（物理化学专业论文）基于l脯氨酸手性离子液体的合成、表征及某些物化性质研究.pdf

摘要 近年来，离子液体作为绿色溶剂和功能材料受到人们的广泛关注，已在有机合成，电 化学，萃取分离等领域展现了广阔的应用前景。手性离子液体因具有独特的手性特征，在 小对称合成和对映体拆分等领域将具有更加诱人的应用潜力。然而，目前有关手性离子液 体的合成和应用研究才刚刚起步，关于手性离子液体的物理化学性质以及它们与有机溶剂 相丘作用的研究甚少，从而极大地限制了它们的应用。本文作为国家自然科学基金 ( n o 2 0 2 7 3 0 1 9 ) 资助课题的一部分，主要内容包括： 1 以天然的l 一脯氨酸为起始原料，经过酯化、烷基化、复分解反应等步骤合成了烷基 对称型l 脯氨酸酯的碘化物、溴化物、硝酸盐、四氟硼酸盐、六氟磷酸盐等十四种新型手 性离子液体。用1 hn m r ，1 3 cn m r ，i rd s c ，t g 和旋光等技术对它们进行了表征，并研究 了阳离子上烷基链的长度和阴离子的类型对手性离子液体的熔点、热分解温度等物理化学 性质的影响。 2 在2 9 8 1 5 k 用a n t o n p a a r d m a 6 0 6 0 2 型数字密度计精确测定了碘化n n 二甲基 l 一脯氨酸乙酯手性离子液体+ 脂肪醇( 甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇) 二元体系的密度， 计算r 这种手性离子液体在不同溶剂中的表观摩尔体积和标准偏摩尔体积，分析了手性离 了液体的标准偏摩尔体积随脂肪醇分子碳链长度的变化关系，讨论了手性离子液体与溶剂 间的相互作用。 3 在2 9 8 1 5 k 用d d s 3 0 7 型电导率仪精确测定了n ，n 一二甲基l 一脯氨酸乙酯手性离子 液体+ 脂肪醇体系的电导率，计算了手性离子液体在脂肪醇中的摩尔电导率和极限摩尔 电导率，讨论了手性离子液体的极限摩尔电导率随醇溶剂的介电常数、粘度、碳链长度的 变化关系，探讨了离子液体的阴离子与脂肪醇分子的氢键相互作用对溶液电导行为的影 向。 关键词：l 脯氨酸，手性离子液体，合成，表征，脂肪醇，密度，电导率，标准偏摩尔 体积，极限摩尔电导牢 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，i o n i cl i q u i d sh a v ea t t r a c t e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o na sg r e e ns o l v e n t sa 1 1 d m n c t i o n a lm a t e r i a l si nt h ea r e ao fo 唱a n i cs ”m e s i s ，c l e c t r o c h e m i s 廿y ，e x n 甚c t i o na n ds 印a r a t i o n a m o n gt h e m ，c h i r a li o n i cl i q u i d s ( c i l s ) a r ep a r t i c u l a r l ya t t m c t i v ef o rt h e i rp o t e n t i a ia p p l i c a t i o n s i nc h i r a ld i s c r i m i n a t i o n ，i n c l u d i n ga s y m m e t r i cs y n t t l e s i sa 1 1 do p t i c a lr e s o l u t i o no fm c e m a t e s h o w e v e r ，s t u d i e so nt h es y n m e s i sa n da p p l i c a t i o n so fc h i r a li o n i c1 i q l l i d sa r cs t i l l 血a p r e l i m i n a r ys t a g e ，r 印o n so n t 1 1 ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e n i e so fc h i r a li o i l i cl i q u i d sa 1 1 dt h e i r m i x t u r e sw i t ho r g a n i cs o l v e n t sa 糟q u i t es c a r c e t h e