CN102643236A - 一种由天然氨基酸制备手性酰胺基咪唑溴盐离子液体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一类手性酰胺基咪唑溴盐离子液体及制备方法，属于绿色化学及制备领域。首先采用天然的氨基酸和二碳酸二叔丁酯为起始原料合成手性N-Boc-氨基酸；然后，Boc保护的氨基酸再与3-溴丙胺氢溴酸盐反应生成手性N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺；最后，手性N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺与甲基咪唑反应得到手性酰胺基咪唑溴盐离子液体。本方法所制备的手性离子液体不仅纯度、质量好，而且具有原料易得、成本低，收率较高的特点。本发明的新型离子液体既表现出离子液体的一般性质，又表现出官能团的性质和手征性，有望在绿色化学和不对称合成等领域有重大的应用。
Description
技术领域
本发明涉及绿色化学材料及制备技术领域，具体属于一种由天然氨基酸制备手性酰胺基咪唑溴盐离子液体的方法
背景技术
不对称合成方法学及其应用是现代合成化学的基石之一，也是当代有机化学及其相关学科研究的热点和前沿。在不对称合成越来越重要的今天，手性试剂，包括手性配体和手性催化剂的作用已是最为重要和必不可少的反应试剂。
离子液体(IL)是指在室温或室温附近温度下呈液态且完全由阳离子和阴离子组成的有机熔盐。由于离子液体具有较高的热化学稳定性和溶解性、低毒、低挥发、不可燃、可循环等特点，已广泛地应用于有机合成、分子催化、电化学以及分离等领域。在有机合成反应中离子液体显示出反应速率快、转化率高、反应选择性好、催化体系可循环使用等优点。此外它们在物质的分离和纯化、溶剂萃取、废旧高分子化合物的回收、工业废气中二氧化碳的提取、地质样品的溶解、无机纳米材料的制备、核燃料和核废料的分离与处理等方面也显示出潜的应用前景。
与传统的有机溶剂相比，离子液体往往展现出独特的物理化学性质及特有的功能，是一类新型的介质和“软”功能材料，其主要特点有：(i)几乎无蒸汽压，在使用、存储中不会蒸发散失，可以循环使用，而不污染环境；(ii)有高的热稳定性和化学稳定性，在宽广的温度范围内处于液体状态；(iii)无可燃性，无着火点；(iv)离子电导率高，分解电压(也称电化学窗口)大，达3-5V多；(v)热容量大；(vi)选择性溶解力与可设计性。这些特点使得离子液体成为兼有液体与固体功能特性的“固态”液体(Solid Liquid)，或称为“液体”分子筛(LiquidZeolite)。
基于离子液体这些优良的特性，近年来离子液体在有机合成中取得了广泛的应用，如亲电取代反应、金属催化的碳-碳偶联反应、亲核取代和亲核加成反应、重排反应、环化反应和氧化还原反应等。而离子液体在无机化合物的合成中的应用虽然还处于起步阶段，但其独特的性能近年来也已经受到无机界广泛的关注，并被用作无机合成的溶剂和模板，如：金属纳米晶、有续排列的金属氧化物等。
手性离子液体(CIL)作为一种特殊的离子液体，是一种具有手性的有机熔融盐。它除了用于手性鉴别、外消旋化合物的选择性拆分外，在不对称有机反应中的应用日益受到研究者的关注。在不对称反应中CIL能提高手性选择性，为手性溶剂提供了简单有效的合成路径。同时它在电化学分析与分离、气相色谱、质谱、NMR位移试剂、金属有机化合物和酶的合成等方面也得到了广泛应用。虽然CIL的合成和应用在国内外均处于起步阶段，但是由于其具有可设计性强、应用范围广、低毒低污染等特点，因此新型、功能化的手性离子液体的合成成为今后化学工作者深入研究的一个重要方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种由天然氨基酸制备手性酰胺基咪唑溴盐离子液体的方法，克服现有技术的不足，该离子液体既具有离子液体的一般性质、又具有功能化，和手征性的新型手性酰胺基咪唑溴盐离子液体。
本发明采用的技术方案如下：
一种由天然氨基酸制备手性酰胺基咪唑溴盐离子液体的方法，所述的手性离子液体具有如下的化学结构式：
