CN105152950A - 氨基酸酯氯化盐型手性离子液体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氨基酸酯氯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+Cl-，其中A+为氨基酸酯阳离子，所述制备方法为：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酯曼尼希碱；氨基酸酯的曼尼希碱与氯代烃反应得到氨基酸酯的手性离子液体。本发明既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氯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的不足，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氯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氯化盐型手性离子液体并的制备方法。
实现上述目的采用以下技术方案：
一种氨基酸酯氯化盐型手性离子液体，所述的手性离子液体结构式如下：
，其中，R为α-氨基酸的可变基团，所述氨基酸为D-、L-酪氨酸，D-、L-苯丙氨酸。
作为优选方案，所述氨基酸酯手性离子液体的通式为A+Cl-，其中A+为氨基酸酯阳离子。
作为优选方案，所述的氨基酸阳离子中，R’为CH3或CH3CH2。
一种氨基酸酯氯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、氯丙烷和醇类溶剂，制备方法步骤如下：
（1）在低温环境下，按照比例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，加热回流3～4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，然后降至室温按照比例加入步骤（1）的产物氨基酸酯盐酸盐和丙酮，加热回流36～50小时，蒸除去溶剂，用石油醚甲醇重结晶得纯化的基酸酯曼尼希碱；
（3）将步骤（2）的产品氨基酸酯曼尼希碱用醇溶剂溶解，然后按照比例加入氯丙烷，用NaOH溶液调pH至8～9，加热回流3～4小时，脱去部分溶剂，过滤除掉NaCl，然后脱除溶剂，即得氨基酸酯的手性离子液体。
作为优选方案，所述的氨基酸、氯化亚砜、甲醇的物质的量比为1：1～2：20.5～30.5。
作为优选方案，所述多聚甲醛、丙酮、酪氨酸酯盐酸盐的物质的量比为2.5～3.8：2.5～3.8：1。
作为优选方案，所述氯丙烷与氨基酸酯曼尼希碱的物质的量比为1～2:1。
作为优选方案，所述的低温环境为-20℃～-10℃。
采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明氨基酸酯手性离子液体的通式为A+Cl-，其中A+为氨基酸酯阳离子，其制备方法为，1.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；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叔胺（氨基酸酯曼尼希碱）；3.氨基酸酯的叔胺与氯代烃反应得到氨基酸酯的手性离子液体。其制备方法，原料来源丰富、价格低廉、操作简单。制得的手性氨基酸酯离子液体手性位在酪氨酸或苯丙氨酸阳离子上，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。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。本发明既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，非常适合精细化工行业规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体情况做进一步的调整，未说明的条件为常规实验中的条件。
实施例1
氨基酸酯氯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-酪氨酸，D-、L-苯丙氨酸；
其中，氨基酸阳离子中，R’为CH3或CH3CH2。
实施例2
氨基酸酯氯化盐型手性离子液体的制备方法实施例
a.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；
b.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；
c.氨基酸酯的叔胺与氯代烃反应得到氨基酸酯的手性离子液体。
（1）在-15℃的环境下，按照氨基酸、氯化亚砜、甲醇的物质的量比为1：2：25的比例；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4～5次加入氨基酸，加热回流3小时后，终止反应，减压除去溶剂甲醇，然后用甲醇重结晶得氨基酸酯盐酸盐的纯品；
（2）按照多聚甲醛、丙酮、氨基酸酯的物质的量比为3.2：3.1：1的比例，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）的氨基酸酯盐酸盐的纯品和丙酮，加热回流45小时，终止反应，减压除去溶剂甲醇，用石油醚甲醇重结晶粗产物得纯化后的氨基酸酯曼尼希碱；
（3）将步骤（2）的氨基酸酯曼尼希碱产品用醇溶剂溶解，然后按照氯丙烷与氨基酸酯曼尼希碱的物质的量比为1.5:1加入氯丙烷，用NaOH溶液调pH至8～9，加热回流4小时，脱去部分溶剂，过滤除掉NaCl，然后脱除全部醇溶剂，即得氨基酸酯的手性离子液体。
具体操作实施例
实施例4
酪氨酸甲酯氯化盐手性离子液体的制备
（1）酪氨酸甲酯的合成
取125mL甲醇，加到250mL三颈烧瓶中，低温搅拌反应浴中冷却至-12℃（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16.0mL（0.22mol）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1h，升至常温，加入20.06g（0.11mol）酪氨酸，升温至60℃，回流，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，得到纯净酪氨酸甲酯盐酸盐，产率为88%。
（2）酪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10.18g（0.339mol）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20.49g（0.088mol）酪氨酸甲酯盐酸盐、19.70g（0.34mol）丙酮继续加热回流36h，反应完毕后，将产物进行旋蒸，蒸出溶剂，得到灰白色固体，最后用90%的甲醇重结晶纯化产物酪氨酸甲酯曼尼希碱，直至产物纯净，产率为75%。
