（有机化学专业论文）在离子液中合成氨基噻唑、噻唑琳酮类化合物.pdf

浙江大学理学硕士学位论文 摘要 绿色化学是化学发展的必然趋势，而离子液体作为一种绿色反应介质，由 于其具有蒸汽压低、不易燃烧、可循环再利用等特点，代替传统溶剂被广泛应用 于有机合成。离子液体中的有机反应具有收率高、选择性好、条件温和、产品易 分离、催化效率高、离子液体和催化剂可循环使用，反应的危险性小等优点。 氨基噻唑和噻唑啉酮是一类具有特有生物活性，被广泛应用于医药领域的杂 环化合物，它们也是一类重要的化工原料，是染料、农药的合成中间体，因而倍 受关注。 本论文研究了绿色反应介质离子液体中氨基噻唑、噻唑啉酮类杂环化合物的 合成。论文主要分三部分： 第一部分综述了离子液体的性质、制备和在有机反应中的应用概况。 第二部分研究了离子液体中氨基噻唑的合成反应。通过各种硫脲及衍生物与 三种泓卤代酮在离子液体中室温下的反应，成功合成了1 8 个2 氨基噻唑类化合 物，其中5 个为未知化合物。反应时间短、产率高、离子液可以回收使用，其中 对使用的离子液体进行了选择性实验。提供了一种高效、绿色的合成氨基噻唑的 新方法。 第三部分研究了离子液体中噻唑啉酮的合成反应。比较了不同离子液中的反 应效果，选择在 e m i m b f 。中根据优化的反应条件，将硫脲及衍生物与甜氯代酸 或酯在碱催化下作用，合成得到了1 2 对噻唑啉酮类化合物的互变异构体的组合。 而酰基硫脲与旺氯代酸或酯在碱催化下，离子液体中的反应则得到了相应的具单 一结构的噻唑啉酮8 个，而非互变异构体的组合，其中4 个为未知化合物。各异 构体的结构通过分析其水解反应产物的结构进一步确证，并提出了反应可能的机 理。反应时间短、产率高、操作简单、离子液可以回收使用，为噻唑啉酮类化合 物的研究和合成提供了一种新的思路。 论文最后还对芳基硒代酰胺与氯乙酸在各种醇中通过硒转移反应生成 c s e s e c 偶联产物一一二烷氧羰基甲基二硒醚的反应进行了一些研究。 关键词：离子液体、硫脲、卤代乙酮、a 卤代酸或酯、氨基噻唑类化合物、 噻唑啉酮类化合物、二烷氧羰基甲基二硒醚 浙江大学理学硕士学位论文 a b s t r a c t i o n i cl i q u i d sa r ean e wc l a s so fe n v i r o n m e n tf r i e n d l ym e d i a s d u et ot h e i ru n i q u ep r _ d p c n j 6 s u c ha sl o wv a p o rp r e s s u r e , h i g hs t a b i l i t y , 黜o fr e c y c l a b i l i t y , i o n i cl i q u i d sh a v eb e e ni d e n t i f i e d a sp o s s d l ea l t e r n a t i v e st ot r a d i t i o n a ls o l v e n t si naw i d ev a r i e t yo fo r g a n i cr e a c t i n np r o c e s s e s s h o w i n gh i g hy i e l d ，g o o ds e l c c t i v i t y , e a s yp r o d u c ti s o l a t i o na n dl e s sd a n g e ri nm a n yc a s e s t h ed e r i v a t i v e so fa m i n o t h i a z o l ea n dt h i a z o l i d i n o n ea r ei m p o r t a n th e t e r o c y c l i cc o m p o u n d s 1 1 1 e ya r eo fg r e a tv a l u ei nm e d i c a lf i e l df u rt h e i ri n t e r e s t i n gb i o l o g i c a lp r o p e r t i e sa n da 心a l s o i m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e si no r g a n i cs y n t h e s i s t h ed i s s e r t a t i o nf o c u s e so f fs y n t h e s i so f a m i n o t h i a z o l e s , t h i a z o l i d i n o n e sa n dt 1 1 e i rd e r i v a t i v e s i ni o n i cl i q u i d s t h et h e s i sm a i n l yi n c l u d e st h r e ep a r t s i np a r to n e ，t h