Facile Construction of Carboxyl-Functionalized Ionic Polymer towards Synergistic Catalytic Cycloaddition of Carbon Dioxide into Cyclic Carbonates

环加成 离子液体 化学 催化作用 双功能 离子键合 聚合物 环氧化物 高分子化学 氢键 有机化学 分子 离子
作者
Ying Chen,Yingjun Li,Hu Wang,Zaifei Chen,Yizhu Lei
出处
期刊:International Journal of Molecular Sciences [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:23 (18): 10879-10879 被引量:26
标识
DOI:10.3390/ijms231810879
摘要

The development of bifunctional ionic polymers as heterogeneous catalysts for effective, cocatalyst- and metal-free cycloaddition of carbon dioxide into cyclic carbonates has attracted increasing attention. However, facile fabrication of such polymers having high numbers of ionic active sites, suitable types of hydrogen bond donors (HBDs), and controlled spatial positions of dual active sites remains a challenging task. Herein, imidazolium-based ionic polymers with hydroxyl/carboxyl groups and high ionic density were facilely prepared by a one-pot quaternization reaction. Catalytic evaluation demonstrated that the presence of HBDs (hydroxyl or carboxyl) could enhance the catalytic activities of ionic polymers significantly toward the CO2 cycloaddition reaction. Among the prepared catalysts, carboxyl-functionalized ionic polymer (PIMBr-COOH) displayed the highest catalytic activity (94% yield) in the benchmark cycloaddition reaction of CO2 and epichlorohydrin, which was higher than hydroxyl-functionalized ionic polymer (PIMBr-OH, 76% yield), and far exceeded ionic polymer without HBDs groups (PIMBr, 54% yield). Furthermore, PIMBr-COOH demonstrated good recyclability and wide substrate tolerance. Under ambient CO2 pressure, a number of epoxides were smoothly cycloadded into cyclic carbonates. Additionally, density functional theory (DFT) calculation verified the formation of strong hydrogen bonds between epoxide and the HBDs of ionic polymers. Furthermore, a possible mechanism was proposed based on the synergistic effect between carboxyl and Br− functionalities. Thus, a facile, one-pot synthetic strategy for the construction of bifunctional ionic polymers was developed for CO2 fixation.
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