咪唑类离子液体在邻苯二甲酰亚胺的N-烷基化反应中的相转移催化作用

咪唑类离子液体在邻苯二甲酰亚胺的N-烷基化反应中的相转

移催化作用

刘洁;刘英;戴立益

【摘要】研究了1-正丁基-3-甲基咪唑{[BMIM][R],R-[Br],[PF6],[HSO4],[H2PO4]}类离子液体(ILa)在邻苯二甲酰亚胺(1)的N-烷基化反应中的相转移催化作用.考察

了ILs的结构及用量、反应温度和反应时间、卤代烃(2)的结构及用量、溶剂等对

N-烷基化反应的影响.最佳反应条件

为:120mmol,n(1):n(2):n(ILs):n(K2CO3)=1.0:1.5:0.1:1.5,在1,4-二氧六环中于80℃反应3 h,收率86.7%.

【期刊名称】《合成化学》

【年(卷),期】2008(016)004

【总页数】4页(P414-417)

【关键词】离子液体;相转移催化;邻苯二甲酰亚胺;N-烷基化反应

【作者】刘洁;刘英;戴立益

【作者单位】华东师范大学,化学系,上海,200062;华东师范大学,化学系,上

海,200062;华东师范大学,化学系,上海,200062

【正文语种】中文

【中图分类】O643.32;O643.36

N-烃基邻苯二甲酰亚胺是Gabriel合成反应的重要中间体，可以合成脂肪伯胺和α-氨基酸等重要化合物，广泛应用于医药化学和生物化学等方面的研究。近期研究发现许多邻苯二甲酰亚胺衍生物具有生物活性。

N-烃基邻苯二甲酰亚胺的经典合成方法是在强碱作用下由邻苯二甲酰亚胺(1)与卤代烃(2)在非质子极性溶剂中反应生成[1]，但该方法存在操作危险、产率及选择性低、反应时间长、产物分离和溶剂回收困难等缺陷。近年来随着相转移催化技术的发展，在一定程度克服了上述缺点。研究应用于1的N-烷基化反应的相转移催化剂(PTC)包括：季鏻盐[2]、冠醚[3]、聚乙二醇[3,4]、聚醚[3]、聚苯乙烯固载聚乙二醇[5]等。但以上方法仍存在一定局限性，如产率较低、反应条件苛刻，而且传统PTC在应用中存在缺陷(季铵盐化学稳定性差，冠醚价昂有毒，PTC的循环利用存在困难)。固载PTC虽能实现循环使用，但制备过程复杂，价格较贵。

离子液体(ILs)是近年来绿色化学的新兴研究领域，作为一类全新的软功能材料与介质，它具有不挥发、不易燃、液程宽、溶解性强、热稳定和化学稳定性好、性质可调、可循环利用等特性[6]。最年来，有关IL作为PTC在有机合成中的应用已有报道，反应涉及亲核取代、烷基化、氧化反应[7～10]等，但其在N-烷基化反应方面的研究还未见文献报道。本文研究了1-正丁基-3-甲基咪唑{[BMIM][R]}类离子液体(ILs)在1的N-烷基化反应中的相转移催化作用，并考察了ILs的结构及用量、反应温度和反应时间、2的结构和用量、溶剂等对N-烷基化反应的影响。在最佳反应条件下,N-丁基邻苯二甲酰亚胺(3)的产率达86.7%。

13CompabcXBrClI

Scheme 1

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

Bruker 500 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；Nicolet Nexus 670型红外光谱仪(KBr压片)；Agilent 6850型气相色谱仪(GC)。

1，分析纯；溴代正丁烷(2a)，氯代正丁烷(2b)和碘代正丁烷(2c)，化学纯，使用

前经蒸馏提纯；1,4-二氧六环，THF， EtOH， MeCN，四丁基溴化铵[(n-

C4H9)4NBr]，分析纯，国药集团上海化学试剂公司。

1-正丁基-3-甲基咪唑溴盐{[BMIM][Br]， IL1}， 1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐{[BMIM][BF4]， IL2}， 1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐{[BMIM][PF6]， IL3}，

1-正丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐{[BMIM][HSO4]， IL4}和1-正丁基-3-甲基咪唑磷

酸二氢盐{[BMIM][H2PO4]， IL5}均按文献[11～14]方法制备。

1．2 1的N-烷基化反应

在三颈烧瓶中依次加入1 20.0 mmol，溶剂15.0 mL和无水K2CO3 30.0 mmol，快速搅拌下依次滴加ILs 2.0 mmol和2 30.0 mmol，滴毕，于80 ℃反应3.0

h(GC检测)。用1，4-二氧六环(2×25 mL)萃取，合并有机相，减压旋蒸除去溶剂，残留物用无水乙醇重结晶得白色固体3， IR谱图与文献[15]一致。

2 结果与讨论

2．1 离子液体的结构对N-烃基化反应的影响

2a 30.0 mmol, 1，4-二氧六环15.0 mL,其余反应条件同1．2，考察ILs的结构

对N-烃基化反应的影响，实验结果见表1。由表1可见，无ILs时，产率较低；ILs-K2CO3对反应有较明显的影响，产率提高，反应时间缩短。从表1还可看出，不同的阴离子结构对反应结果的影响顺序为：的催化效果均优于(n-C4H9)4NBr；IL2的催化效果最好。

表 1 ILs的结构对N-烃基化反应的影响*Table 1 Effect of structures of ILs on

N-alkylationILsYield/%ILsYield/%IL183.8IL578.3IL286.7(n-

C4H9)4NBr68.5IL381.7none(8.0 h)28.2IL472.6

*2a 30.0 mmol, 1，4-dioxane 15.0 mL, 其余反应条件同1.2

2．2 IL2用量其及循环使用对N-烃基化反应的影响

以IL2为催化剂，其余反应条件同2.1,考察其用量对N-烃基化反应的影响,实验结果见表2。表2结果表明，随着IL2用量的增加，产率升高；当用量增至10%(2.0 mmol)时，产率最佳(86．7%)；继续增加其用量，产率反而有所下降；IL2的最

佳用量为2．0 mmol。

表 2 IL2用量对N-烷基化反应的影响*Table 2 Effect of IL2 amount on N-alkylationIL2/mmol0.51.02.04.08.0Yield/%77.381.686.782.475.8

*反应条件同表1

ILs在萃取分离产物后，经真空干燥后可直接循环使用。ILs在二氧六环中溶解性

的不同，其循环使用情况也不相同。由于IL2和IL3不溶于二氧六环，均可以循环使用4次，而催化能力没有明显变化。以IL2为例，循环4次产率分别为86.7%，86.2%， 85.8%和85.2%；相反，其余ILs由于在二氧六环中的溶解性较大，而不能循环使用。造成ILs在该反应中催化效果下降的原因可归纳为ILs在溶剂中的溶解损失和操作过程中的机械损失。

2．3 反应温度和反应时间对N-烷基化反应的影响

IL2 2.0 mmol,其余反应条件同2.1,考察了反应温度和反应时间对N-烷基化反应的影响，实验结果见表3和表4。

表 3 反应温度对N-烷基化反应的影响*Table 3 Effect of reaction temperature on N-alkylationTemperature/℃50708090100Yield/%66.378.886.785.887.1

*IL2 2.0 mmol,其余反应条件同表1

表 4 反应时间对N-烷基化反应的影响*Table 4 Effect of reaction time on N-alkylationTime/h1.02.03.04.05.0Yield/%54.677.586.788.489.6

*IL2 2.0 mmol,其余反应条件同表1