（药物化学专业论文）功能性离子液前体的合成.pdf

中文摘要 离子液体作为一种环保的反应介质，已经受到广泛的关注。许多化学反应可 以在离子液体中进行，这主要是因为离子液体具有很多优点：较高的热稳定性， 可忽略的低蒸汽压，较好的溶解力，可调的极性。此外，过去的十几年里，有机 高价碘化合物成为研究热点，是一种应用广泛的有机试剂。 近年来，带有功能性侧链的离子液体即功能性离子液体得以发展。其中基于 三价碘的功能性离子液体可作为氧化剂应用于反应。该类离子液体在反应结束后 可以回收、氧化和再利用，具有潜在的研究和应用前景。本文设计了含有可以进 一步被氧化的碘原子的功能性离子液体前体，以便对这一类离子液体进行进一步 研究。 本文参照文献报道的合成思路，成功合成了一种含碘的功能性离子液体前 体，为进一步研究含有三价碘的功能性离子液体提供了支持。并且，在合成过程 中发现了以三氯异氰尿酸为氧化剂对酚类化合物进行选择性碘化的新颖碘化方 法。本文应用该法成功合成了十余个酚类碘化物，结果表明这是一种便捷、廉价、 安全有效的酚类碘化新方法；扩展了三氯异氰尿酸在有机合成中的应用。 关键词：离子液体；功能性；酚类化合物；三氯异氰尿酸；合成 a b s t r a c t r e c e n t l y ，m u c h a t t e n t i o nh a sb e e nf o c u s e do nt h eu s eo fi o n i cl i q u i d sa s e n v i r o n m e n t a l l yb e n i g nr e a c t i o nm e d i a v a r i o u sc h e m i c a lr e a c t i o n sc a nb ep e r f o r m e d i ni o n i cl i q u i d s t h i sf a c ti sa t t r i b u t e dt os o m ei n t r i g u i n gp r o p e r t i e so fi o n i cl i q u i d s ， s u c ha sh i 【g ht h e r m a ls t a b i l i t y ，n e g l i g i b l ev a p o rp r e s s u r e ，h i g hl o a d i n gc a p a c i t y ，a n d t u n a b l ep o l a r i t y i nt h el a s td e c a d e ，t h e r eh a sb e e ni n c r e a s i n gi n t e r e s ti nt h eo x i d i z i n g p r o p e r t i e so fo r g a n o h y p e r v a l e n ti o d i n er e a g e n t s t h e yh a db e e ns t u d i e de x t e n s i v e l y m o r er e c e n t l y ，i o n i cl i q u i df o r m u l a t i o n sh a v eb e e ne x p a n d e dt oi n c l u d ei o n sw i t h s t r u c t u r a l l ya n df u n c t i o n a l l yc o m p l e xs i d ec h a i n s - - t h es o - c a l l e d t a s k - s p e c i f i ci o n i c l i q u i d s ”t h ei o n s u p p o r t e dh y p e r v a l e n ti o d i n e ( i i i ) r e a g e n ti s ak i n do f “t a s k - s p e c i f i c i o n i cl i q u i d s ”i tc a nb eu s e da so x i d i z i n ga g e n tt h a tc a nb er e c o v e r e da n dr e u s e da f t e r o x i d a t i o n t h e ya r ep o t e n t i a l l yu s e f u li o n i cl i q u i d s i fw ew a n tt od os o m ef 1 1 r t h e r r e s e a r c ha b o u tt h i sk i n do fi o n i cl i q u i d , t h ep r e c u r s o ro f t a s k - s p e c i f i c ”i o n i cl i q u i d si s n e e d e dw h i c hc o n t a i n si o d i n ea t o m i nt h i st h e s i s ，w ep r o v i d e dan e wp r o c e d u r et os y n t h e s i z ea k i n do f “t a s k 。