ep r o p e r t i e s , c o m p o s i t i o n s ，p r e p a r a t i o n sa n da p p l i c a t i o n si no r g a n i cs y n t h e s i s o f i o n i cl i q u i d sa r es u m m a r i z e d i np a r tt w o ，t h es y n t h e t i cm e t h o d so fd e r i v a t i v e so fa m i n o t h i a z o l ea n dt h e i ra p p l i c a t i o n si n r e c e n ty e a r sa f i r s t l ys u m m a r i z e d e i g h t e e ne u r n p o l m d so f 2 - a m i n o t h i a z o l e sw e r es y n t h e s i z e db y t h ec y c l o c o n d c a s a t i o no fa - b r o m o m e t h y lk e t o n e sw i t hn - s u b s t i t u t e dt h i o u r e a si n 【e m i m b f 4 , a n df o u ro ft h e mh a v en o tb e e nr e p o r t e dy e t a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t , i o n i cl i q u i dc a nb e r e c y c l e da n dr e u s e de f f e c t i v e l y t h i sn e ws y n t h e s i so f2 - a m i n o t h i a z o l e si sw i t l lt h ea d v a n t a g eo f m i l dc o n d i t i o n s ，t i m e - s a v i n ga n de n v i r o n m e n tf r i e n d l y i np a r tt h r e e ，t h es y n t h e t i cm e t h o d so f d e r i v a t i v e so f t h i a z o l i d i n o n ea n dt h e i ra p p l i c a t i o n sa r c a l s os u m m a r i z e df i r s t l y t h er e a c t i o no f n - s u b s t i t u t e dt h i o u r e a sw i 曲a - h a l oe s t e r so ra c i d si n e m i m b f 4w a sc a r r i e do u tt o a f f o r dt h em i x t u r eo f t w oi s o m c r $ o f t h i a z o l i d i o n e s a n dw h e n s t r a r tm a t e r i c a l sw e r eu n s y m m e t r i c a ln 。n - s u b s t i t u t e dt h i o u r e a s ，t h ep r o d u c t sw e w i t hs i n g i e s t r u c t u r e n o tt h em i x t u r eo ft w oi s o m e 培o fc o r r e s p o n d i n gt h i a z o l i d i o n e s t w e l v ec o u p l e so f i s o m e r s a n de i g h tc o u m p o u n d sw i t hs i n g l es t r u c t u r ew e r ep r e p a r e dw i t i lt h i ss y n t h e t i cm e t h o d a n d e i g h to f t h e mh a v en o tb e e nr e p o r t e di nl i t e r a t u r e t h e i rs t m c t m a sw e r ed e t e r m i n e db yt e s t i n gt h e s t r u c t u r eo fh y d r a t i o np r o d u c t 1 1 * m a c h n i s mf o r t h i sr e a c t i o nw a sa l s op r