（有机化学专业论文）新型表面活性剂的设计与合成.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着科学技术的快速发展，表面活性剂的研究、生产和应用不断深入和扩大， 新的表面活性剂不断问世。氨基酸类表面活性剂是由氨基酸与脂肪酸合成的n 一 酰基氨基酸系列表面活性剂。由于氨基酸型表面活性剂属于以生物物质为基础的 表面活性剂，除了具有优良的表面性能外，还可以用作防腐剂，并且具有较好的 抗菌，抗病毒性能。因此对氨基酸系列表面活性剂进行研究开发具有很重要的意 义。 本文设计了一系列化合物。在其合成中先将不同链长的溴代脂肪酸酯化，以 防止在下一步与酚的醚化过程中其自身发生反应生成副产物。然后将不同链长的 溴代脂肪酸酯与不同取代基的酚进行醚化，接着进行水解制备一系列具有不同刚 性结构和链长的脂肪酸。再通过s c h o t t e n - b a u m a n n 反应制备n 一酰基氨基酸。所 合成的化合物均经过h n m r ，m s ，i r 等验证。所合成的目标化合物均没有文献报道。 在氨基酸的n 一酰化过程中，通过尝试不同的实验条件，最终确定了比较理想 的合成路线：采用水与t h f 混合溶剂法：采用滴加酰氯的方式，以便让刚滴加进去 的酰氯能充分、及时与氨基酸反应，尽量避免酰氯的水解等副反应；反应温度要 控制在零度左右。同时为了尽量避免酰氯的水解，通过同时滴i j f l l o k o h 水溶液 的方式，维持反应液p h 值在1 0 左右。 关键词：氨基酸型表面活性剂n 一酰基氨基酸s c h o t t e n - b a u m a n n 反应 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t l lt h ed e v e l o p m e n to ft h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , t h er e s e a r c h , p r o d u c ea n d a p p l i c a t i o no ft h es u r f a c t a n t a r ec o n t i n u o u s l ye x p a n d i n gi nr e c e n ty e a r s n e w s u r f a c t a n ti sa l s oc o m eo u t a m i n oa c i db a s e ds u r f a c t a n ti sas e r i e so fn - a c y l a m i n oa c i ds u r f a c t a n t , w h i c hi s p r e p a r e db yu s i n gt h er e a c t i o no fa m i n oa c i dw i t hf a t t ya c i d n - a c y l a m i n oa c i d s u r f a c t a n ti sb a s e do nt h em a t e r i a lo fo r g a n i s m i th a s9 0 0 ds u r f a c ep r o p e r t ya n dc a l l b eu s e da sa s e p t i c i na d d i t i o n , i ta l s oh a st h ep r o p e r t yo fa n t i s e p s i sa n da n t i c i r o t i c s o t h es t u d yo nt h en - a c y l a m i n oa c i ds u r f a c t a n ti si m p o r t a n t i nt h i sp a p e r , n - h a l of a t t ya c i di sf i r s t l ye s t e r i f i e dt oa v o i dp r o d u c i n g b y - p r o d u c t i nn e x ts t e p ，t h e ne t h e r i f i e dw i t hd i f f e r e n tp h e n o l s as e r i e so f f a t t ya c i d 、析t l ld i f f e r e n t r i g i ds t r u c t u r ea n dc h a i nl e n g t hi sp m p a r e db yh y d r o l y z i n go ft h ea l i p h a t i ce s t e r l a s t l y , t h ef a t t ya c i d sr e a c t e dw i t hs o c l 2 ，a n dt h e nr e a c t e