氨基酸酯衍生物阳离子型手性离子液体及其制备方法

摘要

一种新型氨基酸酯衍生物阳离子型手性离子液体及其制备方法。所述氨基酸酯衍生物阳离子型手性离子液体的通式为A

说明书

技术领域

本发明涉及一种氨基酸衍生物阳离子型离子液体及其制备方法，尤其是涉及一种氨基酸酯衍生物阳离子型的手性离子液体及其制备方法，属于化学材料及其制备技术领域。

背景技术

离子液体是由有机阳离子和有机或无机阴离子构成的、在室温或接近室温附近温度下呈液体状态的盐类。离子液体具有优良的物理化学性质如具有蒸汽压低、导电性好、强极性、较宽的电化学窗口、热稳定性高、以及对某些物质具有较好的溶解性和催化性能等特性，以及可修饰/调变的阴阳离子结构，且可以循环使用，被认为是替代常用挥发性有机溶剂的新型绿色溶剂，在化学化工领域得到了广泛应用。

随着离子液体设计合成技术的不断发展，近年来一些学者开始研究在离子液体中设计引入手性中心，拓展离子液体的研究领域和应用范围。手性离子液体综合了离子液体与手性物质的优点和特性，可应用于手性识别、不对称合成、对映体拆分、立体选择聚合、气相色谱、NMR位移试剂和液晶等领域。

因此，发展手性离子液体，在手性合成领域引入绿色介质具有重要的现实意义。目前，在手性离子液体的合成及其应用研究方面已有不少报道，如以α-蒎烯、薄荷醇、麻黄碱等作为手性源合成了一系列手性离子液体。

氨基酸是一类天然的手性源，将天然氨基酸为手性源合成手性离子液体原料易得，大大降低了合成手性离子液体的成本。近年来，以氨基酸作为手性源合成离子液体的报道逐渐增多，如中国专利CN1383920A、CN104693056A和CN1383921A分别描述了一种L-氨基酸硫酸盐型手性离子液体及其制备方法和L-氨基酸硫酸盐型手性离子液体及其制备方法的技术方案，CN1621152A描述了氨基酸酯阳离子离子液体及制备方法，这些公开的技术方案丰富了氨基酸离子液体的种类，为离子液体的应用提供了有益探索，但上述专利申请描述的氨基酸离子液体制备方法粗糙，氨基酸酸阳离子结构简单（不是存在羧基就是存在氨基），这限制了它的使用范围。因此，很有必要探索发明复杂结构的氨基酸阳离子型手性离子液体，扩大其应用领域。

发明内容

本发明的发明目的在于针对现有技术存在的问题，一是提供一种同时具有手性特征和离子液体特征的手性的氨基酸酯溴化盐型手性离子液体，该离子液体的手性位在氨基酸阳离子上，二是提供一种氨基酸酯衍生物阳离子型手性离子液体的制备方法。

实现上述发明目的采用以下技术方案：

一种氨基酸酯衍生物阳离子型手性离子液体，其结构式如下：

，所述氨基酸为D-、L-丙氨酸。

作为优选，所述的氨基酸阳离子中，R^’为CH₃或CH₃CH₂；所述X^-为BF₄^-、PF₆^-、HSO₄^-中的任一种。

作为优选，所述氨基酸酯衍生物阳离子型手性离子液体的通式为A⁺X^-，其中A⁺为氨基酸酯阳离子衍生物，X^-为BF₄^-、PF₆^-、HSO₄^-。

一种氨基酸酯衍生物阳离子型手性离子液体的制备方法，制备过程中使用的反应物质包括：α-氨基酸、氯化亚砜、多聚甲醛、溴乙烷、NaBF₄、KPF₆、NaHSO₄，以及醇类溶剂；制备步骤如下：

（1）在-14℃～-10℃低温环境下，将氯化亚砜慢慢滴加到甲醇里、滴完后继续反应1小时，升温至室温，分批加入氨基酸，50℃保温搅拌4小时后旋蒸除去溶剂，得到氨基酸酯的盐酸盐，该物质为粘稠状液体；

（2）曼尼希反应：将多聚甲醛加入到甲醇中，用稀盐酸调pH到5，加热直到多聚甲醛溶解，然后降至室温加入步骤（1）的产物氨基酸酯盐酸盐和丙酮，加热回流48小时，旋蒸除去溶剂，粗产物采用柱层析纯化，得氨基酸酯衍生物曼尼希碱；

