Complexes Catalyzed Carbon Dioxide and Epoxides for Preparing Cyclic Carbonates[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, 2026, 46(1): 233-240.

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图/表 6

图式1. 催化剂的制备

Scheme 1. Preparation of catalyst

Entry	Catalyst	Catalyst/mol%	Temp./℃	Yield^b/%
1	Cat 1	1.00	30	50
2	Cat 2	1.00	30	60
3	Cat 2	1.00	80	94
4	Cat 2	0.75	80	90
5	Cat 2	0.50	80	89
6	Cat 2	0.30	80	60

表1. 优化催化剂的种类、催化剂的负载量及温度a

Table 1. Optimize of catalyst, catalyst loading and temperature

Entry	Temp./℃	p(CO₂)/MPa	Time/h	Yield^b/%
1	30	1.00	18	60
2	60	1.00	18	85
3	80	1.00	18	94
4	100	1.00	18	96
5	80	0.30	18	75
6	80	0.50	18	90
7	80	0.75	18	92
8	80	1.00	18	94
9	80	0.50	4	82
10	80	0.50	8	89 (90) ^c
11	80	0.50	12	90
12	80	0.50	18	92

表2. 优化反应温度、CO2压力和反应时间a

Table 2. Optimize of reaction temperature, CO2 pressure and reaction time

表3. 环氧化物与二氧化碳的环加成反应a

Table 3. Cycloaddition reaction of epoxides with carbon dioxide

图2. ESI-HRMS活性中间体捕获实验

Figure 2. ESI-HRMS active intermediate capture experiment

图式2. Fe基催化剂催化环氧化物与CO2的环加成反应机理

Scheme 2. Mechanism of cycloaddition reaction between epoxides and CO2 catalyzed by Fe based catalysts

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