s p e c i f i c i o n i cl i q u i d s ”，w h i c hc a nb eu s e di nt h ef u r t h e rs t u d y i na d d i t i o n ，w eh a v ed i s c o v e r e d am e t h o df o ri o d i n a t i o no fp h e n o l s i nt h i s p r o c e d u r e i n o u rm e t h o d ， t r i c h l o r o i s o c y a n u r i ca c i d ( t c c a ) i su s e da sa l lo x i d i z i n ga g e n t t h em e t h o d h a sb e e n a p p l i e ds u c c e s s f u l l yt oav a r i e t yo fp h e n o l s i tg e n e r a l l yp r o c e e d s w e l l w i t hh i g h y i e l d sa n dr e g i o n s e l e c t i v i t y t h er e s u l th a si n d i c a t e dt h a tt h em e t h o di se a s y , c h e a p ， s a f ea n de f f e c t i v ea n dt h ea p p l i c a t i o no ft r i c h l o r o i s o c y a n u r i ca c i d ( t c c a ) h a sb e e n e x p a n d e d k e yw o r d s ：i o n i cl i q u i d s ；t a s k s p e c i f i c ；p h e n o l s ；t r i c h l o r o i s o c y a n u r i c a c i d ； s y n t h e s i z e 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞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了谢意。 学位论文作者签名：斛学砷白 签字日期： 呵年舌月，7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丕鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘笔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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：刘、誓孽岛 签字日期：加7 年石月7 日 导师签名：躯 签字日期加d 厣月f 乃 | 天津大学硕十学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 离子液体作为一种环保的反应介质，具有许多潜在的优点，因此在许多研究 领域已经成为研究热点。在化学方面，离子液体较传统溶剂表现出许多的优点， 使得它们受到广泛的关注。近年来，许多研究开始集中于对离子液体的设计和修 饰，即通过化学结构的改造使得离子液体与一些特殊功能团连接，从而合成出一 系列兼有溶剂和反应试剂特点的新型离子液体，他们被称为“功能性离子液体”。 本文论述的是一种新型含碘功能性离子液体前体的合成，该离子液体所带的碘原 子可进一步被氧化从而得到基于高价碘的离子液体氧化剂。本章将就离子液体、 有机高价碘化合物中的三价碘芳香化合物及功能性离子液体做一概述。 1 1 离子液体概述 化学，作为自然科学的重要领域，在丰富人类的知识宝库和满足人们的衣食 住行等各方面需求中发挥了积极和不可替代的作用。然而，传统化学反应及相关 的化学工业对环境造成严重污染。在反应过程中大量使用的易挥发性有机溶剂， 成为污染的重要来源。 随着科技发展和环保意识的增强，环境问题得到了各国的普遍关注。清洁、 低耗、高效的化学、化工反应是发展的必然趋势。为此，人们提出了绿色化学概 念。绿色化学，是指以绿色意识为指导，研究和设计没有或尽可能小的环境负作 用，并在技术上、经济上可行的化学品与化学过程。其目标是研究和寻找能充分 利用的无毒害材料，最大限度的节约能源，在各环节都实现净化和无污染的反应 途径的工艺。这种“绿色化”就其内容而言，涵盖了原料绿色化、反应绿色化、 产品绿色化、催化剂绿色化、溶剂绿色化五个方面环境友好的要求【l 】。 绿色化学概念的提出，使得学术界和工业界都在寻找有害溶剂的替代品。作 为绿色替代溶剂的离子液体凭借其特殊的性质，已经成为化学研究的热点。