制备碳酸二甲酯的方法[0002]碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate，DMC)，DMC常温时是一种无色透明、略有气味、微甜的液体，难溶于水，但可以与醇、醚、酮等几乎所有的有机溶剂混溶。DMC毒性很低，在1992年就被欧洲列为无毒产品，是一种符合现代清洁工艺要求的环保型化工原料，因此DMC的合成技术受到了国内外化工界的广泛重视(J.H.Clements, Ind.Eng.Chem.Res.,42(2003):663 ;S.Fukuoka et al.,GreenChem.5(2003):497 ；J.Bayarydon et al., Angew.Chem.1nt.Ed.，46 (2007):5971)。[0003]DMC最初的生产方法为光气法，于1918年开发成功，但是光气的毒性和腐蚀性限制了这一方法的应用，特别是随着环保受全世界重视程度的日益提高，光气法已被淘汰。自20世纪80年代开始，对于DMC生产工艺的研究开始受到普遍的关注，据Michael A.Pacheco和ChristopherL.Marshall的统计，有关DMC生产工艺的专利自1980~1996年就超过了200项。20世纪80年代初，意大利的EniChem公司实现了以CuCl为催化剂的由甲醇氧化羰基化合成DMC工艺的商业化，这是第一个实现工业化的非光气合成DMC的工艺，也是应用最广的工艺，此工艺的缺陷在于高转化率时催化剂的失活现象严重，因此其单程转化率仅为20%。在20世纪90年代，DMC合成工艺的研究得到了迅速的发展，日本的Ube对EniChem公司甲醇氧化羰基化合成DMC的工艺进行了改进，选择NO为催化剂，这样避免了催化剂的失活，使转化率几乎达到了 100%，此工艺已实现了工业化，但该工艺以CO为原料，CO是一种有毒的气体，因此CO引起的安全问题限制该工艺的应用；美国Texaco公司开发了先由环氧乙烷与二氧化碳反应生成碳`酸乙烯酯，再与甲醇经过酯交换生产DMC的工艺，此工艺联产乙二醇，于1992年实现了工业化，此工艺被认为产率较低、生产成本较高，只有当DMC年产量高于55kt时其投资和成本才可以与其他方法竞争；此外还有一种新兴的工艺，即尿素醇解反应，若与尿素生产联合进行可降低成本，此工艺有望实现工业化。[0004]近年来，合成DMC的研究受到国内外研究者的广泛关注，合成路线正朝着简单化、无毒化和无污染化的方向发展。目前合成DMC的绿色方法主要有CO2和甲醇直接合成法、酯交换法和尿素醇解法。其中，以碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯为原料，通过和甲醇酯交换来制备碳酸二甲酯和二醇的经济效应和工业需求日益增大，引起各国科学家广泛的关注。美国专利US430703公开了一种碳酸二烷基酯的制备方法，该专利中公开了使用铊化合物作为酯交换反应的催化剂，在相对低温、低催化剂浓度下，可获得高的反应速率，并强有力地抑制了副反应的发生。例如在1501:，1.9210_411101碳酸铊存在下，反应301^11后，碳酸乙烯酯(甲醇:碳酸乙烯酯=5: I)的转化率达7%，生成DMC的选择性达90%。通过蒸馏除去DMC和甲醇的共沸物(约70%甲醇)后，残留物在同一条件下继续和甲醇反应，可获得80 %的转化率，其副产物仍很少，这一反应也可在装有铊催化剂的固定床反应器中进行。美国专利US4661609公开一种联产乙烯乙二醇和碳酸二甲酯的方法，该专利中公开了使用钛和锆的可溶性盐或其络合物作为酯交换反应的均相催化剂，反应温度在20°C~200°C，甲醇和碳酸乙烯酯的配比较小。例如130°C高氯酸锆作催化剂，甲醇和碳酸乙烯酯摩尔比为4.7时，碳酸乙烯醋的转化率为89%。 DMC的选择性以碳酸乙烯酯计为80%，以甲醇计为76%，乙二醇的选择性均在95%以上。