CN105061236B - 氨基酸酯溴化盐型手性离子液体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氨基酸酯溴化盐型手性离子液体及其制备方法，所述氨基酸酯手性离子液体的通式为A+Br‑，其中A+为氨基酸酯阳离子，其制备方法为：将氨基酸与甲醇、氯化亚砜在低温下反应得到氨基酸酯盐酸盐；将氨基酸酯盐酸盐和多聚甲醛、丙酮经过曼尼希反应得到氨基酸曼尼希碱；氨基酸酯的曼尼希碱与溴代烃反应得到氨基酸酯的手性离子液体。本发明制得的手性氨基酸酯离子液体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。
Description
技术领域
本发明涉及一种氨基酸离子液体及其制备方法，尤其是一种氨基酸酯溴化盐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，CN1621152A描述了氨基酸酯阳离子离子液体及制备方法，这些公开的发明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溴化盐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：
本发明涉及一种氨基酸酯溴化盐型手性离子液体，其结构式如下：
，其中，R为α-氨基酸的可变基团，所述氨基酸为D-、L-亮氨酸，D-、L-赖氨酸。
所述的的氨基酸阳离子中，R’为CH3或CH3CH2。
所述氨基酸酯手性离子液体的通式为A+Br-，其中A+为氨基酸酯阳离子。
一种氨基酸酯溴化盐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：氨基酸、氯化亚砜、多聚甲醛、溴乙烷以及醇类溶剂，制备步骤如下：
（1）在-15℃～-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2小时，升温至室温，分批加入氨基酸，50℃保温搅拌3小时后旋蒸除去溶剂，用石油醚甲醇重结晶得到氨基酸酯盐酸盐的纯品；
（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的纯品和丙酮，加热回流20～30小时，旋蒸除去溶剂，用石油醚甲醇重结晶得纯化的氨基酸酯曼尼希碱；
（3）季铵化反应：将步骤（2）的产品氨基酸酯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，即得氨基酸酯的手性离子液体。
所述氨基酸、氯化亚砜、甲醇的物质的量比为1：1.1：20～30。
所述多聚甲醛、丙酮、氨基酸酯盐酸盐的物质的量比为1.3～5.6：2.4～5.6：1。
所述溴乙烷与氨基酸酯曼尼希碱的物质的量之比为1～2：1。
采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的氨基酸酯手性离子液体的通式为A+Br-，其中A+为氨基酸酯阳离子，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盐酸盐；将氨基酸酯盐酸盐和多聚甲醛、丙酮经过曼尼希反应得到叔胺（氨基酸酯曼尼希碱）；氨基酸酯的叔胺与溴代烃反应得到氨基酸酯的手性离子液体。原料来源丰富、价格低廉、操作简单。同时本发明提供的手性氨基酸酯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
氨基酸酯溴化盐型手性离子液体，其结构式如下：
，其中，R为α-氨基酸的可变基团，所述氨基酸为D-、L-亮氨酸，D-、L-赖氨酸。
所述的的氨基酸阳离子中，R’为CH3或CH3CH2。
实施例2
氨基酸酯溴化盐型手性离子液体的制备方法
1.将氨基酸与甲醇、氯化亚砜在低温环境下反应得到氨基酸酯盐酸盐；将氨基酸与甲醇、氯化亚砜按照物质的量比为1：1.1：20～30在-15℃～-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2小时，升温至室温，分批加入氨基酸，50℃保温搅拌3小时后旋蒸除去溶剂，用石油醚甲醇重结晶得到氨基酸酯盐酸盐的纯品；
2.将氨基酸酯盐酸盐和多聚甲醛、丙酮经过曼尼希反应得到氨基酸酯曼尼希碱；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，然后降至室温加入氨基酸酯盐酸盐的纯品和丙酮，加热回流20～30小时，旋蒸除去溶剂，用石油醚甲醇重结晶得纯化的氨基酸酯曼尼希碱；多聚甲醛、丙酮、氨基酸酯盐酸盐的物质的量比为1.3～5.6：2.4～5.6：1。