现在 离子液体被广泛应用到化学合成、化学分离和电化学等方面，并且取得了很好的 成果，具有良好的发展前景。它给化学研究提供了一个全新的领域，并有希望对 现代化学工业带来突破性进展。 天津大学硕士学位论文第一章文献综述 1 1 1 离子液体的定义和发展简史 离子液体是液体中只有离子存在，且完全由离子组成的液体。通常盐类化合 物在熔融状态时就表现为离子液体状态，例如熔化态的氯化钠。然而，离子液体 的概念同熔融盐的概念相比有其特殊的含义。离子液体【2 】是在低温( 1 0 0 ) 呈液 态的盐，也称为低温熔融盐。目前研究的离子液体一般由含氮、磷的有机阳离子 和大的无机阴离子组成。 离子液体的历史可以追溯到1 9 1 4 年，当时w a l d e n 3 】报道t ( e t n h 3 ) n 0 3 的合成 ( 熔点1 2 ) ，这种物质由浓硝酸和乙胺反应制得。但是，由于其在空气中很不 稳定、极易发生爆炸，它的发现在当时并没有引起人们的兴趣，这是最早的离子 液体。 离子化合物中的离子键随着阳离子半径增大而变弱，熔点也随之下降；且对 于绝大多数的物质而言混合物的熔点低于纯物质的熔点。根据这样的原理，1 9 1 5 年h u r l e y 和w i l e r 首次合成了在环境温度下是液体状态的离子液体。他们选择的阳 离子是正乙基吡啶，合成出的离子液体是溴化正乙基吡啶和氯化铝的混合物。但 这种离子液体成液体的温度范围还是相对比较狭窄。而且，氯化铝离子液体遇水 会放出氯化氢，对皮肤有刺激作用【4 】。其后该领域的研究进展很缓慢，至7 0 年 代，对离子液的研究主要是开发用于电池的电解质【5 】。直到1 9 9 2 年，w i k e s 等【6 】领 导的研究小组合成了低熔点、抗水解、稳定性强的1 乙基3 甲基咪唑四氟硼酸 盐离子液体后，离子液体的研究才得以迅速发展，随后开发了一系列的离子液体 体系。特别是近几年，离子液体的研究更是获得了科学家们的空前的青睐。 1 1 2 离子液体的特性 物理性质：( 1 ) 凝固点：离子液体的凝固点与结构之间没有严格的关系。但 报道说，含有对称阳离子的离子液体比那些含有不对称阳离子的具有更高的凝固 点1 7 。负离子为c f 3 c o o 。的离子液体有相对较低的熔点，负离子体积减小，熔点 上升f 8 1 。烷基取代基的链长在很大程度上也影响了离子液体的凝固点【9 】。( 2 ) 密度： 咪唑离子液体在室温- f ( 2 9 1 3 0 3 k ) 的密度为1 1 1 7g c n l 3 ，那些含有较大且配合 能力弱的阴离子的离子液体密度较高，这种趋势与阳离子无关【8 】。( 3 ) 粘度：常温 下，离子液体的粘度是水的几十倍甚至上百倍。阳离子的结构强烈影响着化合物 的粘度。一般来说，阳离子含有较长烷基的化合物，具有更大的粘滞性。有报道 说，离子液体的粘度主要是由范德华力及氢键所决定【7 】。( 4 ) 稳定性：新型离子液 体如咪唑系对水都具有稳定性。一般来说咪唑阳离子的热稳定性较高，因而往往 天津大学硕士学位论文第一章文献综述 由负离子决定离子液体的热稳定性。离子液体不燃烧，使用方便安全隅】。有文献 报道，二烷基取代咪唑阳离子的热稳定性相对较高。( 5 ) 溶解性：离子液体的溶 解性报道甚少。一般来说极性较强、带有较强电荷的溶剂溶解性较强，因此离子 液体应是一种很强的极性溶剂。还有文献认为，离子液体的溶解性与它接收与给 出氢键的能力和阳离子上电荷的偏移量有关，这一点对于嘧啶类和咪唑类的离子 液体的溶解性有很大影响【i0 1 。( 6 ) 电化学窗口：这类化合物的电化学窗口基本上 大于3 v ，阳极上发生的反应是阴离子的氧化反应，而在阴极上发生的反应则是 咪唑阳离子的还原反应悼】。 化学性质【1 1 ，l2 】：( 1 ) 酸碱性：离子液体的酸碱性由阴离子的本质决定，具有 酸性或超强酸性，并且酸性可以根据需要进行调节。( 2 ) 热稳定性和不可燃性： 离子液体不燃烧，不氧化，热稳定性好，可传热，可流动。同水和大多数有机溶 剂相比，离子液体具有更宽阔的稳定液态温度范围，应用领域也更广阔。( 3 ) 催 化性能：多种类型的均相和多相催化反应过程已经在室温离子液体中得到广泛的 研究。离子液体应用于一些有机反应，表现出常规方法不具有的高产率、高选择 性、产物易分离等特点。 概括的说离子液体的突出优点是【1 】：( 1 ) 液体状态温度范围广，可达3 0 0 ， 这是化学工程中的一个惊人参数；( 2 ) 蒸汽压低，不易挥发；( 3 ) 对有机物、无机 物都有良好的溶解性，使许多化学反应得以在均相中完成，且反应器体积大为减 小；( 4 ) 密度大，与许多溶剂不互溶，当用另一溶剂萃取产物时，通过重力作用， 就可实现溶剂和产物、催化剂和产物的分离，从而保证溶剂和催化剂的高效使用； ( 5 ) 具有较大的可调控性，离子液体的溶解性、液体状态范围等物化性质，取决 于阴、阳离子的配伍和离子液体催化剂的物料配比，因而可根据需要，定向 设计离子液体体系；( 6 ) 离子液体作为电解质具有较大的电化学窗口、良好的导 电性、热稳定性和极好的抗氧化性。离子液体所具备的这些其它液体无法比拟的 性质，给大部分传统化工反应提供了改造的新空间，使其在当今化工工程的绿色化 进程中显示了巨大的潜力和应用前景。 