研究背景
與石油基碳酸酯相比，生物基碳酸甘油具有許多優勢，可用于鋰電池、生物潤滑劑、配方劑或作為替代綠色溶劑。然而，盡管生物碳酸甘油酯有潛力，但由于生產過程效率低、成本高，碳酸甘油酯的市場一直受到限制。
康寧歐洲認證實驗室（AQL）、列日大學綜合技術與有機合成中心（CiTOS）J.-C. M. Monbaliu教授及其團隊，融合了連續流反應器和有機化學機理研究，開發了一個的創新工藝。
該工藝在康寧AFR Lab Reactor和康寧G1-Glass生產設備上得到驗證，在有機催化劑存在下，將甘油和二氧化碳的直接衍生物縮水甘油轉化為碳酸甘油。
圖1. 傳統工藝比較
作者在文獻的搜索中發現, 在流動條件下，已經報道了在具有均相和非均相催化劑的環氧乙烷上使用CO2的各種碳酸化方案，報告披露了總體生產率較低（圖2. b，c）的碳酸化。
圖2. 連續流文獻報道
作者之前的研究，建立了一種強化和可擴展的流動過程。將生物基1轉化為相應的環氧乙烷，包括具有高選擇性的2。
隨著連續流工藝技術在可擴展性、安全性和集成化方面帶來的機遇，作者尋求生物基2的進一步下游開發，并尋求大規模生產3的具體解決方案（圖3，d）。
圖3. 連續流新工藝研究
作者在此提出了一種DFT引導的均相催化過程來獲得碳酸鹽3。在顯示pKaH范圍的含氮均相有機催化劑庫之間建立了結構-反應性關系，以最大限度地提高反應選擇性、轉化率和產量。（詳細內容可來通過原文獲取）
DFT研究進一步合理化了這一機制。工藝條件依賴于化學計量的CO2、低催化劑負載量和具有非常高的轉化率和選擇性的短停留時間。工藝過程的可擴展性大大增強。
為了確保無縫可擴展性，作者進行了如下操作：
將CO2加入到具有質量流量控制器的反應器裝置中，并優先在2-丁酮（甲乙酮，MEK）中進行均相催化；
1，5，7-三氮雜雙環[4.4.0]癸-5-烯（TBD）被選為氣態CO2與2直接偶聯的模型催化劑；
在微反應器中用5 mol%的TBD評估溫度、背壓和CO2流速對反應結果的影響；
反應條件包括在140°C（10巴）下處理2，停留時間為2分鐘，氣態CO2為10 mLN/min。
圖4.催化劑研究
接下來，作者研究了一個潛在的含氮均相新有機催化劑系列。用于生物基環氧丙醇與CO2偶聯的各種均相含氮有機堿的篩選工作如下所示。
圖5. 含氮均相新有機催化劑系列
篩選發現使用Barton's base（BB）堿在連續流設備上可以得到最高91%的收率。
作者用康寧Lab Reactor在BB堿催化下的快速合成工藝優化，進行了一系列不同溫度和停留時間的考察，結果如下Table 1所示。
表1. 康寧Lab反應器工藝優化
在140°C和70秒的停留時間下，以1 mol% BB為催化劑，得到88%的產率。
為了驗證優工藝參數的無縫放大性能，作者在康寧G1-glass 反應器上進行了擴大化連續流優化生產。在具有BB堿（1mol%）的中試微通道反應器G1中進行碳酸酯化過程。
圖6. G1反應器的連續流過程示意圖
圖6中描述了一個具有代表性的連續流示意圖。進一步強化結果：
在140°C下在極短的停留時間內（43秒：80%，28秒：78%，21秒：67%）轉化率高達85%。
到目前為止，作者的實驗結果遠遠超過了已知文獻中報道的所有優條件；
將反應過程縮短到不到 30 秒的時間內完成，效率超過了目前所有碳酸甘油酯生產方法；
該工藝使用康寧Lab反應器的優化及G1反應器小批量生產，驗證了該工藝的可放大性；
該研究的主要成果是在流動化學條件下，通過連續流反應器和有機化學的巧妙結合，實現生物基甘油碳酸酯的大規模生產，以滿足工業化需求。
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