其中：R代表氨基酸通式中的可变基团；所述的手性酰胺基咪唑溴盐离子液体都是浅黄色黏性液体；离子液体均具有旋光性，其旋光度在8℃时为-12-7(C＝1-7，氯仿或甲醇)。
该方法第一步，采用天然的氨基酸和二碳酸二叔丁酯为起始原料；第二步合成Boc保护的氨基酸；第三步，将Boc保护的氨基酸与3-溴丙胺氢溴酸盐反应生成手性N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺；第四步，将手性N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺与甲基咪唑反应生成目标手性离子液体；各步的化学反应式为：
所述的第二步合成手性N-Boc-氨基酸时，天然氨基酸：二碳酸二叔丁酯的摩尔比为1∶1.1；反应时间为4-8h，反应温度为0-30℃；所用的溶剂可以是1，4-二氧六环或二氯甲烷。
所述的第三步合成手性N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺时，手性N-Boc-氨基酸：3-溴丙胺氢溴酸盐的摩尔比为1∶1-1.5；反应时间为2-8h，反应温度为0-30℃；所用溶剂为二氯甲烷。
所述的第四步合成目标手性离子液体时，甲基咪唑：手性N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺的摩尔比为1∶1；反应时间为1-24h，反应温度为50-110℃；所用溶剂可以是乙腈或乙酸乙酯或甲苯或1，1，1-三氯乙烷或或丙酮或1，2-二氯乙烷。
与已有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明新型手性酰胺基咪唑溴盐离子液体具有如下特点：既表现出离子液体的一般性质，如室温下是液体，较高的热化学稳定性和溶解性、低毒、低挥发、不可燃、可循环；又表现出官能团的性质和手征性，如手性分离，手性诱导催化等性质；所以有望在绿色化学和不对称合成等领域有重大的应用。本发明的新型手性酰胺基咪唑溴盐离子液体的制备方法具有如下特点：反应原料易得，操作方便，制备成本较低廉，产品收率高，质量好，适合工业上的生产与应用。
具体实施方式
实施例1.手性N-Boc-氨基酸(丙氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内依次加入L-丙氨酸(0.87g，9.8mmol)、1NNaOH溶液(20mL)、二碳酸二叔丁酯(2.57g，11.8mmol)和1，4-二氧六环(10mL)，在0℃-30℃下反应下6h；减压蒸除1，4-二氧六环，然后加水并用乙醚(1x20mL)萃取，取水层；用1N H2SO4把水层pH调为1-2，接着用乙酸乙酯萃取(3x30mL)，合并有机层，蒸馏脱除有机溶剂得目标N-Boc-氨基酸(1.8g，收率为97％)。
实施例2.手性N-Boc-氨基酸(缬氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内依次加入L-缬氨酸(1.15g，9.8mmol)、1N NaOH溶液(20mL)、二碳酸二叔丁酯(2.57g，11.8mmol)和1，4-二氧六环(10mL)，在0℃-30℃下反应下8h；减压蒸除1，4-二氧六环，然后加水并用乙醚(1x20mL)萃取，取水层；用1N H2SO4把水层pH调为1-2，接着用乙酸乙酯萃取(3x30mL)，合并有机层，蒸馏脱除有机溶剂得目标N-Boc-氨基酸(2.04g，收率为96％)。
实施例3.手性N-Boc-氨基酸(异亮氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内依次加入L-异亮氨酸(1.28g，9.8mmol)、1NNaOH溶液(20mL)、二碳酸二叔丁酯(2.57g，11.8mmol)和1，4-二氧六环(10mL)，在0℃-30℃下反应下6h；减压蒸除1，4-二氧六环，然后加水并用乙醚(1x20mL)萃取，取水层；用1N H2SO4把水层pH调为1-2，接着用乙酸乙酯萃取(3x30mL)，合并有机层，蒸馏脱除有机溶剂得目标N-Boc-氨基酸(2.13g，收率为94％)。