dw i t ha m i n oa c i dt h r o u g h s c h o t t e n - b a u m a n nc o n d e n s a t i o n a l lt h ec o m p o u n d sa r ce x a m i n e db yh n m r , m s a n di i l d u r i n g t h e p r e p a r a t i o no fn - a c y l a m i n oa c i d , t h er e a c t i o nc o n d i t i o n so f a c y l c h l o r i d ew i t ha m i n oa c i dc o n d e n s a t i o nw e r ei d e n t i f i e db yo p t i m i z i n gt h es y n t h e t i c c o n d i t i o n so fn - a c y l a m i n oa c i d ：r e a c t i o nt a k e np l a c ei nas o l v e n tc o m p o s e db y t h f w a t e r ；d r o p p i n ga c y l c h l o f i d ei no r d e rt os u f f i c i e n t l yr e a c tw i t ha m i n oa c i dt o a v o i dh y d r o l y s i s ；r e a c t e da tz e r oc e n t i g r a d ed e g r e e t ot h er e a c t i o nm i x t u r ew e r e s l o w l ya d d e d10 o fk o h a tt h es a m et i m et om a i n t a i nt h ep ha t9 - 10 k e y w o r d s ：a m i n oa c i d sb a s e a s u r f a c t a n t ；n - a c y l a m i n oa c i d s ； s c h o t t e n b a u m a n nr e a c t i o n 2 山东大学硕士学位论文 符号说明 m o l e ，摩尔 液相色谱 液质连用色谱 毫升 酸碱值 氢氧化钾 四氢呋喃 红外光谱 核磁共振氢谱 化学位移，单位p p m n ，n - - - e p 基甲酰胺 气质连用色谱 气相色谱 直接进样质谱 小时 分钟 溴化钾 二甲亚砜 眦 比 一 m 州删 l 耋 琅 帆 6 | 堇 一 5 坌 h 眦 蝴 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 坍塑一日期：竺笙：尘! 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：丛导师签名：妞日 山东大学硕 ：学位论文 第一章文献综述 表面活性剂是指一类在很低浓度时就能显著降低水的表面张力的化合物，它 达到一定浓度后可缔会形成胶溺，从丽具有润湿或抗糕，乳化或破乳，起泡或消 泡以及增溶，分散，洗涤，防腐，抗静电等系列物理化学作用及相应的实际应 用，成为一类灵活多样，用途广泛的精细化工产品u 嘲。 随着科学技术的迅猛发展以及人们对各类产品的安全性、温和性以及对环境 保护要求的逐步提高，表面活性剂的研究生产和应用在不断的深入和扩大，新的 多功能高质量的环境友好表面活性剂也在不断的问世。环境友好表面活性剂包括 生物表面活性裁和以生物物质为基础的表瑟活性裁矧。前者是指由细菌、酵母 和真菌等多种微生物产生的具有表碰活性剂特征的两亲化合物如糖脂、多糖脂、 肽脂、中性类脂衍生物等；而后者是以生物表面活性剂的自然结构为基础的合成 的两性结构的化合物，可通过生物技术或化学技术方法使用可循环的原材料( 氨 基酸，糖类，植物油) 来合成。氨基酸表面活性剂就是属于以生物物质为基础的 表面活性剂，其研究始于4 0 多年前，最初主要用作医药以及化妆品中的防腐剂， 并且同时具有很好的抗病毒性能珏砖。近年来，氨基酸型表面活性荆困其具有的优 良的表面性能越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛n 卜州。 一氨基酸表面活性剂结构分类 1 1 按氨基酸的不同分类 ( 1 ) 根据分子中所含氨基和羧基的相对数目，氨基酸可以分为中性，酸性 和碱性，相应的氨基酸型表面活性剂可分为：a 中性，如n 一酰基肌 氨酸、二( 辛氨基乙基) 甘氨酸：b 酸性，如n 一酰基谷氨酸、n 一酰基 谷氨酸二酯：c 碱性如n 一酰基一乙一赖氨酸等。 ( 2 ) 根据氨基酸结构不同及其溶于水时的离子类型不同可分为：a 阴离子 型，如n 一酰基谷氨酸；b 阳离子型，如n 一椰子酰精氨酸乙酯；c 两性 型，如鬻一酰基一l 一赣氨酸；蠢非离子型，如n 一酰基谷氨酸二酯，甘油 单毗咯烷酮羧酸酯。 