1 1 3 离子液体的种类与结构 离子液体的种类比较多，当前研究的离子液体按阳离子分类主要有四类：烷 基季铵离子；烷基季磷离子；n 烷基吡啶离子；烷基取代的咪唑离子f 1 0 】。其中 最稳定，最常见的是烷基取代的咪唑阳离子，而且通过调整烷基取代基的长度和 对称性可以形成低熔点的咪唑类离子液体。 根据阴离子的不同，离子液体可分为两大类： 天津大学硕士学位论文 第一章文献综述 一类是，含有a i c i3 的卤化盐( 阳离子仍为上述四种) 。此类离子液体的缺点 是对水极其敏感，需要在真空或惰性气氛下进行处理和应用。另一类离子液体是 由1 9 9 2 年发现的1 乙基3 甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体发展起来的，也被称为 新型离子液体。该类离子液体不同于a i c l3 离子液体，其组成固定，且其中许多 品种对水、空气稳定，因此近几年取得巨大的进展。其阳离子多为烷基取代的眯 唑离子，负离子多用b f 4 一，p f 6 一，c f 3 c o o 一，s b f 6 一，n 0 2 一等。 1 1 4 离子液体的制备 离子液体种类繁多，改变阳、阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离 子液体。离子液体的合成大体上有两种基本方法：直接合成法和两步合成法【i 2 1 。 直接合成法：通过酸碱中和反应或季铵化反应等一步合成离子液，操作经济 简便，没有副产物，产品容易纯化。例如：硝基乙胺离子液体就是由乙胺的水溶 液和硝酸中和反应制型1 3 】。另外，通过季铵化反应也可以一步制备出多种离子液 体【刀。 两步合成法：如果直接合成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有目标阳离子的卤盐。然后用目标阴离子进 行置换或加入l e w i s 酸来得到目标离子液体【l4 1 。 1 1 5 离子液体在有机合成中的应用 1 1 5 1 交叉偶联反应 h e c k 反应：钯催化下有机卤化物的烯基化反应称为h e c k 反应，是c - c 键形成 的最重要的反应之一。通常是在少量钯催化剂作用下，由烯烃与卤代芳烃或芳香 酐反应生成芳香烯烃。可是往往由于所用钯催化剂的不稳定性而导致较高的催化 剂消耗，所以如何使催化剂循环使用是人们研究的热点。使用离子液体四烷基铵 或四烷基磷溴化物作为该反应的介质e 白k a u f m a n n 等【l5 】首次在1 9 9 6 年报道。该法 当溴苯完全转化后，没有元素钯沉淀生成，产物可通过蒸馏分离，而且无需其它 磷配基的加入。 r d b ：- 0 2 8 u d t 图1 1 离子液体参与的h e c k 反应 c 0 2 b u 天津大学硕士学位论文第一章文献综述 s u z u k i 反应：是形成c c 键的非常普遍的方法。w e l t o n 等【1 6 】首先报道了在离 子液体中钯催化的该反应。即先预热将钯络合物催化剂溶于离子液体中，再加入 芳卤和芳基硼酸进行反应。催化剂表现出极高的活性，且用量仅为原来的十分之 一，而反应速度比原来快，产率提高，产物容易分离，离子液体和催化剂可以回 收使用。 b 二g 瞅洲k 午 图1 2 离子液体参与的s u z u k i 反应 s t i l l e 反应：h a n d y 等 1 7 1 研究了一系列钯催化的s t i l l e 偶联反应，发现在离子液 体中该反应得到了较好的产率，催化剂和离子液体可以回收反复使用多次。 p d c l 2 i f h e n ) ， - - 二- - - 二； i l 图1 3 离子液体参与的s t i l l e 反应 n e 西s h i 偶联反应：k n o c h e l 等0 s 1 报导了离子液体中n e g i s h i 偶联反应，该反应 是在离子液体一甲苯的两相体系中进行的，产物进入甲苯层，可以很容易地分 离，但是催化剂回收使用三次后催化活性大幅度下降。 r ，口抛r ：分x 岽r ，酽 图】- 4 离子液体参与的n e g i s h i 偶联反应 1 1 5 2 加成反应 m i c h a e l 反应：s a l u n k h e 等【1 9 】在离子液体中进行了不对称的m i c h a e l j t l 成反应， 他们以二苯基烯丙酮和丙二酸二甲酯为原料，以一个手性的季铵盐为催化剂，取 得了不错的结果，与传统溶剂相比，反应时间缩短，并且催化剂和溶剂可以循环 使用，产物产率并没有明显的下降。 r 、 。文 。仗 天津大学硕士学位论文 第一章文献综述 o c h 2 ( c 0 2 m e ) 2 - _ - _ - _ 卜 i l k 2 c 0 3 图1 5 离子液体参与的m i c h a e l 反应 b a y l i s h i l l m a n 反应：r o s a 等【2 0 1 分别在溶剂乙睛和离子液体中作了苯甲醛与 丙烯酸甲酯的缩合反应。