实施例4.手性N-Boc-氨基酸(亮氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内依次加入L-亮氨酸(1.29g，9.8mmol)、1NNaOH溶液(20mL)、二碳酸二叔丁酯(2.57g，11.8mmol)和1，4-二氧六环(10mL)，在0℃-30℃下反应下3h；减压蒸除1，4-二氧六环，然后加水并用乙醚(1x20mL)萃取，取水层；用1N H2SO4把水层pH调为1-2，接着用乙酸乙酯萃取(3x30mL)，合并有机层，蒸馏脱除有机溶剂得目标N-Boc-氨基酸(2.16g，收率为95％)。
实施例5.手性N-Boc-氨基酸(脯氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内依次加入L-脯氨酸(1.13g，9.8mmol)、1NNaOH溶液(20mL)、二碳酸二叔丁酯(2.57g，11.8mmol)和1，4-二氧六环(10mL)，在0℃-30℃下反应下4h；减压蒸除1，4-二氧六环，然后加水并用乙醚(1x20mL)萃取，取水层；用1N H2SO4把水层pH调为1-2，接着用乙酸乙酯萃取(3x30mL)，合并有机层，蒸馏脱除有机溶剂得目标N-Boc-氨基酸(1.98g，收率为94％)。
实施例6.手性N-Boc-氨基酸(苯丙氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内依次加入L-苯丙氨酸(1.62g，9.8mmol)、1N NaOH溶液(20mL)、二碳酸二叔丁酯(2.57g，11.8mmol)和1，4-二氧六环(10mL)，在0℃-30℃下反应下8h；减压蒸除1，4-二氧六环，然后加水并用乙醚(1x20mL)萃取，取水层；用1N H2SO4把水层pH调为1-2，接着用乙酸乙酯萃取(3x30mL)，合并有机层，蒸馏脱除有机溶剂得目标N-Boc-氨基酸(2.52g，收率为97％)。
实施例7.N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(丙氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内加入N-Boc-丙氨酸(1.57g，8.3mmol)和二氯甲烷(20mL)，在0℃下搅动着，三乙胺(1.17mL，9.13mmol)缓慢滴加，搅10min；然后加入氯甲酸异丁酯(1.11mL，8.3mmol)，搅20min；最后加3-溴丙胺氢溴酸盐(2.25g，9.96mmol)和三乙胺(1.17mL，9.13mmol)；在0℃-室温下，反应3h。加水分液，取有机层；浓缩，过硅胶柱得到目标N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(2.05g，80％)，产物为白色黏性固体。
实施例8.N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(缬氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内加入N-Boc-缬氨酸(1.72g，7.93mmol)和二氯甲烷(20mL)，在0℃下搅动着，三乙胺(1.11mL，8.72mmol)缓慢滴加，搅10min；然后加入氯甲酸异丁酯(1.06mL，7.93mmol)，搅20min；最后加3-溴丙胺氢溴酸盐(2.15g，9.52mmol)和三乙胺(111mL，8.72mmol)；在0℃-室温下，反应3h。加水分液，取有机层；浓缩，过硅胶柱得到目标N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(2.08g，78％)，产物为白色固体(mp＝89-90℃)。