o p o s e d i ti sa c o n v e n i e n ta n de f f i c i e n tm e t h o dt os y n t h e s i z et h ed e f t v a t i v e so f t h i a z o f i d i o n ei ni o n i ci i q u i m a p a r tf r o mt h e s e ，b i s ( c a r b o x y a l k y i m e t h y l ) d i s e l e n i d e s a r ；e p r e p a r e db y t h er e a c t i o no f s e l e n o a m i d e sw i t l lf u n c t i o n a l i z e du - h a l oe s t e r so l ra c i d s an e wa n dc o n v e n i e n ts y n t h e s i so f b i s ( c a r b o x y a l k y l m e t h y l ) d i s e l e n i d e sw a sa f f u r d e d k e yw o r d s ：i o n i cl i q u i d s , n - s u b s t i t u t e st h i o u r e e s ，a - b r o m o m e t h y lk e t o n e s ，n - h a l oe s t e r s u r a c i d s ，m m i n o t h i a z o l ed e r i v a t i v e s ，t h i a z e l i d i o n ed e r i v a t i v e s ，b i s ( c a r b o x y a l k y l m e t h y l ) d i s e l c n i d e s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：多l 晏霭、签字日期：己唧 年f 月z 6 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝垫盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权澎鎏太鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 刘壁诛 签字日期：伽7 年，月z 6 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 新躲茹喽呔刷性各础纸 签字日期：如司年，月2 易日 | 电话： 邮编： 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指 导f 完成的成果，该成果属于浙江大学理学院化学系，受国家知 识产权法保护。在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申 请专利，均需由导师作为通讯联系人，未经导师的书面许可，本 人不得以任何方式，以任何其它单位作全部和局部署名公布学位 论文成果。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名壹l 壶瘃 日期：7 年f 月6 日 浙江大学理学硕士学位论文 第一章离子液体在有机合成中的应用研究综述 在对环境保护和资源的可持续利用备受关注的今天，绿色化学是化学发展的 必然趋势，是2 1 世纪化学发展的重要方向之一。传统的化学反应和分离过程由 于使用大量易挥发的有机溶剂，对环境造成严重污染。绿色化学便是针对污染的 来源与特性通过设计新路线、寻找绿色替代化合物与原材料、选择高效催化剂等 方法从源头上防止污染的发生。开发挥发性溶剂的替代介质，减少环境污染，是 绿色化学的重要内容。而离子液作为一种新型的绿色反应介质，由于其具有蒸汽 压低、不易燃烧、可循环再利用等特点，可代替传统溶剂，克服传统溶剂的缺点， 而且可以多次重复使用，已越来越广泛得被认为是一种对环境友好的反应介质， 成了绿色化学研究得热点之一。 第一节离子液体的性质 1 1 1 离子液体定义 离子液体( i o n i cl i q u i d s ) x 称室温离子液体( r o o mt e m p e r a t u r ei o n i cl i q u i d ) 、室 温熔融盐( 啪mt e m p e r a t u r em o l t e n9 0 、有机离子液体等【1 】，是指在室温或低温 下为液体的盐。 1 1 2 离子液体的种类 离子液体由阴离子和阳离子组成，种类繁多。通常通过改变阴离子、阳离子 的不同组合可以获得不同的离子液体。当前研究的阳离子分为四类嘲：烷基季铵 离子 n r 3 r 1 】+ 、烷基季磷离子【p r 3 r 1 】+ 、1 ，3 二烷基取代的咪唑离子【i t r l i m 】+ 、 n - 烷基取代的吡啶离子记为【r p y + 。