（3）季铵化反应：将步骤（2）的产品氨基酸酯衍生物曼尼希碱用醇溶剂溶解，然后加入溴乙烷，用NaOH溶液调pH至8～9，加热回流2～3小时，脱去部分溶剂，过滤除掉NaBr，然后脱除溶剂，即得氨基酸酯衍生物溴化盐的手性离子液体；

（4）交换阴离子：将步骤（3）得到的氨基酸酯衍生物溴化盐离子液体与NaBF₄、KPF₆、NaHSO₄中的任一种按照比例混合于圆底烧瓶中，加入溶剂反应，反应结束后得到氨基酸酯衍生物阳离子型手性离子液体产品。

作为优选，所述氨基酸、氯化亚砜、甲醇的物质的量比为1：1：20～30。

作为优选，所述多聚甲醛、丙酮、丙氨酸酯衍生物盐酸盐的物质的量比为2～3：2～3：1；

作为优选，所述溴乙烷与氨基酸酯衍生物曼尼希碱的物质的量之比为1～2：1；

作为优选，所述氨基酸酯衍生物溴化盐离子液体与NaBF₄、KPF₆、NaHSO₄中任一种的加入量的物质的量比为1：1～1.5。

作为优选，曼尼希反应中，粗产物柱层析纯化的洗脱剂采用甲醇和二氯甲烷体积比为1：20的混合液。

作为优选，交换阴离子步骤的溶剂是水或丙酮，当用水作溶剂时，反应结束后，分层，弃去上次液体，下层液体用乙醚洗涤后用真空干燥，得产品；当用丙酮作溶剂时，反应结束后，抽滤除去固体ＮaＢｒ以及未反应完的原料，然后减压蒸馏除去丙酮溶剂得到产品。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的氨基酸酯衍生物手性离子液体的通式为A⁺X^-，其中A⁺为氨基酸酯衍生物阳离子，X^-为BF₄^-、PF₆^-、HSO₄^-中的任一种；通过将氨基酸与甲醇、氯化亚砜在低温下反应得到氨基酸酯衍生物盐酸盐；将氨基酸酯衍生物盐酸盐和多聚甲醛、丙酮经过曼尼希反应得到叔胺（氨基酸酯衍生物曼尼希碱）；氨基酸酯的叔胺与溴代烃反应得到氨基酸酯衍生物溴化盐的手性离子液体；通过交换阴离子得到目标氨基酸酯衍生物阳离子型离子液体。原料来源丰富、价格低廉、操作简单。用上述步骤制得的手性氨基酸酯衍生物阳离子型离子液体手性位在丙氨酸的阳离子上，氨基上连接有大体积基团，立体选择性更强；阴离子有更大的结构设计的自由度，具有结构多样性和可设计性。同时本发明提供的手性氨基酸酯衍生物离子液体既具有离子液体的特性又具有手性物质的特性，如：液体范围宽、蒸汽压低、导电性好、极性强、可用于手性催化和手性分离。具有手性物质的高选择性、手性诱导效应还具有离子液体的不挥发、无毒、无污染诸多优点，适合精细化工行业规模生产，拓展了离子液体的新品种。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

氨基酸酯衍生物阳离子型手性离子液体，其结构式如下：

，所述氨基酸为D-、L-丙氨酸

所述的氨基酸衍生物阳离子中，R^’为CH₃或CH₃CH₂。所述X^-为BF₄^-、PF₆^-、HSO₄^-中的任一种。

所述氨基酸酯衍生物阳离子型手性离子液体的通式为A⁺X^-，其中A⁺为氨基酸酯阳离子衍生物，X^-为BF₄^-、PF₆^-、HSO₄^-。

实施例2

氨基酸酯衍生物阳离子型手性离子液体的制备方法

（1）在-14℃～-10℃低温环境下，将氯化亚砜慢慢滴加到甲醇里、滴完后继续反应1小时，升温至室温，分批加入氨基酸，50℃保温搅拌4小时后旋蒸除去溶剂，得到氨基酸酯的盐酸盐，该物质为粘稠状液体；

（2）曼尼希反应：将多聚甲醛加入到甲醇中，用稀盐酸调pH到5，加热直到多聚甲醛溶解，然后降至室温加入步骤（1）的产物氨基酸酯盐酸盐和丙酮，加热回流48小时，旋蒸除去溶剂，粗产物采用柱层析纯化（洗脱剂用甲醇和二氯甲烷体积比为1：20的混合液），得氨基酸酯衍生物曼尼希碱；

（3）季铵化反应：将步骤（2）的产品氨基酸酯衍生物曼尼希碱用醇溶剂溶解，然后加入溴乙烷，用NaOH溶液调pH至8～9，加热回流2～3小时，脱去部分溶剂，过滤除掉NaBr，然后脱除溶剂，即得氨基酸酯衍生物溴化盐的手性离子液体。

（4）交换阴离子：将步骤（3）得到的氨基酸酯衍生物溴化盐离子液体与NaBF₄、KPF₆、NaHSO₄中的任一种按一定比例混合于圆底烧瓶中，加入去离子水或丙酮作溶剂，常温搅拌3～２４ｈ，当用水作溶剂时，反应结束后，分层，弃去上次液体，下层液体用乙醚洗涤后用真空干燥，得产品；当用丙酮作溶剂时，反应结束后，抽滤除去固体ＮaＢｒ以及未反应完的原料，然后减压蒸馏除去丙酮溶剂得到产品。

所述氨基酸、氯化亚砜、甲醇的物质的量比为1：1：20～30。

所述多聚甲醛、丙酮、丙氨酸酯衍生物盐酸盐的物质的量比为2～3：2～3：1；

所述溴乙烷与氨基酸酯衍生物曼尼希碱的物质的量之比为1～2：1；

所述氨基酸酯衍生物溴化盐离子液体与NaBF₄、KPF₆、NaHSO₄中任一种的加入量的物质的量比为1：1～1.5。

曼尼希反应中，粗产物柱层析纯化的洗脱剂采用甲醇和二氯甲烷体积比为1：20的混合液。

交换阴离子步骤的溶剂选用去离子水或丙酮，当用去离子水作溶剂时，反应结束后，分层，弃去上次液体，下层液体用乙醚洗涤后用真空干燥，得产品；当用丙酮作溶剂时，反应结束后，抽滤除去固体ＮaＢｒ以及未反应完的原料，然后减压蒸馏除去丙酮溶剂得到产品。

具体制备方法实施例

实施例3

丙氨酸甲酯衍生物阳离子型手性离子液体的制备

（1）丙氨酸甲酯的合成

取125mL甲醇，加到250mL三颈烧瓶（反应时应确保环境无水，带干燥装置；反应会生成HCl和SO₂气体，要用碱液吸收装置）中，在低温恒温反应浴中冷却其至-14℃，磁力搅拌下缓慢滴加10mL(0.138mol)SOCl₂，滴加时控制反应温度在-10℃以下，待滴加完毕后继续反应1h。将反应液转至250mL圆底烧瓶，温度自然升至室温，加入12.21g(0.137mol)丙氨酸，在磁力搅拌下加热回流反应4小时后停止反应。将产物旋蒸，蒸出溶剂后，得到丙氨酸甲酯盐酸盐，为黄色粘稠状液体，产率98%，不用提纯可以直接用于下一步合成。

（2）丙氨酸甲酯衍生物曼尼希碱的合成

取丙氨酸甲酯盐酸盐10.43g（0.0747mol）于250mL三颈烧瓶中，溶于80mL甲醇中，加入12.21g（0.21mol）丙酮，再加入6.25g（0.21mol）多聚甲醛，滴加稀盐酸至pH=5,用氮气作保护气在磁力搅拌下加热回流48h，反应完毕，抽滤除掉不溶物，将滤出液旋蒸，蒸出溶剂，得深棕色液体。

粗产物采用柱层析纯化，洗脱剂用甲醇和二氯甲烷体积比1：20的混合液，产率为86%。

（3）丙氨酸甲酯衍生物阳离子溴化盐的合成

取上一步产物丙氨酸甲酯衍生物曼尼希碱4.0g(0.0143mol)于100mL圆底烧瓶中，加入40mL甲醇，调pH=9,再加入1.66g(0.0152mol)溴乙烷，加热回流2h，反应完毕后，过滤除去不溶物，滤液旋蒸，得黄色液体粗产物。

产物用柱层析纯化，洗脱剂用甲醇和二氯甲烷1：20的混合液，产率为92%。

（4）取步骤（3）得到的丙氨酸甲酯衍生物阳离子溴化盐离子液体4.5g(0.0116mol)放入100mL三口瓶中，加入2.15g(0.0117mol)KPF₆,加入30mL去离子水，常温搅拌10小时，停止反应，静置分层，弃去上次液体，下层液体用20mL乙醚洗涤两遍后，真空干燥，得产品，产率80%。