在离子液体中加d a b c o ，反应速率比在乙睛中加催化 剂d a b c o ( 1 , 4 d i a z a b i c y c l o 2 ，2 ，2 ) 时分别加快了十倍以上。 r 人h + 一i o r , _ 卷卜 o 1 1 5 3 环加成反应 o ho r 廿r 图1 - 6 离子液体参与的b a y l i s h i l l m a n 反应 d i e l s a l d e r 反应：o h 等研究d i e l s a l d e r 反应在离子液中进行的速度和选择 性。结果表明，在离子液中该反应具有非常好的立体选择性，反应进行迅速。 + 图1 7 离子液体参与的d i e l s a l d e r 反应 1 ，3 一二偶极环加成反应：j o a n 等【2 2 1 在室温离子液体中考察了1 ，3 二偶极环 加成反应。同不用溶剂相比，使用离子液体大大的增加了反应的速率和产率，而 且简化了产物的分离步骤，离子液体可以重复使用。 y 丫2 日+ o e t c 0 2 e t 图1 8 离子液体参与的l ，3 二偶极环加成反应 + e t o h 人u。人u wm 争 天津大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 1 5 4 缩合环化反应 p e c h m a n n 反应：是合成香豆素最有效的方法。s a l u n k h e 的研究小组1 2 3 】首次报 道了在l e w i s 酸离子液体中苯酚和乙酰乙酸乙酯经p e c h m a n n 反应合成香豆素衍生 物，反应时间可以大大缩短。研究表明离子液体起着溶剂和l e w i 酸催化剂的双重 作用。这样，传统的方法由于使用酸性催化剂，造成环境严重污染的问题得到缓 解，提供了一个快速、有效的合成香豆素的绿色途径。 x o h i l 图1 9 离子液体参与的p e c h r n a n n 反应 b i g i n e l l i 反应：邓有全等刎报道了利用离子液体催化芳香醛、尿素和a ，p ， 二羰基化合物三组分一步合成3 , 4 二氢嘧啶2 酮衍生物( b i g i n e l l i 反应) 。研究表 明芳香环上有给电子基团时反应速度加快，产率增加；吸电子基团则相反。利用 离子液体催化该反应，操作简便，产率高，后处理容易。 o r c h o+人 h 2 n n h 2 旨o r + 八八r ，7 图1 1 0 离子液体参与的b i g i n e l l i 反应 h f i s h e r n ；l 哚合成：通常的f i s h e r a ；l 哚合成过程中所应用的催化剂( 如p c i 3 ) 对环 境有害。k h a d i l k a r 等在离子液体中成功进行f i s h e r 吲哚合成。该反应较其他方 法所用的催化剂少。 r 州h 2 + r r ：7 图1 11 离子液体参与的f i s h e r 吲哚合成 天津大学硕士学位论文第一章文献综述 1 1 5 5 重排反应 。 b e c k m a n n 重排反应：该反应需要很高的温度( 1 3 0 。c ) ，且反应需要大量的 l e w i s 酸存在。邓友权等f 2 6 ，2 7 】在离子液体中分别用p c i 5 ，p 2 0 5 做了环己酮肟的 b e c k m a n n 重排反应，发现离子液体中的b e c k m a n n 重排不仅反应温度较低、转化 率高、反应产率良好，而且实现了反应溶剂的绿色化，反应只需催化量的路易斯 酸就可以实现。 垒旦j - i l 图1 1 2 离子液体参与的b e c k m a n n 重排 1 1 5 6 氧化还原反应 s o n g 等c 2 8 1 研究了在离子液和二氯甲烷组成的混合体系中的环氧化反应。该 反应显示离子液体在氧化剂存在下是稳定的。与在有机溶剂中的反应相比，反应 有较快的反应速度、较高的产率和立体选择性、催化剂可循环使用。 1 , 1 5 7 其他反应 j a c o b o s e n t sc a t a l y s t ，n a o c l i l c h 2 c 1 2 图1 1 3 离子液体参与的环氧化反应 此外离子液体还应用于其他有机反应当中，例如：亲核取代 2 9 1 、氢化反应 3 0 】、 自由基反应等等，均显示出巨大的潜力和良好的应用前景。 1 2 三价碘芳香化合物在有机合成中的应用 有机高价碘化合物( 如：邻二氧碘基苯甲酸i b x ，二乙酰氧碘苯d b i 等) 由于其结构新颖和功能特殊，已吸引科学工作者对其进行了广泛、系统、深入的 研究。该领域已成为迄今最为活跃的化学研究领域之一，已有许多研究性及综述 性文章在国外著名期刊上发表。 天津大学硕士学位论文第一章文献综述 二羧酸碘苯是一类极其重要的有机三价碘芳香化合物，其中应用最多的是二 乙酰氧碘苯p h i ( o a c ) 2 和二( 三氟乙酸) 碘苯p h i ( o o c c f 3 ) 2 。二羧酸碘苯作为氧 化剂，与某些无机类氧化剂相比，避免了使用重金属化合物而造成的毒性和环境 问题，有着良好的应用前景。本文此节重点举例说明近年来三价芳香碘化物中二 乙酰氧碘苯( d b i ) 在有机合成中的应用。 