丙二酸二乙酯(简称DEM)作为一种重要的有机合成中间体,广泛应用于医药、染料和香料等工业。传统的氰化钠法由于反应流程长,收率低,污染环境而亟待改进。近年来研究比较活跃的催化羰基化法,与其它合成方法比较,具有反应步骤少,收率高,绿色环保等优势,是一种典型的原子经济型反应,有着广阔的工业化前景,但催化剂的选择是关键。羰基钴作为一种十分重要的有机化合物羰基化反应的均相络合催化剂,其合成方法在国内外已有很多报道,但均不太理想。鉴于此,寻找一种反应条件温和、原料成本低、反应过程简单、不使用有毒物质、反应时间短且效率高的羰基钴催化体系对我国丙二酸二乙酯工业的发展将有着重要的理论价值和现实意义。本论文使用了六种羰基钴催化体系,即Fe粉活化法、Zn粉活化法、漆原钴活化法(U-Co)、漆原镍活化法(U-Ni)、漆原锰活化法(U-Mn)、漆原铁活化法(U-Fe)制备羰基钴催化剂,通过羰基钴催化剂的收率对六种活化剂的性能进行了比较,选出了最佳的羰基钴催化体系,并对羰基钴催化剂的制备条件及其催化合成丙二酸二乙酯的反应条件进行了考察。(1)通过实验得出了对在六种催化体系下原料的最佳配比,并在其最佳原料配比条件下,通过实验考察了反应温度和反应时间对羰基钴收率的影响,当P=1MPa时,反应的最佳条件为:反应温度60~70℃,反应时间2~3小时。对在六种催化体系下制备羰基钴催化剂的实验条件和产物收率进行了比较:漆原铁和漆原锰催化体系的活性最好,所需反应时间最短,产物收率最高;锌粉和漆原镍催化体系次之;铁粉和漆原钴催化体系的活性最低。从原料成本、反应条件和产物收率等方面综合考虑:漆原铁活化剂成本低,活性好,收率高,同时也减少了钴、镍、锰等重金属使用,因此在今后实验中选择漆原铁活化法制备羰基钴催化剂。(2)通过实验考察了漆原铁活化法制备羰基钴催化剂的最佳反应条件: CO压力为1MPa,反应温度为70℃,反应时间2小时,NaOH溶液浓度为15%(质量浓度);乙醇作为溶剂可以取得与甲醇基本相同的效果,且无水乙醇效果最佳;助剂连二亚硫酸钠Na2S2O4比硫代硫酸钠Na2S2O3的效果好。在最佳反应条件下,羰基钴的收率可达99%,而在低温低压(30℃,0.2MPa)条件下,需反应3小时以上,羰基钴的收率才达90%。(3)通过对漆原铁活化剂的红外光谱分析、再生性研究以及XPS分析对活化剂的失活原因进行了研究,结果表明活化剂失活主要是由活化剂活性中心被杂质覆盖以及部分被硫化引起的。(4)通过实验考察了羰基钴催化羰基化合成丙二酸二乙酯的最佳反应条件:CO压力1.5MPa,羰基钴与氯乙酸乙酯用量摩尔比为0.16,乙醇用量20ml,K2CO3用量1.5g,温度60~70℃,反应时间2.0小时以上,丙二酸二乙酯的收率可达98%。综上所述,使用漆原铁活化法制备羰基钴催化剂,并催化羰基化合成丙二酸二乙酯,原料价廉易得,反应条件温和,反应时间短,选择性好,收率高,无污染,是一条环境友好的新型合成路线。