i 2 按结构的不同分类 第一类是脂肪类疆一氨基酸之闻通过酰氨键相互连接而形成的氨基酸型表 山东人学硕l ：学位论文 面活性剂。主要有三种结构：( 1 ) 是氨基酸通过酰氨键相互连接形成的线犁低聚 物；( 2 ) 是不同氨基酸通过酰氨键相互连接形成天然氨基酸的异型缩氨酸：【：” 是由部分官能团被其他取代基团替代的脂氨酸通过酰氨键相互连接形成的异犁 缩氨酸。 第二类是指由天然c 1 一氨基酸与长脂肪链通过q 一氨基、a 一【( ) 【l h 或芰链基 团相互连接而形成的氨基酸型表面活性剂。根据其不同连接形式艾口j 分勾四种 ( a ) 亲水的氨基酸和一条疏水的长脂肪链组成的直链或单链型( b ) 由 条疏 一 水的长脂肪链连接两个亲水的氨基酸组成的b o l a 两亲型( c ) 由。个i 日j 隔基连接 两个亲水的氨基酸和两条疏水的长脂肪链组成的双子型啪( d ) 由丙醇的两个 羟基与两个疏水的长链脂肪酸形成酯，另一个羟基与氨基酸形成酯的甘油脂结构 类似型。当疏水部分通过氨基酸侧链官能团引入时，其合成的化合物与脂肪类u 一氨基酸相类似。 二氨基酸型表面活性剂合成方法 氨基酸型表面活性剂的合成制备方法，可以分为化学合成法酶合成泌、化 学一酶合成法。 2 1 化学合成法乜卜叫 化学法合成氨基酸型表面活性剂始于1 9 0 9 年s b o n d i 合成n 一酰基谷氨酸进 入2 0 世纪7 0 年代其研究工作开始活跃起来。由于化学工艺流程和设备相对简单， 原料易得，国内在工业上仍主要采用化学合成法来合成氨基酸型表面活件剂。 j 前采用该方法合成的氨基酸型表面活性剂主要有n 一烷基氨基酸、一酰基氨基酸 及其盐类和氨基酸酯。 合成n 一烷基氨基酸的方法有丙烯酸甲酯法、丙烯腈法、丙烯酸法和p 一内 内酯法等。 合成n 一酰基氨基酸及其盐类的表面活性剂方法有 方法一：酸酐与氨基酸盐的酰化反应工艺汹1 ，其具体过程是在不断搅拌的水 溶液中，在酐的熔点之上( 一般不超过1 0 0 度) 进行酸酐与氨基酸盐的反应 该反应不用催化剂，进行很快，也不需控制水量，产物中未反应的脂肪酸酐及水 解产生的脂肪酸，可用石油醚、苯等溶剂除去而得到纯品但为保证产品的产率 和不希望的氨基皂，必须至少加入比氨基酸多一倍的脂肪酸酐，造成成本增高和 山东人学硕t 二学位论文 分离上的困难，因此，这个方法虽然t h o m n a s h 等早在上世纪6 0 年代就已提 出，但并未见用于大规模工业生产。 n a o o c c h = c h 2 n h 2 4 - 咚一n a o o c c 叩叫h o c 叽叽c o o 方法二：利用脂肪腈水解反应工艺制n 一酰基氨基酸及其盐1 ，首先通过 s t r e c k e 反应用h c n 或n a c n 与甲醛和甲胺反应制得氨基腈。而后与酰氯在醚或 苯和水的体系中，在有脱酸剂的存在下反应而得到。这个反应产率和选择性较高 ( 可大于9 5 ) ，但该法设备要求高，腈的合成需用到剧毒的h c n 或n a c n ，平时 操作和管理必须十分严格，因而虽然该工艺早在1 9 5 5 年就已提出，亦未取得工 c h 3 n h 2 + c h 2 0 +h c n c h 3 n h c h 2 c n 面j 再洲洲3 c h 2 洲 方法三：利用酰氨羰基化的反应工艺也是早在1 9 7 1 年就已提出啪1 ，后来 b e l l e r m 等加以完善m 1 ，如：用月桂酸甲胺与甲醛在h 2 s 0 4 存在下反应，首先 形成n 一月桂酰甲胺基甲醇，然后与c o 在高压( 1 0 - 1 5 0b a r ) 和1 5 0 以下，以 羰基钴络合物( c o ：( c o ) 。) 为催化剂反应制n 一酰基氨基酸，这个方法原料成本低， 不使用酰氯又无副产品，从而避免了对环境的污染。但由于该催化剂活性不高， 且设备条件要求较高，因而也未能取得应用。最近( 1 9 9 7 年) b e l l e r m 等又提 出用钯卤化合物取代钴化合物作催化剂仅在压力6 0b a r 和1 3 0 下，当有h 。s o 存在时( 以n 一甲基- , i t 咯烷酮作溶剂) 反应6 0 h ，最高产率可达9 9 ，而在8 0 c ， c o 压力为1 0b a r 下反应1 2 h ，产率也可达到8 5 ，此法因催化剂昂贵，且使用 寿命短等问题，也还未在工业上应用。 + r 3 rc o n h +r c o n c h o h ! l 。r 1 c o n c i r h o o h r 1 c o n h2 + r 3 c h o 一巳r h 嵩巳? t i x z 洲 r 2 一 方法四：最近w o o d b u r y 提出一种制备n 一酰基氨基酸碱金属盐的新方法h ， 即在1 7 0 - - - , 1 9 0 和氮气保护下，由肌氨酸钠和月桂酸反应，可直接得到n 一月 桂酰肌氨酸钠。