s eg r e a n yr e s t r i c t e dt l l ea p p l i c a t i o n so fc i l s i ni n d u s t 阱a sap a no ft h ep r o j e c ts u p p o n e db yt h en a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o l l i l d a t i o no f c h i n a ( n o 2 0 2 7 3 0 1 9 ) ，m em 萄o rc o m e n to f t l l ep r e s e n t 、o r ki sa sf o l l o w s ： 1 u s i n gn a t u 脚l - p m l i n ea st h es t a n i n gm a t e r i a l ，f b l l n e e nn o v e lc i l so fi o d i d e ，b r o i n j d e ， n i t r a t e ， t e t r a n u o r o b o r a t e ，h e x a n u o m p h o s p h o r a t eh a v eb e c ns y n t h c s i z e db ye s t e r i f i c a t i o n ， a l k y l a t i o na 1 1 dm e t a t l l e s i s a l lt h ep r o d u c t sa r ec h a r a c t e r i z e db y1 hn m r ，1 3 cn m 喂，i r ，d s c ， t ga n dp o l a r i m e t r y ，a n dt h ee f 诧c to fa l k y lc h a i nl e n g mo ft h ec a t i o na n dn a t u r eo f t h ea i i j o nh a s b e e ni n v e s t i g a t e do nt h em e l t i n gt e m p e m t u r e ，t h e r m a ld e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r ca 1 1 do t h e r p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e n i e so 九h es y i l m e s i z e dc h i r a li o n i c1 i q u i d s 2 ，d e n s m e sf o rm eb i n a r ys y 啦m so fn ，n d i m e t h y l - l p r o l i n ee 也y le s t e ri o d i d e + a l i p h a t i c a l c o h o l s ( m e t h a n o l ，e t h a n o l ，n p m p a j l 0 1 a 1 1 d n - b u t a n 0 1 ) h a v eb e e n m e a s u r e dp r e c i s e l ya t 2 9 8 15 kb ya na n t o np a a rd m a6 0 6 0 2d i g i 诅ld e n s i m e t e lb a s e do nt l l e s ed a t a ，a p p a r e mm o l a r v o l u m e sa t l dt 1 1 es t a n d a 帕p a n i a jm o l a rv o l u m e sh a v eb e e nc a l c u l a t e df o rt t l ec i li nt h ed 词 e r e n t s 0 1 v e n t s e a 、e c to fa l k y lc h a i n1 e n g mo ft h ea l i p h 砒i ca l c o h o l so n 也es t a i l d a r dp a n i 出m o l a r v 0 1 u m e so ft l l ec i lh a v eb e e na n a l y z e d t h ei n t e r a c t i o n sb e t 、v e e nc i la j l