碱土金属硅酸盐如Na2Si03，KHSi03, Li2Si03等负载在硅胶上作为反应的催化剂，在80°C~125°C，0.7Mpa，LHSV = 1.0, CH30H/EC(mol) = 4时，其活性顺序为:Na2Si03 > KHSi03 > Li2Si03，其中，水玻璃负载在硅胶上作为催化剂时，碳酸乙烯酯的转化率约为30%。不过此类物质的催化寿命不长，随反应时间的延长，催化活性逐渐下降(刘宗键，蔡晔，酯交换法合成DMC的催化剂研究，化工生产与技术，1998，5(4)，13-15)。 [0005]甲醇直接合成法、酯交换法和尿素醇解法合成DMC都存在催化剂活性或选择性不高、产率低等缺点，因此寻找更加合适的催化剂及载体、提高催化剂的活性和选择性是生产DMC的技术关键和研究热点。[0006]酶作为一种生物催化剂，近年来己被人们广泛应用于食品生产与检测、环保技术、生物技术、生物医药等领域。目前研究和应用最广泛的脂肪酶(Lipase，EC 3.1.1.3)是一类能催化油脂和短链醇进行转酯化反应生成脂肪酸甲酯的生物催化剂，脂肪酶所介导的反应具有反应条件温和、醇用量小、产品易收集纯化、无污染物排放等优点，目前国内外用于转酯化研究的脂肪酶主要为诺维信公司生产的NOVOZym435，此酶为树脂固定化酶，载体为大孔丙烯酸树脂，价格高昂，不利于酶法制备化工原料的工业化生产。另外，酶作为催化剂催化油脂和短链醇进行转酯化反应时，短链醇会降低酶的活性，因此，寻找一种能稳定酶的酶活的助催剂以提高转酯化反应的产率成为人们的研究热点。近年来，一种新型的绿色化学溶剂-离子液体(ionic liquid)引起了人们的广泛关注。离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的，在100°C以下呈液体状态的盐类，与普通有机溶剂相比，离子液体具有以下优点:离子液体不会挥发，对环境友好，用于工业生产相对比较安全，通过阴阳离子的设计可调节其对物质的溶解性；离子液体与一些有机溶剂互不相溶，可以形成有机溶剂-离子液体两相系统或者有机溶剂-水-离子液体三相系统。一般而言，离子液体以3种形式应用于生物催化过程:(I)作为纯溶剂；(2)在水相系统中作为共溶剂；(3)在两相系统中作为共溶剂。脂肪酶是目前在离子液体中进行生物催化反应研究报道最多的一类酶，它可在多种离子液体中存在并催化多种类型的反应，如酯交换反应、氨解反应、水解反应和环氧化反应等。R.M.Lau等首次利用南极假丝酵母脂肪酶(Candida antarcticalipase B,CALB)证明了其在离子液体中进行生物催化反应的潜力，如脂肪酶催化丁酸乙酯和丁醇的酯交换反应。P.Lazano等用脂肪酶在离子液体中催化丁酸乙烯酯与正丁醇通过转酯反应合成丁酸丁酯，结果表明脂肪酶在离子液体中的催化活性高于其在有机溶剂中的活性，酶的催化活性随着离子液体极性的增强而升高，而且在连续操作过程中脂肪酶具有很高的稳定性。S.J.Nara等也证实离子液体有使酶催化活性提高的作用。但采用离子液体为脂肪酶的助催剂催化制备碳酸二甲酯的方法还未见报道。

[0007]本发明主要解决的技术问题是提供一种以离子液体为脂肪酶的助催剂催化制备碳酸二甲酯的方法，不仅具有高转化率、高选择性、高普适性，而且工艺简单、反应条件温和、降低成本、环境友好、脂肪酶可循环利用、应用前景广阔。
[0008]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:提供一种制备碳酸二甲酯的方法，所述方法包括以下步骤:
[0009]1)在反应装置中加入离子液体；
[0010]2)在所述反应装置中依次加入反应物甲醇与碳酸乙烯酯或甲醇与碳酸丙烯酯；
[0011]3)在所述反应物中加入脂肪酶；
[0012]4)搅拌进行转酯反应，反应后获得产物碳酸二甲酯。
[0013]优选地，所述步骤I)中加入基于所述碳酸乙烯酯或所述碳酸丙烯酯重量的离子液体2ml/g，所述离子液体选用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的一种。
[0014]优选地，所述步骤2)中加入醇酯摩尔比为4:1~50:1的甲醇与碳酸乙烯酯或甲醇与碳酸丙烯酯。
