（工业催化专业论文）离子液体介质中催化不对称Michael加成反应研究.pdf

浙江工业大学 、删黜 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江 工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。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。本人承担本声明的 法律责任。 作者签名：江力侑 日期押舞，月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权浙江工业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、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密西在z 多年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：勺一f 日期：沙。年f 月y 尸日 刷程氆汜笺矽醐咖。肿阳 3 手性离子液体的性质3 7 第四章离子液体中的不对称m i c h a e l 加成反应4 3 l 脯氨酸及其衍生物催化的不对称m i c h a e l 加成反应4 4 2 手性离子液体催化的不对称m i c h a e l 加成反应5 0 第五章实验部分6 0 l 试剂与仪器6 0 2 实验操作步骤6 l 3 化合物结构表征6 6 第六章结论和对课题进一步发展的思路7 7 参考文献7 9 致 谢9 6 攻读博士期间发表的论文和申请的专利9 7 阴离子为卤素离子、四氟硼酸根离子和六氟磷酸根离子，采用光谱、波谱和热分析等测 试技术对手性离子液体进行了结构表征和有关其熔点、密度、黏度、旋光性、与常用溶 剂的相溶性、热稳定性和电化学窗口等性质及其一些变化规律的研究。结果显示，设计 的手性离子液体在室温大都呈液态，并且，具有较强的亲水性，在2 3 0 ( 2 以下都具有良 好的热力学稳定性。 对脯氨酸离子液体、脯氨酸衍生物离子液体和手性离子液体离子液体三种催化体 系中，酮( 或醛) 对硝基烯烃的不对称m i c h a e l 加成反应进行了较系统的对比和研究， 并对可能的反应机理作了有益的推理和探讨。研究结果显示，自行设计的手性离子液体 【p r o e l m b r 具有良好的不对称诱导性能，与普通离子液体 b m i m p f 6 组合形成一种有效 的催化体系，在该体系中反应4 8 9 6 h ，可以获得9 3 9 9 收率的m i c h a e l 加成产物，其 最高对映体过量达9 l ，在超声促进下，反应可以在6 1 2 h 内完成。 制备离子液体新方法的建立为进行广泛、深入的离子液体应用研究奠定了良好的离 子液体来源基础；新型手性离子液体的设计与合成不仅丰富了功能化离子液体的种类， 而且拓展了离子液体和脯氨酸在不对称催化反应中的应用途径。 关键词：离子液体，脯氨酸，手性合成，不对称催化，m i c h a e l 加成 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h em a i nf i e l d so fi n t e r e s ti n g r e e n a n d c h i r a l c h e m i s t r y i nt h i s d i s s e m t i o n ，t h er e c e n ta d v a n c e si nt h ei n v e s t i g a t i o no fb o t ht h ei o n i c l i q u i d si nc h i r a l s y n t h e s i sa n dt h es m a l lm o l e c u l a ro r g a n o c a t a l y s t si n a s y m m e t r i cm i c h a e la d d i t i o nr e a c t i o n w 啪s u m m a r i z e da n dr e v i e w e d t h e n ，t h em e t h o dt o w a r dp r e p a r a t i o no fi o n i cl i q u i d s ，t l l e d e s i g nf o rc h i r a li o n i cl i q u i d sa n dt h ea s y m m e t r i cm i c h a e la d d i t i o ni ni o n i c l i q u i d sw e r e e x t e n s i v e l ys t u d i e d an o v e lm e t h o dw a se s t a b l i s h e d f o r t h ed i r e