此法的优点是流程简单，环境友好，但存在着产品分离困难的缺 山东大学硕士学位论文 r 且“h 纛a 矗 4 山东大学硕士学位论文 酰化： o j l r o h 缩合： o r 义c i + 酸化： o + s o c l 2 一r 八0 8 0 2 + 呼。 n c c o o n i a o - h r 八n o o + c i + h 2 0 i h c h 2 c c h s 巍溶剂c h 。 o o r d 1 观3 c o 。n a + h a r c i i i l t c h 3 c o o h + a c h 3 c h 3 c h3 二。一叩写毒。： - 叩坠邺之0 - 上唔- j l h ，c 一h ：c 之l 0 h c h ：虽。n - 屯明。一孛一上 c h 3 - n h - c h 2 - c o o n a + 讶a 一c 马枣1 1 1 c h 3 - t t h c 马百。o 弋- p oo 山东大举硕上学位论文 从理论上分析，氨基中氮的亲核性比0 h 一和c o o - 中氧的亲核性强，因而主 反应是能够进行的。但翻反应的存在会降低产率及产品的纯度。因此，必须严格 控制反应条件，确保主反应的顺利进行，有效地遏止副反应的发生。 6 山东大学硕士学位论文 第：章氨基酸型表面活性剂的设计与合成 2 。l 本课题立题依据： 从2 0 世纪9 0 年代至今，石油价格逐渐上涨，人们的环境意识网益增强， 可持续发展战略侵入们更多的使用可荐生的天然资源。当前世界上表面活性荆行 业有两个明显的发展趋势：一是扶环境保护考虑，合成生态性能良好的产品：二 是由于石油价格不断上涨及其资源危机，迫使人们寻找表面活性剂新的原料来 源。n 一脂酰氨基酸型表面活性剂以可再生资源为原料，因其具有多功能性、生 物可降解性及生态相容性等优点，其不仅对环境和生物体的安全性高，而且还具 有与其他各种表面活性剂的配伍相容性好及良好的抑菌性能和杀菌性能等特点， 所以其不仅符合当前对能源节约和环境保护的要求，也满足了人们对产品安全 性鞠温和性不断提高的要求。 本论文以不同取代基取代的苯酚与不同链长的卤代酯醚化反应，然后水解制 备相应的酸，然后将酸与二氯皿砜反应酰氯化以便与天冬氨酸反应制备目标化合 物。 2 2 实验部分 2 2 1 仪器及试剂 仪器 b r u k ea v a n c e 4 0 0 型核磁共振仪( 蹦s o 为溶剂，t m s 为内标) b r u k ea v a n c e 6 0 0 型核磁共振仪( 蹦s o 为溶剂，t m s 为内标) 岛津2 0 1 0 气相质谱连用仪 岛津2 0 1 0 气楣色谱 w a t e r 液相质谱连用仪 w a t e r 液相色谱 岛津博立时变红外线分光仪 东京理化旋转蒸发仪 a e 一2 0 0 精密电子天平 鼢4 c 隔膜泵 7 b r r i c o o h 竺呲一心! 三殳：啉2 q 吡肿h i 1 1 i f ，h 2 0 n a o h 缸h c i - - - - - - - - - - - i i i s o c l 2 试剂 b h e ：r ，。( c h 2 ) i c p e ：r 1 - ( c h z ) 2 b b e ：r ，= ( c h 2 ) 3 b u e ：r 1 = ( c h 2 h o b p h a ：r i = ( c h 2 ) o r 2 = 0 b p b a ：r i = ( c h 2 ) 3 r 2 = o 3 c p h a ：r ，= ( c h 2 ) s 。 咛 5 c p h a ：r 1 = ( c h 2 ) s 。 b p u e ：r 1 = ( c h 2 ) 1 0 r 2 0 5 c p u e ：r 1 = ( c h 2 ) 1 0 r ： o 生r 2 - o - o - r 。之 n h ，o “ t h f h ，o n a o h b p h a ：r i = ( c h 2 ) 6 。r 2 = 0 b p b a ：r i = ( c h 2 ) 3 r 2 = o 3 c p h a ：r 1 = ( c h 2 ) e r 2 - 5 c p h a ：r 1 = ( c h 2 k r 2 n j b p u e ：r 1 - ( c h 2 ) 1 0 r 2 0 5 c p u e ：r 1 = ( c h 2 ) 1 0 四氢呋喃 a r 无水乙醇 a r 浓盐酸 a r l 一天冬氨酸 a r 6 一溴己酸 a r 对甲苯磺酸 a r 碳酸钾 a r 江阴市化学试剂厂 北京化工厂 b p h a s p ： b p b a s p ： 3 c p h a s p ： 5 c p h a s p h 0 r ，= ( c h 2 ) 6 r 2 = 0 r i = ( c h 2 ) 3 r 2 = o 莱阳经济技术开发区精细化工厂 百灵威化学试剂 百灵威化学试剂 百灵威化学试剂 上海森尼精细化工厂 无水氯化钙 a r南京化学试剂厂 8 r 1 = ( c h 2 ) e r 2 - r ，= ( c h 2 1 r ：p 、n 一， 山东大学硕士学位论文 联苯酚 怠r百灵威化学试剂 二氯亚砜 a r上海凌峰化学试剂厂 氢氧化钾 a r 上海森尼精细化工厂 n 卜二甲基甲酰胺a r天津市大贸化学试剂厂 乙腈 a r上海富蔗化工有限公司 乙酸乙酯 a r 汕头市四陇化工厂 氯化钠 a r 天津市广成化学试剂有限公司 3 一氯丙酸 a r 百灵威化学试剂 4 一溴丁酸 a r 百灵威化学试剂 1 1 一溴十二酸 a r 百灵威化学试剂 4 一( 4 一正戊基一环己基) 一苯酚a r百灵威化学试剂 4 一( 4 一正丙基一环己基) 一苯酚a r 百灵威化学试剂 2 2 2 1 合成b i l e b ，1 吣。