1 2 1 醇的氧化 二羧酸碘芳香化合物对醇的反应活性很低，一般需催化剂催化。p i a n c a t c l l i 等【3 2 】发现，催化量的2 ，2 ，6 ，6 t e t r a m c t h y l 1 p i p e r i d i n y l o x y l ( t e m p o ) 可以协助 p h i ( o a c ) 2 氧化各种各样的伯醇和仲醇，到相应的羰基化合物。即使被氧化的底 物同时含有二级醇或者其他可以被氧化的基团，氧化体系可以选择性的氧化伯醇 到醛，没有发现酸的生成。氧化铝 3 3 1 、c r ( i i i ) t 3 4 1 等也可以作为催化剂，辅助二 乙酰氧碘苯氧化醇。 1 2 2 酚的氧化 o h o r2-phl(o丽ac)瓦z,temporr 少r 2r 令2 _ 百丽- r 令2 图1 1 4 二乙酰氧碘苯氧化醇 - - 7 , 酰氧碘苯p h i ( o a t ) 2 与酚反应生成各种有用的产物，相关的文献报道有 许多 3 5 - 4 2 。例如g i a n n i s 和其同事用高分子载体的二乙酰氧碘苯氧化多取代的 对苯二酚和苯酚生成苯醌衍生物。该反应条件温和，氧化剂可再生使用，活性没 有明显的降低。 r o h + i 时c 。a c k 婴r 图1 1 5 - 7 , 酰氧碘苯氧化酚 o o 天津大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 2 3 氧化不饱和烃 炔烃在c 6 h d h2 0 体系中被p h i ( o o c c f 3 ) 2 氧化，生成相应的羧酸4 4 1 。 r c 兰c r 一些! ! 坚竺些， r c o o h +r c o o h r c = c r 南万碌跹o o h + 图1 1 6 二乙酰氧碘苯氧化炔烃 1 2 4 重排反应 二乙酰氧碘苯和二( 三氟乙酸) 碘苯经常用作h o f r n a n n 重排反应的试剂。 z h a n g 等 4 s , 4 6 1 报道用二乙酰氧碘苯对被保护的天门冬酰胺进行重排。他们考察了 许多氧化剂，发现从n 保护的天门冬酰胺出发，制备n 保护的p 一氨基- l - 丙氨酸 衍生物，二乙酰氧碘苯是最好的试剂。 oh n ，ph n 一，ph n ，。h n 一，。 州儿洲旦州洲 o o p = - p r o t e c t i n gg r o u p s 图1 1 7 二乙酰氧碘苯参与的h o f m a n n 重排 4 羟基2 环丁烯酮与二乙酰氧碘苯p h i ( o a c ) 2 在二氯乙烷中回流反应生成重 排产物5 乙酰氧基一2 ( 5 h ) 呋喃酮4 7 1 。 e e 1 2 5 氧化卤化法 e e 图1 1 8 二乙酰氧碘苯参与的重排反应 高分子载体的二乙酰氧碘苯对于氧化碘化是特别方便的试剂，因为它可再生 并重复使用多次。这种高分子载体的二乙酰氧碘苯对于富电子的芳烃发生碘化反 天津大学硕十学位论文第一章文献综述 应主要生成对位碘化的取代产物【4 8 】。 9 + 心旧觚k 一1 2 图1 1 9 二乙酰氧碘苯参与的芳烃碘化 1 2 6 氧化杂原子 三芳基铋烷在温和的中性条件下与- - 7 , 酰氧碘苯反应，得到三芳基铋f v ) 的 二醋酸酯【4 9 1 。 a r 3 b i + p b l ( o a c ) 2 旦坦l + 图1 2 0 二乙酰氧碘苯氧化杂原子 1 2 7 芳香叠氮化物的合成 二乙酰氧碘苯和芳香醛，叠氮化钠以二氯甲烷为溶剂反应，可以得到高收率 的芳香叠氮化物 5 0 】。 1 2 8 脱保护基 oo 1 1 p h i ( o r a h c ) r 2 , 1 n a n k ii arch a r c n 3 。 c h c l ， 图1 2 1 二乙酰氧碘苯参与的叠氮化物合成 硫醇具有很强的亲核能力，丙二硫醇可以与酮反应生成缩硫酮。其对碱及氧 化剂稳定，在有机合成中常利用此来保护羰基。二乙酰氧碘苯及二( - - 氟乙酸) 碘苯可以用于硫醇保护的羰基的脱保护基反应【5 1 5 2 1 。 袋r 2 r 2 s x s 坐八 r ， k 1 k a 天津大学硕士学位论文第一章文献综述 本文仅简要的介绍了二乙酰氧碘苯( d b i ) 在有机合成中的应用，关于这类化 合物的应用研究还有很多。由此可见，有机三价碘芳香化合物有着广阔的研究和 应用领域，是有机化学中一种重要的高价碘化合物。 1 3 功能性离子液体简介 1 3 1 功能性离子液体定义 功能性离子液体【5 3 】，即普通离子液体中引入某种官能团，并且该官能团和离 子液体成为不可分割的整体，一起发挥着功能性离子液体的作用。它们与基于固 相以及可溶性聚合物的固相合成有相似之处，但又有许多独有的特点：良好的流 动性和巨大的表面积瞰j ，使得功能性离子液体在进行有机化学反应时有许多潜在 的优势，因此这一领域已经成为离子液体化学中发展最快的领域之一。 1 3 2 基于三价碘的功能性离子液体的发展 早在19 9 8 年d a v i s 等【5 5 ，5 明报道了一种由抗真菌药( n l i c o n a z o l e ) 为原料，合成得 到的结构复杂的离子液体，正是这促使了离子液体上引入官能团的研究。 