c t p r e p a r a t i o no fa l k y l i m i d a z o l i u m t e t r a f l u o r o b o r a t ca n da l k y l i m i d a z o l i u mh e x a f l u o r o p h o s p h a t eb a s e di o n i c l i q u i d si nao n e - p o t p m c e d u 聆帕mt h r e e c o m p o n e n t s o f a l k y l h a l i d e ，n - m e t h y l i m i d a z o i e ( o r l ，2 - d i m e t h y l i m i d a z o l e ) a n dt e t r a f l u o r o b o r a t e ( o rh e x a f l u o r o p h o s p h a t e ) s a i tb yu s i n gi o n i c l i q u i d st h e m s e l v e sa sr e a c t i o nm e d i u m t h e r ea r es u c hm a j o r a d v a n t a g e s 雏e c o f r i e n d l i n e s s t ot h ee n v i r o n m e n t a l ，s i m p l ep r o c e d u r et o r u n n i n g ，a n dh i g hy i e l do f8 2 9 6 a c h i e v e di n m il dc o n d i t i o n s an o v e lc l a s sw i t ht h r e es e r i e so fc h i r a li o n i cl i q u i d sb e a r i n ga p y 们l i d i n e i m i d a z o l i u m c o r e 靴d e s l g n e da n dp r e p a r e d f r o m ( s ) 一p r o l i n e ，w i t h 1 ( s ) ( 2 p y r r o l i d i n y l ) m e t h y l 3 。a l k y l i m i d a z o l i u m a sc a t i o n s a n di o n so f h a l i d e ，t e t r a f l u o r o b o r a t e 粕d h e x a f l u o r o p h o s p h a t e 舔a n i o n s t h es t r u c t u r eo ft h ed e s i g n e dc h i r a l i o n i cl i q u i d sw 鹊 c o n f i r m e du s i n gi ra n dn m r a n a l y s i sa n dm o s to f t h e mw e r el i q u i da tr o o mt e m p e r a t u l l e t h e i r m i s c i b i l i t yw i t ho r g a n i cs o l v e n ts h o w e dt ob e r e l a t i v e l yh y d r o p h i l i c t h e r n l a l g r a v i m e t r i ca n a l y s i sr e v e a l e dt h a ta l m o s ta l ll i q u i d sw e r es t a b l ea tt e m p e r a t u r eo f a tl e a s t2 3 0 c a s y m m e t r i cm i c h a e la d d i t i o nr e a c t i o no fk e t o n e s ( o ra l d e h y d e s ) t on i t r o o i e f i n si nt h r e e c a t a l y s i ss y s t e m s 觞p r o l i n e i o n i cl i q u i d s ，p r o l i n ed e r i v a t i v e i o n i c l i q u i d s 锄dc h h l i o n i c l i q u i d s i o n i cl i q u i d sw e r e e x t e n s i v e l ys t u d i e d t h ep o s s i b l e 陀a c t i o nm e c h a n i s