基于L-氨基酸合成阴离子手性离子液体的研究[设计、开题、综述]

BI YE SHE JI（20 届）基于L-氨基酸合成阴离子手性离子液体的研究所在学院专业班级化学工程与工艺学生姓名学号指导教师职称完成日期年月摘要：手性离子液体是一类功能化的离子液体，兼具离子液体及手性物质的特性，可广泛应用于手性合成、手性分离、手性催化等领域。

虽然合成困难和费用昂贵限制了手性离子液体的广泛应用，但其在不对称合成中可作为手性诱导物的应用前景促使研究者不断地去开发新型的手性离子液体。

本论文的研究工作主要包括：新型手性阴离子液体的合成及表征；离子液体与常规有机溶剂在反应过程中的差异性。

关键词：阴手性离子液体；合成；表征目录1 前言 (3)1.1 手性离子液体合成研究进展 (3)1.1.1 含手性碳离子液体 (3)1.1.2 含手性轴离子液体 (2)1.1.3 含手性面离子液体 (2)1.1.4 其它手性离子液体 (3)2 离子液体的应用 (4)2.1 亲电取代反应 (4)2.1.1 Friedel-Crafts烷基化和酰化反应 (4)2.1.2 Blanc氯甲基化反应 (4)2.2 缩合反应 (5)2.2.1 Biginelli缩合 (5)2.2.2 Mannich反应 (5)2.3 氧化还原反应 (5)2.3.1 氧化反应 (5)2.3.2 还原反应 (6)2.4 环化反应 (6)2.4.1 Diel-Alder反应 (6)2.4.2 1,3-环加成 (6)2.4.3 Michael加成反应 (7)2.5 小结 (7)3实验部分 (8)3.1 试剂与仪器 (8)3.2 实验部分 (8)3.2.1 手性(R)-2-羟基-4-苯丁酸钠、钾盐的合成 (8)3.2.2 Na[RHPA]与K[RHPA]在不同有机溶剂中溶解度的测定 (9)3.2.3 [BnMIM+]Cl-的合成 (9)3.2.4 [BnMIM+]Br-的合成 (9)3.2.5 阴离子手性离子液体[BnMIM][RHPA]的合成 (10)4 结果与讨论 (10)4.1 组装阴离子手性离子液体的离子交换可行性分析 (10)5结论 (15)参考文献 (15)附录一、部分化合物谱图 (18)1 前言离子液体是指全部由离子组成的液体，如高温下的KCI, KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。

在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等，目前尚无统一的名称，但倾向于简称离子液体。

在离子化合物中，阴阳离子之间的作用力为库仑力，其大小与阴阳离子的电荷数量及半径有关，离子半径越大，它们之间的作用力越小，这种离子化合物的熔点就越低。

某些离子化合物的阴阳离子体积很大，结构松散，导致它们之间的作用力较低，以至于熔点接近室温。

近年来，将离子液体应用于不对称合成逐渐引起研究者的兴趣。

离子液体在不对合成中的作用大致有3种：(1) 离子液体作为反应溶剂，而手性的产生是来自手性底物或手性试剂；(2) 离子液体用来回收手催化剂，手性的产生是来自于手催化剂；(3) 使用手性离子液体催化不对称合或拆分对映体。

手性离子液体(Chiral Ionic Liquids，简称CILs)是一类功能化的离子液体[1-2]，它综合了离子液体及手性物质两方面的优点及特性，可应用于手性识别、不对称合成、对映体的拆分、立体选择聚合、气相色谱、NMR位移试剂和液晶等领域。

合成手性离子液体较为困难且费用昂贵限制了它的广泛应用，但是由于在不对称合成中手性离子液体可作为手性诱导物或手性催化剂的应用前景促使研究者不断地去合成新型手性离子液体。