阴离子主要有对水极其敏感的氯铝酸根离 子，如a i c l 4 。；另一类阴离子构成的离子液体在水和空气中性质很稳定，它们为 b f 4 、p f 6 、n 0 3 。、c 1 0 4 一、c h 3 c o o 。、c f 3c o o 。等。 离子液体可以作为有机反应的介质使用，主要是取决于室温离子液体的一些 浙江大学理学硕士学位论文 特性与传统有机溶剂相比，离子液体在以下几个方面表现出其突出的优势： ( 1 ) 离子液体是许多有机物、无机物、高分子材料的优良溶剂，而且许多可 以任意比例相混合； ( 2 ) 离子液体通常由难与其它化合物配位的离子构成，因此他们可以是高极 性而不产生配位作用的溶剂； ( 3 ) 离子液体与非极性有机溶剂不溶，因而可为两相体系提供一种非水、极 性的替代物。同时一些离子液体也不溶于水，也可作与水难溶的极性相： ( 4 ) 离子液体的沸点通常在3 0 0 左右，所以它不挥发、蒸气压为零，这种特 性使其可用于真高空系统，而不产生对环境的污染问题； ( 5 ) 离子液体可在较宽的温度范围内以液态存在，具有高的热稳定性； ( 6 ) 离子液体的物理、化学性质可以通过选择适宜的阴、阳离子的组合在很 广的范围内改变1 2 , 3 , 4 1 。又称离子液体为“d e s i g n e rs o l v e n t s ”。 第二节离子液体的制备方法 1 2 1 直接合成法 直接合成法就是通过季铵化反应或酸碱中和反应一步合成离子液体，操作 简便，没有副产物，产品易纯化。季铵化反应主要是以n 烷基咪唑与卤代烃为 原料一步制备出离子液体。如l b m i m l b d 5 l 的制备： g + - 【，” 酸碱中和法例如硝基乙胺离子液体就是由乙胺水溶液与硝酸中和反应制备 1 6 1 。具体制备过程是：中和反应后真空除去多余的水，为了确保离子液体的纯净， 再将其溶解再乙腈或四氢呋喃等有机溶剂中，用活性炭处理，最后真空除去有机 溶剂得到产物离子液体。 1 2 2 两步合成法 如果直接法难以得到目标离子液体，就必须使用两步合成法。首先，通过季 铵化反应制备出含目标阳离子的卤盐( 【阳离子】x 型离子液体) ，然后通过复分 解法用目标阴离子r 置换出x 或通过酸碱中和法加入所需的阴离子酸可得到目 标离子液体。 浙江大学理学硕士学位论文 复分解法： ，谚r + w ，谚r + 似 其中r 为短链烷烃，x 为c l ，b r ，1 等卤素负离子，m y 为需用的阴离子的盐。 酸碱中和法： 【，谚r + w 【，囝r 州+ 瞅 其中r 为短链烷烃，x 为c l ，b r ，r 等卤素负离子，h y 为需用的阴离子的酸。 第三节离子液体在有机反应上的应用 离子液体作为反应介质进行有机合成反应是近年来的新兴研究领域之一。离 子液在有机反应中的运用可以改变反应的机理，提高转化率和选择性。我们对早 期和近年来离子液作为反应介质在各类有机合成反应的情况进行了归纳总结。 1 3 1 还原反应 硼氢化钠还原反应是经典的有机合成反应。h o w a r t hj 掣7 l 首次报道了醛 酮在离子液体l - 丁基一3 甲基咪唑六氟磷酸盐( r o m i m p f 6 ) 中的硼氢化钠还原反 应。他们选用六个醛酮a f ，在离子液体 b m i m p f 6 q b 室温反应1 h ，可以5 5 9 0 产率得到的醇，醛酮还原产生的挥发性醇可以直接蒸馏出，避免经典方法中 应用有机溶剂。 0 u i b m i n b f 4 ：h 2 0 ( 1 0 ： ) 0 l h r r 2 一r i k r 2 aro = r z = p h6 5 b r l = p hr 2 = h9 0 cro = hr z = c h ( o h ) p h7 0 dro = p hr z = c h ( o h ) p h7 0 er = m - n o ，r z = h7 5 fro = c y c l o h e x a n o l 5 5 k a b a l l acw 等【8 1 报道了【e m i m 】b f 4 中，有机硼试剂还原醛的反应，反应在 室温较温和的条件下进行，生成的产物可用乙醚萃取出来，离子液体可循环使用 浙江大学理学硕士学位论文 而未见活性的改变。 l u o h m 和“y q 在2 0 0 5 年报道了【9 j 在【b m i i i l l p f 6 和h 2 0 比例为1 ：1 的混 合体系中还原取代芳香醛，特别是当r 为4 c l 时，反应产率达到9 6 。反应 产率高，后处理简单，且离子液可循环使用。 r 9 叱警业r 9 洲 r = 4 - q 。3 - - n 0 2 h 4 - o m e 2 - o m e 罗书平等【1 0 1 在五种不同的离子液体( b m i m b f 4 、 b p y b f 4 、 b m i m p f 6 、 【h m i m b r 、【e m i m t a 中进行苯甲醛与苄胺的还原胺化反应。