mw a s p r e s u m e da n dd i s c u s s e d t h ed e s i g n e dc h i r a li o n i cl i q u i d p r o e i m b rw a sf o u n dt oh a v e s i g n i f i c a n ta s y m m e t r i c i n d u c t i o np r o p e r t i e s ，a n dw h i c hi n c o r p o r a t e dw i t l lt h ec o n v e n t i o n a l i o n i cl i q u i d b m i m p f 6c o h l da f f o r da ne f f i c i e n tc a t a l y s i ss y s t e m i nt h i s s y s t e m ，9 3 9 9 浙江工业大学博士研究生毕业论文 y i e l do fm i c h a e lp r o d u c t sw e r ea c h i e v e dw i t hu pt o91 e n a n t i o m e r i ce x c e s sa f t e r4 8 9 6 h r e a c t i o n ，a n dt h es a m er e a c t i o nw i t hu l t r a s o u n d - p r o m o t e dc o u l db ec o m p l e t e dw i t h i n6 12 h t h ed e v e l o p m e n to ft h en e wm e t h o dt o w a r dt h ei o n i cl i q u i d s p r e p a r a t i o np r o v i d e da n e f f i c i e n tr o u t et ot h eu s e f u l a l k y l i m i d a z o l i u mt e t r a f l u o r o b o r a t ea n da l k y l i m i d a z o l i u m h e x a n u o r o p h o s p h a t eb a s e di o n i cl i q u i d s b yv i r t u eo ft h ei n c o r p o r a t e df u n c t i o n a lg r o u p sf r o m p r o l i n ea n di o n i cl i q u i d s ，t h ed e s i g n e da n dp r e p a r e dn o v e lc l a s so fc h i r a li o n i cl i q u i d sn o t o n l ye x p a n d e dt h es p e c i e so ft h ef u n c t i o n a li o n i cl i q u i d s ，b u ta l s oe x t e n d e dt h er o u t eo ft h e i r p o s s i b l ea p p l i c a t i o n si na s y m m e t r i cc a t a l y s i s k e yw o r d s ：i o n i cl i q u i d s ，p r o l i n e ，c h i r a ls y n t h e s i s ，a s y m m e t r i cc a t a l y s i s ，m i c h a e la d d i t i o n i i i 浙江工业大学博上研究生毕业论文 第一章文献综述与课题设想 2 l 世纪化学的发展方向无疑将是绿色化学，同时也将是手征性化学。绿色 化学追求的目标是“原子经济性( a t o me c o n o m y ) ”反应，手征性化学的核心是高 活性( h i g ha c t i v i t y ) 、高选择性( h i g hs e l e c t i v i t y ) 和高产出率( h i g hp r o d u c t i v i t y ) 的手性催化剂及其不对称催化反应，而发展新型高效不对称催化反应正是实现原 子经济性的有效途径之一，符合绿色化学的要求。离子液体和手性有机小分子催 化不对称合成分别是近十年在绿色化学和手征性化学领域逐渐兴起的研究热点 和前沿，已取得的进展和成果为两者的有机结合并从中探寻新的不对称催化反应 体系奠定了必要的研究基础。 1离子液体在手性合成中的应用研究进展 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 ) 是指在室温或室温附近温度下 呈液态的由离子构成的物质，简称离子液体( i l s ) ，其分子结构是由阴阳离子组 成，各种性能进一步取决于阴阳离子的结构与性质。