甘油与尿素合成碳酸甘油酯反应的研究

江南大学科技成果——甘油转化合成碳酸甘油酯成果简介随着生物柴油的发展，副产粗甘油的利用成为亟待解决的问题。

将甘油利用，制成具有高附加值的碳酸甘油酯成为重要的解决方案。

碳酸甘油酯的高附加值来源于其广泛的用途。

碳酸甘油酯因其低毒、低蒸发率、低可燃性及高稳定性被认为是一种绿色溶剂，可用于油漆、涂料、聚氨酯泡沫体和化妆品工业。

江南大学自主研发了利用甘油催化合成碳酸甘油酯的合成工艺，以廉价的甘油为原料，采用高效催化剂制备碳酸甘油酯，反应条件温和、收率高并且副产物少，发展前景广阔。

技术指标本项目采用酯交换法和尿素醇解法合成碳酸甘油酯的两种工艺路线。

突破了低成本、高活性固体催化剂体系的制备技术；碳酸甘油酯的收率≥95%；催化剂可回收再利用，重复使用3-5次，产品收率仍保持90%以上。

知识产权论文方面：发表科技论文10余篇；专利方面：申请发明专利5项，授权1项。

项目成熟度将甘油转变为高附加值的产品，吸引业内人士的关注，碳酸甘油酯作为具有羟基和五元环的环状碳酸酯是极具工业前景的化学品。

酯交换法和尿素醇解法的催化剂制备都比较简单，并且比较经济。

两种工艺各有优势。

尿素醇解工艺反应条件温和，成本低；酯交换工艺的产品收率高，产物容易分离。

本研究团队已完成尿素氧化羰基化法、甘油和碳酸二甲酯酯交换法这两种工艺小试的研发工作。

投资期望及应用情况甘油采用纯甘油的价格，如果采用生物柴油副产物粗甘油的价格会更便宜。

甘油和碳酸二甲酯体系，甘油5000元/吨，碳酸二甲酯7500元/吨，催化剂9000元/吨，用量以甘油质量的5%计算，催化剂可重复使用，按照催化剂使用三次计算，碳酸甘油酯的成本价格估算大约12800元/吨。

对甘油和尿素体系进行估算，甘油5000元/吨，尿素1300元/吨，催化剂10650元/吨，以甘油质量的5%计算，催化剂可重复使用多次，按照使用三次计算，碳酸甘油酯的成本价格大约5100元/吨。

碳酸甘油酯拥有双官能团：羰基和羟基，双官能团作为反应活性位使碳酸甘油酯作为原料可以合成一些化学中间体。

基于量子化学计算的尿素醇解制备碳酸乙烯酯反应机理研究尿素醇解制备碳酸乙烯酯（ethylene carbonate）是一种广泛应用于电池材料、涂料和塑料等领域的化学反应。

