실리카에 고정화된 이온성액체를 촉매로 이용한 알릴글리시딜에테르와 이산화탄소의 부가반응

Cycloaddition of Carbon Dioxide to Allyl Glycidyl Ether Using Silica-supported Ionic Liquid as a Catalyst

본 연구에서는 이미다졸륨계의 이온성액체를 실리카에 고정화시킨 촉매를 제조하고, 알릴글리시딜에테르(AGE)와 이산화탄소의 부가반응을 통한 이종 5원환 카보네이트의 합성반응에서 이 촉매의 반응특성을 고찰하였다. 고정화된 이온성액체는 chloropropyl 그룹이 도입된 실리카에 이미다졸이 고정화됨으로써 형성되었다. 제조된 촉매는 XRD, BET, $^{29}Si$ MAS-NM]t 그리고 SEM 등 다양한 기기분석을 통하여 특성분석을 수행하였다. $^{29}Si$ MAS-NMR을 통하여 chloropropyl 그룹이 부과된 실리카 표면에 이온성액체가 잘 형성 되어있었음을 관찰하였다. 고정화된 이온성액체 촉매는 반응온도 $80-120^{\circ}C$의 범위에서 AGE의 전환율이 55-67% 이고 생성물의 선택도가 85% 이상으로 우수한 반응성을 나타내었다. 또한 고정화된 이온성액체 촉매는 균일계 촉매인 1-n-butyl-3-methyl imidazolium bromide (BMImBr)보다 더 높은 AGE의 전환율과 생성물의 선택도를 나타내었다.

In this study, imidazolium salt ionic liquid on amorphous silica was prepared and its catalytic performance in the cycloaddition of $CO_2$ with allyl glycidyl ether (AGE) to produce heterocyclic carbonate was investigated. The ionic liquid was generated on chloropropyl functionalized silica through the immobilization of imidazole. The prepared catalyst was characterized using a number of instrumental analysis including XRD, BET, $^{29}Si$ MAS-NMR and SEM. $^{29}Si$ MAS-NMR showed that the ionic liquid formed adduct with the chloropropyl groups attached to the silica surface. The immobilized ionic liquid showed very good catalytic activity for the cycloaddition of $CO_2$ with AGE, showing 55-61% of AGE conversion with over 85% of the carbonate selectivity at $80-120^{\circ}C$. Its AGE conversion and selectivity to the carbonate were even higher than the homogeneous analog, 1-n-butyl-3-methyl imidazolium bromide (BMImBr).