原则上，通过改变阴阳离 子，可以得到种类繁多的离子液体，可以根据要求设计离子液体，研究离子液体 的权威s e d d o n 教授曾估计：可以组合出1 0 1 8 种离子液体，而传统分子溶剂只有 6 0 0 余种，因此，离子液体又被称作“可设计溶剂( d e s i g n e ds o l v e n t ) ”和“设计 者溶剂( d e s i g n e rs o l v e n t ) 。 当前研究较多的离子液体中，其阳离子有四类 1 - s ( f i g 1 1 ) ：烷基季铵离子 【r 3 r n 】+ 、烷基季鳞离子 r 3 r p 】+ 、l ，3 一二烷基咪唑离子或称n ，n 二烷基咪唑离 子 r r i m + 和n - 烷基吡啶离子 r p y + ，其中最常见也是研究最多的是n ，n 二烷 基咪唑阳离子。根据负离子的不同，可将离子液体分为两大类：一类是卤化盐类 离子液体，如阳离子+ a i c l 4 一，其组成可调【l 】。此类离子液体研究得较早，其具 有离子液体的许多优点，但缺点是对水极其敏感，要完全在真空或惰性气氛下进 行处理和应用，质子和氧化物杂质的存在对该类离子液体中的化学反应有决定性 的影响。另一类离子液体，也称为新离子液体，是在1 9 9 2 年发现 e m i m b f 4 后 浙江工业大学博士研究生毕业论文 发展起来的【2 1 ，这类离子液体不同于卤化盐类离子液体，其组成是固定的，而其 中许多品种对水和空气是稳定的。因此，近几年来取得惊人的研究进展。研究最 多的阴离子为b f 4 一和p f 6 一，也有t a 一( c f 3 c o o 一) 、h b 一( c 3 f 7 c o o 一) 、t f o 一( c f 3 s 0 3 一) 、n f o 一( c 4 f 9 s 0 3 一) 、t f e n 一 ( c f 3 s 0 2 ) 2 n 、t f 3 c 一 ( c f 3 s 0 2 ) 3 c 、s b f 6 一和a s f 6 一 虚盘 寸。 失暇r r 回、 譬 根据离子液体的组成及其结构，合成离子液体典型的反应路线如s c h e m e1 1 所示【6 ，即通过季铵化反应合成含目标阳离子的卤化盐，然后采用复分解反应 法、酸碱中和法或离子交换树脂法将卤化盐与含目标阴离子的盐或酸进行反应， 或者直接加入l e w i s 酸来得到目标离子液体。 、r i 够n v 。n 、rr n n m + y 。，h + y 回 日 m x b + l 】 r n 0 乡n 、 由于离子液体是由阴阳离子所组成，它与传统的有机溶剂、水、超临界流体 相比，离子液体具有如下特点【8 - 9 ： ( 1 ) 以液态存在的温度范围宽。通常在室温至3 0 0 。c 为液体，为一些反应温 度高而不能在有机溶剂中进行的反应，提供了良好的反应介质，宽的温度区间也 使得较大程度上动力学的控制成为可能。 ( 2 ) 溶解范围广。可溶解许多种无机物、有机物、有机金属和高分子材料， 且溶解度相对较大：同时，不同的离子液体因结构不同可表现出明显不同的溶解 能力，为人们选择合适的离子液体以适应不同的体系提供了可能。 2 浙江工业大学博士研究生毕业论文 ( 3 ) 几乎无蒸气压。在较高的温度下也不挥发，可用于高真空体系，减少蒸 发的损失和对环境的污染。 ( 4 ) 稳定性好。不氧化、不燃烧、热容大，是一种相对安全可靠的惰性溶剂。 ( 5 ) 对水和空气较稳定( 除a 1 c 1 3 型离子液体) ，易于处理。 ( 6 ) 具有高极化潜力，但无配位能力或只具有弱配位能力。由于离子液体独 特的溶剂作用，可以为化学反应提供新的反应环境，可能导致一些反应的热力学 和动力学平衡受到影响，从而使反应机理产生一些特殊的变化。 ( 7 ) 离子液体表现出b r o n s t e d ，l e w i s ，f l a n k l i n 酸和超强酸酸性，并且其酸 碱度在一定范围内可调，满足不同催化反应体系的要求。 ( 8 ) 具有较高的离子导电性和较宽的分解电压窗口( 4 v 左右) ，在电化学中 有重要的应用价值。 正是由于具有以上理化特性，加上制备较容易，不太昂贵，并且易回收和重 复使用，离子液体被认为是继水和超临界二氧化碳后的又一大类在现代有机合成 中具有良好应用前景的反应介质和新型绿色溶剂系列，正逐渐成为绿色化学研究 领域的热点和前沿。 一般而言，离子液体在化学反应中的作用可以分为二类：一类是离子液体在 反应中只是起反应介质和“液体载体”的作用，若是催化反应，需要添加催化剂； 另一类是离子液体在反应中不仅提供反应环境，而且同时具有催化和助催化作 用。因此，可以通过三条途径来实现离子液体中的手性合成，如s c h e m e1 - 2 所 示：第一和第二条途径中的离子液体分别起反应介质和固定催化剂的“液体载体 作用，第三条途径中的离子液体则既提供反应环境又具有不对称诱导作用。 