h 粤瑟 将8 1 9 克( 0 0 4 2 m 0 1 ) 6 一溴己酸加入到1 0 0 m 四口烧瓶中，然后加入0 4 0 克对甲 苯磺酸和3 0 m l 无水乙醇。机械搅拌，四1 ：3 烧瓶接油水分离器。回流反应。中间不 断补加无水乙醇。四个小时候停止反应，冷却。旋转蒸发上蒸去有机溶剂。然后 用1 0 碳酸钾溶液洗( 5 m l x 3 ) ，然后蒸馏水洗( 5 m l x 3 ) 。干燥有机层。得蛰j 9 5 的液体8 4 克。产率8 5 。 2 2 2 2 合成b p h e 晰1 v + o h 警沁飞。 b 狐m w ：2 ：b b p pb l w ：i t 0 b p h em w ：3 1 2 。 3 0 m ld m f 加入到1 0 0 m l 干燥的装有回流冷凝管的四口烧瓶内，机械搅拌。依 次加入6 5 8 克( 0 0 4 8 m 0 1 ) 碳酸钾，5 1 3 克( 0 0 2 2 m 0 1 ) 6 一溴己酸乙酯，4 2 2 9 山东人学硕士学位论文 克( 0 0 2 5 m 0 1 ) 联苯酚到四口烧瓶内。1 0 0 度油浴下反应。气相跟踪实验进程。当 气相谱图上没有6 一溴己酸乙酯峰存在时，停止反应。冷却，过滤。减压蒸去滤液 中的有机溶剂d m f ，得到固体。用乙醇重结晶，得n 4 2 6 克白色固体。g c 纯度9 8 ， 产率6 1 。c - m a s s 验证其分子离子峰为3 1 2 。其g c m a s s 谱图( 见图一) ： 2 2 2 3 合成b p h a o t c h ：) , c t x x ：一l d 争峨) ，c 咄三嘁) 删 b p h em w ：3 1 2 b p h am w ：2 8 4 1 0 克1 0 的k o h 溶液加入到1 0 0 m l 装有回流冷凝管的四口烧瓶内，机械搅拌。 然后加入1 0 m lt h f ，再加入4 2 6 克( o 0 1 4 m 0 1 ) b p h e ，6 0 度油浴加热反应。l c 跟 踪反应程度。当l c 谱图上没有b p h e 峰存在时，停止实验。蒸去t h f ，然后加入足 量的盐酸使溶液p h 值在1 左右。反应l d , 时。而后过滤。用蒸馏水洗滤饼( 5 m l x 3 ) 。 然后干燥，得到白色固体。l c 纯度9 4 ( 见图二) ，产率9 2 。l c m a s s 验证其分 子离子峰为2 8 4 。m a s s 谱图( 见图三) 。 2 2 2 4 合成b p h a s p d 9 0 ( c n , h c o o “詈d d 删雕什协佣岽 b p h a b p h cm 、：3 0 2 脚涌：1 3 3 三d o 沪化h 2 一h 斡k = o 1 1 4 1 4 克( 0 0 0 4 0 m 0 1 ) 干燥的b p h a 加入到1 0 0 m l 装有回流冷凝管和干燥管的 四口烧瓶内，机械搅拌。7 0 度油浴加热反应。然后加入2 m 1 二氯亚砜反应2 d 时。 用隔膜泵减压蒸去过量的二氯亚砜。得到白色固体。将此白色固体溶于5 m l 干燥 的四氢呋喃中并盛于滴液漏斗中待用。 将o 5 6 克( 0 0 0 4 m 0 1 ) l 一天门冬氨酸溶解在5 m l 水中，然后将此溶液加入到 1 0 0 m 四口烧瓶内( 烧瓶上装有回流冷凝管) ，机械搅拌。然后加入0 5 6 克 ( 0 0 1 m 0 1 ) k o h ，此时溶液的p h 为1 2 左右。将溶液用冰盐浴冷却到零度后，开始 滴加b p h a 的t h f 溶液，边滴加边快速搅拌。同时滴加1 0 k o h 溶液，以保持反应液 p h 在1 0 左右。反应中一直保持温度在零度左右。当刚开始加入b p h a 的t h f 溶液时 有白色固体析出，随着反应进行，完全滴加完b p h a 后，固体消失。两个小时后， 1 0 山东大学硕士学位论文 加入盐酸调节p h 值到7 。白色固体再次出现。过滤。滤饼用蒸馏水洗( 5 m i x 3 ) 。然 后乙腈重结晶。得n o 3 克白色固体。k 纯度为9 3 ，产率5 9 7 。 b p b a s p 直接进样m s ( 见图四) 分子离子峰为3 8 1 但b p b a s p 的分子离子峰为 3 9 9 ，直接进样的分子离子峰却为3 8 1 。这可能是由于直接进样温度太高，致使样 品脱水成酐。