手性离子液体的制备既可以使用手性源(如氨基酸、胺、氨基醇以及生物碱类)，也可以利用不对称合成的手段,其所具有的手性可位于分子的中心、轴或者平面上。

1.1 手性离子液体合成研究进展1.1.1 含手性碳离子液体咪唑类手性离子液体是有机工作者研究最多的一类离子液体。

1997年，Howarth等[3]合成并报道了首个具有手性的离子液体溴化N,N-二(S-2’-甲基丁基)咪唑(图1.1)，开启了手性离子液体研究的热潮。

图 1.1 图 1.22004年，Laschat等[4]利用香茅醇与三苯基磷反应后得到的溴代物1与一系列烷基咪唑发生烷基化，阴离子交换合成了一系列具有香茅基的手性离子液体(图1.2)。

1.1.2 含手性轴离子液体手性轴是利用键的刚性阻止键的旋转而产生的手性对映体。

Judeinstein 和Plaquevent等[28]首次设计并合成了一系列含有手性轴的吡啶类离子液体：先将4-吡啶甲醛缩合化，随后溴化得到的顺式构型化合物在溴化氢蒸汽中异构化为反式构型，在过量的N-甲基麻黄素的醇钾盐作用下脱去一个溴化氢，得到具有光活性的化合物。

由此化合物出发，经过烷基化，阴离子交换可以制备出一系列的手性离子液体(图1.27)。

他们合成的新型手性离子液体具有低熔点和玻璃化温度，同时热稳定性能到到150℃以上。

图 1.271.1.3 含手性面离子液体与含有手性中心，手性轴的离子液体相比，含有手性平面的离子液体作为一类独特而又重要的一类而近些年来被众多科研工作者们研究。

Saigo等[29]于2002年首次合成并报道了具有手性面的咪唑阳离子离子液体，他们利用烷基咪唑与两端为卤代烃进行两次烷基化反应得到具有环状的咪唑阳离子，接着与锂盐进行阴离子交换得到目标产物(图1.28)，产率只有36%左右。

随后，他们又合成了具有“冠醚”状带有手性面的离子液体[30](图1.29)。

图 1.28 图 1.29但该研究小组前期合成具有手性平面离子液体均是外消旋化的，他们在以往工作的基础上合成了具有高度对映纯的离子液体[31]。

他们利用具有光学活性的(S)- Valinol，乙醛，乙二醛和醋酸铵一步制得对映纯的咪唑衍生物(S)-2，(S)-2接着与1,8-二氯辛烷偶联得到产物(S)-3，最后，(S)-3在热的N,N-二甲基乙酰胺中通过分子内季铵化以82%和4% 的产率得到两种咪唑盐，再利用CH2Cl2/AcOEt进行重结晶得到两个高度对映纯的非对映异构体(Sp,S)-1-Cl和(Rp,S)-1-Cl（>99：1）(图1.30)。

图 1.301.1.4 其它手性离子液体2002年，Wassercheid等[32]以(S)-缬氨酸为手性源分别经过还原，与丙酸进行环化生成噁唑啉，接着与卤代烃反应后得到目的产物(图 1.31)，其总收率为40%，其中它们在酸性条件下均不稳定。

图1.312 离子液体的应用2.1 亲电取代反应2.1.1 Friedel-Crafts烷基化和酰化反应离子液体应用在烷基化反应中的研究很多，傅克反应包括烷基化和酰化反应。

Song等[34]系统地研究了烯烃与芳烃的傅克烷基化反应。

他们以[EMim]SbF6、[BMim]SbF6、[BMim]PF6等离子液体为溶剂，在催化剂Sc(OTf)3催化下，考察苯与1-己烯的反应转化率，实验结果表明：1-己烯的转化率均99 %以上，产物中单烷基化率在93%~96%(图1.34)。

