咪唑类离子液体的合成讲解

咪唑类离子液体的合成 （可以在查找有关咪唑类离子液体的合成作为文献综述的一部分）
咪唑环是具有芳香性的五元含氮杂环，氮原子经烷基化反应后将烷基链引入咪唑环，使咪唑环成为带正电荷的阳离子。

该结构性质稳定，正电荷分布均匀。

所得手性离子液体稳定性好，熔点低。

是目前研究最多的手性离子液体。

1997年，Howarth [19]报道了第一例手性离了液体的合成，该离子液体是由三甲基硅咪唑和手性的(S)-1-溴-2-甲基丁烷反应制得，产率为21%。

并将它用于不对称Diels-Alder 反应中，手性离子液体作为Lewis 酸参与反应，而不仅仅是溶剂。

Diels-Alder 反应物为巴豆醛或异丁烯醛与环戊二烯，结果表明，对映体过量仅5%。

但是这项工作具有开拓性的意义，初步展现了手性离子液体的应用价值(图1-1)。

N
N
N N
+
Me 3Si
(s)-1-bromo-2-methylbutane
图1-1 溴代N,N-二（S-2-甲基丁基）咪唑的合成
Fig.1-1 Synthesis of N,N-di(S-2-methyl butane)imidazolium bromide
包伟良[20]研究小组，通过手性胺与乙二醛的成环反应，制得含有手性烷基的取代咪唑，再与卤代烷反应，最后进行阴离子交换合成手性离子液体。

这种手性离子液体熔点较高，90℃，常温下为固态，限制了它在手性催化，手性合成，手性分离中的应用(图1-2)。

图1-2 由手性胺合成手性离子液体
Fig.1- 2 Synthesis of chiral ILs from a chiral amine
考虑到手性胺和氨基酸的类似结构，包伟良研究小组从天然氨基酸出发，通过类似的合成方法，制备了一批手性离子液体(图1-3)。

图 1-3 由天然氨基酸合成手性离子液体
Fig.1-3 Synthesis of chiral ILs from natural amino acids
这些离子液体的产率在30～33%之间，熔点在5～16℃之间，这使它们成为不对称反应中的理想溶剂。

它们能够溶于水、甲醇、丙酮等极性较强的有机溶剂，但不溶于乙醚等极性较低的有机溶剂。

这种手性离子液体稳定性好，在180℃也不会分解，它们在不对称诱导反应中有着很好的潜在价值。

N
Br(CH )nBr
toluene,reflux,94%
图1-4 含有两个咪唑环的手性离子液体的合成
Fig.1- 4 Synthesis of chiral ILs with two imidazole rings
张洪彬[21]以手性胺为原料，合成了含有两个咪唑环的手性离子液体，可通过改变中间碳链的长度调节离子液体的性质
(图1-4)。

Ko [22]等人利用咪唑与手性醇的Mitsunobu
反应，将手性引入咪唑环，N-
取代咪唑与亲电试剂如卤代烃通过简单的烷基化反应即可合成手性离子液体，这为手性离子液体的合成开辟了一种便捷的途径(
图1-5)。

N N Mitsunlbu Conditions
图1-5 通过Mitsunobu 反应制备手性离子液体
Fig.1-5 Synthesis of chiral ILs from Mitsunobu reaction
黄仰青[23]课题组以手性天然产物D-樟脑为原料，经过3步合成了N-莰基咪
唑，然后N-莰基咪唑再与卤代烃进行烷基化反应，最后阴离子交换合成了一批手性离子液体。

这些离子液体熔点低，在室温下均为液体。

它在不对称诱导反应中的应用研究正在进行中(图1-6)。

N
N
+
O
NH .
图1-6 由D-樟脑合成手性离子液体 Fig1-6 Synthesis of chiral ILs from D-camphor
Genisson [24]等用手性胺经五步反应合成了C(2)取代的手性离子液体。