在室温下，产品二 苄胺在离子液中的产率都较高，特别是在 b m i m b f 4 为反应介质时，反应时间 最短，收率可达9 4 ，原因可能是b f 4 。为阴离子的离子液体存在弱的l e w i s 酸 性。 g 洲。+ 旷毗导旷n 叼 1 3 2 氧化反应 s o n gce 等1 首次报道了离子液体中的氧化反应，显示离子液体在氧化剂 存在下是稳定的。由于选用n a o c i 水溶液作为氧化剂。因此，用疏水的离子液 体 b m i m p f 6 ，反应在o c t 进行，为防j j z b m i m p f 6 在此温度下发生固化，需加 入而氯甲烷，反应物和催化剂溶解在 b m i m p f d c h 2 c 1 2 中，与在有机溶剂中的反 应相比，反应有较快的反应速度，较高的产率( 8 6 ) 和立体选择性，催化剂可 循环使用。 嵩器 孑 o 8 6 9 6 e e 卜b u 浙江大学理学硕士学位论文 o w e n sgs 等1 2 1 成功地进行了在离子液体中甲基三氧化铼催化地过氧化氢 对烯烃和烯丙醇类化合物的环氧化、氧化剂和催化剂均溶在离子液体中，这使均 相的环氧化反应得到高产率的环氧化产物。j i a n gn 和r a g a u s k a sa j 在报道【1 3 】 了在离子液体中，v o ( a c a c ) z 和d a b c o 混合催化体系下氧化芳香醇成相应的醛 的反应。此方法产率大于9 6 ，经循环使用三次，催化剂活性产率未见降低。 pch20h5m01丽vo(ac而ac)z,10矿moidabcop c h 。 r = h ，2 - m e 3 4 3 1 4 - o m e 4 - n 0 2 1 3 3 酯化反应 f r a g adj 掣h 1 分别在离子液体和浓硫酸的催化下进行醇与酸的酯化反应， 在相同的反应条件下，离子液体的催化性能比浓硫酸好，具有较高的选择性，反 应速度快。反应物在离子液体中的转化率与离子液体的选择有关，离子液体的阳 离子侧链对催化性能有影响。产物与离子液体的不可混性推动反应平衡向生成产 物方向移动，有利于产物分离、产率及纯度的提高，离子液体经处理可再次使用。 b r i n c h il 等【”1 研究了在离子液体中进行羧酸钠盐与烷基卤代物的酯化反 应，反应式如下： r c o o n a + r x r 簟 b r - 7 b r i n c h il 认为此反应具有操作简单、安全快速、反应介质可循环使用等特点、 其产率与在d m f 、h m p a 、d m s o 中反应的产率相当甚至更高( 通常高于9 5 ) ， 但在离子液体中进行的反应是无毒的。改变离子液体的结构，调节离子的疏水性 可提高反应产率。 1 3 4m i c h a e l 加成反应 m i c h a e l 加成反应是重要的c c 键形成反应，在有机合成中有广泛的应用。 a l l n a m m d 等【1 6 1 报道了在离子液体【b m i m 】b f 4 中，以n i ( a c a c h 催化已酰丙酮和 甲基烯基酮的m i c h a e l 加成反应，反应温度为8 5 c ，时间为5 h ，产率为9 4 ， 而在相同的条件在而氧六环溶液中反应，产率为3 1 。而且在 b m i m b f 4 中反应 浙江大学理学硕士学位论文 选择性大于9 8 。离子液体在此反应中表现出明显的优势。 + 夕可。 0 n i ( a c a c ) 2 【b m i m b f 4 x ujm 等旧在离子液体脚n i m 】0 h 中研究咪唑类杂环化合物和吗p 不饱和 酮类化合物的m i c h a e l 加成反应。在离子液中反应产率高。他们还比较了4 硝基 咪唑与a ，b 丙酸乙酯在有机溶剂d m f 、d m s o 与离子液体 b m i m o h 的反应效 果，结果发现，在有机溶剂中反应4 8 h ，产率小于5 ，但在离子液体中反应1 5 h ， 产率达9 6 ，表明离子液体有加速反应的显著效果。 + 分c 0 2 e t 型竺巴口c 。z e t r 上 0 2 n 。 1 3 5d i e l s - a l d e r 反应 d i e l s - a l d e r 反应在有机合成上是一个非常有用的c c 结合反应，其实是双烯 体和亲双烯体通过协同作用进行的【4 + 2 】环加成反应。在离子液体中进行 d i e l s - a l d e r 反应的明显优点：体系有足够低的蒸气压、可在循环、无爆炸性、热 稳定而易于操作。 第一个被研究的反应是在 e t n h 3 n 0 3 中环戊二烯与甲基丙烯酸甲酯的反应， 与非极性有机溶剂相比，该反应表现出明显的高内型产物倾向【1 8 1 和快的反应速率 特征。这被解释为非极性反应物与极性溶剂之间的憎溶剂相互作用产生“内压”， 促使反应物在“溶剂空腔”中充分接触，从而活化了生成更具极性的内型产品的 反应【1 9 1 。离子液体作为极性反应介质，对d i e l s a l d e r 反应必定有显著的影响。 h k 一 厂2 c o ：c h - 一 止+ 如c 删。 