s c h e m1 2 i l s + c h i 浙江工业大学博士研究生毕业论文 1 1 离子液体中的不对称合成 离子液体的种类多种多样，很多化学反应都可以在离子液体中进行，离子液 体在化学反应特别是在有机合成反应中的应用研究几乎已涉及到各种反应类型 1 3 - 1 1 】，如：烃化反应【1 2 - 14 1 、卤化反剧1 5 17 1 、酰化反应【1 8 之6 1 、加成反6 1 2 7 - 3 2 、缩合 反应【3 3 。9 1 、偶联反应【4 0 4 5 1 、氧化反应【4 6 - 5 0 、还原反应【5 1 5 5 1 、重排反应【5 6 - 5 7 1 、聚合 反应【5 8 - 6 0 1 和生物催化反应【6 1 石5 1 等等。相比之下，有关离子液体介质中使用化学计 量的手性化合物合成新手性物质的研究报道很少。 m c c l u s k e y 等【6 6 】研究了 b m i m b f 4 介质中四丙烯基锡对含有手性碳的胺基 醛的烷基化反应( s c h e m el 一3 ) ，得到手性醇的收率比在m e o h 中得到的平均低 1 0 左右，但是对映选择性相同，d r 值最高达8 6 1 4 。 s c h e m e1 3 【b m i m b f 4o rm e o h 5 0 ，5 d 或 c a h a r d 等6 7 1 研究了n 氟代的辛可尼盐在 h m i m 】p f 6 介质中的亲电氟化反应 ( s c h e m el - 4 ) ，生成的氟化物的对映选择性比在乙睛介质中的高，由于金鸡钠 生物碱更易溶解于离子液体相，有利于手性试剂的循环使用。 s c h e m e1 - 4 l o h 【6 8 】研究了离子液体介质中i n c l 3 催化的醛胺硅醇醚三组分的m a n n i c h 反应( s c h e m el 一5 ) ，在b f 4 一型离子液体中得到较高的选择性，d r 值最高达9 3 7 。 s c h e m e1 5 h ：x 。2 m e + 只h + ：警啪f 礤m 。 4 佳化提供了前所未有的机遇。 1 2 1 手性过渡金属络合物催化的不对称合成 自2 0 世纪6 0 年代末发展起来的手性过渡金属络合物催化的不对称合成在手 性合成中占有举足轻重的地位，大多数的手性合成是通过应用这一方法来实现 的，目前，在离子液体介质中应用这方法的研究也已获得了一些有意义的结果。 1 2 1 1 催化不对称氢化 在过渡金属络合物催化的均相不对称合成反应中，不对称氢化反应是研究最 早、成果最突出的领域，是世界上第一个在工业上获得成功应用的不对称催化反 应，美国的k n o w l e s 博士和日本的n o y o r i 教授就是因在不对称催化氢化研究方 面取得了诸多杰出成果获得2 0 0 1 年n o b e l 化学奖。自离子液体问世以来，不对 称催化氢化反应也成为离子液体在不对称催化反应中的应用研究最早最多的一 类反应。早在1 9 9 5 年，c h a u v i n d 等报道了在 b m i m s b f 6 f p r o h 体系中，手 性催化剂【r h ( c o d ) ( 一) 一d i o p p f 6 对q 一乙酰胺基肉桂酸的不对称氢化( s c h e m e 1 6 ) ，生成n 乙酰基( s ) - 苯丙氨酸的e e 值为6 4 ，这是以d i o p 为手性配体的 催化剂所能得到的较好的不对称诱导效果，并且反应后产物可实现定量分离，溶 浙江工业大学博士研究生毕业论文 有催化剂的离子液体可重复使用。 s c h e m e1 - 6 r h 【( c o d ) ( ) d i o p p f 6 】 【b m i m s b f 6 i - p r o h x # 篇 ( r r ) ( ) - d i o p 随后，d u p o n t等【7 1 】报道了在 b m i m b f 4 i p r o h体系中 r u c l 2 ( s ) - b i n a p 2 n e t 3 不对称催化合成2 一苯基丙酸和s - 萘普生( s c h e m e1 7 ) ， 前者的对映选择性与i - p r o h 介质中获得的相似或略高，为6 7 - - 8 4 e e ，后者 则达到8 0 e e ，回收的离子液体催化剂体系重复使用时活性和选择性未发现明 显变化，并且，由r u c l 2 ( s ) 、b i n a p 和n e t 3 在 b m i m b f d i - p r o h 混合溶剂中 原位制备的 r u c l 2 ( s ) b 1 n a p 2 n e t 2 催化剂也可获得较好的催化活性。 