画、 图1 2 3 以m i c o n a z o l e 为原料合成的结构复杂的离子液体 h a n d y 等 5 7 于2 0 0 5 年报道了基于三价碘的新颖功能性离子液体的合成及应 天津大学硕士学位论文 第一章文献综述 用，这种功能性离子液体氧化剂在参与反应时有着反应条件温和，产物易分离， 氧化剂可再生重复使用，活性没有明显的降低。 h 图1 2 4 基于三价碘的新颖功能性离子液体 本文的研究目标即以h a n d y 等的思路为指导，合成一种带有可以进一步被 氧化的碘原子的离子液液体，即一种新型功能性离子液体前体。从而为进一步研 究该类功能性离子液体的潜在优越性，提供便利的合成方法和路线支持。 天津大学硕士学位论文第二章实验方案设计 2 1 选题依据 第二章实验方案设计 三价碘芳香化合物具有的广阔应用前景，在离子液体中进行有机合成反应存 在潜在的优越性，如果将三价碘芳香化合物以化学方法连接到离子液体上合成一 种新颖的基于三价碘的功能性离子液体( 这类离子液体在参与有机反应时将会起 到反应剂、溶剂、催化剂等多重作用) ，就可以对它的化学性质做进一步研究。 基于上面的考虑，首先必须有一种可行的合成路线、方法得以便捷的制备该 功能性离子液体前体( 即含有可进一步被氧化的芳香碘的离子液体) 。与此同时， 要求该前体的合成路线应简捷，可行；所得前体应该具有熔点低，在常温下最好 是液体的特点。 本文的工作目的就是合成并筛选出一种在常温下呈液体状态，含有可进一步 被氧化的芳香碘的功能性离子液体前体。 2 2 设计方案 根据上文提到的思路，本文采用n - 甲基昧唑、酚及卤代烷烃为起始原料， 设计了新的功能性离子液体前体的合成方法，并在合成过程中发现了一种新的酚 类化合物的选择性碘化方法。初步设计方案如下： b r 天津大学硕士学位论文第二章实验方案设计 m 。，画 b r e 图2 1 功能性离子液体前体的合成初步设计 以下将该路线分成两个部分进行讨论。 2 2 1 由苯酚合成1 ( 3 溴丙氧基) 4 一碘苯 由苯酚合成1 ( 3 溴丙氧基) 4 碘苯，可以采取两条路线。 第一条路线： 先由苯酚与1 ，3 二溴丙烷反应合成( 3 一溴丙基) 苯醚( 2 ) ，再合成l ( 3 溴丙氧 基) 一4 碘苯( 4 ) 。 合成( 3 溴丙基) 苯醚时，有两种常用方法可以得到预定产物：第一种，以苯 酚、1 , 3 二溴丙烷和氢氧化钠为原料在水溶液中回流网( i t l l 行两相反应) ；第二 种，以苯酚、1 ，3 二溴丙烷和碳酸钾为原料在乙腈中回流【5 9 】。 合成1 ( 3 溴丙氧基) _ 4 碘苯时，可以用( 3 溴丙基) 苯醚、碘和氧化汞在二氯 甲烷中常温下反应来得到目标化合物( 删。 第二条路线： 先合成对碘苯酚( 3 ) ，然后再合成1 ( 3 溴丙氧基) _ 4 碘苯。该路线中首先是苯 酚的碘化反应，目前方法很多，考虑到反应试剂易得、反应快速、收率高、处理 方便等目的选取以氯胺t 进行酚类碘化的方法1 6 1 】。然后将合成的对碘苯酚，采用 上述第一条路线中提到的方法，与l ，3 二溴丙烷反应合成1 ( 3 溴丙氧基) 4 碘苯。 2 2 2 由1 ( 3 溴丙氧基) 4 碘苯合成功能性离子液体前体 在综述部分已经提到，离子液体的合成大体上有两种基本方法：直接合成法 和两步合成法。本文制备的离子液体属于烷基取代的眯唑类，须经过两步合成法 制得。在合成方法上，本文拟采用d u p o n t 等【6 2 】的合成方法： 首先由1 ( 3 溴丙氧基) 4 碘苯与n 甲基眯唑在乙腈中回流，合成1 3 ( 4 碘 基) 苯氧基 丙基3 甲基咪唑溴盐( 5 ) 。然后，再以更稳定的阴离子替换1 3 ( 4 碘 基) 苯氧基1 丙基3 甲基咪唑溴盐中的溴阴离子，从而得到稳定的离子液体( 6 ) 。 飞一 画莳 一 天津大学硕士学位论文 第二章实验方案设计 2 3 设计方案中需要解决的问题 首先，初步设计方案中拟合成一种含有可被进一步氧化的芳香碘基团部分的 离子液体。但需要考虑的是，在烷基取代的咪唑类离子液体的母核上连接芳香碘 基团部分会对该类离子液体的一些物理性质有所改变，比如熔点等。本论文的首 要工作目的就是要尽可能的合成并筛选到一种在室温下也为液体状态的功能性 离子液体前体，这将对以后的研究工作提供很大的应用便利性。 其次，离子液体中碘的引入很关键，是本文的另一个研究重点。如何有效的 在苯酚对位引入碘原子，将关系到该路线合成功能性离子液体前体的可行性( 本 文结果与讨论部分对目前酚类化合物的碘化方法作了简要的总结，将历年的碘化 方法按碘源的不同进行了分类总结) 。 本文在进行酚类碘化的实验过程中，采用了一种安全、廉价、有效的氧化剂 即三氯异氰尿酸( t c c a ) ，发现了一种新颖的酚类碘化方法。本文进一步对该氧 化剂的氧化性提出了可行的研究建议，相关内容将在实验部分与结果与讨论部分 给出。 c i n 儿n c i 办n l c i t r i c h l o r o i s o c y a n u r i ca c i d 图2 - 2 三氯异氰尿酸结构式 天津大学硕士学位论文第三章实验部分 3 1 原料与仪器 第三章实验部分 3 1 1 原料规格与来源 本实验中所用的水为去离子水；溶剂按常规方法干燥或纯化处理。