[0015]最优选地，所述步骤2)中加入醇酯摩尔比为16: I的甲醇与碳酸乙烯酯或甲醇与碳酸丙烯酯。
[0016]优选地,所述步骤3)中加入所述反应物质量分数的0.1%~25%的脂肪酶。
[0017]最优选地，所述步骤3)中加入所述反应物质量分数的0.3%的脂肪酶。
[0018]优选地，所述步骤4)中加入所述碳酸乙烯酯或所述碳酸丙烯酯质量分数I %的水，所述转酯反应的反应温度为25°C~75°C，反应时间为I~160小时，反应压力为
0.1Mpa0本发明中，水的含量对酶的活性有重要影响。
[0019]最优选地，所述转酯反应的反应温度为55°C，反应时间为72小时。
[0020]脂肪酶可以来源于动物、植物或微生物。
[0021] 优选地，所述脂肪酶为青霉脂肪酶。
[0022]最优选地，所述脂肪酶为扩展青霉脂肪酶。
[0023]本发明的有益效果是:区别于现有的碳酸二甲酯的制备中存在的转化率低、选择性低、工艺复杂、污染环境的情况，本发明使用离子液体为脂肪酶的助催剂催化甲醇与碳酸乙烯酯或甲醇与碳酸丙烯酯进行转酯反应制备碳酸二甲酯，由于离子液体能降低甲醇对脂肪酶酶活的不利影响，稳定脂肪酶的酶活，以及脂肪酶的专一催化活性和无毒性，使得本发明方法不仅具有高转化率、高选择性、高普适性，而且工艺简单、反应条件温和、降低成本、环境友好、脂肪酶可循环利用、应用前景广阔。



[0024]图1为本发明以离子液体为脂肪酶的助催剂催化甲醇与碳酸乙烯酯或甲醇与碳酸丙烯酯反应制备碳酸二甲酯的反应式；
[0025]图2为本发明以离子液体为脂肪酶的助催剂催化甲醇与碳酸乙烯酯反应制备碳酸二甲酯和反应时间的关系示意图；
[0026]图3为本发明以离子液体为脂肪酶的助催剂催化甲醇与碳酸丙烯酯反应制备碳酸二甲酯和反应时间的关系示意图；
[0027]图4为本发明以离子液体为脂肪酶的助催剂催化甲醇与碳酸乙烯酯反应制备碳酸二甲酯和反应温度的关系示意图；
[0028]图5为本发明以离子液体为脂肪酶的助催剂催化甲醇与碳酸乙烯酯反应制备碳酸二甲酯和物料摩尔比的关系示意图；
[0029]图6为本发明以离子液体为脂肪酶的助催剂催化甲醇与碳酸丙烯酯反应制备碳酸二甲酯和脂肪酶用量的关系示意图。

[0030]下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
[0031]请参见图1，本发明以离子液体为脂肪酶助催剂催化甲醇和碳酸乙烯酯或甲醇与碳酸丙烯酯反应制备碳酯二甲酯的反应式。碳酸二甲酯的制备过程:先在反应装置中加入离子液体；然后在所述反应装置中依次加入反应物甲醇与碳酸乙烯酯或甲醇与碳酸丙烯酯；再在所述反应物中加入脂肪酶，搅拌进行转酯反应，反应后获得产物碳酸二甲酯。离子液体选用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的一种。脂肪酶可以来源于动物、植物或微生物，尤其是青霉脂肪酶。
[0032]以离子液体为脂肪酶的助催剂催化甲醇与碳酸乙烯酯或甲醇与碳酸丙烯酯反应制备碳酯二甲酯的过程中，反应选择性用Finnigan Trace DSQ型气质联用色谱仪测定，所用色谱柱为HP 5MS型。
[0033]以离子液体为脂肪酶的助催剂催化甲醇与碳酸乙烯酯或甲醇与碳酸丙烯酯反应制备碳酯二甲酯的过程中，碳酸二甲酯含量分析方法为:取50 μ L反应液离心分层，取上层液样IOyL,用290 μ L环己烷溶解，摇匀，再加入300 μ L十二烷(2mg/ml)作为内标；取I μ L样品进样，由气相色谱测定反应物中的碳酸二甲酯量。转化率用山东鲁南化工仪器厂的SP-6890型气相色谱仪测定，色谱柱为SE-54型。具体的测试条件为:柱室采用程序升温:10(TC维持6分钟，升温速度40°C /分钟，到20(TC维持15分钟，气化室320°C，检测室320°C。由测定的碳酯二甲酯量计算出碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的转化率，计算方法如下: