（物理化学专业论文）手性胍离子液体的合成、性质研究和活泼亚甲基化合物的芳基化反应.pdf

摘要 本论文分为两部分，第一部分为手性胍离子液体的制备及性质表征；第二部 分为c u i l 脯氨酸催化的芳基碘苯和活泼亚甲基化合物交叉偶联反应的研究。 近年来，随着离子液体的发展，“功能化离子液体”越来越引起人们的兴趣。 手性离子液体作为功能化离子液体的一种有望作为手性溶剂或手性诱导试剂用 于有机催化反应中。考虑到手性胍在不对称催化( 如m i c h a e l 加成反应、s t r e c k e r 反应和h e n r y 反应等) 中表现出高效的对映选择性，本论文把手性胍和离子液体 结合起来制备了一种新的功能化离子液体一手性胍离子液体，我们以1 ，3 二甲基 咪唑啉酮和a 甲基苄胺为原料，三步合成了手性胍氯盐，再经复分解反应进行阴 离子交换共制备了1 4 种手性胍离子液体，并对它们的结构和性质进行了表征， 初步测试了这些胍离子液体对苯甲醛和硝基甲烷的h e n r y 的催化性能。 第二部分报道了c u i l 脯氨酸催化的芳基碘苯和活泼亚甲基化合物交叉偶 联反应的研究。以碘苯与乙酰丙酮的偶联反应为模板，我们考察了底物的当量比、 碱的用量、不同溶剂、不同氨基酸、温度对反应的影响，最后筛选出了最佳的反 应条件：1 0 m 0 1 c u i ，2 0 m 0 1 l p r o l i n e ，1 当量碘苯，3 当量乙酰丙酮，4 当量 k 2 c 0 3 ，溶剂为d m s o ，温度为9 0 0c 。在同样的条件下，富电子或缺电子的芳 基碘化物都可以与乙酰丙酮发生偶联反应得到中等收率的偶联产物。我们也考察 了芳基碘化物和氰乙酸乙酯交叉偶联反应，在前面优化好的条件下，大部分的芳 基碘化物都可以与氰乙酸乙酯发生偶联反应得到中等收率的偶联产物。 关键词：手性离子液体；手性胍；1 ，3 二甲基咪唑啉酮；c 【甲基苄胺；碘化亚铜； l 脯氨酸；交叉偶联反应；芳基碘化物；乙酰丙酮；氰乙酸乙酯 a b s t r a c t t 1 1 i st h e s i sw a sf o c u s e do nt w os e c t i o n s i nt h ef i r s t s e c t i o n c h i r a l g u a n i d i n i u m b a s e di o n i cl i q u i d sw e r es y n t h e s i z e da n dc h a r a c t e r i z e d i nt h es e c o n d s e c t i o n ，w ed e s c r i b e dc u i l p r o l i n e p r o m o t e dc r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o no fa r y li o d i d e s 、航也a c t i v a t e dm e t h y l e n ec - o m p o u n d s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi o n i cl i q u i d s ，ag r e a td e a lo fr e c e n ta t t e n t i o nh a sf o c u s e d o nt h ef u n c t i o n a l i z e di o n i cl i q u i d s a so n eo ft h ef u n c t i o n a l i z e di o n i cl i q u i d s ，c h i r a l i o n i cl i q u i d sh a v eg r e a tp o t e n t i a li na s y m m e t r i co r g a n i cr e a c t i o n s o nt h eo t h e rh a n d ， c h i r a lg u a n i d i n ec a t a l y s t sa r ea t t r a c t i v et a r g e t si no r g a n o c a t a l y s i s w ed e s i g n e da n d s y n t h e s i z e dc h i r a lg u a n i d i n i u m - b a s e di o n i cl i q u i d s f i r s t ，c h i r a lg u a n i d i n i u mc h l o r i d e s a l tw a ss y n t h e s i z e df r o m1 ，3 - d i m e t h y l - 2 一i m i d a z o l i d i n o n e ，( s ) - p h e n y l e t h y l a m i n e t h e n14i o n i cl i q u i d s 、析t hd i f f e r e n ta n i o n sa r eo b t a i n e db ym e t a t h e s i sr e a c t i o n so f c h i r a lg u a n i d i n i u mc h l o r i d ew i t hm xa n dc h a r a c t e r i z e d i na d d i t i o n ，w ei n v e s t i g a t e d t h e r e a c t i o no f b e n z a l d e h y d e 、航t 1 1 n i t r o m e t h a n e c a t a l y z e db y c h i r a l g u a n i d i n i u m b a s e di o n i cl i q u i d s i nt h es e c o n ds e c t i o n ，t h ec r o s s c o u p l i n gr e a c t i o no fa r y li o d i d e sw i t ha c t i v a t e d m e t h y l e n ec o m p o u n d su n d e rt h ec a t a l y s i so fc u f l p r o l i n ew a si n v e s t i g a t e d a f t e r s c r e e n i n gs o l v e n t s ，l i g a n d sa n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，w ef o u n dt h eo p t i m i z e dr e a c t i o n c o n d i t i o n sf o rt h i st r a n s f o r m a t i o nc o n d i t i o n sw e r e10 m 0 1 c u i ，2 0 m 0 1 l p r o l i n e ， le q 1 - i o d o b e n z e n e ，3 e q p e n t a n e 一2 ，4 - d i o n e ，4 e q k 2 c 0 3 ，d m s oa ss o l v e n t ，a n d9 0 。 ca sr e a c t i o nt e m p e r a t u r e b o t he l e c t r o n - r i c ha n de l e c t r o n - d e f i c i e n ta r y li o d i d e sw e r e c o m p a t i b l e 谢mt h e s ec o n d i t i o n s ，g i v i n gt h ec o r r e s p o n d i n g3 - a r y l 一2 ，4 - p e n t a n e d i o n e s i ng o o dy i e l d s u n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s ，t h ec r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o no fs u b s t i t u t e d a r y li o d i d e s 、历t 1 1e t h y l 一2 一c y a n o a c e t a t ec a t a l y z e db yc u i l p r o l i n ew a sa l s op r o v i d e d a - a r y lc y a n o a c e t a t e si ng o o dy i e l d k e yw o r d s ：c h i r a li o n i cl i q u i d s ，c h i r a lg u a n i d i n e ，1 , 3 一d i m e t h y l 一2 - i m i d a z o l i d i n o n e ， ( s 一) 一p h e n y l e t h y l - a m i n e ，h e n r yr e a c t i o n ，c o p p e r ( i ) i o d i d e ，l p r o l i n e ，c r o s s - c o u p l i n g r e a c t i o n ，a r y li o d i d e ，p e n t a n e 一2 ，4 - d i o n e ，e t h y l - 2 - c y a n o a c e t a t e 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：丛 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：多、柿导师签名：莎弘扣支 日期：望0 7 、y 手性胍离子液体的合成及性质研究 华东师范大学瞬士论文 第一章前言 1 1 离子液体的定义 离子液体【l 】( i o n i cl i q u i d s ) 是指完全有离子组成的在室温或低温下呈液态的 盐，也称为低温熔融盐( r o o mo ra m b i e n tt e m p e r a t u r ei o n i cl i q u i d1 ，它一般由较大的 有机阳离子和较小的无机阴离子组成。离子液体与传统的熔融盐的显著区别是它 的熔点比较低，一般低于1 5 0 0 c ，它与传统有机溶剂相比，具有无蒸气压，无味， 不燃烧，对有机，金属有机，无机化合物良好的溶解性；可以用它代替传统的有 机溶剂和电解质作为化学反应与电化学体系的介质等。 1 2 离子液体的发展 离子液体的产生最早可以追溯到1 9 1 4 年，当w e l t o n 无意问将乙胺和浓硝酸 混合时发现所形成的盐硝酸乙基胺 2 - 3 ，这就是第一个离子液体，但在当时并未 引起人们的重视。其后离子液体的发展一直很缓慢，真正对离子液体进行广泛研 究的始于上世纪7 0 年代，当时主要将其看作是碱金属卤化物融盐体系的低温替代 物，在8 0 年代对离子液体的研究主要集中在电化学方面，但是由于a i c l 3 型离子液 体其热稳定性和化学稳定性较差，且不可遇水，空气中又大量含水，使用相当不 方便。9 0 年代w i l k e s 领导的小组搠发现了对水，大气稳定且组成是固定的二烷基 阳离子和四氟硼酸、六氟磷酸构成的室温离子液体。其后离子液体的研究迅猛发 展，品种不断增加，它的出现开辟了离子液体广阔的应用领域，尤其是在过渡金 属催化方面的应用，为催化剂的分离与重复利用提供了方便条件。 1 3 离子液体的组成 发展到今天，离子液体种类繁多，改变阳离子，阴离子的不同组合可以设计 合成不同的离子液体，离子液体的阳离子一般为体积比较大，低对称性的有机离 子，最常见的阳离子：带有不同烷基取代的咪唑离子【蹦】、吡啶离子 9 1 、季铵 离子1 m 4 1 、季鳞离子【1 5 1 等；另外还有噻唑类垌、三氮唑类【埘、吡咯啉类【1 8 、胍 盐类1 1 9 等。阴离子一般为：r ，p f 6 ，b f 4 - ，o t f 。( 即c f 3 s o ，) ，n t f 2 一( 即 n ( c f 3 s 0 2 ) 2 ) ，c t f 3 。( 即c ( c f 3 s o g d ，n 0 3 ，c 1 0 4 - 2 0 1 等( s c h e m e l 1 ) 。 1 4 离子液体的合成方法 离子液体经典合成的方法主要有：一步法和两步法。 2 华东师范大学磺士论文 常见阳离子： r k 离子烷基季铵离子烷基季鳞离子 r 2 鸭辩 噻唑离子毗咯离子三氯唑离子 胍离子 阴离子s b f 4 - ，p f l 。o t f 。，n t f 2 n 0 3 。( 3 1 0 4 。b r 。，s b f e a l c l 4 e t c s c h e m e l 1 室温离子液体的一步合成法又称直接合成法，是通过酸碱中和反应或季铵化 反应一步合成离子液体，操作经济简便，无副产物，产物提纯简单，但季铵离子 上少了一个烷基多了一个氢。例如，硝基乙胺离子液体就是由乙胺的水溶液与硝 酸中和反应制备口1 】( s c h e m e l 2 ) 。 c h 3 c h 2 n h 2 + h n 0 3 c h 3 c h 2 n h 3 】+ n 0 3 s c h e m e l 2 另外，大部分离子液体是通过胺和卤代烷烃一步季铵化瞄。町反应合成离子液 体。( s e h e m e l 3 ) ，囝+ c t- - ， b m i m c l s c h e m e l 3 两步法则是先由叔胺类与卤代烷合成季铵的卤化物盐( 阳离子 x 型离子液 体) 2 5 2 6 ，第二步再将卤负离子x 交换为所要的负离子y 。 在第二步反应中，使用含目标无机盐m y ( 常用的是a g y 或n 】臣y 等) 时，产生 r r l 吣 9 点苕 风一 矿 p g 华东师范大学预士论文 a 磷沉淀或n h 3 、 气体而容易除去。另外，直接将i 启诵s 酸q d 劬与卤盐结合， 可制备 阳离子 叫呱时l 】型离子液体，如氯铝酸盐离子液体的制备就是利用这个 7 y 法t 2 n 。 1 5 离子液体的物理性质 离子液体的物理化学性质随着阴阳离子组成的不同而有显著的不同。它的熔 点、热稳定性、溶解性、黏度、电化学窗口随着离子液体结构的不同而不同，就 是因为这样，人们可以设计合成出满足不同需要的离子液体。离子液体也因而被 称为“设计者的溶剂 2 8 1 ” 1 5 1 熔点 熔点是评价离子液体的一个重要参数，熔点的高低直接决定了离子液体的状 态和它的应用前景。一般的离子液体熔点都比较低，以c r 为相同阴离子，比较 不同氯化盐的熔点( t a b l e l 1 ) 可以看出：碱金属氯化物的熔点高达8 0 0 0c 左右， 而含有机阳离子的氯化盐熔点均在1 5 0 0 c 以下，且随阳离子不对称性程度的提高 熔点相应下降。一般来说，低熔点离子液体的阳离子具备下述特征：低对称性、 弱的分子间作用力和阳离子电荷的均匀分布，并呈低的电荷密度 2 9 - 3 0 l 。 t a b l e l 1 几种含氯盐的熔点比较 1 5 2 溶解性 离子液体能够溶解许多有机物、无机物和聚合物等不同物质，是很多化学反 应的良溶剂。成功地使用离子液体，需要系统地研究其溶解特性。离子液体的溶 解性与其阳离子和阴离子的特性密切相关。 1 5 3 热稳定性 离子液体的热稳定性分别受杂原子一碳原子之间作用力和杂原子一氢键之间 作用力的限制，因此与其组成的阳离子和阴离子的结构和性质密切相关。例如， 胺或膦直接质子化合成的离子液体的热稳定性差，在高温下会发生热诱导的去烷 基化反应( 逆季铵鳞化反应) ，大多数季铵氯离子液体的最高工作温度是1 5 0 0 c 相比而言，n ，n 一二取代烷基咪唑类阳离子的热稳定性较高；阴离子方面，以 ( e a m - 类离子液体为例： e m i m c f 3 c 0 0 的最高工作温度是1 5 0 。c ， e m 明 c f s s 0 3 】和暖蝴m 】 ( c f 3 s 删在4 0 0 0c 下依然能稳定存在，所以阴离子 4 华东师范大学硕士论文 的选择也决定着离子液体的分解温度。 1 5 4 电化学窗口 离子液体电化学稳定电位窗口对其电化学应用也非常重要。电化学稳定电位 窗口就是离子液体开始发生氧化反应的电位和开始发生还原反应的电位的差值。 大部分离子液体的电化学稳定电位窗为4 v 左右，比一般有机溶剂的电位窗要宽 的多，这也是离子液体的优点之一 1 5 5 黏度 常温下离子液体的黏度是水的黏度的几十倍到上百倍。正、负离子的结构对 离子液体黏度有很大的影响：正离子的取代基的碳链长增加离子液体的黏度增 加，如正离子为 b | 酬的离子液体比d 咖i i m 】的黏度大的多；取代基的烷基支化使 离子液体的黏度增加，如正离子为【i b m i m 的离子液体比【b | 血m 】的黏度大的多。 现在普遍认为离子液体的黏度主要由氢键和范德华力来决定，因此负离子的结构 和碱性影响黏度；例如：比较含不同组分的氯铝酸盐的黏度阴发现，当x ( a i c l 3 ) 0 5 时，在酸性混 合离子液体中，由于较大阴离子a 1 c 1 4 和a 1 2 c i i 等的存在，使形成的氢键较弱， 黏度自然较小。 综合以上的讨论可知，离子液体具有如下的特点： ( 1 ) 蒸气压极低、不易挥发、不燃烧、没有味道，可以作为环境友好的溶剂， 减少因挥发而产生的环境污染问题，是化工过程和分离技术中难得的溶 剂。 ( 2 ) 热稳定性好，使其保持液态的温度范围相当宽，可应用于相当广泛的化工 过程。 ( 3 ) 具有较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定窗口( 约4 6 、，) ，是一种罕见的 电化学介质材料。 ( 4 ) 物理化学性质具有很大的可调性，可对离子液体进行设计以满足实际需 要。 1 6 离子液体的应用 由于具有上述的一些特点，离子液体可在气相色谱【3 l - 3 2 、毛细管电泳【3 3 训、 液相色谱【3 习和萃取分离纯化等方面有广泛的应用，如离子液体在液一液萃取分离、 液相微翠取技术等诸多领域中成为研究的新亮点。另外，离子液体在电化学中也 5 华东师范大学硕士论文 有着广泛的应用，如在离子液体中可以进行电沉积，电合成，电聚合等。 在有机化学领域，离予液体的一个主要用途是取代传统的有机溶剂，它作为 溶剂被广泛地应用于f r i e d e l - c r a t t s 3 6 反应，b e c k m m m 3 7 重排，烯烃氢化【3 研，选 择性环氧化 3 9 1 ，h c c k 反应【删，s u z u k i 反应【4 1 1 等都在离子液体催化体系中取得了 很好的结果。近年来，随着离子液体研究的深入，可以根据具体的需求将离子液 体设计为酸性或碱性、手性、亲水或亲油实现离子液体的功能化以满足特定的要 求【4 2 】。手性离子液体作为功能化离子液体的一种，目前被越来越多的人研究，可 能为不对称催化和合成引出新的催化反应体系和反应效果。 i 7 手性离子液体 手性离子液体【4 3 郴】综合了离子液体和手性物质两方面的特性，可以作为手性 溶剂或手性诱导试剂用于手性合成、手性分离、手性催化等方面。通常的有机手 性溶剂主要是用作光学活性化合物的n m r 测定，1 9 7 5 年，s e e b a c h 第一个报道 了手性氨基醚脚l 作为手性溶剂用于酮的电化学还原，但只得到了较低的对映选择 性，但由于手性溶剂合成比较困难，而且非常昂贵，后来很少有这方面的报道。 而离子液体的手性是从阴离子或阳离子部分引入的，从已报道的一些研究结果 看，合成路线比较简便，并且可以实现循环利用，因此手性离子液体作为手性溶 剂手性催化剂有非常好的应用前景。 1 7 1 手性离子液体的合成 手性离子液体可以通过手性试剂把手性中心引入到离子液体的阴阳离子部 分来制备。在合成手性离子液体中常用的手性源一是易得的手性化学试剂，如手 性卤代烷和手性醇、手性配体；天然物种也是一个重要的手性来源，如乳酸、氨 基酸、氨基醇和生物碱等。 ( 1 ) 手性卤代烷和手性醇作为手性源 采用w e l t o n 4 7 等合成二烷基咪唑离子液体的方法，早在1 9 9 7 年h o w a r t h 等嗍 使用s ( + ) - 2 - 甲基1 溴丁烷与n 。三甲基硅基咪唑回流加热，合成了对水稳定的溴 化n n 二( s - 2 甲基丁基) 咪唑( s e h e m e l 4 ) 。s 一( + ) - 2 - 甲基一卜溴丁烷是结构 最简单的一种手性试剂，除手性中心外不具有其他官能团，因此这类离子液体非 常适合作为反应溶剂。 ， ( s ) - 1 - b r o m o - 2 - r n e t h y l b u t s n e t o l u e n e 。1 1 0 0 c 2 1 r 岔飞入 s c h e m e l 4 孙烷基咪唑是合成咪唑类离子液体的重要前体，k o 4 9 等研究了一种由咪唑 6 3 e酗 n s f n 一 华东师范大学硕士论文 和手性醇合成手性n 烷基取代咪唑( s c h e m e l 5 ) 的简易方法，e l p m i t s t m o b u 烷基 化反应。与用卤代烷烷基化相比，m i t s u n o b u 烷基化具有两个特点：一是使用亚 酰胺等活性较强的催化剂抑制咪唑的二烷基化；二是以醇为烷基化试剂使引入的 手性及官能团更加多样化。若原料二级醇的羟基位于手性中心上，反应在一定条 件下还可以实现手性翻转。 臼 m 瞻u n o b uc o n d i t i o n s p b u 3 - t m a d ( 1 0 e q ) 7 5 - 8 8 y o e l d 囝 s c h e m e l - 5 m e i q u a n t i t a t i v e ( 2 ) 手性配体作为手性源 把手性的金属配体嫁接到离子液体中，也是离子液体功能化的一个发展思路。 2 0 0 3 年，l e e 等【5 0 】结合手性催化反应的需要，在手性配体上引入链端卤素，合成 了具有配位能力的手性离子液体他们通过在膦配体骨架上嫁接咪唑盐，制得铑 的手性离子液体配合物，从而把具有c 2 轴的双齿膦配体固定在离子液体中，这 样合成出的功能化离子液体同时具有了手性和配位能力( s c h e m e l 6 ) 。 、m el3 b f 4 j ( c o d ) s c h e m e l 6 ( 3 ) 乳酸、氨基酸、氨基醇和生物碱等天然手性物种为手性源 近年来，由天然手性物种出发来合成手性离子液体引起了人们广泛的兴趣。 这样不但克服了手性试剂价格昂贵，难以合成的缺点，而且这些天然物种在自然 7 物点删 k o = 一酬上c 啦h o h 一 。_ 一囝、刚工c q s e h e m e l 8 。 国内的寇元小组【5 3 1 以天然的氨基酸作为离子液体的阳离子部分，制备了大量 季铵盐类离子液体( s c h e m e l 9 ) 。他们的合成路线比较简便：一类是通过氨基酸 直接与强酸在水中酸化得到氨基酸盐阳离子，另一类是将氨基酸先酯化得到氨基 酸酯的盐酸盐，再与相应的盐进行阴离子交换得到。 c o o h h 囊弋“r x 。 h x = c a ，n o r 。b f 4 - ，p f ( c f 3 c 0 0 - ，1 2 s 0 4 2 c o o r h 囊人“r y h y = n 0 3 。b f 4 。p f 6 。n t f z 。 c h 3 c o o ，s c n 一，l a c s c h e m e l 9 生物碱本身就具有三级胺的结构，因此由生物碱出发合成具有季铵阳离子结 构的离子液体时，有可能省去转换阳离子结构的多步反应，简化了离子液体的合 成步骤。w a s s e r s h i e l d 5 4 等以生物碱麻黄素为原料，f 叠r ：l ：t l e u c k a r t - w a l l a e h 反应， 8 华东师范大学硕士论文 用硫酸二甲酯进行甲基化并进行阴离子交换，得到季铵盐阳离子型的手性离子液 体( s c h e m e l 1 0 ) 。 1 ) l e u c h a r t - w a u a c hr 琶a c t j o n 7 h 墨坚坐 3 ) l i n t f 2 h 2 0 8 0 4 - n i r f 2 。 ( 4 ) 含手性轴与手性面手性离子液体 s a i g o 5 5 1 等采用双溴代烷烃与咪唑烷基化再季铵化关环的方法合成了一种具 有手性面的环型咪唑盐离子液体( s c h e m e l 1 1 ) 默 n v n h c h ；i 1 ) n a h 2 ) b r ( c h 0 1 0 b r t h f 5 4 s c h e m e l 1 1 手性轴是利用键的刚性阻止键的旋转而产生手性对映体，j u d e i n s t e i n 和 p l a q u e v e n t s 6 】等设计合成了一种含有手性轴的离子液体( s c h e m e l 1 2 1 ，先将4 _ 吡 啶甲醛缩醛化，接着溴化得到的顺式构型化合物在溴化氢蒸气中异构化为反式构 型，在过量手性n - 甲基麻黄素的醇钾盐作用下脱去一个溴化氢，便得到有光学活 性的化合物。由此化合物出发，通过烷基化、阴离子交换等方法又可以制各出一 系列的手性离子液晶。调节这些离子液体的结构可以调控其溶解性、粘度、熔点 等性质，其中棒状阳离子和适当阴离子的化合物具有较宽的液晶态 9 跏一跏 | 勰 嘞 古l o 矿够 自 o 量 雌 b 薹| 臀芘 轴 华东师范大学硕士论文 。一一啮一q 肛峰 i ：ih q 跫二心 1 4 h k 瞄x i 白口i b 、 h ) f i i i i r 日：e f i p m 瓦r l o , c f 茹o o - r r ) f # r a t ；e f ：峨 噶 1 7 2 手性离子液体的应用 ( 1 ) 在不对称反应中的应用 最早尝试把手性离子液体应用于不对称催化反应是d i e l s - - a l d e r 反应。 h o w a r t h 等【4 明把合成的手性离子液体作为路易斯酸催化剂，用于丁烯醛或异丁烯 醛与环戊二烯的d i d 酬d 盱反应中，得到3 6 的产率，好于无催化剂存在时的 结果，并且加成产物内型与外型的比率表现出很好的构型选择性，但作为手性离 子液体，催化反应后得到的产物e e 值小于5 。 2 0 0 3 年，l e e 5 0 1 等把他们合成的手性离子液体用于催化n 乙酰苯乙烯胺的不 对称加氢反应，催化剂循环了四次仍保持较好的活性，值均大于9 5 。而且通 过两相化减少了催化剂的流失，使催化剂的稳定性和可回收性都大大地提高。 2 0 0 4 年，v o - t h a n he ta 1 1 5 7 1 报道了手性离子液体参与不对称反应，在苯甲醛 和丙烯酸甲酯的b a y l i s - h i l l m a n n 反应中，以d a b c o 作为碱，以由n 甲基麻黄碱 为原料得到的手性离子液体( s e h e m e l 1 3 ) 作为溶剂，产物的e e 值达到4 4 。在 这个反应中，离子液体中的羟基是否存在对产物e e 值的影响非常大，在酰基化的 离子液体中，产物的e e 值只有6 ，在这个反应中换用其他醛类反应也可以发生， 对甲基苯甲醛给出较高的。灌，而吸电子的芳香醛反应反应时产率较高，但e e 值 i o 华东师范大掌硕士论文 比较低。 八0 旷p 0 汕 c 8 8 c h e m e l 1 3 2 0 0 6 年，罗三中小组【5 8 】报道，通过把天然氨基酸( l 脯氨酸) 经过还原、氮上 保护几步反应后和n 甲基咪唑反应，接下来进行烷基化反应制得手性离子液体， 最后离子交换得到含不同阴离子的手性离子液体。这类离子液体在环己酮和硝基 苯乙烯的不对称m i c h a e l 加成反应中作为催化剂( s c h e m e l 。1 4 ) ，产物的值达 到9 9 6 + p a n 吼1 可5 m 0 1 i o n i c l i q u i d 铷似移。h x 2 b r , b f 4 ，p f e r = h m e s c h e m e l 1 4 ( 2 ) 手性离子液体在其他方面的应用 手性离子液体作为气相色谱的手性固定相进行分离一些有机化合物f 5 9 】，如 a r m s t r o n g 等采用的手性离子液体作为气相色谱的手性固定相，有效地分离了醇、 二醇、亚砜和某些氨及环氧化合物的光学异构体而且发现通过改变离子液体手 性固定相中各个手性中心的绝对构型，可以改变被分离手性物质的出峰顺序，从 而能够研究不同官能团在手性识别过程中的影响。手性离子液体也可以作为核磁 手性位移试剂删，应用手性拆分中。 总之，手性离子液体的应用研究正处于起步阶段，发展新的手性离子液体对 于研究手性离子液体的性质，开拓手性离子液体的新用途有着积极的意义。 1 8 手性胍及胍盐离子液体 胍是含有以一个碳原子和三个氮原子形成不饱和四价键骨架的一类化合物， 卟卟 r 华东师范大学硕士论文 由于它具有较一般有机胺更强的碱性，可作为碱催化剂用于有机反应。 ，近十年来，很多学者关注胍的合成及其催化性能的研究，尤其是手性胍催化 的不对称反应的研究，如不对釉e n r y 反应，不对称s t r e c k e r 反应，不对弱f m i c h a e l 加成反应【6 1 - 6 3 ) 等等。