BF 4-和NTf 2-盐的玻璃态转化温度Tg 分别为-39℃和-48℃，室温下皆为液体。

用此法制得的二氢咪唑盐由于减少了氢键的形成，故其Tg 及粘度与咪唑盐相比要低。

但由于反应步骤多，产率较低(图1-7 )。

N
N
+
R
图1-7 C(2)取代的手性离子液体的制备
Fig1-7 Synthesis of chiral ILs by C(2)-substitute
Guillemin [25]等从N 位带Boc 保护基的L-缬氨酸出发，经5步反应制备了一种新型手性咪唑阳离子的盐。

与以往含咪唑阳离子的手性离子液体不同的是，其手性中心并不是在侧链上，而是直接位于杂环上。

首先与叔丁基苯胺反应，接着在酸性条件下脱保护基，再将酰胺还原成胺得到相应的二胺，然后经盐酸处理及
与原甲酸三乙酯缩合得到咪唑啉，最后经烷基化及阴离子交换得目标产物。

室温下，NTf 2-盐为液体，而PF 6-盐是固体(图1-8)。

N
N
NH 2
NH
HCl
图1-8 L-缬氨酸制备手性离子液体 Fig1-8 Synthesis of chiral ILs from L-valine
最近，Sasai [26]等报道合成了一类新型的不对称螺旋手性离子液体，反应共六步，用丙二酸二乙酯分两步烷基化两种取代基不同的2-氯甲基-N 取代咪唑，再用LiAlH 4在THF 中还原酯基得到二醇，将产物和三溴化磷在甲苯中回流48h 再经过阴离子交换就合成了目标产物，与用类似方法合成的对称螺旋离子液体比较，熔点较低。

因为不对称性增加了晶体结构的无序性(图
1-9)。

N
N
N 3LiAlH ,THF
图1-9 不对称螺旋结构手性离子液体的合成
Fig1-9 Synthesis of chiral ILs with dissymmetry-helix frame
Dorta [27]等用酒石酸的衍生物的对甲磺酰基化合物与甲基咪唑在70℃下反应20h ，制出了含醚链正二价阳离子的手性离子液体，熔点约为60℃，经醚洗后产率为61%(图1-10)。

N
N
+
N
N +
N N
图1-10 酒石酸衍生物制备手性离子液体
Fig1-10
Synthesis of chiral ILs from tartaric acid ramification
N
N
+
N-methyimidazole
LiNTf 2
NTf 2-
图1-11 氯甲基薄荷醚制备手性离子液体
Fig1-11 Synthesis of chiral ILs from menthol chloromethyl ether
Armstrong [28]等用(+)-或(-)-氯甲基薄荷醚与甲基咪唑反应，然后离子交换，以90%的收率制得了一种新型离子液体，产物无需纯化。

反应简单且产率高(图1-11)。

Wan [29]等用L-(-)-薄荷醇与氯乙酸反应得到的酯和烷基咪唑发生烷基化反应，所得离子液体与HPF 6再进行阴离子交换后制得相应离子液体(图
1-12)。

Cl
O O
N
N +
HPF 6
图1-12 L-(-)-薄荷醇制备手性离子液体 Fig1-12 Synthesis of chiral ILs from L-(-)-menthol
Mikami [30]等用价格低廉的(S)-乳酸乙脂为原料经过Tf 2O 和2,6-二甲基吡啶的处理，与甲基咪唑在二乙基醚中反应生成手性离子液体，产率为92%，但是它的熔点较高(73℃)。

与HPF 6、LiNTf 2、LiN(SO 2C 4F 9)Tf 以及LiN(SO 2C 4F 9)2进行离子交换后得到了一系列室温离子液体，产率为(73%～94%)，玻璃态转化温度
在50～58℃间，这种离子液体最大的特点是没有引入卤素离子，这样就不会对催化过程产生影响(图1-13)。

N
图1-13 (S)-乳酸乙脂制备手性离子液体
Fig1-13 Synthesis of chiral ILs from (S)-lactic acid acetate
Ni[31]等报道合成了一系列C(2)取代的手性离子液体，一般咪唑盐离子液体的C(2)氢具有一定酸性，在碱性条件下作溶剂会引发一些副反应，C(2)取代的手性离子液体能够尽量避免此类情况的发生。