dt l l es o l v e m sh a v e b e e nd i s c u s s e d 3 c o n d u c t i v i t i e sf o rb i n a r ys y s t e m so f n ，n - d i m e t h y l l p r o l i n ee t h y le s t e ri o d i d e + a l i p h a t i c a l c o h o l sh a v e b e e nd e t e r m i n e da t2 9 8 1 5kb yad d s 一3 0 7c o n d u c t i v i t ym e t e ld a 诅o f m em 0 1 a r c o n d u c “v i t i e sa n dt l l e l i m i t i n gm 0 1 a rc o n d u c t i v i t i e sh a v e b e e nr e p o r t e df o rt h ec i lt h e d i e l e c 州cc o n s t a n t ，v i s c o s i t ya i l d a l k y jc h a i nl e n g t l lo ft h es o l v e n t sa r es h o w nt oa f r c c t s i g n i f i c a n t l yt h el i m i t i n gm o l a rc o n d u c t i v i t i e so ft h ec i li nt h ea l c o h o l s t h er e s l l l t sh a sb e e n d i s c u s s e dw i t ht h eh y d r o g e n - b o n d i n gi n t e m c t i o n sb e t w e e na n i o no ft 1 1 ec i la n dt 1 1 ea l i d h a t i c a i c o h o l s ， k e yw o r d s ：l - p r o l j n e ，c h i r a li o n i cl j q u i d ，s y n t h e s i z e ，c h a r a c t e r i z e ，a l i p h a t i ca l c o h o l s ，d e n s i t h c o n d u c t i v j 劬s t a n d a r dp a n i a lm o l a rv o l u m e ，l i m i t i n gm o l a rc o n d u c t i “t y i i 第一章手性离子液体的合成和应用研究概况 第一章手性离子液体的合成和应用研究概况 近年来，离子液体作为绿色溶剂和功能材料受到人们的广泛关注，已在有机合成【l “， 电化学1 4 。7 1 ，萃取分离1 8 删等领域展现了广阔的应用前景。离子液体是在室温附近完全由离 子组成的熔融盐i 坨1 一般由体积较大的有机阳离子和体积较小的无机阴离子组成。它有许 多特性：如不可燃性；几乎无蒸汽压，与传统有机溶剂相比，不会造成环境污染且可以用 于低压条件一被称为“绿色溶剂”；溶解能力强，能溶解许多有机化合物和无机化合物； 应用于化学反应时，既可作溶剂又可作催化剂3 。4 1 ，且有可能使本来不能进行的化学反 应变为现实，或使催化剂的活性及选择性提高；它的极性以及亲水、憎水性等可以通过选 择阴、阳离子而加以调控，因而又被称为“可设计性”溶剂 15 1 。在离子液体中，一类新成 员一手性离子液体正成为人们关注的焦点。手性离子液体是一种功能化离子液体，它不但 具有传统离子液体的优良特性，而且还有独具的手性特征，因此在不对称合成和对映体拆 分等领域将具有，“阔的应用前景。然而，国内外有关手性离子液体的合成和应用研究还很 少。现就目前这方面的研究作一概述。 1 1 手性离子液体的合成 手性离子液体的合成应符合如下要求：1 ) 易于制备；2 ) 熔点较低( 般低于8 0 ) ； 3 ) 热稳定性较好( 最低应在1 0 0 以卜_ 稳定) ；4 ) 对水和有机溶剂稳定；5 ) 粘度相对较小。 1 9 9 6 年，h e m n a 衄等【l6 j 在合成咪唑类氮杂环卡宾作为不对称合成均相催化剂配体时， 合成了第一个手性离子液体( i ) ，由于它在室温下是固体，并没有引起人们的注意。1 9 9 7 年， h o w a r d 等m 合成了一种热稳定性好、纯手性的溴代双烷基咪唑盐( 1 1 ) ，作为d i e l s a l d e r 反应的l e w i s 酸催化剂，尽管它提高了内外消旋体的选择性，也没有引起人们足够的重视。 陟甜 ( i ) 图i1 手性离予液体( i ) 、( i i ) 的结构式 囝飞八 i 第一章手性离f 液体的合成和应用研究概况 直到1 9 9 9 年，s e d d o n 等合成了羟基丙烯酸1 丁基。3 一甲基咪唑盐( i i i ) 室温手性离 子液体，不过它的手性碳是在阴离子上，是通过阴离子交换得到的( 如图1 _ 2 所示) 。该手性 离子液体被用作丙烯酸乙酯和环戊二烯发生d i e l s a 1 d e r 反应的溶剂时，显著提高了反应的 转化率和内外消旋体的选择性( 反应2h ，内外= 4 ：l ；反应2 4h ，内外= 3 ，7 ：1 ) 。 2 0 0 2 年，s a i g o 等【1 9 j 合成了一种带有平面手性的咪唑类离子液体( i v ) ，具体合成路线 如图1 3 所示。但是这种新型离子液体以外消旋体的形式存在，若要得到单一的对映体还 需要采用一些分离技术( 如手性h p l c 或重结晶) 来进一步分离。 w a s s e r s c h e i d 等1 2 0 】在2 0 ( 】2 年以手性化合物为原料也合成了三类手性离子液体。第一 类是曝唑啉盐( 1 ，2 ，合成路线如图1 4 所示。该离予液体的熔点相对较高，总产率也较 低( 4 0 ) ，且在酸性条件下容易开环，从而限制了它的应用。另外两类手性离子液体都是 羟基铵盐i ) 和i i ) ，合成方法也类似( 见图1 5 ) ，由于稳定性好，它们在不对称有机合成 与分离技术方面有诱人的应用前景。 m 。沧+ 也fo n a i i b “c h 2 ) 1 泸 1 h f 图1 2 手性离子液体( i i d 的合成路线 c h 3 c n ( c h 2 ) 1 0 b r h 孓扩 o 矧1 3于性离子液体( ) 的合成路线 审卧 第一章手性离子液体的合成和应用研究概况 v = 赢。，“2 _ 1 i 等 图1 1 6 手性离子液体( x x i i ) 、( x x l l i ) 的结构式 北京大学寇元等3 2 1 利用天然氨基酸酸化或酯化成盐酸盐后发生复分解反应合成了两 大类手性离子液体x x i v x x v 合成路线如图1 1 7 所示。该反应在水中等量进行，是一种 绿色合成方法。由于氢键作用，大多数氨基酸酸化后的衍生物熔点较高，而经酯化成盐酸 盐后的衍生物在室温f 是粘稠性油状液体。 刈氐 ( ，。 r - 尹；小 第一章手性离子液体的合成和应用研究概况 h x m y h ，蠢0 ”w x ”一嚣彗怒：麓6 h ，蠢”，一 r ”嚣j 三怒：慧6 l m + = a g n h + ，k + ，l r r ( x x v ) 图1 1 7 于性离子液体岱x i v - x x v ) 的合成路线 2 0 0 6 年，日本的s a s a i 等【3 3 】利用烷基氯化眯哗与丙二酸二乙酯合成了第一个螺环味唑 类手性离子液体( x x v l ) ，并研究了它们的手性识别能力，取得了很好的效果。 r 1 r 1 ，r 2 = c h 3 ，q h 5 ，c 3 h 7 ，i c 3 h 7 r 2 x 。3 n ( c f 3 s 0 2 ) 2 ，n ( c f 3 ( c f 2 ) 2 s 0 2 ) 2 ( ) o f v i ) 图1 18手件离子液体( 【、，d 的结构式 1 2 手性离子液体的应用 手性离子液体是近几年出现的功能化离予液体，目前有关其应用的研究报道非常少。 但人们已经预期，它们在不对称催化合成、对映体拆分、手性位移试剂、手性液晶等方面， 将具有诱人的应用前景。 1 2 1 手性离子液体在不对称催化合成中的应用 所谓不对称合成是利用催化剂的不对称中心来诱导产生手性产物的反应，在有机合 成领域这一直是极具吸引力和挑战的课题。手性离子液体作为一种新型绿色溶剂在这方面 具有广阔的应用潜力。 l f 如在上述手性离子液体合成巾提到的，有些化学工作者已利用他们合成的手性离子 液体作为不对称合成的手性催化剂。在2 0 0 4 年，v o t h a n l l 等【3 4 】将n 甲基麻黄碱类手性离 子液体作为丙烯酸酯和苯甲醛间不对称b a y l i s h i l l m a f l 反应的介质。实验结果表明，这是 首次在手性离子液体中获得了较高的对映体选择性( 4 4 ，e e ) 。另外，作为反应溶剂，它 们便f 回收利用且性质不发生变化，这是手性离子液体一个很大的优点。 9 ， h u c r 怕 一0。 一 + n b 第一章手件离子液体的合成和应用研究概况 最近，a 衄s t m n g 等【3 5 】把手性离子液体用于光异构化反应，获得了较高的对映体选择 性( 1 1 ，e e ) 。 1 2 2 手性离子液体在气相色谱中的应用 手性对于生命科学是至关重要的，因为构成生命的基本物质( 如核酸，氨基酸，糖等) 都具有手性，而且手性还直接关系到药物的药理作用、临床效果、毒副作用等。因此对映 体的手性拆分对人类显得尤为重要。目前对映体的拆分尤其是手性药物的拆分主要是通过 手性柱分离来实现的，但其费用高，且易污染。手性离子液体的出现为这一领域带来了新 的希望。 d i n g 等f 3 q 首次使用手性离子液体( 麻黄碱类) 作为气相色谱的固定相来分离手性化合 物。他们在研究中发现，这类手性离子液体对醇( 包括二醇) 、亚砜、环氧、酰胺等四类常 见的手性化合物具有很好的分离效果。但是，当温度不低于1 4 0 时，几周时间后手性离 予液体便对某些化合物( 如醇类) 失去了手性识别能力。这说明，这类手性离子液体作为气 相色谱固定相的稳定性还不够好，需要寻找更有效，更稳定的手性离子液体作为气相色谱 固定相，以弥补这方面的不足。 1 2 3 手性离子液体在n m r 方面的应用 手性位移试剂是利用n m r 方法来测定光活性化合物对映体纯度的重要试剂。近年来， 已有报道将手性离子液体作为手性位移试剂。在2 0 0 2 年，s a i 9 0 等研究了具有外消旋的 咪唑类手性离子液体阳离子与( s ) 1 0 一樟脑磺酸盐阴离子问的非对映相互作用，结果表明这 类于性离子液体有较强的手性识别能力。w a s s e r c h e j d 等和g a 啪o m 等1 2 3 1 利用1 9 fn m r 分别研究了麻黄碱啉盐和噻唑啉盐手性离子液体对外消旋m o s h e r 酸盐的手性识别能力， 结果表明，外消旋m o s h e r 酸盐氟原子信号峰的裂分程度与手性离子液体中水的含量有很 大的天系。 1 2 4 手性离子液体在手性液晶方面的研究 f 性液晶是指液晶分子结构中含有一个或一个以上不对称碳原子的液晶化合物 3 7 】。根 据其自身的结构，可以分为胆甾相液晶和铁电液晶。 离子液体的阴离子对离子液体的性质( 如溶解性，粘度，熔点等) 有很大的影响，g a 啪o n t 等1 2 4 1 研究了一系列手性离子液体的液晶行为。结果表明，大多数化合物表现出优异的物理 化学特性，如熔点或玻璃态转化温度低，热稳定性达到1 5 0 甚至更高，有几种化合物在 较宽的温度范围内呈液晶状态，而且阴离子为b r 或b f 4 。时更容易得到液晶状态。 第一章手性离子液体的台成和应用研究概况 1 3 本文的研究动机和主要内容 手性化合物尤其是手性药物对生命科学和人类的健康具有十分重要的意义，因此它们 的制各和分离显得尤为重要。手性离子液体作为一类新型材料，它不仅具有一般离子液体 的优良特性，而且还有独具的手性特征，因而在不对称合成和对映体拆分领域具有更大的 应只i 潜力。但是，目前合成的手性离子液体种类很少，相关的物理化学性质和应用研究更 少。因此，该领域极具研究和开发潜力。 从前j l 节的文献综述可见，目前手性离子液体的合成，一般有两种方法：一种是利用 非手性化合物通过不对称合成方法来制备，此方法得到的产物为外消旋体，欲得到单一的 产物，还需进行比较复杂的手性分离；另一种是以手性化合物为起始原料进行合成，此方 法易得到单一手性化合物，但是非天然的手性试剂价格昂贵。鉴于上述情况本文以天然的 l 一脯氨酸为起始原料，通过酯化、烷基化、复分解反应等步骤合成了烷基对称型l 脯氨酸 酯的碘化物、溴化物、硝酸盐、四氟硼酸盐、六氟磷酸盐等十四种新型手性离子液体，并 用1 h n m r ，”c n m r ，i r ，d s c ，t g 和旋光等技术对这些手性离子液体进行了表征。 手性离子液体的粘度很大，有的甚至在室温下是固体，这在一定程度上对手性离子液 体的应用造成较大的困难。醇是一类很重要的有机试剂，化学性质比较稳定，粘度很小， 也常被用作许多反应的介质，而且这些有机物对离子液体又有很好的溶解性，在离子液体 中加入少量醇类化合物，往往能使离子液体的粘度发生巨大变化。因此，在某些情况下， 含有少量脂肪醇( 如乙醇) 的离子液体可能具有重要的应用前景。考虑到体积和电导数据是 相关工业设计和开发的重要基础，而且体积是体系的热力学性质，是“平衡”性质，可以 提供离子液体溶剂相互作用的信息；电导是体系的传输性质，是“动态”性质，从溶液的 电导数据可以获得离子液体在溶剂中的存在状态以及离子液体对溶剂结构影响的信息，揭 示溶液中溶质与溶剂相互作用的规律。同时利用体积和电导两种方法来研究含离子液体的 溶液体系，有可能为深入了解这些体系的基本物理化学性质和相互作用规律提供较全面的 信息。因此，本文以碘化n ，n 二甲基一l 一脯氨酸乙酯为代表采用体积和电导两种研究方法 测定r 手性离子液体与脂肪醇( 甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇) 形成二元体系的密度和电导 率，汁算了这种手性离子液体在脂肪醇中的标准偏摩尔体积和极限摩尔电导率，分析了溶 剂的性质对离子液体的标准偏摩尔体积和极限摩尔电导率的影响，探讨了手性离子液体与 醇类化合物之间的相互作用，希望为手性离子液体的开发和应用提供参考依据。 第二章烷基对称型t ，脯氨酸甲酯娄手性离子液体的合成 第二章烷基对称型l 脯氨酸甲酯类 手性离子液体的合成 手性离了：液体是一种功能化离子液体，它不仅具有传统离子液体的优良特性，液态温 度范围宽，几乎没有蒸汽压，电化学窗口宽，溶解能力强，无可燃性，热稳定性好等，而 且还有独特的于性特征，因此在不对称合成和对映体拆分等领域具有广阔的应用前景。 目前就手性离子液体的合成而言，一般有讪种方法：一种是利用非手性化合物通过不 刘称合成的方法得到，此方法得到的产物为外消旋体，欲得到单一的产物必须进行复杂的 手性分离；另一种是以手性化台物为起始原料进行合成，此方法易得到单一的手性化合物， 但是非天然的手性试剂价格昂贵。基卜以上原因，本文以天然的l - 脯氨酸为起始原料来合 成于性离子液体，并用1 hn m r ，“cn m r ，i r ，d s c ，t g 和旋光等技术对这些手性离子液体 进行了表征。该方法主要有以下优点；1 ) 原料便宜，从而降低了合成手性离子液体的成本； 2 ) 它们的手性中心在环上，与其它氨基酸相比不易消旋；3 ) 合成方法简单，产率较高。 所台成的手性离子液体尚未见文献报道。 2 1 试剂与实验仪器 2 1 1 试剂 l 一脯氨酸分析纯9 8 北京拜尔迪生物技术有限公司 甲醇 分析纯北京化工厂 氯化亚砜 分析纯天津科密欧化学试剂开发中心 三氯甲烷 分析纯天津市河东区红岩试剂厂 乙腈分析纯北京化学试剂公司 碳酸钾分析纯天津市博迪化j 有限公司 二氯甲烷 分析纯天津市博迪化工有限公司 l ，1 ，l 一三氯乙烷 分析纯 天津市博迪化工有限公司 碘甲烷 分析纯上海试齐一厂 碘乙烷 分析纯天津科密欧化学试剂开发中心 溴乙烷分析纯天滓科密欧化学试剂开发中心 溴乙烷分析她天撑科密欧化学试剂开发中心 第二章烷基对称型l - 脯氨酸甲酯类手性离子液体的合成 氨水 硝酸银 六氟磷酸钠 氯化钙 氢氧化钠 五氧化二磷 3 a 分子筛 镁带 单质碘 柱层析硅胶 硅胶h f 2 5 4 2 1 2 实验仪器 分析纯洛阳市化学试剂厂 分析纯北京化工厂 工业原料浙江东阳向阳化工有限公司 分析纯 洛阳市化学试剂厂 分析纯 天津科密欧化学试剂开发中心 分析纯 天津市河东区红岩试剂厂 钾型 天津科密欧化学试剂开发中心 分析纯 洛阳市化学试剂厂 分析纯 北京化工厂 试剂级( 2 0 0 一3 0 0 目) 青岛海洋化工厂分厂 薄层析用青岛海洋化工厂分厂 f t s 一4 0 红外光谱仪( 美国伯乐公司1 a 、，- 4 0 0 m 核磁共振仪( b m k e r 公司) w z z 一1 自动指示旋光仪( 上海光学仪器，) e x s t a r - 6 0 0 0d s c 6 2 0 0 示差扫描量热分析仪( s e i k o i n s i r u m e r i t si n c + 1 e x s t a r _ 6 0 0 0t g d t a 6 3 0 0 示差热重分析仪( s e i k o i n s i m l n e r i 招i n c 1 2 1 3 试剂的纯化 l 一脯氨酸，用前在真空烘箱中于5 0 干燥两天，氯化亚砜、碘甲烷、碘乙烷和溴乙烷， 用前蒸馏取中问馏分；三氯甲烷、二氯甲烷、乙腈、1 ，1 ，1 三氯乙烷均用3 a 分子筛干燥3 天备用。 实验用甲醇，按照文献1 3 8 j 方法用镁带干燥；六氟磷酸钠，用前在水中重结晶两次。 实验用氢气，将氨水缓慢滴加到氢氧化钠中，产生的氨气通过装有氢氧化钠的干燥管 后导入溶液中。 2 2 烷基对称型l - 脯氨酸甲酯类手性离子液体的合成路线 本章从天然l 一脯氨酸出发，经三步或四步合成l 一脯氨酸甲酯类手性离子液体。具体 合成路线设计如下： 第二章烷基对称型l 脯氨酸甲酯类手性离子液体的合成 竺望i 2 型 h s o c l 2 ，5 h 2 c 0 3 ，c h 3 c n h 3 c h c l 3 ，o x 。= b r _ r y 。一n 0 3 + ，p f 6 图2 1 烷基对称型l _ 脯氨酸甲酯类手性离子液体的台成路线 m y h 2 0 2 3 烷基对称型l 一脯氨酸甲酯类手性离子液体前体的合成 2 3 1l - 脯氨酸甲酯盐酸盐( 2 ) 的制各 参考文献1 3 9 j 方法，向5 0 0m l 的三颈圆底烧瓶中加入3 0g ( 0 2 6m 0 1 ) 干燥过的l 一脯氨 酸，用3 0 0 m l 处理过的无水甲醇溶解，在磁力搅拌下用冰盐浴将反应体系冷却到一5 以下 然后用恒压滴液漏斗缓慢滴加4 7h 止( o 6 5m 0 1 ) 氯化亚砜，氯化亚砜的滴加过程一定要慢 ( 约8h 滴加完毕) 以保证反应体系的温度维持在5 以下。待氯化亚砜滴加完毕后，在室温 f 继续搅拌3h 后，静置过夜。 2 3 2l 脯氨酸甲酯( 3 ) 的制备 将上述甲醇溶液用水泵减压蒸馏除去甲醇，然后再加无水甲醇，减压至于，这样反复 多次以除去过量的氯化亚砜，最后得到无色糖浆状物质。然后用3 0 0m l 干燥过的氯仿将 其溶解，在磁力搅拌下用冰盐浴将溶液冷却到0 以下，再向溶液中通入干燥的氨气。很 快氯仍中便出现白色沉淀，这个反应是酸碱中和反应，速度很快，反应也比较完全，但为 了避免冈搅拌等外界因素影响反应的转化率，通氨气时间要长一些，直至瓶口处过量的氨 气使红色石蕊试纸变蓝为止。然后过滤除去氯化铵，滤液在3 0 用水泵减压蒸馏，除去氯 仿和过量的氨气，最后残留无色液体为l - 脯氨酸甲酯，换用油泵在9 0 减压蒸馏，得产品 3 lg ，产率约9 2 ，沸点t b = 7 9 ( 1 5m m h g ) 。 j 4 叱 啦 铲 h n c ， 船 c | 1 肛 时 y 3 h 第二章烷基对称型l 脯氨酸甲酯类手性离子液体的合成 2 4 烷基对称型l 脯氨酸甲酯类手性离子液体的合成 2 4 1 碘化n ，n 二甲基l 脯氨酸甲酯( l p r o c 1 c li ) 的合成 在磁力搅拌下，将1 2 9g ( 0 1m 0 1 ) l - 脯氨酸甲酯( 3 ) 溶于盛有1 2 0m l 无水乙腈的圆底 烧瓶( 2 5 0m l ) 中，然后向烧瓶中加入1 2 8g ( 0 1m 0 1 ) k 2 c 0 3 ，室温搅拌1 5h 后，用恒压滴 液漏斗慢慢滴加含有3 5 5g ( o 2 5m 0 1 ) 碘甲烷的乙腈溶液( 3 0m l ) 。待碘甲烷滴完后，室温 反应，用薄层分析( t c l ) 监测反应情况，直到反应基本完全为止( 整个反应时间约1 6h ) 。过 滤除去k h c 0 3 等固体，滤液减压至干得淡黄色粘稠液体，室温下很快变成圆体，然后用 l ，1 ，l 一三氯乙烷洗涤抽滤，并用薄层分析( t c l ) 监测洗涤情况，直至产物中不再含有l 一脯氨 酸甲酯和n 一甲基l 一脯氨酸甲酯，最后在真空烘箱中于5 0 干燥6h ，得淡黄色粉末状产品 2 5 6 产率9 0 ，然后经硅胶柱进+ 步纯化得淡黄色结晶( 展开剂：甲醇二氯甲烷= 1 ，4 ) 。 t 。= 1 0 2 ，【o 】一u _ - 1 5 5 ”( 2 0 ，c h 3 0 h ) 。 2 4 2n ，n - 二甲基l 一脯氨酸甲酯硝酸盐( l p m c 1 c ln 0 3 ) 的合成 将3 4 2g ( o 0 1 2m 0 1 ) 碘化n ，n 一二f p 基一l 一脯氨酸甲酯加入盛有1 0m l 水的圆底烧瓶( 2 5 m l ) 中，在磁力搅拌下，然后向烧瓶中慢慢滴加溶有2 0 4g ( o 0 1 2m 0 1 ) a g n 0 3 的水溶液( 5 m l ) ，很快有淡黄色沉淀生成，避光反应6h 后，滤去不溶物，除去溶剂，最后在真空烘 箱中于5 0 干燥5h ，得蜡状产品2 3g ，产率8 7 。t m - 5 9 ， a 】d 2 0 = 2 0 0 ( 2 0 ， c h 3 0 h ) 。 2 4 3n ，n - 二甲基一l 一脯氨酸甲酯六氟磷酸盐( l p m c r c l p f 6 ) 的合成 向盛有15 m l 水的【到底烧瓶( 5 0 m l ) 中加入6 2g ( o 0 2 1 7 5 m 0 1 ) 碘化n ，n 二甲基一l 脯氨 酸甲酯，在磁力搅拌下，然后向烧瓶中慢慢滴加溶有3 8 4g ( 0 0 2 2 8 m 0 1 ) n a p f 6 的水溶液( 1 0 m l ) ，反应6h 后，除去溶剂，用二氯甲烷将其溶解，再用二次水反复萃取其中n a + 和i 。通 过a g n 0 3 溶液检测无沉淀为止，除去溶剂后在真空烘箱中于5 0 干燥5h ，得蜡状产品 4 。7 4g ，产率7 2 。