例如：共轭的硝基烷烯和l ，3 - - 羰基化合物的1 ，4 加成反应 中，以手性呱作为手性诱导试剂，值达到9 6 ( s c h e m e l i s ) 0 0 r n 0 2 + r 2 j l 丫儿r 3 f - o r 2 3 ( r ) - i ( 2 m 0 1 ) d i e t h y le t h e r 卧 s e h e m e l 1 5 4 最近胍类离子液体的合成已见诸文献r 2 0 【晰叼，如长春应化所的张所波小组 嘲合成了六烷基单环胍离子液体用于苄醇的氧化反应( s c h e m e l 1 6 ) ，离子液体既 作为溶剂又作为相转移催化剂表现出非常好的效果，使收率大大提高；中科院化 学所的韩布兴小组m 】合成了碱性胍类离子液体【刑g 】胁c 】i l ( s c h e m e l 1 7 ) 并作 为碱催化剂用于h e n r y 反应，离子液体可以循环利用。虽然胍类离子液体有所报 道，但它们的种类比较少，阴离子一般为六氟磷酸根、四氟硼酸根、硝酸根和高 氯酸根，另外目前关于手性胍类离子液体的研究工作还鲜有报道。 n a o c lp h = 8 - 9 i o n i ci i q u i d 闩9 r 多扩渊心 。r i - c 4 h e 、n 7 r t = h 。c i c h s 咖刚岣喇：n ，孵降赢 l jo 一一。4 s c h e m e l 1 6 华东师范大学硕士论文 i 毋= n h + m d s c h e m e l 1 7 奠南n h ：m d 一 、n + 本论文研究思路： 及于以上文献综述可见，手性离子液体是功能化离子液体的一种重要方式， 设计和合成新的手性离子液体对于发展有效的绿色催化反应，深入研究手性离子 液体的性质，开拓手性离子液体的新用途有着积极的意义。考虑到手性胍在不对 称催化反应中表现出高效的对映选择性，我们设想将手性基团引入胍离子液体， 将胍的手性特征与离子液体的“绿色”特征结合在一起，得到一类新型的手性离 子液体，并对这类离子液体的性质和催化性能进行研究。 华东师范大学硕士论文 第二章合成及性质研究 2 1 手性胍离子液体的合成 考虑到手性胍的催化性能和原料的易得，我们初步设计了以手性胍作为阳离 子的双环胍离子液体和单环胍离子液体，阴离子可以为c l 。、p f 6 、b f 4 、o a c 、 c f 3 s 0 3 、n t f 2 - 、n 0 3 。等。我们希望先合成出这两种手性胍的氯盐，再通过离子 交换，制得阴离子不同的手性胍离子液体 + i q #、辩“ - - n r x ux - x = c l ，p f e 。b f 4 ，o a c c f 3 s 0 3 n t f 2 n 0 3 ，s e h e m e 2 1 2 1 1 双环手性胍离子液体的合成 双环手性胍2 的合成已有文献报道唧，从l 谷氨酸出发，经过脱水缩合得 到l 焦谷氨酸，羧基经甲酯活化后与伯胺反应得到酰胺化合物，还原后的二胺 化合物1 与溴化氰反应可能得到所要的双环胍。 h 0 2 c 、一c 0 2 h i n h 2 r e f l u x e c li nh 2 0 秆ch蒜i)ch3cocich30h 幺n x 品怖型幽o 9 1 ) ，9 9 9 h ，基本符合这一规律。 t a b l e2 2 手性胍离子液体的性质 里型! 圣：兰塑型堕塑堕尘堡鲤型塑些型丝型! ! 坐坚g 地 轴 r 9 。 2 6 8 j _ 2 j 5_。 8 1 ) f r 1 c 风，一5 5 1 。2 6 3 1 2 22 54 8 4 1 知州k ，r a - 1 91 2 3 1 7 3 4 - 2 6 f - 9 1 ) 呛p f 乜h 1 3 5 3 1 6 3 5 - 2 6 5 - 9 e 州鼍r 西 - 6 s 6 b2 9 2 1 2 5 1 3 0 4 9 d 弋厂越1 c 羽l ， 5 9 5 。2 8 5 81 8 2 4 4 8 3 1 知 r 娲_ 6 0 矿 2 2 6 522 石6 7 1 4 9 f 弋h 1 3 - 5 3 4 b 2 3 7 82 333 7 1 6 9 9 州r * c a - 1 9 4 7 3 1 8 - 5 - 2 3 9 i t 弋y 0 l ， 4 5 3 0 8 5 2 4 f - 兜刚r - 5 “5 3 ”5 23i 9 j _ ( i i h 町 e 4 h l i - 1 9 3 - 。92358 63 1 0 9 2 13 1 9 4 2 9 9 k 0 r 9 5 9 2 4 4 2 - 2 f - 虬、| 9 c , 9 f 9 e 。9 j 9 i 2 4 手性胍离子液体在h e n r y 反应中的应用 我们测试了合成的手性胍离子液体对苯甲醛和硝基甲烷的反应的催化性能。 g u a n i d i n ei o n i cl i q u i d s o l v e n t s c h e m e 2 9 2 4 铲 华东师范大学硕士论文 在苯甲醛和硝基甲烷的h e n r y 反应中，由于硝基甲烷大大过量，它在反应中 既作了溶剂又作了反应物，我们就尝试分别添加了阴离子分别为六氟磷酸根9 b 、 硝酸根9 c 、醋酸根9 e 的胍离子液体作为催化剂。结果发现当加入阴离子是六氟 磷酸根9 b 和硝酸根9 c 的胍离子液体时，反应不进行；而当加入阴离子是醋酸根 9 e 的胍离子液体时在常温下反应5 个小时收率达到9 6 。