做l c - m a s s 其分子离子峰为3 9 9 ( 见图五) 。 i r ( 见图六) k b r 压片 基团振动方式吸收频率( c m l )强度 v “仲t 胺 3 3 3 6 强 v c = o 羧基 1 7 0 5 强 v c = o 酰胺i 带1 6 4 7强 6 州弛i i 芾 1 5 2 5强 v g 。h 长髓c h 2 2 9 4 5 ，2 8 6 9强 从红外看，我们能找到反应所生成的特定官能团酰胺键的红外吸收峰，v c = o ， 在1 6 4 7c m - 1 。同时也能找到氨基酸中的官能团羧基的羰基吸收峰vc = o 在 17 0 5 c m - 。 脂肪酸中长链的烃基吸收也能发现，2 9 4 5c m - 1 ，2 8 6 9c m - 1 。这些表明目标化 合物的成功制备。 h n m r ( 见谱图七) 氘代d m s o 做溶剂 a bc e f b c ef o o 殳义儿 gi k o h o h 山东大学硕士学位论文 结构单元氢原子数6 值( p p m )峰型 芳环氢a 17 4t ， 芳环氢b 27 5 8m 芳环氢c 27 5 6m 芳环氢e2 7 5 8m 芳环氢f 2 7 0 0 d 长链氢g 24 0 0 - 4 0 3t 长链氢h 21 6 8m 长链氢i 21 5 1 -m 长链氢j 21 7 8m 长链氢k 22 2 8d 氢m 24 0 lt 氢1 14 7 8m 2 2 3 结果与讨论 2 关于酰氯的制备 制备酰氯是本实验的关键一步。它的纯度将会影响产物质量。常用的酰化试 剂有三氯化磷，五氯化磷和二氯亚砜等。在本实验中采用二氯亚砜做氯化试剂。 因为二氯亚砜氯化时生成的副产物易于除去且过量的二氯亚砜也很容易除掉。 在合成酰氯的过程中曾经尝试过用吡啶做催化剂，结果得到的是带有黄色的 b p h c 然后尝试不用催化剂反应，发现反应仍能很顺利的进行。所以最终选择没 有催化剂直接制备酰氯。 2 反应温度 由于酰氯是强酰化试剂，反应放热且反应激烈。故在将酰氯与l a s p 反应的 实验中，尝试了不同的反应温度。其结果见表 反应温度度结果 6 0 酰氯大部分水解 室温只有少量产品，收率低 低于5 度 产率5 9 7 1 2 从表中可以看出，在酰化反应中不能温度过高。因为在本反应过程中除了酰 山东大学硕士学位论文 氯与氨基酸的酰化反应外，还存在酰氯的水解副反应。当温度过高时，水解副反 应的速度大予酰化速度，最终导致产率很低甚至于没有产品生成。故采用低温实 验。 3 溶液p h 值 在本反应过程中，反应溶液的p h 值也是实验成功的关键。 由于本实验是亲核取代反应，所以必须在碱性条件下将氨基酸的n h 。+ 转化为亲核 性强的n h 。同时氨基酸由于在水中溶解度小，而氨基酸盐在水中溶解度好，故需 要将氨基酸配成氨基酸盐。但是当碱性过大时，容易导致水解副产物增加。故需 保持合适的p h 值。本实验通过将碱液滴加的方式使p h 值维持在1 0 左右。 4 关于本实验的加料顺序 本实验尝试过将原料一起加入到四口烧瓶中反应，结果大部分酰氯水解，没 有发现目标产物。为了尽量避免酰氯的水解，需要将酰氯慢慢的滴加到反应液中， 以便让滴加进去的酰氯尽快的与氨基酸反应。 5 关于反应时间： 表1 列出了不同反应时间中b p h a s p 与b p h a 的液相百分含量 l c 保留时间2 0m i n 反应时间( m i n )l c 保留时间1 1 8 m i n ( ) ( ) 000 1 03 2 46 1 6 2 03 4 95 6 7 3 03 9 15 2 2 4 04 8 94 3 6 1 2 05 9 73 7 5 1 6 05 9 73 7 5 从表中可以看出，1 2 0 分钟时间对于此酰化时间足够。当时间再延长，目标 产物的含量也不会增加。故对于本实验两小时时问足够。 注：保留时间1 1 8 分钟处为b p h a s p 保留时间2 0 处为b p h a 峰。 2 2 4 合成3 c p h a s p 2 2 4 1 合成3 c p h e 山东丈学硬1 二学位论文 oo 弋3 m g o h + b r ( c h 2 ) ? o 八罂o o ，。j o 八 3 c p cm w ：2 1 8 b h em w ：2 2 3 3 c p h em w ：3 6 0 3 0 m ld m f 加入到l o o m l 干燥的装有回流冷凝管的四墨烧瓶内，机械搅拌。依 次加入9 2 克( 0 0 6 6 m 0 1 ) 碳酸钾，7 0 9 克( 0 0 3 2 m 0 1 ) b h e ，7 2 6 克( 0 0 3 3 m 0 1 ) 3 c p c 到四口烧瓶内。1 0 0 度油浴下反应。气相跟踪实验进程。当气相谱图上没有b h e 峰存在时，停实验。冷却。过滤。减压蒸去滤液中的有机溶剂d m f 得到液体。加 入4 0 m l 乙醇在旋转蒸发上蒸一段时间后，放入冰箱冷藏层冷冻3 0 r a i n ，然后拿出 快速过滤。并迅速的将滤饼放于烧杯中，一会烧杯中的固体在室温条件下变成液 体。得到l o 克液体。