c 0 2 c h 3 z u l f i q a rf 研究组【2 0 1 首次报道了用离子液体作安全可循环反应介质和微囊化 的三氟甲烷磺酸钪为催化剂的氮杂d i e l s a l d e r 反应，一锅得到5 , 6 二氢- 4 吡啶 酮衍生物，为杂环化合物的合成提供了一个新方法。 6 q 卧芝 浙江大学理学硕士学位论文 刚。州毗一【 爿】竺i o 竺n i cl i q u i d o s i m e l r 1 = p h ，4 - f c b h 3 , 4 - f 2 c 8 h 3 o r 7 5 一9 9 y mdh 等f 2 1 l 报道了离子液氯化锌体系中进行的d i e l s - a l d e r 反应。结果表 明，当反应在c h 2 c 1 2 中反应时，所需时间6 h ，a 占7 2 。在离子液中反应时只 需2 h ，特别当离子液为【b i i l i m 】a ，与氯化锌的比例为2 ：1 时，反应选择性最高， 反应a 达到9 7 3 。 i f 乒+c h o l 冬 0 幻+ 锨 a b 1 3 6f r i e d e l c r a f t s 反应 f r i e d e l c r a f t s 反应包括付克烷基化和付克酰基化反应两种，是经典的有机合 成中对芳环进行衍生的重要反应。通常是在l 上w i s 酸或质子酸的催化下进行的。 a f r i e d e l c r a f t s 酰基化 s i n g e rrd 等i 珐2 3 】报道二茂铁的f r i e d e l c r a f t s 酰基化反应。反应是在离子 液 e m i m l 和三氯化铝的混合体系以乙酸酐做酰化试剂中进行的。实验结果表明， 单酰化产物和双酰化产物的比率决定于离子液体的酸性、乙酰化试剂的用量及反 应时间。当用二当量的三氯化铝反应2 h 时，只得到单酰化产物。如果反应时间 长了，可检测到双酰化产物。 儿rl- i e竖生旦 e + e m i m l - a i c l 3 莲 r 氐r o k h a d i l k a rbm 和r e b e i r oc l 报道【2 4 】了用n 丁基吡啶嗡盐氯化物一三氯化 铝离子液9 5 ( n b p c a i c l 3 ) ( x ：o 6 7 ) 作催化剂进行芳烃的f r i e d e l c r a f t s 苯甲酰化反 应。可以得到产率为6 0 7 4 的二苯酮。避免了传统合成方法大量使用三氯化 o 几 譬 浙江大学理学硕士学位论文 铝和二氯乙烷等卤代烃溶剂。 c c l 3 囟+ g r n - b p c - a i c l 3 6 5 4 h 0 如r r = h b r c i c h 3 o c h 3 o h b f r i e d e l c r a f t s 烷基化 s o n gce 等【”j 报道t s c ( c f 3 s 0 3 ) 3 在离子液体中催化烯烃和芳烃的烷基化反 应。在传统的有机溶剂中反应不能进行。但在【b m i i i l 】p f 6 中，室温下反应1 2 h ， 转化率可达9 9 0 , 6 ，收率为9 6 ，在离子液体中的催化剂也可以重复使用。 壁! 里卫i 2 0 1 2 h 、r + 9 d e c a s t r oc 等 2 6 1 p e 日 b m i m c l a i c l 3 离子液体作为l e w i s 酸催化剂催化芳香化合 物与十二碳烯的烷基化反应，解决了过去的酸催化剂具有毒性、挥发性、腐蚀性 和用量大的缺陷，且反应的选择性和转化率接近1 0 0 。s h e nhy 等2 7 】研究了 【b m i m p f 6 催化苯酚与叔丁基乙醇的选择性烷基化反应，选择性好，转化率高。 1 3 7 h e e k 反应 h e c k 反应在c c 键有机合成中占有重要的地位，常用来官能化芳香环。在 h e c k 反应中，均相p d 催化剂从溶液中沉淀，活性p d 催化剂的循环使用也很困 难，开发一个可以使催化剂体系循环使用的过程是h e c k 反应研究的热点。 o k u b ok 掣2 明等以p d s i 0 2 为催化剂，研究了在离子液体【b m i m 】p f 6 中进行 的h e c k 反应，得到非常高的转化率，且产物易分离，催化剂可以重复使用，反 应中不需要加入膦作为配体试剂，从而降低了反应成本，消除了使用膦带来的毒 性及其对环境的污染。 r g 。+弋八0 p 面d s 而i 0 2 , i e t 3 n r m oj 等1 2 9 l 在2 0 0 7 年报道了在钯催化下芳基卤与y ，6 一不饱和烯酮的h e c k 偶合反应。反应在有机溶剂甲苯，d m f ，d m s o 中反应，产物的转化率不到4 0 。但在 b m i m b f 4 中反应，转化率为8 6 ，表现出了良好的区域选择性。 浙江大学理学硕士学位论文 加飞，q 2 5 m 0 1 p d ( o a e h b r 5 m 0 1 l i g a n d h n p r 2 - 1 1 5 1 2 ， b m i m b f 4 f l i uy 等1 3 0 】以p d c l 2 ( c h 3 c n ) 2 为催化剂，【b 1 1 1 i m 】【1 1 p p m s 】为配位体， b m i m o a c 做为碱及溶剂的双重离子液体系下进行溴苯和a ，b 一不饱和丙酸酯 的h e c k 偶合反应。