3.氨基酸酯曼尼希碱与溴代烃反应得到氨基酸酯的手性离子液体。将氨基酸酯曼尼希碱用醇溶剂溶解，然后按照溴乙烷与氨基酸酯曼尼希碱的物质的量之比为1～2：1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，即得氨基酸酯的手性离子液体。
具体制备方法实施例
实施例3
亮氨酸甲酯溴化盐手性离子液体的制备
（1）亮氨酸甲酯的合成
取125mL甲醇，加到250mL三颈烧瓶中，低温搅拌反应浴中冷却至-15℃（反应时应确保环境无水，在三颈烧瓶支管上连接干燥管;反应会生成HCl和SO2气体，要用碱液吸收装置），然后缓慢滴加10mL (0.138mol)新蒸的SOCl2，滴加时控制反应温度在-10℃以下，待滴加完毕后，继续于-10℃下反应2h，升至常温，加入16.5g (0.126mol) 亮氨酸，升温至50℃保温3小时，TLC跟踪反应（用甲醇和二氯甲烷的1:1混合液做展开剂，为防止拖尾，每毫升滴加一滴二乙胺），直至反应达到终点（大约3h）,停止反应。旋蒸蒸出溶剂后，有大量白色固体出现。用甲醇做溶剂对产物重结晶纯化，得到纯净亮氨酸甲酯盐酸盐，产率为95%。
（2）亮氨酸甲酯曼尼希碱的合成
向250mL圆底烧瓶中加入100mL甲醇，滴加稀盐酸至溶液pH=5，加入1.4g（0.047mol）多聚甲醛，用氮气作保护气且磁力搅拌下加热回流，直至多聚甲醛溶解。再加入亮氨酸甲酯盐酸盐6.139g（0.0338mol）、6.1mL（0.082mol）丙酮继续加热回流25h，反应完毕后，将产物进行旋蒸，蒸出部分溶剂，直至变为橙黄色粘稠状液体，对再对液体进行柱层析法提纯，得到纯品，产率为85%。
（3）亮氨酸甲酯曼尼希碱的季铵盐合成
称取上一步的产物亮氨酸甲酯曼尼希碱3.0g（0.0105mol）用甲醇溶解完全，用NaOH调pH至8～9，过滤除去析出的氯化钠晶体，补加20mL甲醇，然后加入2.25g（0.0206mol）溴乙烷，加热回流2小时，将产物进行旋蒸，蒸出溶剂，得到淡黄色液体，再对液体进行柱层析法提纯，得到纯净的亮氨酸甲酯溴化盐手性离子液体产物，产率为92%。
实施例4
（1）亮氨酸甲酯的合成
取115mL甲醇，加到250mL三颈烧瓶中，低温搅拌反应浴中冷却至-13℃（反应时应确保环境无水，在三颈烧瓶支管上连接干燥管;反应会生成HCl和SO2气体，要用碱液吸收装置），然后缓慢滴加9.5mL (0.131mol)新蒸的SOCl2，滴加时控制反应温度在-10℃以下，待滴加完毕后，继续于-10℃反应2h，升至常温，加入15.4g (0.118mol) 亮氨酸，升温至50℃保温3小时，TLC跟踪反应（用甲醇和二氯甲烷的1:1混合液做展开剂，为防止拖尾，每毫升滴加一滴二乙胺），直至反应达到终点（大约3h）,停止反应。旋蒸蒸出溶剂后，有大量白色固体出现。用甲醇做溶剂对产物重结晶纯化，得到纯净亮氨酸甲酯盐酸盐，产率为96%。
（2）亮氨酸甲酯曼尼希碱的合成
向250mL圆底烧瓶中加入96mL甲醇，滴加稀盐酸至溶液pH=5，加入1.36g（0.046mol）多聚甲醛，用氮气作保护气且磁力搅拌下加热回流，直至多聚甲醛溶解。再加入5.85g（0.0322mol）亮氨酸甲酯盐酸盐、6.1mL（0.082mol）丙酮继续加热回流26h，反应完毕后，将产物进行旋蒸，蒸出部分溶剂，直至变为橙黄色粘稠状液体，对再对液体进行柱层析法提纯，得到纯品，产率为84%。
（3）亮氨酸甲酯曼尼希碱的季铵盐合成
称取上一步的产物亮氨酸甲酯曼尼希碱2.91g（0.0102mol）用甲醇溶解完全，用NaOH调pH至8～9，过滤除去析出的氯化钠晶体，补加20mL甲醇，然后加入2.20g（0.0201mol）溴乙烷，加热回流2小时，将产物进行旋蒸，蒸出溶剂，得到淡黄色液体，再对液体进行柱层析法提纯，得到纯净的亮氨酸甲酯溴化盐手性离子液体产物，产率为91%。
实施例5
赖氨酸甲酯溴化盐手性离子液体的制备
（1）赖氨酸甲酯的合成
取120mL甲醇，将其加到250mL三颈烧瓶中（由于反应会生成HCl和SO2气体，要用碱液吸收装置），在低温恒温水浴中冷却至-12℃以下，磁力搅拌下缓慢滴加10mL (0.138mol)SOCl2，由于SOCl2遇甲醇放出大量的热，故滴加SOCl2时控制滴加速度使反应温度在维持在-10℃以下，待滴加完毕后继续反应2h。将反应液转至250mL单颈烧瓶，放至室温，加入22.3g（0.122mol）L-赖氨酸盐酸盐，加热50℃反应3h后，TLC检测（用甲醇和二氯甲烷的1:1混合液做展开剂，为防止拖尾，每毫升滴加一滴二乙胺），反应达到终点,停止反应。旋蒸蒸出溶剂后，冷却得到白色固体。用甲醇做溶剂对产物重结晶纯化，得到纯净赖氨酸甲酯盐酸盐，产率为94%。
（2）赖氨酸曼尼希碱的合成
向100mL圆底烧瓶中加入30mL甲醇，滴加稀盐酸调节pH为5，然后加入2.2g（0.073mol）多聚甲醛，加热回流使多聚甲醛全部溶解，再加入3.0g（0.0129mol）赖酸甲酯盐酸盐以及4.3g（0.074mol）丙酮，在磁力搅拌下回流30h后点板判断反应基本完全。将混合溶液进行旋蒸，蒸出溶剂后，得到白色固体。用甲醇做溶剂对产物重结晶纯化，得到赖氨酸曼尼希碱，产率为92%。
（3）赖氨酸甲酯曼尼希碱的季铵盐合成
向100mL圆底烧瓶中加入0.35g（0.734mmol）赖氨酸曼尼希碱和10mL甲醇作溶剂，并用氢氧化钠溶液将pH调至弱碱性，然后向其中加入0.15g（1.37mmol）溴乙烷，加热回流3h，TLC检测（用甲醇：二氯甲烷=1:5作展开剂），反应基本完全，将产物旋蒸蒸出溶剂后，冷却得到固体产物。对白色固体用甲醇重结晶三次得到赖氨酸甲酯溴化盐手性离子液体产物，产率为85%。
实施例6
（1）赖氨酸甲酯的合成
取115mL甲醇，将其加到250mL三颈烧瓶中（由于反应会生成HCl和SO2气体，要用碱液吸收装置），在低温恒温水浴中冷却至-14℃，磁力搅拌下缓慢滴加8.5mL (0.117mol)SOCl2，由于SOCl2遇甲醇放出大量的热，故滴加SOCl2时控制滴加速度使反应温度在维持在-10℃以下，待滴加完毕后继续反应2h。将反应液转至250mL单颈烧瓶，放至室温，加入20.1g（0.11mol）L-赖氨酸盐酸盐，加热50℃反应3h后，TLC检测（用甲醇和二氯甲烷的1:1混合液做展开剂，为防止拖尾，每毫升滴加一滴二乙胺），反应达到终点,停止反应。旋蒸蒸出溶剂后，冷却得到白色固体。用甲醇做溶剂对产物重结晶纯化，得到纯净赖氨酸甲酯盐酸盐，产率为93%。
（2）赖氨酸曼尼希碱的合成
向100mL圆底烧瓶中加入30mL甲醇，滴加稀盐酸调节pH为5，然后加入1.9g（0.063mol）多聚甲醛，加热回流使多聚甲醛全部溶解，再加入3.1g（0.0129mol）赖酸甲酯盐酸盐以及4.5g（0.077mol）丙酮，在磁力搅拌下回流29h后点板判断反应基本完全。将混合溶液进行旋蒸，蒸出溶剂后，得到白色固体。用甲醇做溶剂对产物重结晶纯化，得到赖氨酸曼尼希碱，产率为93%。
（3）赖氨酸甲酯曼尼希碱的季铵盐合成
向100mL圆底烧瓶中加入0.30g（0.629mmol）赖氨酸曼尼希碱和12mL甲醇作溶剂，并用氢氧化钠溶液将pH调至弱碱性，然后向其中加入0.13g（1.19mmol）溴乙烷，加热回流3h，TLC检测（用甲醇：二氯甲烷=1:5作展开剂），反应基本完全，将产物旋蒸蒸出溶剂后，冷却得到固体产物。对白色固体用甲醇重结晶三次得到赖氨酸甲酯溴化盐手性离子液体产物，产率为83%。
Claims (4)
1.一种氨基酸酯溴化盐型手性离子液体的制备方法，所述手性离子液体的结构式如下：
，其中，R为α-氨基酸的可变基团，所述氨基酸为D-、L-亮氨酸，D-、L-赖氨酸；所述的氨基酸阳离子中，R’为CH3或CH3CH2；所述氨基酸酯溴化盐型手性离子液体的通式为A+Br-，其中A+为氨基酸酯阳离子，其特征在于，氨基酸酯溴化盐型手性离子液体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、溴乙烷以及醇类溶剂，制备步骤如下：
（1）在-15℃~-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2小时，升温至室温，分批加入氨基酸，50℃保温搅拌3小时后旋蒸除去溶剂，用石油醚甲醇重结晶得到氨基酸酯盐酸盐的纯品；
（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的纯品和丙酮，加热回流20~30小时，旋蒸除去溶剂，用石油醚甲醇重结晶得纯化的氨基酸酯曼尼希碱；
（3）季铵化反应：将步骤（2）的产品氨基酸酯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，即得氨基酸酯的手性离子液体。
2.根据权利要求1所述氨基酸酯溴化盐型手性离子液体的制备方法，其特征在于，所述氨基酸、氯化亚砜、甲醇的物质的量比为1：1.1：20～30。
3.根据权利要求1所述氨基酸酯溴化盐型手性离子液体的制备方法，其特征在于，所述多聚甲醛、丙酮、氨基酸酯盐酸盐的物质的量比为1.3～5.6：2.4～5.6：1。
4.根据权利要求1所述氨基酸酯溴化盐型手性离子液体的制备方法，其特征在于，所述溴乙烷与氨基酸酯曼尼希碱的物质的量之比为1～2：1。
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