在这个反应中，尿素与甘油通过酯交换反应生成碳酸乙烯酯和氨。

为了深入理解这个反应的机理和反应条件对产率的影响，我们可以利用量子化学计算的方法研究该反应的分子层面细节。

首先，我们可以通过量子力学计算确定反应物和产物的几何构型。

利用分子力学软件，我们可以优化尿素和甘油的分子结构，使其达到稳定的构象。

然后，我们可以将优化后的结构作为输入，利用量子化学方法（如密度泛函理论）计算反应物和产物的能量和电子结构参数。

通过计算得到的几何构型和能量信息，我们可以获得反应的过渡态结构。

过渡态是反应物转变为产物的中间状态，其能量比反应物和产物都要高。

通过计算过渡态的能量和几何构型，我们可以确定势能能垒的高度，从而预测反应的速率。

在得到反应的过渡态结构之后，我们可以进一步研究反应的活化能和反应速率。

通过计算过渡态的能量和频率因子，我们可以使用过渡态理论（Transition State Theory）预测反应的速率常数。

这些计算结果可以帮助我们理解反应的速率和反应条件的选择，以最大限度地提高产率。

此外，我们还可以利用量子化学计算方法研究反应的副反应和副产物。

通过计算能量和几何构型，我们可以确定反应中可能产生的其他副产物以及它们的结构。

这些信息对于优化反应的选择和产率的控制非常重要。

总结而言，基于量子化学计算的方法为研究尿素醇解制备碳酸乙烯酯的反应机理提供了一种准确和细致的分子层面的研究手段。

通过计算反应的能量、几何构型以及过渡态的结构和能量，我们可以预测反应的速率常数和产率，为进一步优化该反应条件和控制产率提供指导。

离子液体催化甘油和尿素合成甘油碳酸酯陈娟娟;王畅;董彬;冷文光;黄军;格日乐;高艳安【期刊名称】《催化学报》【年(卷),期】2015(36)3【摘要】Acidic, basic and neutral ionic liquids (ILs) have been used as catalysts in the carbonylation of glyc‐erol with urea. The results show that neutral ILs have high catalytic activity in the reaction. The excellent performance of the catalysts can be attributed to the synergistic effect of the cation and anion. We speculated that the cation with positive charge activates urea, and the anion with nega‐tive charge activates glyce rol. In addition, the well balanced acid‐basic properties of the catalysts are necessary for good catalytic performance. The ILs can be reused at least five times without loss of activity. Using ILs, instead of the traditional metal catalysts, reduces the use of non‐renewable re‐sources. It is eco‐friendly that two inexpensive and bio‐based raw materials were used and the catalytic reaction was carried out without solvent.%将一系列酸性、碱性和中性的功能化离子液体用于催化甘油和尿素合成甘油碳酸酯。

CO_(2)与甘油直接合成甘油碳酸酯研究进展
白斌;杨永昶;马博;吴蒙;康雨欣;丁亮
【期刊名称】《当代化工研究》
【年(卷),期】2024()8
【摘要】甘油碳酸酯作为高附加值的甘油衍生物,是重要的有机化工中间体,在生活和生产应用方面潜力巨大。

由于碳排放及甘油溢出问题日益显著,以CO_(2)与甘油为底物直接合成甘油碳酸酯是解决其问题最为绿色经济的的途径之一。

本文总结了近年来CO_(2)与甘油直接合成甘油碳酸酯的研究进展,主要评述了以不同金属为活性组分的催化剂对CO_(2)与甘油直接合成甘油碳酸酯反应的作用,并分析了脱水剂对该反应的影响。

该综述可为CO_(2)与甘油直接合成甘油碳酸酯催化剂的设计、工艺条件的优化及催化机理的研究提供参考。

【总页数】3页(P25-27)
【作者】白斌;杨永昶;马博;吴蒙;康雨欣;丁亮
【作者单位】西安石油大学化学化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ225.52
【相关文献】
1.甘油尿素法合成甘油碳酸酯的催化剂研究进展
2.CO2和丙三醇直接合成碳酸甘油酯的新方法
3.尿素与甘油反应绿色合成甘油碳酸酯催化剂的研究进展
4.甘油
/CO_(2)合成碳酸甘油酯的研究进展5.Cu-Zr复合氧化物催化耦合甘油和CO_(2)合成碳酸甘油酯
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一、实验目的1. 掌握甘油尿素的基本制备方法；2. 研究甘油尿素的结构与性质；3. 了解甘油尿素在医药领域的应用前景。

二、实验原理甘油尿素是一种有机化合物，化学式为C3H8N2O3，分子量为116.11。

它是由甘油和尿素通过缩合反应得到的一种高分子化合物。

甘油尿素具有较好的生物相容性、生物降解性和力学性能，广泛应用于医药、化妆品、农业等领域。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 甘油（化学纯）- 尿素（化学纯）- 氢氧化钠（化学纯）- 硅胶（中性）- 蒸馏水- 热水浴锅- 真空干燥箱- 红外光谱仪- 紫外-可见光谱仪- 质谱仪2. 实验仪器：（1）红外光谱仪：用于分析甘油尿素的官能团；（2）紫外-可见光谱仪：用于分析甘油尿素的光学性质；（3）质谱仪：用于分析甘油尿素的分子量及结构；（4）其他常规实验仪器。

四、实验步骤1. 甘油尿素的制备：（1）称取适量的甘油和尿素，按照一定比例混合；（2）将混合物加入氢氧化钠溶液中，搅拌均匀；（3）将混合物置于热水浴锅中加热，使反应物充分反应；（4）反应完成后，将混合物倒入硅胶干燥器中，真空干燥；（5）将干燥后的甘油尿素研磨成粉末状。

2. 甘油尿素的结构与性质研究：（1）红外光谱分析：将制备的甘油尿素粉末进行红外光谱分析，确定其官能团；（2）紫外-可见光谱分析：将制备的甘油尿素溶液进行紫外-可见光谱分析，确定其光学性质；（3）质谱分析：将制备的甘油尿素溶液进行质谱分析，确定其分子量及结构。

五、实验结果与分析1. 甘油尿素的制备：实验中成功制备了甘油尿素，外观为白色粉末。

2. 甘油尿素的结构与性质：（1）红外光谱分析：甘油尿素的红外光谱图显示，存在C-O、N-H、C-N等官能团，与理论值相符；（2）紫外-可见光谱分析：甘油尿素在紫外-可见光谱区域无明显吸收峰，表明其光学性质较为稳定；（3）质谱分析：甘油尿素的分子量为116.11，与理论值相符。

六、结论1. 成功制备了甘油尿素，并对其结构进行了分析；2. 甘油尿素具有较好的生物相容性、生物降解性和力学性能，在医药、化妆品、农业等领域具有广阔的应用前景。