水素結合ドナーへの洞察は、イオン液体によって触媒されたエポキシドで二酸化炭素の固定を促進しました

環状炭酸塩を得るためのエポキシドと二酸化炭素の触媒結合は、新たな関心を受けている重要な反応です。この貢献では、ヒドロキシル/カルボキシルタスク特異的イオン液体（IL）によって触媒されるさまざまな水素結合ドナー（HBDS）の存在下での環状付加反応を詳細に研究します。ILSの活性は、エチレングリコールの存在下で大幅に増強できることがわかっており（EG）、EG/Hebimbrは、プロピレン酸化物へのCO2環状付加のための最も効率的な触媒であることがわかった。さらに、バイナリ触媒は、スチレン酸化物やシクロヘキセン酸化物など、あまり活性の低いエポキシドへのCO2環状付加にも効率的に汎用性がありました。また、この水素結合促進触媒反応の最小エネルギー経路は、密度汎関数理論（DFT）法を使用して計算されました。DFTの結果は、リングクロージング反応がヘビンブル触媒環状付加反応の速度決定ステップであることを示唆しましたが、EGとエポキシドの酸素原子の形成が標準的なSN2メカニズムに沿ってこのプロセスを導いたため、EGの加算はエネルギー障壁を著しく減少させる可能性があります。その結果、リングオープン反応は、EG/hebimbr触媒環状付加反応の速度決定ステップになりました。ここで報告された研究は、水素結合の活性化を介したエポキシドへのCO2を効率的に固定するための触媒の理解と設計に役立ちました。

Catalytic coupling of carbon dioxide with epoxides to obtain cyclic carbonates is an important reaction that has been receiving renewed interest. In this contribution, the cycloaddition reaction in the presence of various hydrogen bond donors (HBDs) catalyzed by hydroxyl/carboxyl task-specific ionic liquids (ILs) is studied in detail. It was found that the activity of ILs could be significantly enhanced in the presence of ethylene glycol (EG), and EG/HEBimBr were the most efficient catalysts for the CO2 cycloaddition to propylene oxide. Moreover, the binary catalysts were also efficiently versatile for the CO2 cycloaddition to less active epoxides such as styrene oxide and cyclohexene oxide. Besides, the minimum energy paths for this hydrogen bond-promoted catalytic reaction were calculated using the density functional theory (DFT) method. The DFT results suggested that the ring-closing reaction was the rate-determining step in the HEBimBr-catalyzed cycloaddition reaction but the EG addition could remarkably reduce its energy barrier as the formation of a hydrogen bond between EG and the oxygen atom of epoxides led this process along the standard SN2 mechanism. As a result, the ring-opening reaction became the rate-determining step in the EG/HEBimBr-catalyzed cycloaddition reaction. The work reported herein helped the understanding and design of catalysts for efficient fixation of CO2 to epoxides via hydrogen bond activation.