实施例4

（1）丙氨酸甲酯的合成

取120mL甲醇，加到250mL三颈烧瓶（反应时应确保环境无水，带干燥装置；反应会生成HCl和SO₂气体，要用碱液吸收装置）中，在低温恒温反应浴中冷却其至-13℃，磁力搅拌下缓慢滴加9mL(0.124mol)SOCl₂，滴加时控制反应温度在-10℃以下，待滴加完毕后继续反应1h。将反应液转至250mL圆底烧瓶，温度自然升至室温，加入11.14g(0.125mol)丙氨酸，在磁力搅拌下加热回流反应4小时后停止反应。将产物旋蒸，蒸出溶剂后，得到丙氨酸甲酯盐酸盐，为黄色粘稠状液体，产率97%，不用提纯可以直接用于下一步合成。

（2）丙氨酸甲酯衍生物曼尼希碱的合成

取丙氨酸甲酯盐酸盐9.85g（0.0705mol）于250mL三颈烧瓶中，溶于80mL甲醇中，加入12.05g（0.207mol）丙酮，再加入6.04g（0.203mol）多聚甲醛，滴加稀盐酸至pH=5,用氮气作保护气在磁力搅拌下加热回流48h，反应完毕，抽滤除掉不溶物，将滤出液旋蒸，蒸出溶剂，得深棕色液体。

粗产物采用柱层析纯化，洗脱剂用甲醇和二氯甲烷体积比1：20的混合液，产率为85%。

（3）丙氨酸甲酯衍生物阳离子溴化盐的合成

取上一步产物丙氨酸甲酯衍生物曼尼希碱4.08g(0.0146mol)于100mL圆底烧瓶中，加入40mL甲醇，调pH=9,再加入1.85g(0.0169mol)溴乙烷，加热回流2h，反应完毕后，过滤除去不溶物，滤液旋蒸，得黄色液体粗产物。

产物用柱层析纯化，洗脱剂用甲醇和二氯甲烷1：20的混合液，产率为94%。

（4）取步骤（3）得到的丙氨酸甲酯衍生物阳离子溴化盐离子液体4.30g(0.0111mol)放入100mL三口瓶中，加入1.50g(0.0125mol)NaHSO₄,加入30mL丙酮，常温搅拌24小时，停止反应，抽滤除去固体ＮａＢｒ以及过量的硫酸氢盐，然后减压蒸馏除去丙酮溶剂得到目标产物，产率95%。

实施例5

（1）丙氨酸甲酯的合成

取120mL甲醇，加到250mL三颈烧瓶（反应时应确保环境无水，带干燥装置；反应会生成HCl和SO₂气体，要用碱液吸收装置）中，在低温恒温反应浴中冷却其至-12℃，磁力搅拌下缓慢滴加9.5mL(0.131mol)SOCl₂，滴加时控制反应温度在-10℃以下，待滴加完毕后继续反应1h。将反应液转至250mL圆底烧瓶，温度自然升至室温，加入11.59g(0.130mol)丙氨酸，在磁力搅拌下加热回流反应4小时后停止反应。将产物旋蒸，蒸出溶剂后，得到丙氨酸甲酯盐酸盐，为黄色粘稠状液体，产率98%，不用提纯可以直接用于下一步合成。

（2）丙氨酸甲酯衍生物曼尼希碱的合成

取丙氨酸甲酯盐酸盐10.22g（0.0730mol）于250mL三颈烧瓶中，溶于82mL甲醇中，加入12.01g（0.206mol）丙酮，再加入6.01g（0.202mol）多聚甲醛，滴加稀盐酸至pH=5,用氮气作保护气在磁力搅拌下加热回流48h，反应完毕，抽滤除掉不溶物，将滤出液旋蒸，蒸出溶剂，得深棕色液体。

粗产物采用柱层析纯化，洗脱剂用甲醇和二氯甲烷体积比1：20的混合液，产率为85%。

（3）丙氨酸甲酯衍生物阳离子溴化盐的合成

取上一步产物丙氨酸甲酯衍生物曼尼希碱3.98g(0.0142mol)于100mL圆底烧瓶中，加入41mL甲醇，调pH=9,再加入1.73g(0.0158mol)溴乙烷，加热回流2h，反应完毕后，过滤除去不溶物，滤液旋蒸，得黄色液体粗产物。

产物用柱层析纯化，洗脱剂用甲醇和二氯甲烷1：20的混合液，产率为95%。

（4）取步骤（3）得到的丙氨酸甲酯衍生物阳离子溴化盐离子液体4.25g(0.0111mol)放入100mL三口瓶中，加入1.37g(0.0125mol)NaBF₄,加入30mL丙酮，常温搅拌5小时，停止反应，抽滤除去固体ＮａＢｒ以及过量的氟硼酸钠，然后减压蒸馏除去丙酮溶剂得到目标产物，产率96%。