产品经过三步反应得到，2-氨基醇与1-甲基-2-吡啶甲醛在甲醇中反应生成的希夫碱用NaBH4室温还原后得到(收率80%～92%),再用溴丁烷烷基化以77%～90%的收率制取了手性离子液体咪唑的溴盐，最后与KBF4、KPF6、(CF3SO2)2NLi进行离子交换后得到目标产物。

其中六氟磷酸盐的收率能达到100%，(CF3SO2)2N-盐的收率也在92%～98%之间(图1-14)。

N
图1-14 手性中心位于C(2)位置的手性离子液体的制备
Fig1-14 Synthesis of chiral ILs with chiral center in C(2) place
Gaumont[32]，Hannig[33]，Guillen[34]三个课题组都选用了组氨酸作为手性源，利用组氨酸的咪唑环制得了手性离子液体。

反应第一步组氨酸成脲环保护N原子，再与碘甲烷进行单取代烷基化反应，然后通过异丁醇打开脲环去除N原子保护，得到氨基被保护的甲基咪唑衍生物，接着用正溴丁烷烷基化，最后经过阴
离子交换后制出相应离子液体。

其中六氟磷酸盐室温下为液体(图1-15)。

MeO 2
N
N
2MeO 2MeO 2
图1-15 组氨酸制备手性离子液体
Fig1-15 Synthesis of chiral ILs from histidine
周其凤[35]研究小组合成了两种手性离子液体：1-(-)-乙酸薄荷酯基-3-甲基咪唑六氟磷酸和1-(-)-乙酸薄荷酯基-3-十六烷基咪唑六氟磷酸，并将它们用于聚合反应。

氯代醋酸薄荷酯的制备是将L-(-)-薄荷醇与三乙胺溶解在四氢呋喃中，然后与氯代乙酰氯反应，产率为80%。

1-(-)-乙酸薄荷酯基-3-甲基咪唑六氟磷酸是在乙腈中用氯代醋酸薄荷酯与1-甲基咪唑反应，然后与六氟磷酸进行阴离子交换而制得。

产物为浅黄色固体,熔点为99—101℃，产率为91%。

1-(-)-乙酸薄荷酯基-3-十六烷基咪唑六氟磷酸的合成方法与第一种相同，熔点为69—71℃，产率为86%。

他们将所合成的手性离子液体用于甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合。

与不用手性离子液体相比，二者的产率基本相同，但在离子液体中的聚合物的多分散指数大大降低。

初步认为是手性离子液体的不对称环境对聚合物的立体结构产生影响，有待进一步研究(图1-16)。

N
N
R
N
N
+
2
R
N
N
+
ClCH COCl 2
图1-16 两种咪唑类手性离子液体的制备
Fig1-16 Preparation of two kinds of imidazolium-based chiral ionic liquid
N
N
O
O
N
N
O
N
N
+
+
O
N
N
图1-17 含脲基的手性咪唑盐
Fig1-17 Chiral imidazoliums containing urea groups
Bukuo[36]通过引入某些基团而使手性离子液体功能化。

脲衍生物由于可通过酰胺上的氢与反应物形成氢键而被广泛用作路易斯酸催化剂。

他们利用价廉易得的起始物和简捷的路线合成了新的手性离子液体，并第一次将脲基引入到咪唑环上。

1-氨丙基-咪唑与(S)-(-)-2-异氰酸-丁酸甲酯反应得到相应的含脲的产物(产率95—97%)，接着将产物与等量的碘代甲烷在40℃反应24 h制得咪唑碘盐(产率96%—99%)，最后通过阴离子交换得到手性离子液体。

这些新的手性离子液体可被用作反应介质以及手性催化剂(图1-17)。

咪唑类手性离子液体是目前研究最多，发展最快的一种手性离子液体。

因为咪唑环稳定，而且自身活性位点多。

可直接利用咪唑、N-甲基咪唑等，也可利用成环反应合成的咪唑。