Shen等[35]研究了在离子液体[BMim]PF6中用特丁醇将苯酚选择性烷基化反应。

图 1.34傅克酰化反应通常指芳烃与酰化剂如酰卤、酸酐等的反应，此反应在有机合成中非常重要。

Seddon等[36]研究了各类芳烃在酸性离子液体[EMim]-χAl2Cl3 (χ=0.167)中的乙酰化反应。

离子液体在反应过程中既作溶剂又作催化剂，使芳烃易于酰化，产率高和选择性好。

Nara等[37]研究了苯和六种取代苯用4-甲基苯磺酰氯作酰化剂，以酸性离子液体[EMim]- χAl2Cl3(χ= 0.167)为催化剂和介质，傅克磺酰化反应合成砜。

2.1.2 Blanc氯甲基化反应邓友全等[38]在卤化1-烷基吡啶，1-甲基-3丁基咪唑季铵盐和盐酸三甲基铵与无水氯化铝构成的离子液体反应介质中，尝试了苯及其衍生物和氯甲醚的Blanc氯甲基化反应。

结果表明底物对反应有很大的影响，苯与氯甲醚反应主要生成氯甲基化产物，而烷基苯与氯甲醚反应则主要生成二苯基甲烷衍生物(图1.35)。

图1.352.2 缩合反应2.2.1 Biginelli缩合邓友全等[39]研究了在[BMim]BF4和[BMim]PF6下，醛、脲和羰基化合物进行三组分Bigienlli缩合反应，产物为3,4-二氢嘧啶-2-酮衍生物。

反应的产率高，时间短，具有传统方法所不具备的优点(图1.36)。

图 1.362.2.2 Mannich反应Mannich反应是由醛、一级胺和酮三组分制备带氨基，羰基等多官能团分子的有利工具，这一过程往往需要酸催来催化反应的进行。

Lee等[40]采用[BMim]BF4，[BMim]PF6，[BMim]SbF4分别结合三氟甲烷磺酸镱、三氟甲烷磺酸钪、三氯化铟研究了芳香醛，苯胺和三甲基硅烯醇类化合物的Mannich反应，发现[BMim]PF6/三氟甲烷磺酸镱体系编写出了最好的催化活性(图1.37)。

图 1.372.3 氧化还原反应2.3.1 氧化反应Owens等报导了以[BMim]BF4为溶剂，用甲基三氧化铼和过氧化氢脲(UHP)催化烯烃与烯丙基醇的环氧化反应，生成环氧化物的转化率和选择性都很高，但当用过氧化氢溶液代替UHP时，几乎完全生成二醇[41]。

Song等[42]用NaOCl为氧化剂，在[BMim]PF6-CH2Cl2 (1:4，v/ v)中研究了Mn (Salen)催化环氧化，发现环氧化产物有更高的对映选择性。

2.3.2 还原反应1995年，Chauvi等[43]首次将离子液体应用于催化氢化反应，以铑为催化剂在离子液体中氢化1-戊烯，结果表明，在[BMim]SbF6中的反应速率比在有机溶剂丙酮中快5倍，且催化剂可以循环使用。

这说明可将催化剂溶解在配位能力较弱的离子液体中，不必设计特殊的配体来完成催化剂的固定化(图1.38)。

图 1.382.4 环化反应2.4.1 Diel-Alder反应近年由于Diels-Alder 反应在合成天然产物和生理活性化合物中的重要作用，吸引人们开发特殊的物理或催化的方法来提高环加成反应的速率和立体选择性。

Seddon 研究组[44]报道了在室温离子液体[BMim]TfO，[BMim]PF6和[BMim]BF4中进行的Diels-Alder反应，具有高的反应速率和选择性(图1.39)。

图 1.392.4.2 1,3-环加成Joan等在[EMim]BF4、[EMim]PF6等离子液体中考察了a同b之间的1,3-偶极环加成反应，得到产物c。

同不用溶剂作对比，使用离子液体大大增加了反应的速率和产率，而且简化了产物的分离步骤，RTILs可以重复使用[46]（图1.41）。