反应所用 原料及规格见表3 - 1 。 表3 1 原料规格与来源 天津大学硕士学位论文第三章实验部分 表3 1 原料规格与来源( 续) 原料名称分子式分子量 3 甲基苯酚c 7 h 8 0 1 0 8 1 4 2 ，6 - 二甲酚c 8 h i o o 1 2 2 1 6 2 , 6 二叔丁酚c 1 4 h 2 2 0 2 0 6 3 2 2 ，4 二氯苯酚c 6 h 4 c 1 2 0 16 3 0 0 2 ，6 二氯苯酚c 6 i l l c l 2 0 1 6 3 0 0 2 , 4 二硝基酚c 6 h 4 n 2 0 5 18 4 11 碘 1 2 2 5 3 8 1 碘苯 c 6 h 5 i 2 0 4 0 2 苯甲醚 c 7 h 8 0 1 0 8 1 4 三乙胺c 6 h 1 5 n 1 0 1 1 9 氯化亚砜 s o c l 2 1 1 8 9 7 l 酪氨酸 c 9 h l l n 0 3 1 8 1 1 9 n 甲基咪唑c 4 - 6 n 2 8 2 1 0 邻碘苯甲酸 c 7 h 6 1 0 2 2 4 8 0 2 三氯异氰尿酸c 3 n 3 0 3 c 1 3 2 3 2 4 4 氯胺tc t h i3 c 1 n n a o s s2 81 6 9 氧化汞h g o 2 1 6 5 9 乙酸钠 c 2 h 3n a 0 2 8 2 0 3 碘化钾 k i1 6 6 0 0 碘化钠 n a i1 4 9 8 9 碳酸钾k 2 c 0 3 1 3 8 2 1 溴酸钾k b r 0 3 16 7 0 1 氢氧化钠 n a o h4 0 0 0 碳酸氢钠n a h c 0 3 8 4 0 1 过硼酸钠n a b 0 3 4 h 2 0 15 3 8 6 无水硫酸钠n a 2 s 0 4 1 4 1 9 3 六氟磷酸钾k p f 6 18 4 0 7 四氟硼酸钾i f 4 1 2 5 9 0 硫代硫酸钠 n a 2 5 2 0 3 5 h 2 0 2 4 8 19 1 氯丁烷c 4 h 9 c l 9 2 5 7 1 ，3 二溴丙烷c 3 h 6 b r 2 2 01 8 9 l ，2 - 二溴乙烷c 2 h 4 b r 2 1 8 7 8 6 规格来源 a r 天津市科密欧公司 c p 津华永盛科贸公司 a r 天津市科密欧公司 c p盐城华佳化工公司 c p 盐城华佳化工公司 a r 天津市科密欧公司 a r 天津市博迪化工 c p 天津化学试剂二厂 c p 天津化学试剂二厂 a r 天津大学科威公司 a r 天津大学科威公司 a r 峨眉荣高生化制品 c p 浙江临海市凯乐化工 a r 浙江海川化学品公司 c p 武汉市和昌化工公司 a r 天津市博迪化工 a r 天津大学科威公司 a r 天津大学科威公司 a r 天津大学科威公司 a r 天津大学科威公司 a r 天津大学科威公司 a r 天津大学科威公司 a r 天津大学科威公司 a r 天津市博迪化工 c p 天津福晨化工 a r 天津大学科威公司 a r 天津市博迪化工 a r 南开分析特种试剂厂 a r 天津大学科威公司 a r 南开分析特种试剂厂 c p 江苏省启东三利化工 c p 无锡奥灵特清洗剂公司 天津大学硕十学位论文第三章实验部分 3 1 2 分析方法和仪器 表3 2 主要仪器及设备 3 2 实验操作 3 2 1 有关原料合成 o h o 图3 1l 一酪氨酸甲酯的合成 装有电磁搅拌的1 0 0m l 圆底烧瓶中，投入l 酪氨酸( 4g ，2 2 1r e t 0 0 1 ) ，无水甲 醇( 4 0m e ) ，并将圆底烧瓶置于冰和氯化钙的混合物中。然后，缓慢滴加氯化亚 砜4 8m e ( 7 9g ，6 6 7r e t 0 0 1 ) ，约1 0 分钟。撤去冰和氯化钙的混合物，自然升温 至常温，于室温搅拌5 小时后，加热回流约2 4 小时，浓缩至白色粉末，加碳酸 氢钠饱和水溶液至p h 为8 左右，用乙酸乙酯萃取( 6 0n 1 l 3 次) ，合并有机层， 用无水硫酸钠干燥。过滤，所得乙酸乙酯干燥层，在4 0 下减压旋蒸，回收乙 酸乙酯，得白色固体。然后，用乙酸乙酯、石油醚重结晶得3 7 8 9 产品，收率8 8 ， 熔点1 3 8 一1 3 9 c ( 文献值：1 3 5 1 3 6 1 6 3 1 ) 。 天津大学硕士学位论文 第三章实验部分 h o 。 坠竺：型- c h 2 c 1 2 o 图3 - 2 ( s ) n 一( 叔丁氧羰基) 酪氨酸甲酯的合成 0 装有电磁搅拌的1 0 0m l 圆底烧瓶置于冰水混合物中，投入l 酪氨酸甲酯 ( 2 1 4g ，1 1m m o i ) ，- - - z , 胺( 2 5 3g ，2 5r e t 0 0 1 ) ，二氯甲烷( 6 0m e ) 。然后，加二叔丁 基碳酸酐( 2 3g ，1 3 2r e t 0 0 1 ) ，搅拌过夜。t l c 监测反应终点( 展开剂，乙酸乙酯) ， 6 0m l 水萃取反应液，二氯甲烷( 6 0m l x2 次) 萃取水层，合并有机层，用无水硫 酸钠干燥。