g c 纯度9 3 。5 ，产率8 0 7 。g c - m a s s 验证其分子离子峰为 3 6 0 ( 谱图见图八) 。 2 2 4 2 合成3 c p h a o 。o 。j 。一、詈旦o 。e 。j 铡 3 c p h em w ：3 6 0 3 c p h am w ：3 3 2 2 0 克1 0 的l ( o 燃液加入到1 0 0 m l 装有回流冷凝篱的四弱烧瓶内，机械搅拌。 然后加入l o m lt h f ，再加入1 0 克( 0 0 2 8 m 0 1 ) b p h e ，6 0 度油浴加热反应。l c 跟踪 反应程度。当l c 谱图上没有b p h e 峰存在时，停止实验。蒸去t h f ，然后加入足量 的盐酸使溶液明值在王左右。反应1 4 , 时。而后过滤。用蒸馏水洗滤饼( 5 m l x 3 ) 。 乙醇重结晶，然后干燥。得到7 4 克白色固体。l c 纯度9 4 5 ( 见图九) ，产率8 0 。 l c m a s s 验证其分子离子峰为3 3 2 ( l c - m a s s 谱图见图十) 。 2 2 4 3 合成3 c p h a s p o 。9 。o 侧旦7 ( p c o ，。e 。_ ， 3 c p h am w ：3 3 2 3 c p h cm w ：3 5 0 0 u。i 1 0 k o h t h f 卜天f 谗氨酸溶解在9 m l 础的k o h 溶液中，然后将 此溶液加入到1 0 0 t l 四口烧瓶内( 烧瓶上装有回流冷凝管) ，机械搅拌。此时溶液 得p h 为1 2 左右。将溶液用冰盐浴冷却到零度后，开始滴加3 c p h a 得t h f 溶液，边滴 加边快速搅拌。同时滴加1 0 k o h 溶液，以保持反应液p h 在1 0 左右。反应中一直 保持温度在零度左右。当刚开始加入3 c p h a 的t h f 溶液时有白色固体析出，随着反 应进行，当完全滴加完3 c p h a 后，固体消失。两个小时后，加入盐酸调节p h 值到2 。 白色固体再次出现。过滤。滤饼用5 m l x 3 蒸馏水洗。然后乙酸乙酯重结晶。得到 0 9 4 克白色固体。l c 纯度为9 9 ，产率4 8 。此固体经过l c m a s s 验证，其分子离 子峰为4 4 7 ( 见图十一) 。此产品也经过i r 与h n m r 验证。i r ( 见图十二) k b r 压片 基团振动方式吸收频率( c m 1 )强度 v 山仲t 睦 3 3 0 3强 v c = o 羧基1 7 0 3强 v c = o 酰胺i 带 1 6 4 6 强 6 n h 触i i 带 1 5 4 4 强 v c h 长链c h 22 9 2 0 ，2 8 4 8 强 a 馏c e fghi 。0 g ： 1 5 山东大学硕士学位论文 结构单元氢原子数6 值( p p m ) 峰型 氢a 30 8 6 - 0 8 8 t 氢b 20 9 8 - 1 0 3m 氢c 21 1 7 - 1 - 9 6 m 氢d ，k ，l ，s 71 2 9 - 1 3 9 m 氢e ，f ，p ，q 81 5 1 - 1 7 9m 氢g l2 3 5 - 2 3 9m 氢h27 0 8 - 7 1 0 d 氢i 26 8 0 6 8 1d 氢j 23 8 7 3 8 9t 氢m 18 1 5 - 8 1 6d 氢n 21 2 5 0 s 氢t 22 1 1 - 2 1t 氢o 14 5 0 4 5 3 m 氢p 22 5 0 2 7 0m 2 2 5 合成5 c p h a s p 2 2 5 1 合成5 c p h e v 9 0 h + 瞰c 也，产。飞上写：蓦罢譬4 、d - 叫乏) o 少。飞 5 c p ci v i w ：2 4 6 b h el v l w ：2 2 3 5 c p i 矩m w ：3 9 8 3 0 m ld m f j i 入至u 1 0 0 m l 干燥的装有回流冷凝管的四口烧瓶内，机械搅拌。依 次加入3 5 6 克( 0 0 2 6 m 0 1 ) 碳酸钾，2 9 7 克( 0 0 1 3 m 0 1 ) b h e ，3 3 1 克( 0 0 1 3 m 0 1 ) 3 c p c 到四口烧瓶内。1 0 0 度油浴下反应。气相跟踪实验进程。当气相谱图上没有b h e 峰存在时，停实验。冷却。过滤。减压蒸去滤液中的有机溶剂d m f 得到液体。加 入1 5 m l 乙醇在旋转蒸发上蒸一段时间后，放入冰箱冷藏层冷冻3 0 m i n ，然后拿出 快速过滤。并迅速的将滤饼放于烧杯中，一会烧杯中的固体在室温条件下变成液 体。得到2 6 克液体。g c 纯度9 8 ( 见图十四) ，产率4 7 3 。g c m a s s 验证其分 子离子峰为3 8 8 。其m a s s ( 谱图见图十五) 。 2 2 5 2 合成5 c p h a 叼。e 。j 。八争三乜。9 。j 伽 5 c p h em w ：3 9 95 c p h am w ：3 6 0 l o 克1 0 的k o h 溶液加入到1 0 0 m l 装有回流冷凝管的四口烧瓶内，机械搅拌。 