接着我们就考察了以 9 e 作为催化剂在不同温度下的反应情况，结果发现，温度过高收率反而下降， 温度过低反应时间过长而且收率降低 t a b l e 2 3 在不同条件下的苯甲醛和硝基甲烷h 阻r y l 反应 e 哪c 删s o 眦鬻饰咖等 r e a 嘶c o n d i t i o n s a l d e h y d e ：n i i r o m e t h a n e = 1 ：2 0 c a t a l y s t ： o 6 e q b l s o l a t e dy i e l d 。 b m i m p f 6 , 毋m i m b f c l g 从反应结果看，胍离子化后只有阴离子是醋酸根的胍离子液体9 e 能使反应 进行，我们分析可能是由于胍离子化后削弱了胍的碱性，而9 e 实际起作用的是 醋酸根离子的碱性。此前韩布兴小组惭】报道的【n d g 】皿】对h e n r y 反应有明显 的催化效果，现在我们觉得可能也是阴离子的弱碱性在起作用。 考虑到离子液体的循环利用，我们设想把阴离子是醋酸根的胍离子液体溶于 b m i i i i p 霉6 和 b m i m b f 4 ，产物通过有机溶剂萃取分离，胍离子液体溶于上述离 子液体中和有机相分开，这样离子液体可以循环利用。但在实际操作时发现，用 有机溶剂萃取产物的同时胍离子液体也溶于有机相，这样胍离子液体还是有损 失，看来要循环利用可能还要再摸索一些条件。我们对e n t r y 4 的反应产物进行 了手性h p l c 分析，遗憾的是通过测试发现值仅有3 。 华东师范大学硕士论文 本章小结： 本章主要对手性胍离子液体的合成进行了研究和性质表征。我们以1 ，3 二甲 基眯唑啉酮和小甲基苄胺为原料，首先1 ，3 二甲基咪唑啉酮活化成维尔斯曼盐直 接和由a 甲基苄胺衍生的仲胺进行反应得到手性胍氯盐，接着再进行阴离子交 换，根据阴离子的一些特点，我们在进行阴离子交换时分别采用了以水和二氯甲 烷为溶剂，这样共合成了十四种手性胍的离子液体。 我们对这些离子液体的结构通过1 n 心叹1 3 c n m r , e s i 鉴定，通过测定胍离 子液体比旋光度，证明了具有光学活性，并对这些离子液体的熔点，玻璃化温度， 热分解温度，电化学窗口，黏度进行了测定，发现这类离子液体具有较高的热稳 定性，另外我们也以苯甲醛和硝基甲烷的反应为模板，对这类离子液体在反应中 的应用进行了初步的尝试。 华东师范大学硕士论文 第三章实验部分 3 1 试剂 甲苯用钠无水处理，二氯甲烷，乙睛都用氢化钙无水处理，1 3 二甲基- 2 咪唑啉酮，草酰氯和旷甲基苄胺蒸馏纯化，1 3 二甲基- 2 咪唑啉酮( 上海虹生 实业有限公司) ，草酰氯( 国药集团化学试剂有限公司) ，甲苯( 苏州市联创材料 有限公司) ，二氯甲烷( 上海东懿化学试剂有限公司) ，溴代正丁烷( 上海试剂四 厂) 溴代正己烷( 上海试剂四厂) 3 2 仪器 红外光谱采用n i c o l e t n e x u s6 7 0 型红外光谱仪测定( k b r 压片) ；核磁共振 氢谱采用b r u k e rd 黻5 0 0 加电型核磁共振仪测定，旋光采用p e r k i n e h n e rm o d e l 3 4 3p o l a r k n e - t e x 型旋光仪测定，熔点采用x t 5 a ( 北京市科仪电光仪器厂制造) 熔点仪测定，玻璃化温度采用德国耐弛公司( n e t z s c h ) d s c2 0 0 p c 或d s c2 9 1 0 测定，热重分析采用热重差热分析仪t g a s d t a8 5 1 0 s f 1 1 0 0 ，电化学窗口采 用c h l 8 3 2 进行测定。黏度采用t h g r m oh a a k cr h e o t r e s s6 0 0 黏度仪测定。 3 3 实验部分 化合物3 的合成 将乙酸酐( 8 9 2 m 1 ) 和吡啶( 1 6 3m 1 ) 加入到圆底烧瓶中，加热到1 1 0 0 c 回流， 然后把l 焦谷氨酸加入到反应器中，反应2 0 分钟后，冰浴冷却抽滤得白色固体， 用甲醇洗，抽干得9 1 9 ，收率为5 3 。 1 hn 凇( 5 0 0i v i h z ，c d c h ) 6 ：2 1 8 - 2 2 4 ( m ，4 h ) ，2 4 4 2 4 7 帆2 i - i ) ，2 5 - 2 5 4 帆 2 h ) ，4 8 5 也，= 8 5 h z , 2 功与文献报道数据吻合【醴j 化合物4 a 的合成： 将化合物3 ( o 5 9 , 2 2 5 m m 0 1 ) 和正丁胺( o 3 6 9 , 4 9 5 m m 0 1 ) - - 起溶于c h c l 3 中，室温搅拌2 4 小时，抽滤掉白色沉淀，旋去溶剂得到白色固体o 7 9 ，收率为 8 4 。 1 h n ( 5 0 0 i v t h z ，c d c b ) 6 ：0 8 7 化，= 7 i - i z , 3 i - i ) ，1 2 5 - 1 3 0 帆2 1 - 1 ) ，1 3 6 - 1 4 0 帆 2 h ) ，2 0 6 -