t 。= 4 7 ，【程】d 2 0 = 2 0 0 ( 2 o ，c h 3 0 h ) 。 2 4 4 碘化n ，n 一二乙基- l 一脯氨酸甲酯( l p r o c 1 c 21 ) 的合成 庄磁力搅拌下，将1 2 9g ( o 1m 0 1 ) l 一脯氨酸甲酯( 3 ) 溶于盛有1 2 0m l 无水乙腈的圆底 烧瓶( 2 5 0m l ) 中，然后向烧瓶中加入1 2 8g ( o 1m 0 1 ) k 2 c 0 3 ，室温搅拌1 5h 后，用恒压滴 液漏斗慢慢滴加含有3 9g ( o 2 5 m 0 1 ) 碘乙烷的乙腈溶液( 3 0 m l ) 。待碘乙烷滴完后，升温至 3 0 ，用薄层分析( t c l ) 监测反应情况，直到反应基本完全为止( 整个反应时间约2 0h ) 。过 滤除去k h c 0 3 等固体，滤液减压至干得淡黄色粘稠液体，室温下很快变成固体，然后用 1 ，1 ，l 三氯乙烷洗涤抽滤，并用薄层分析( t c l ) 监测洗涤情况，直至产物中不再含有l 一脯氨 15 第二章烷基对称型l 脯氨酸甲酯类手性离子液体的合成 酸甲酯和n 乙基l 脯氨酸甲酯，最后在真空烘箱中于5 0 干燥6h ，得淡黄色粉末状产品 2 6 3g ，产率8 4 ，然后经硅胶柱进一步纯化得淡黄色结晶( 展开剂：甲醇二氯甲烷= 1 5 ) 。 t 。= 1 0 9 ，【砌d 2 0 = 一3 4 3 0 ( 2 。o ，c h 3 0 h ) 。 2 4 s 溴化n ，n _ 二乙基l 一脯氨酸甲酯( l p r 0 c 1 c 2b r ) 的合成 在磁力搅拌下，将1 2 9g ( 0 1m 0 1 ) l 一脯氨酸甲酯( 3 ) 溶于盛有1 2 0m l 无水乙腈的圆底 烧瓶( 2 5 0m l ) 中，然后向烧瓶中加入1 2 8g ( 0 1m 0 1 ) k 2 c 0 3 ，室温搅拌1 5h 后，用恒压滴 液漏斗慢慢滴加含有2 7 2 5g ( 0 2 5m 0 1 ) 溴乙烷的乙腈溶液( 2 5m l ) 。待溴乙烷滴完后，升 温至3 0 ，用薄层分析( t c l ) 监测反应情况，直到反应基本完全为止( 整个反应时间约2 4h ) 。 过滤除去k h c 0 3 等固体，滤液在4 0 下减压至干得淡黄色粘稠液体，室温下很快变成固 体，然后用1 ，1 ，1 三氯乙烷洗涤抽滤，并用薄层分析( t c l ) 监测洗涤情况，直至产物中不再 含有l - 脯氨酸甲酯和n 乙基一l 脯氨酸甲酯，最后在真空烘箱中于5 0 干燥6h ，得淡黄色 粉末状产品1 9 4 昌产率7 3 ，然后经硅胶柱进一步纯化得淡黄色结晶( 展开剂：甲醇二氯 甲烷= 1 5 ) 。t k = 9 9 ，【u 】d 2 0 - 一3 7 0 ( 2 0 ，c h 3 0 h ) 。 2 5 手性离子液体的热稳定性 2 5 1 手性离子液体熔点的测定 所用仪器为e x s l a r - 6 0 0 0d s c 6 2 0 0 示差扫描量热分析仪，其温度测量范围为5 0 5 0 0 。在氮气气氛和升温速度为1 0 m i n 的条件下，测定了上述五种手性离子液体的 熔点。实验结果列入表2 1 中。 2 5 2 手性离子液体分解温度的测定 所用仪器为e x s t a r 一6 0 0 0t g 胚t a 6 3 0 0 示差热重分析仪，其温度测量范围为室温 1 5 0 0 。在氮气气氛和升温速度为1 0 m i n 的条件下，测定了五种手性离子液体随温度 变化的失重曲线，由此确定了手性离子液体的热分解温度。实验结果也列在表2 1 中。 表2 1 烷基对称型l 一脯氮酸甲酯类手性离子液体的熔点、分解温度和旋光度 2 6 结果与讨论 1 产物采用缩写的方法表示。其中l p r o 代表l 一脯氨酸，与l p r o 相连的第一个c 1 6 第二章烷基对称犁l - 脯氨酸甲酯类手性离子液体的合成 代表甲酯化碳原子的个数，第_ 个c n ( n = 1 ，2 ) 代表烷基化时与氮原子相连的每个烃基碳原 子的个数。例如：碘化n ，n 二甲基一l 脯氨酸甲酯用l p r o c 1 c l 【表示，而碘化n ，n - 二乙 基一l 一脯氨酸甲酯用l p m c 1 c 2 i 表示。 2 l 脯氨酸的酯化。我们采用氯化亚砜作催化剂而没有采用浓硫酸。用浓硫酸作催化 剂时，反应不好控制，且反应中有水生成，不利于反应进行，影响产率。然而，用氯化亚 砜作催化剂时，副产物是气体，有利于反应的进行，产率比较高。 3 l 一脯氨酸甲酯盐酸盐脱去盐酸。我们采用通干燥氨气的方法，而没有采用直接加氨 水或碱的方法。当加氨水或碱时，产物中有水生成。此