s t h e m e1 7 r u ( s ) - b i n a p 【b m i m b f 4 l p 巾h r u ( s ) 一b i n a p 【b m i m b f d1 p r o h 几2 0 h 1 3 ) - n a p r o x e n 1 0 0 8 0 c e g e r e s h 等发现对空气敏感的手性催化剂r h - m e d u p h o s 毛e b m i m p f 6 离 子液体中特别稳定，操作中不需要惰性气体保护，在该体系中对q 乙酰胺基苯 丙烯酸甲酯进行不对称氢化( s c h e m e1 8 ) ，选择性与在异丙醇中进行的氢化相 当，催化剂循环使用5 次后仍能达到9 4 e e ，只是转化率从8 3 降至5 8 ，说 明有部分催化剂随产物而流失。 s c h e m e1 r 坚! 型：堡：竖! ：坚! 里! 型堕 3 b m i m l p f di - p 帕h 限，r ) m e d u p h o s 6 浙江t 业人学博士研究生毕业论文 j e s s o p 等研究在 b m i m p f 6 r o h 体系中，b i n a p 为配体的r u ( 0 2 c m e ) 2 催化剂，不对称合成异丁基布洛芬( s c h e m e1 9 ) ，在1 0 0 巴氢压下e e 值为8 5 ； 以r u ( 0 2 c m e ) 2 ( t o l b i n a p ) 为催化剂，以h 2 0 为助溶剂的 b m i m 】p f 6 h 2 0 体系中， 5 巴氢压下不对称氢化顺式。2 甲基2 丁烯酸，得到1 0 0 转化率和9 2 e e 。相 对照：以p e g 修饰的水溶性r u b i n a p 为催化剂，前者在水乙酸乙酯体系中， e e 值为6 4 ，水甲苯体系中，e e 值为4 7 ，后者在水乙酸乙酯体系中，得到 8 3 e e 。 + h 2 r u ( 0 2 c m e h ( t o i b i n 呻a p ) b m i m p f 6 r o h i b u p r o f e n r u ( 0 2 c m e ) 2 ( ( r ) - b i n a p ) r ；h ) r u ( 0 2 c m e ) 2 ( ( r ) - i o l b i n a p ) ( r = m e ) l e e 等【7 4 】为了解决催化剂流失问题，将手性双磷配体先接枝离子液体基团， 然后再与 r h ( c o d ) 2 b f 4 形成催化剂( f i g 1 2 ) ，在 b m i m s b f d i p r o h 体系中，不 对称氢化q 乙酰胺基苯乙烯，催化剂重复反应4 次后，转化率和e c 值分别从 1 0 0 和9 7 o 降至8 2 和9 5 4 ，同样条件下，未接枝离子液体基团的催化剂 重复氢化4 次后，转化率和e e 值则分别从1 0 0 和9 5 8 降至5 1 和9 1 4 ， i c p a e s 分析显示，r h 和接枝的双磷配体随i - p r o h 流失的程度分别小于l p p m 和3 p p m ，而r h 和未接枝的双磷配体流失的程度则分别为2 和6 ，说明经离 子型基团接枝后的配体及其催化剂更易溶解于离子液体相中，进行反应后处理 时不易随i - p r o h 和产物而流失。研究结果给人的启示是：针对离子液体这种新 的反应体系，应选择和设计新型的催化剂，使其在新体系中能表现出更高活性、 更好选择性和稳定性。 7 浙江t 业大学博七研究生毕业论文 零4 阢1 止l j ( c o d ) f i g 1 - 2 c h i r a lr h c o m p l e xo fi o n i cl i q u i dg r a f t e d1 , 4 - b i s p h o s p h i n el i g a n d 除了对较易进行的c = c 双键的不对称氢化以外，离子液体介质中对其它类 型的不饱和官能团的不对称氢化反应研究才刚刚开始。l i n 等【7 5 】研究了以b i n a p 型配体( f i g 1 - 3 ) 与r u 形成的手性催化剂，在 b m i m b f 4 m e o h 体系中，于 r ，r = c ir ，r = s i m e 3 r ，r - m e r r = s i p r a r ，r l 。p h r r - i r ，。r 一= p 。，( n o ) 、( ，n o e ii 、t ) 2 r ：r = c p h 2 ( o h ) r r - p ( o ) ( o h ) 2 r ：r 1 c 茹磊二t a i l o l r = s i i p r 3 r h l t = l - c y c l o p e n t a a 0 1 r = h f i g 1 3 4 ，4 - s u b s t i t u t e db i n a pd e r i v a t i v e s 室温下对b 芳基酮酯的不对称氢化反应( s c h e m e1 1 0 ) ，对映选择性与甲醇中进 行的氢化反应相当或略高，i c p 分析显示：因乙醚萃取产物等后处理操作导致 r u 催化剂流失很少，小于0 0 4 。 a ，人o 人o 。