实施例9.N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(异亮氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内加入N-Boc-异亮氨酸(1.94g，8.4mmol)和二氯甲烷(20mL)，在0℃下搅动着，三乙胺(1.18mL，9.24mmol)缓慢滴加，搅10min；然后加入氯甲酸异丁酯(1.12mL，8.4mmol)，搅20min；最后加3-溴丙胺氢溴酸盐(2.28g，10.08mmol)和三乙胺(1.18mL，9.24mmol)；在0℃-室温下，反应3h。加水分液，取有机层；浓缩，过硅胶柱得到目标N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(2.42g，82.2％)，产物为白色固体(mp＝129-130℃)。
实施例10.N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(亮氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内加入N-Boc-亮氨酸(1.72g，7.4mmol)和二氯甲烷(20mL)，在0℃下搅动着，三乙胺(1.04mL，8.14mmol)缓慢滴加，搅10min；然后加入氯甲酸异丁酯(0.99mL，7.4mmol)，搅20min；最后加3-溴丙胺氢溴酸盐(2g，8.88mmol)和三乙胺(1.04mL，8.14mmol)；在0℃-室温下，反应3h。加水分液，取有机层；浓缩，过硅胶柱得到目标N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(2.21g，85％)，产物为白色固体(mp＝76-79℃)。
实施例11.N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(脯氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内加入N-Boc-脯氨酸(1.18g，5.5mmol)和二氯甲烷(20mL)，在0℃下搅动着，三乙胺(0.78mL，6.05mmol)缓慢滴加，搅10min；然后加入氯甲酸异丁酯(0.74mL，5.5mmol)，搅20min；最后加3-溴丙胺氢溴酸盐(1.5g，6.6mmol)和三乙胺(0.78mL，6.05mmol)；在0℃-室温下，反应3h。加水分液，取有机层；浓缩，过硅胶柱得到目标N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(1.55g，84％)，产物为白色固体(mp＝54-56℃)。
实施例12.N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(苯丙氨酸)的制备
100mL三口烧瓶内加入N-Boc-苯丙氨酸(2.23g，8.42mmol)和二氯甲烷(20mL)，在0℃下搅动着，三乙胺(1.18mL，9.26mmol)缓慢滴加，搅10min；然后加入氯甲酸异丁酯(1.13mL，8.42mmol)，搅20min；最后加3-溴丙胺氢溴酸盐(2.28g，10.1mmol)和三乙胺(1.18mL，9.26mmol)；在0℃-室温下，反应3h。加水分液，取有机层；浓缩，过硅胶柱得到目标N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺(2.37g，73％)，产物为白色固体(mp＝117-119℃)。
实施例13.手性酰胺基咪唑溴盐离子液体(丙氨酸)的制备
25mL圆底烧瓶内加入手性N-Boc-丙氨酸-3-溴-丙酰胺(1.08g，3.5mmol)、甲基咪唑(0.287g，3.5mmol)和乙腈(5mL)，在氮气保护下回流反应24h，减压蒸馏脱除溶剂，用乙酸乙酯洗涤(3x20mL)，再蒸馏脱尽溶剂后得到目标手性离子液体(1.29g，94％)。产品为黏性液体，[α]8 D＝+2.2(C＝5.92，氯仿)。
实施例14.手性酰胺基咪唑溴盐离子液体(缬氨酸)的制备
25mL圆底烧瓶内加入手性N-Boc-缬氨酸-3-溴-丙酰胺(1.72g，5.1mmol)、甲基咪唑(0.42，5.1mmol)和乙腈(5mL)，在氮气保护下回流反应24h，减压蒸馏脱除溶剂，用乙酸乙酯洗涤(3x20mL)，再蒸馏脱尽溶剂后得到目标手性离子液体(2.07g，97％)。产品为黏性液体，[α]8 D＝-3.2(C＝6.27，甲醇)。