然后加入1 0 m lt h f ，再加入2 5 6 克( o 0 0 6 6 m 0 1 ) 5 c p h e ，6 0 度油浴加热反应。l c 1 6 山东人学硕1 ：学位论文 跟踪反应程度。当l c 谱图上没有5 c p h e 峰存在时，停止实验。蒸去t h f ，然后加入 足量的盐酸使溶液p h 值在1 左右。反应1 4 , 时。而后过滤。用5 m l x 3 的蒸馏水洗滤 饼。乙醇重结晶，然后干燥。得到1 3 0 克白色固体。l c 纯度9 5 6 ，产率6 0 。 m a s s 验证其分子离子峰为3 6 0 ( m a s s 谱图见图十六) o 2 2 5 3 合成5 c p h a s p v 叼。e 。州0 叫詈v o 。o 。州0 a n o 0 0 n 坐笋哪o n h u 吲 0 h 0 h a 淝c eg h k 裟im 谢。妒t 吠匕 1 7 山东人学硕上学位论文 结构单元氢原子数6 值( p p m ) 峰型 氢a 30 8 5 - 0 8 7 t 氢b 20 9 8 - 1 0 3 m 氢c ，d ，e ，o ，p ，q 1 21 1 7 - i 一9 6m 氢g ，i 4i 5 1 - i 7 0m 氢f ，h ，j 5i 7 4 - 1 8 1m 氢k 1 2 3 5 - 2 3 9m 氢l 26 7 9 - 6 8 1d 氢m 27 0 8 - 7 1 0d 氢n 23 8 8 3 8 9t 氢r 22 1 0 - 2 1 2t 氢s 14 5 1 - 4 5 2m 氢t 22 5 2 - 2 7 0m 氢u 18 1 5 - 8 1 6d 氢p 21 2 4 9s 2 2 6b p b a s p 自 j 合成 a j 伽幽a j 。入等分9 。j 。人 2 2 6 1 合成b p p e 2 2 6 1 1 合成c p e 2 8 6 4 克( 0 2 6 m o i ) 3 一氯丙酸加入到l o o m l 干燥的四口烧瓶中，加入4 0 5 克( 0 0 2 4 m o i ) 对甲苯磺酸和3 0 m l 乙醇，机械搅拌，回流反应4 小时。然后蒸出 过量的乙醇跟反应中生成的副产物丙烯酸。得到液体。将此液体在分液漏斗中用 水洗l o m l x 3 。无水氯化钙干燥有机层，过滤，得到g c 纯度9 8 4 的产品，收率4 6 。 g c m a s s 验证其结构，旷为1 3 6 。 2 2 6 1 2 合成b p p e 7 6 4 克( 0 0 3 4 m o i ) 干燥过的c p e 加入n i o o m l 干燥的四口烧瓶中，然后加入3 0 1 克( 0 0 1 8 m 0 1 ) 的4 一联苯酚和2 5 m id m f ，最后加入5 1 6 克碳酸钾，机械搅拌，油 浴1 0 0 度反应8 个小时。然后停止实验，冷却。过滤。减压蒸去滤液中的有机溶剂。 做g c m a s s ，没有发现目标产品。但是3 一氯丙酸乙酯原料峰消失。 2 2 6 1 3 讨论 1 8 山东大学硕士学位论文 这是一个氯代烃与酚反应生成醚的亲核取代反应。我们知道亲核取代反应的 同时会伴随有消除反应。上面醚化反应之所以没有发现消除反应的副产物的原因 是因为这些氯代烃为伯氯代烃且不容易发生消除反应。但是3 一氯丙酸乙酯虽然 也为伯氯代烃，确也很容易发生消除反应生成有共扼结构的丙烯酸乙酯。所以用 上面实验条件没有发现有目标产物生成。 我们知道极性大的溶剂跟弱的碱性有利于亲核取代反应。同时降低反应温度 也有利于亲核取代反应。由于本实验采用的d m f 极性比较大且碳酸钾的碱性也不 是很强。故只改变实验温度去尽量避免消除反应的发生。其结果见下表。反应物 投入比例跟1 0 0 度时一样，反应时间4 4 , 时 温度结果 1 0 0 度只有消除产物丙烯酸乙酯 有少量亲核取代产物b p p e 生成，但是大部分还是消除产物 5 0 度 丙烯酸乙酯 4 小时后一部分3 一氯丙酸乙酯转化为消除产物丙烯酸乙 6 0 度 酯，但是没有取代产物生成 9 0 度3 一氯丙酸乙酯在4 小时后全部转化为消除产物丙烯酸乙酯 从表中可以看出在设计的反应温度上消除反应速度快于亲核取代反应。由于 本论文所设计的化合物性质也未知，故将3 一氯丙酸乙酯改为4 一溴丁酸乙酯。 2 2 6 2 合成b p b e 断o + o 弋 o n o 。一。一 k 乒0 ，d m f o o v v 儿。八 b b em w ：1 9 5b p pm w ：1 7 0b p b em w ：2 8 4 3 0 m ld m f 加入$ l j l 0 0 m l 干燥的装有回流冷凝管的四口烧瓶内，机械搅拌。依 次加入4 2 9 克( 0 0 3 1 m 0 1 ) 碳酸钾，2 5 9 克( 0 0 1 5 m 0 1 ) b p p ，2 5 0 克( 0 0 1 3 m 0 1 ) b b e 到四口烧瓶内。1 0 0 度油浴下反应。气相跟踪实验进程。当气相谱图上没有b p p 峰存在时，停实验。冷却。过滤。减压