r 去黑畿人o h 人0r l i n 等还研究了磷酸型r u b i n a p 手性诱导试剂r u ( r ) l l 和r u ( r ) l 2 ( f i g 1 - 4 ) ，在r t i l s m e o h 中不对称氢化酮酯，在所选择的离子液体中， 【p d m i m t f 2 n 中的反应活性、选择性和稳定性最好，第一次反应得到9 9 3 e e ， 催化剂重复套用4 次后，仍能达到9 9 以上的转化率和9 7 5 e e 。 k 人卜 譬 对称催化 采用室温 1 5 ) ，将 下对苯 乙酮进行不对称氢转移反应，得到具有9 2 e e 的0 【甲基苄醇，反应结束，将反 应液冷却至室温，产物和反应介质自然分离，催化剂则仍被固定在离子液体相， u v 分析也显示催化剂未流失到产物中。 啪川。冉 刊一啪川o - 昔 c h j o 。 f i g 1 - 5t e t r a a l k y l a r y lp h o s p h o n i u mt o s y l a t ei l s 1 2 1 3 催化不对称氧化 双键的不对称催化氧化反应在手性药物的合成中具有很重要的地位，美国 的s h a p l e s s 教授就是因在不对称催化氧化反应研究中做出的创造性贡献，获得 2 0 0 1 年n o b e l 化学奖。离子液体介质中的不对称催化氧化研究也已有几例报道。 s o n g 等【7 8 】研究了 b m i m 】p f 6 c h 2 c 1 2 体系中，以j a c o b s e n 的模拟酶手性s a l e n 锰作催化剂、次氯酸钠为氧化剂对2 ，2 二甲基苯并毗喃进行不对称氧化( s c h e m e 1 1 1 ) ，得到8 6 收率和9 6 e e ，与在c h 2 c 1 2 中比较，反应收率和立体选择性 甚至反应速率都有所提高，反应产物用己烷萃取后，溶有催化剂的离子液体相 可重复使用，循环套用5 次后收率和选择性分别从8 6 和9 6 降至5 3 和8 8 。 9 不对称羟基化苯乙烯，在 b m i m l p f 6 5 - 1 2 0 的两相体系中生成苯基7 , - - 醇的收率 和对映体过量分别为8 7 和6 2 ，在 b m i m l p f 6 h 2 0 t - b u o h 组成的均相体系 中，对映选择性则明显提高，得到8 6 收率和9 4 e e ，离子液体对k 2 0 s 0 2 ( o h ) 4 具有很好的溶解和固定化能力，i c p 分析结果显示：大于9 0 的k e o s 0 2 ( o h ) 4 留在离子液体中，因此可以重复使用1 0 次以上，只有小于3 ( 即小于7 p p b ) 的锇流失到产物中。s o n g 等则在标准的u p j o h n 条件下，o s 0 4 对反式1 ，2 二苯 乙烯和反式肉桂酸甲酯进行不对称双羟基化，以n 甲基- n 氧化吗啉( n m o ) 为助氧化剂，以( d h q ) z p h a l 为配体( f i g 1 6 ) ， b m i m p f d 丙酮h 2 0 体系和 没有离子液体参与的体系相比，其收率和对映选择性相当，但是，在有 b m i m p f 6 参与的体系中进行反应，其速度显著提高，并且，未发现双羟基化反应时经常 发生的过度氧化副产物；研究还发现：可以由更廉价的( q n ) 2 p h a l 代替 ( d h q ) 2 p h a l ，前者在双羟基化反应时原位生成( q n ) 2 p h a l ( 4 o h ) ( s c h e m e 1 1 2 ) ，由于引入了4 个一o h ，极性增强，提高了其在离子液体中的溶解能力， 从而也就进一步减少了o s 0 4 和配体的流失。 l o 光学活性的环丙烷类化合物具有重要的生物活性，如具有高杀虫活性的拟除 虫菊酯类农药中许多存在环丙烷结构，并具有特定的立体构型。m a y o r a l 等【8 l 】 探索了将离子液体应用于手性双嗯唑啉铜催化苯乙烯和重氮乙酸乙酯的不对称 环丙烷化反应( s c h e m e1 1 3 ) ，不同类型离子液体中的反应效果显示：由于铜盐 和离子液体之间存在快速的阴离子交换，对映选择性受铜盐离子液体协同作用 的影响较大，其中c u c l 2 e m i m t f e n 组合得到了较好的对映选择性( s y n a n t i 比：3 8 ：6 2 ，e e ( s y n ) - 8 5 ，e e ( a n t i ) ：8 6 ) ，c u ( t f o ) 2 e m i m b f 4 组合几乎没 有催化活性，得不到具有光学活性的产物( s y n a n t i 比：7 ：3 ，e e ( s y n ) ：0 ，e e ( a n t i ) ： 0 ) ，在对照的传统分子溶剂c h 2 c 1 2 中，c u c l 2 c h 2 c 1 2 组合得到的对映选择性也 不理想( s y n a n t i 比：3 ：7 ，e e ( s y n ) ：7 ，e e ( a n t i ) ：2 ) ，但是，c u ( t f o ) 2 c h 2 c 1 2 组合可以得到最佳的对映选择性( s y n a n t i 比：2 9 ：7 1 ，e e ( s y n ) 8 8 ，e e ( a n t i ) ： 9 1 ) 。 