实施例15.手性酰胺基咪唑溴盐离子液体(异亮氨酸)的制备
25mL圆底烧瓶内加入手性N-Boc-异亮氨酸-3-溴-丙酰胺(1.4g，4mmol)、甲基咪唑(0.328g，4mmol)和乙腈(5mL)，在氮气保护下回流反应24h，减压蒸馏脱除溶剂，用乙酸乙酯洗涤(3x20mL)，再蒸馏脱尽溶剂后得到目标手性离子液体(1.69g，98％)。产品为黏性液体，[α]8 D＝-3.9(C＝3.05，甲醇)。
实施例16.手性酰胺基咪唑溴盐离子液体(亮氨酸)的制备
25mL圆底烧瓶内加入手性N-Boc-亮氨酸-3-溴-丙酰胺(1.05g，3mmol)、甲基咪唑(0.246g，3mmol)和乙腈(5mL)，在氮气保护下回流反应24h，减压蒸馏脱除溶剂，用乙酸乙酯洗涤(3x20mL)，再蒸馏脱尽溶剂后得到目标手性离子液体(1.18g，91％)。产品为黏性液体，[α]8 D＝-+7(C＝1，氯仿)。
实施例17.手性酰胺基咪唑溴盐离子液体(脯氨酸)的制备
25mL圆底烧瓶内加入手性N-Boc-脯氨酸-3-溴-丙酰胺(0.84g，2.5mmol)、甲基咪唑(0.205g，2.5mmol)和乙腈(5mL)，在氮气保护下回流反应24h，减压蒸馏脱除溶剂，用乙酸乙酯洗涤(3x20mL)，再蒸馏脱尽溶剂后得到目标手性离子液体(1.02g，98％)。产品为黏性液体，[α]8 D＝-11.3(C＝4.24，氯仿)。
实施例18.手性酰胺基咪唑溴盐离子液体(苯丙氨酸)的制备
25mL圆底烧瓶内加入手性N-Boc-苯丙氨酸-3-溴-丙酰胺(1.66g，4.3mmol)、甲基咪唑(0.353g，4.3mmol)和乙腈(5mL)，在氮气保护下回流反应24h，减压蒸馏脱除溶剂，用乙酸乙酯洗涤(3x20mL)，再蒸馏脱尽溶剂后得到目标手性离子液体(1.87g，93％)。产品为黏性液体，[α]8 D＝+1(C＝1，甲醇)。
Claims (5)
1.一种由天然氨基酸制备手性酰胺基咪唑溴盐离子液体的方法，其特征在于：所述的手性离子液体具有如下的化学结构式：
其中：R代表氨基酸通式中的可变基团。
2.根据权利要求1所述一种由天然氨基酸制备手性酰胺基咪唑溴盐离子液体的方法，其特征在于：该方法第一步，采用天然的氨基酸和二碳酸二叔丁酯为起始原料；第二步合成Boc保护的氨基酸；第三步，将Boc保护的氨基酸与3-溴丙胺氢溴酸盐反应生成手性N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺；第四步，将手性N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺与甲基咪唑反应生成目标手性离子液体；各步的化学反应式为：
。
3.如权利要求2所述的一种由天然氨基酸制备手性酰胺基咪唑溴盐离子液体的方法，其特征在于：所述的第二步合成手性N-Boc-氨基酸时，天然氨基酸：二碳酸二叔丁酯的摩尔比为1∶1.1；反应时间为4-8h，反应温度为0-30℃；所用的溶剂可以是1，4-二氧六环或二氯甲烷。
4.如权利要求2所述一种由天然氨基酸制备手性酰胺基咪唑溴盐离子液体的方法，其特征在于：所述的第三步合成手性N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺时， 手性N-Boc-氨基酸：3-溴丙胺氢溴酸盐的摩尔比为1∶1-1.5；反应时间为2-8h，反应温度为0-30℃；所用溶剂为二氯甲烷。
5.如权利要求2所述一种由天然氨基酸制备手性酰胺基咪唑溴盐离子液体的方法，其特征在于：所述的第四步合成目标手性离子液体时，甲基咪唑：手性N-Boc-氨基酸-3-溴-丙酰胺的摩尔比为1∶1；反应时间为1-24h，反应温度为50-110℃；所用溶剂可以是乙腈或乙酸乙酯或甲苯或1，1，1-三氯乙烷或或丙酮或1，2-二氯乙烷。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120822 |