这种体系有利与增加催化剂的活性和稳定性，即使回收使用 1 1 次反应性能和产率未见降低。 1 - t 8s u z u k i 偶合反应 s u z u l 【i 偶联反应是形成c c 键的非常普遍的方法，可成功地合成联芳烃1 3 q 。 然而这个反应也有一些缺点，如催化剂混入产物、催化剂分解和不良好试剂溶解 性。m a t h e w scj 研究组首次报道了在室温离子液体 b m i m b f 4 中钯催化的 s u z u k i 偶联反应旧，在室温离子液体 b m i m b f 4 呈现很好的反应活性，产物联苯 容易分离，催化剂容易循环。例如，溴苯与苯基硼酸在通常s u z u k i 偶联条件下 反应6 h ，产率为8 8 ，而在 b m i m b f 4 中获得9 3 的产率而反应时间才i o m i n 。 b m i m b f 。在空气中稳定，可以溶解许多有机金属化合物，在水中溶解而不溶于 醚，这些特性使得 b m i m b f 4 成为s u z u k i 偶联反应的很好介质。 r d 町+ 9 8 洲k 号掣g 翕r m a t l l e w scj 等【3 3 】又在【b r i l i m 】b f 4 离子液体在研究了卤代芳烃与芳基硼酸的 耦合反应，用原始的s u z u k i 反应条件，产率仅有3 0 ，并观察到催化剂的分解， 改进后，即先在高温下，将催化剂溶于离子液体 b m i m b f 4 中，反应在室温下进 行，产率提高至9 3 ，催化剂用量仅为正常用量的十分之一，反应速度比正常 的反应快9 倍。y a n gch 等【3 3 】在离子液中钯催化下进行1 氯喹琳( 或4 ，氯异 喹琳) 与萘硼酸偶联反应，与传统溶剂中的反应相比，反应时间少，产率高，易 分离，充分体现了b m i m b f 4 在s u z u k i 偶联反应中的优势特点。 k e m p e r m a ngj 等1 3 4 】报道了在室温离子液体 b m i m p f 6 和甲苯的混合体系 9 浙江大学理学硕士学位论文 中进行钯催化的s u z u k i 偶联反应。有机溶剂甲苯中反应，需要3 0 h ，产率可达 9 9 ，但是反应时间长。在离子液 b m i m p f 6 反应仅需要o 5 h ，但由于提取原因， 反应产率为7 5 。根据反应的特点：离子液可提高反应速率，甲苯易于后处理， k e m p e r m a ngj 等尝试在甲苯做溶剂中加入4 8 m o l 一 b m i m p f 6 , 反应时间仅需 要o 5 h ，反应产率可达到9 0 ，取得了良好的效果。 p d ( p p h 3 h a qn a 2 c 0 3 8 m o l b m i m l p f e ，t o l u e n e 1 3 9b i g i n e l l i 反应 传统的b i g i n e l l i 合成法反应时间长、反应条件苛刻、产率低。p e n gjj 【3 5 l 报道了用室温离子液体在无外加溶剂条件下催化芳香醛、尿素、1 3 二羰基化合 物，一步缩合制备3 冉二氢嘧啶2 酮衍生物，反应式如下： r 9 洲。+叫儿o 呲+ 从刚 【b m i m b f 4 一r 1 0 0 0 5 h or 研究表明，在1 0 0 下反应0 5 h ，就有产物生成，产率约9 0 。若无离子液体， 加热后无产物；离子液体的阴、阳离子种类对反应有很大影响，在离子液体 【b m i m 】b f 4 、【b m i m p f 6 、n b u 4 n c i 、 b m i m l c i 中以 b m i m p f 6 效果最好；转化率 随离子液体用量增大而提高。w a n gzt 等3 6 】和l i ，m 等3 7 1 也分别报道了此类 化合物在不同的离子液中的合成方法，充分体现了这种在离子液中新的二氢嘧啶 合成路线具有一下优点：路线简单、反应时间大大缩短、条件温和、产率高、不 使用有机有毒溶剂和催化剂。 1 3 1 0w i t t i n g 反应 w i a i n g 反应在有机合成中是重要的碳碳键形成反应，立体择体性一般都很 好。w i u i n g 反应产生大量的三苯基氧膦副产物，产物烯烃的分离通常由色谱和 分步结晶分离，b o u l a i r evl 等【3 8 l 的研究表明，在离子液体 b m i n b f 4 中进行 j 0 浙江大学理学硕士学位论文 w i t t i n g 反应很容易进行烯烃与三苯基氧膦副产物的分离，并且可以循环使用离 子溶剂。例如正磷和苯甲醛的反应以7 9 9 0 产率得到烯烃，e ：z 比例最高 可达9 7 ：3 ，用乙醚可提取出全部产物和少量副产物，其余副产物和剩余原料可 用甲苯提出，回收的离子液体循环使用六次仍可以9 2 产率得到产物，更重要 的是回收循环的离子液体可以用于两种不同的w i t t i n g 反应，而不产生产物交叉 的污染。 