环反应是合成光学纯p 氨基酸的重要方法，然而，用蒸馏叠氮化物的方法来循 环使用催化剂存在引起爆炸的危险性。s o n g 等 8 2 1 探索了该反应在咪唑型离子液 体 b m i m i x ( x - - p f 6 ，s b f 6 ，b f 4 和t f o ) 中进行的可能性( s c h e m e1 1 4 ) ，结果 显示：离子液体中的阴离子性质对反应活性和对映选择性有很大的影响，在疏 水性的 b m i m p f 6 和 b m i m s b f 6 中反应显示较好的活性和对映选择性，前者得 到7 6 收率和9 4 e e ，后者得到7 5 收率和8 7 e e ，在亲水一黼 b m i m l b f 4 中反应活性很低，仅得到5 的产物，在亲水性的 b m i m t f o 中反应几乎不发 生；试验还发现：催化剂可以完全溶解于亲水性的离子液体中，但只是悬浮在 疏水性的离子液体中，反应结束后，己烷萃取产物时，溶有催化剂的离子液体 相与萃有产物的己烷相自然分层，产物分离非常简单。因此，将催化剂固定在 b m i m p f 6 与 b m i m t f o 组成的复合均相体系中( 5 ：1 体积比) 进行反应得到了 理想的效果。这种不同性质离子液体复合使用的方法值得人们进行深入研究， 以利于发现具有更高活性和更好选择性的不对称催化反应新体系，同时，有效 简化产物分离和催化剂回收等后处理操作。 1 2 o a c ； 吖入p h s c h e m e1 1 5 p d ( 0 ) c ；h 2 ( c 0 2 m e ) 2 k 2 c 0 3 【b m i m p f s 如 基 得 1 2 1 7 催化不对称硅腈化 光学纯的氰醇是获得一系列手性化合物的重要中间体，其中的c n 经过转化 可以合成具有光学活性的c 【一羟基酸、0 【- 羟基醛( 酮) 和p 羟基胺等化合物，不对 称催化硅腈化则是获得手性氰醇的主要方法。c o r m a 等【8 5 】研究了用环己二胺衍生 的双席夫碱配体v ( s a l e n ) 催化苯甲醛的不对称硅腈化反应( s c h e m e1 1 6 ) ，结果 浙江工业大学博士研究生毕业论文 表明：离子液体中的阴离子性质对反应的活性和选择性有较大影响，疏水性的 p f 6 一型离子液体中的硅腈化可以获得与c h 2 c 1 2 中反应相当的活性和对映选择 性，并且循环反应4 次，其活性和选择性未明显下降，可以得到7 9 8 9 转化率 和8 8 9 0 e e ，但在亲水性的b f 4 - 型离子液体中反应只得n d , 于3 5 e e 。 s c h e m el - 1 6 ( r ，r ) - v ( s a l e n ) i l s t m s c n ，r t 2 4 h ( k r ) 一v ( s a l e n ) c o m p l e x 1 2 2 脯氨酸催化的不对称合成 虽然，在手性过渡金属络合物催化的不对称合成研究领域中已取得了许多引 人注目的成果，一些手性膦铑络合物催化剂的立体选择性堪与酶媲美，但是， 昂贵的过渡金属与手性配体以及绝大多数配体催化剂对空气的敏感性却限制了 这一方法的应用。因此，作为一种结构简单稳定、自然界含量丰富并且自身又具 有不对称诱导性能的非金属有机小分子脯氨酸催化的不对称合成正日益受到化 学工作者的重视【8 6 - 8 引，脯氨酸对于直接a l d o l 反应【8 9 1 0 0 1 、m a n n i c h 反应【l o l 1 0 3 1 、 m i c h a e l 反应【1 0 4 - 1 0 5 1 和心胺基化反剧1 0 6 1 0 8 1 等构筑c c 和c n 键反剧1 0 9 1 1 3 1 显示了 较好的催化不对称诱导效果，研究发现其催化作用与生物体内广泛存在的i 型醛 缩酶催化机理相类似【1 1 舢1 1 5 】，如在酮对醛的立体选择性a l d o l 加成中，醛缩酶通 过其活性部位的氨基与酮相继形成s c h i f f 碱和烯胺中间体以活化底物酮，然后立 体选择性地进攻醛受体。离子液体介质中进行的脯氨酸催化不对称合成研究也已 有几例报道。 1 2 2 1a l d o l 反应 t o m a 等 1 1 6 研究了离子液体介质中，( s ) 脯氨酸催化一系列芳香醛与丙酮之 间的醛酮a l d o l 反应( s c h e m e1 1 7 ) ，得到2 0 9 3 收率和4 6 8 2 e e ，这个结果 与l i s t 等【8 9 】在d m s o 介质中反应得到的收率和对映选择性相当。 1 4 h 质中 5 1 ) 仍保 循环 子溶 醛之 中得 为了提高脯氨酸催化剂的循环使用效率，g r u t t a d a u r i a 等1 1 9 1 制备了一种负载 型脯氨酸催化剂