Carbon dioxide conversion to dimethyl carbonate: The effect of silica as support for SnO2 and ZrO2 catalysts

Abundant in nature, CO2 poses few health hazards and consequently is a promising alternative to phosgene feedstock according with the principles of Green Chemistry and Engineering. The synthesis organic carbonates from CO2 instead of phosgene is highly challenging as CO2 is much less reactive. As part of our ongoing research on the investigation of catalysts for dimethyl carbonate (DMC) synthesis from methanol and CO2, we herein report results aimed at comparing the catalytic behavior of new SnO2-based catalysts with that of ZrO2. Silica-supported SnO2 and ZrO2 exhibit turnover numbers which are an order of magnitude higher than those of the unsupported oxides. Tin-based catalysts also promote methanol dehydration which makes them less selective than the zirconium analogues. Last but not least, comparison with soluble Bu2Sn(OCH3)2 highlights the superiority of the organometallic precursor for achieving 100% selectivity to DMC but it deactivates by intermolecular rearrangement into polynuclear tin species.

RésuméLe dioxyde de carbone est naturellement abondant sans toxicité particulière ce qui en fait un substitut au phosgène intéressant dans le contexte des principes de “Green Chemistry and Engineering”. Cependant, remplacer le phosgène par le dioxyde de carbone pose le problème de sa plus faible réactivité. Dans le cadre de nos travaux sur la synthèse catalytique du carbonate de diméthyle (DMC) à partir du méthanol et du CO2, nous décrivons ici les résultats obtenus avec de nouveaux catalyseurs à base d’oxyde d’étain et de zirconium. Les oxydes supportés sur silice possède des nombres de rotation qui sont dix fois supérieurs à ceux des oxydes non supportés. Les catalyseurs à base d’étain sont aussi actifs en réaction de déshydratation du méthanol ce qui les rend moins sélectifs que ceux à base de zirconium. Enfin, la comparaison avec les précurseurs catalytiques solubles du type Bu2Sn(OCH3)2 montre que ceux-ci sont totalement sélectifs en DMC mais ils se désactivent dans les conditions réactionnelles.