p h 3 p = c h r 岫p | 卜一c h = c h r + p h 3 p o r = c o m e ，c 0 2 m e ，c n7 9 - - 9 0 1 3 1 1b a y l i s - e l i l l m a n 反应 b a y l i s h i l l m a n 反应属原子经济型反应，但它的缺陷是需要使用高浓度的 d a b c o 催化剂，在不使用溶剂时反应速度很慢。r o s a j n 纠3 9 1 以d a b c o 作为 催化剂进行b a y l i s h i l l m a n 反应。当催化剂在反应溶剂中的浓度为1 0 0 时，在 离子液体 b m i m b f 4 、 b m i m p f e 中的反应速度分别是同等条件下乙腈中反应速 度1 4 1 倍和3 3 6 倍；当催化剂d a b c o 浓度为2 0 m 0 1 时，在 b m i m p f 6 离子液 体中的反应速度为乙腈中( 1 0 0 m o i d a b c o ) 反应速度的1 1 1 倍。s a n t o s l s 等 4 0 l 通过e s i m s 分析了催化剂d a b c o 在离子液条件下使b a y l i s h i l l m a n 反应速 度加快的原因。 o r 八h +勺。、r 焉 o “” o ho r 人少o ，r - 1 3 1 2b e c k m a n n 重排反应 g u os 等1 4 l 】研究了离子液体和m b a 化合物组成催化剂，催化环已酮肟重排 制己内酰胺。离子液为 b m i n p f 6 ，催化剂用量为原料3 m 0 1 ，反应温度为9 0 c ， 反应时间为3 h 时，反应转化率为9 8 ，选择性为9 9 。反应溶剂为d m f 时， 在同等条件下反应，反应转化率为2 3 3 ，选择性为4 1 6 。 m e t a b o r i ca c i d i o n i cl i q u i d = o 浙江大学理学硕士学位论文 r e nrx 等1 4 2 1 使用离子液体【b i l l i m 】b f 4 为溶剂，由环己酮反应生成环己酮 肟，不需要任何其他促进剂，室温反应0 5 h ，产率9 9 。离子液体为反应提供了 中性环境，可循环使用。 1 3 1 3 酶催化下的有机反应 非水相介质中，生物催化剂的活性、选择性、酶的活性经常会降低，这是一 个尤待解决的问题。通过酶的改良、酶作用物的匹配、分子烙印等方法提高酶的 活性。经改良后的酶具有较高的活性、选择性、稳定性，但制备过程复杂。而表 面涂上离子液体的酶( i l c e ) 的镜像选择性和稳定性大大提高且制备简单。 酶催化的有机反应具有用量少，速度快，选择性高的特点。多年来，人们 一直试图解决酶的固定化和在有机溶剂中失活的问题。用离子液体是一个很好的 解决办法。用脂肪水解酶，m a d e i r a l a u r 等【4 3 】研究了环已烯的环氧化，用过氧化 氢和辛酸生成的过氧辛酸环氧化环己烯，收率达到8 3 。 o i o n i ci i q u i d s 0 、 9 c h 3 ( c h 2 ) 8 c i i o o h c h 3 ( c h 2 ) 6 6 0 h 邺二警心啦 第四节本章小结 离子液体作为化学反应的介质具有很多的优点：收率高、选择性好、反应条 件温和、产品易分离、避免使用有机溶剂、催化效率高、催化剂不流失、离子液 体和催化剂可循环使用，反应的危险性降低、可进行在传统溶剂中总不能进行的 反应等，为有机合成提供了一个崭新的环境。 因此，我们从环保意识出发，设想以绿色反应介质离子液为研究基础，以合 成杂环化合物为目标展开课题的研究工作。 浙江大学理学硕士学位论文 参考文献 【1 】李汝雄，王建基绿色溶剂一离子液体的制备与应用纪乙澎髭2 1 1 0 2 ，2 j ( 1 ) ： 4 3 4 8 【2 】w e l t o nt r o o m - t e m p e r a t u r ei o n i cl i q u i d s s o l v e n t sf o rs y n t h e s i sa n dc a y a l y s i s c h e m r e w ，1 9 9 9 ，9 9 ( 8 ) ：2 0 7 1 - 2 0 8 3 【3 】顾浩，方岩雄，张琨室温离子液体的性质和应用精细与专用化学品，2 0 0 5 ， 1 3 ( 7 ) ：1 0 1 1 【4 】w a s s e r s e h e i dp ，w i l h e l mk i o n i cl i q u i d - n e w “s o l u t i o n s f o rt r a n s i t i o nm e t a l c a t a l y s i s a n g e w c h e m i n t e d ，2 0 0 0 , 3 9 ( 2 1 ) ：3 7 7 2 - 3 7 8 9 【5 】b o n h o t e