（3）酪氨酸甲酯曼尼希碱的季铵盐合成
称取上一步的产物酪氨酸甲酯曼尼希碱0.95g（0.0028mol）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0.24g（0.003mol）1-氯丙烷，加热回流3小时，将产物进行旋蒸，蒸出溶剂，液体变为黑绿色，再对液体进行柱层析法提纯，得到纯净的酪氨酸甲酯氯化盐手性离子液体产物，产率为90%。
实施例5
酪氨酸甲酯氯化盐手性离子液体的制备
（1）酪氨酸甲酯的合成
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18.0mL（0.25mol）SOCl2，滴加时控制反应温度在-11℃以下，待滴加完毕后，继续于-10℃反应1h，升至常温，加入25.02g（0.14mol）酪氨酸，升温至63℃，回流，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，得到纯净酪氨酸甲酯盐酸盐，产率为89%。
（2）酪氨酸甲酯曼尼希碱的合成
向250mL圆底烧瓶中加入95mL甲醇，滴加稀盐酸至溶液pH=5，加入9.5g（0.316mol）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18.52g（0.0795mol）酪氨酸甲酯盐酸盐、17.65g（0.30mol）丙酮继续加热回流42h，反应完毕后，将产物进行旋蒸，蒸出溶剂，得到灰白色固体，最后用90%的甲醇重结晶纯化产物酪氨酸甲酯曼尼希碱，直至产物纯净，产率为76%。
（3）酪氨酸甲酯曼尼希碱的季铵盐合成
称取上一步的产物酪氨酸甲酯曼尼希碱1.15g（0.0034mol）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0.28g（0.0036mol）1-氯丙烷，加热回流3.5小时，将产物进行旋蒸，蒸出溶剂，液体变为黑绿色，再对液体进行柱层析法提纯，得到纯净的酪氨酸甲酯氯化盐手性离子液体产物，产率为91%。
实施例6
苯丙氨酸甲酯氯化盐手性离子液体的制备
（1）苯丙氨酸甲酯的合成
取125mL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℃，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1h。将反应液转至250mL单颈烧瓶，放至室温，加入20.7g(0.125mol)苯丙氨酸，加热回流反应4h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，得到黄色粘稠状液体，将产物放入冰箱中冷却得到白色固体。用甲醇做溶剂对产物重结晶纯化，得到纯净苯丙氨酸甲酯盐酸盐，产率为84%。
（2）苯丙氨酸曼尼希碱的合成
向250mL圆底烧瓶中加入100mL甲醇，滴加稀盐酸调节pH为5，然后加入4.01g（0.133mol）多聚甲醛，加热回流4h使多聚甲醛全部溶解，再加入10.0g（0.046mol）苯丙氨酸甲酯盐酸盐以及7.27g（0.125mol）丙酮，在磁力搅拌下回流50h后点板判断反应已经完全。将混合溶液进行旋蒸，蒸出溶剂后，得到浅黄色粘稠液体，将产物放入冰箱中冷却得到浅黄色固体。用甲醇做溶剂对产物重结晶纯化，得到苯丙氨酸曼尼希碱，产率为90%。
（3）苯丙氨酸曼尼希碱的季铵盐合成
向100mL圆底烧瓶中加入6.08g(0.0198mol)苯丙氨酸曼尼希碱和25mL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2.41g（0.03mol）1-氯丙烷，加热回流4h，TLC检测（用甲醇：二氯甲烷=1:40作展开剂），反应基本完全，将产物旋蒸蒸出溶剂后，放入冰箱冷却得到固体产物。用甲醇将产物溶解，有部分白色固体不溶（白色不溶物为NaCl），抽滤除去白色固体，将滤液进行旋蒸得到苯丙氨酸甲酯氯化盐手性离子液体产物，产率为91%。
实施例7
苯丙氨酸甲酯氯化盐手性离子液体的制备
（1）苯丙氨酸甲酯的合成
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-16℃，磁力搅拌下缓慢滴加9.5mL(0.131mol)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1h。将反应液转至250mL单颈烧瓶，放至室温，加入19.6g(0.118mol)苯丙氨酸，加热回流反应4h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，得到黄色粘稠状液体，将产物放入冰箱中冷却得到白色固体。用甲醇做溶剂对产物重结晶纯化，得到纯净苯丙氨酸甲酯盐酸盐，产率为86%。
（2）苯丙氨酸曼尼希碱的合成
向250mL圆底烧瓶中加入110mL甲醇，滴加稀盐酸调节pH为5，然后加入4.7g（0.133mol）多聚甲醛，加热回流4h使多聚甲醛全部溶解，再加入10.22g（0.047mol）苯丙氨酸甲酯盐酸盐以及8.65g（0.149mol）丙酮，在磁力搅拌下回流49h后点板判断反应已经完全。将混合溶液进行旋蒸，蒸出溶剂后，得到浅黄色粘稠液体，将产物放入冰箱中冷却得到浅黄色固体。用甲醇做溶剂对产物重结晶纯化，得到苯丙氨酸曼尼希碱，产率为91%。
（3）苯丙氨酸曼尼希碱的季铵盐合成
向100mL圆底烧瓶中加入5.95g(0.0194mol)苯丙氨酸曼尼希碱和30mL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2.65g（0.032mol）1-氯丙烷，加热回流4.5h，TLC检测（用甲醇：二氯甲烷=1:40作展开剂），反应基本完全，将产物旋蒸蒸出溶剂后，放入冰箱冷却得到固体产物。用甲醇将产物溶解，有部分白色固体不溶（白色不溶物为NaCl），抽滤除去白色固体，将滤液进行旋蒸得到苯丙氨酸甲酯氯化盐手性离子液体产物，产率为92%。
Claims (8)
1.一种氨基酸酯氯化盐型手性离子液体，其特征在于，所述的手性离子液体结构式如下：
，其中，R为α-氨基酸的可变基团，所述氨基酸为D-、L-酪氨酸，D-、L-苯丙氨酸。
2.据权利要求1，所述的氨基酸酯氯化盐型手性离子液体，其特征在于，所述氨基酸酯手性离子液体的通式为A+Cl-，其中A+为氨基酸酯阳离子。
3.根据权利要求1或2所述的氨基酸酯氯化盐型手性离子液体，其特征在于，所述的氨基酸阳离子中，R’为CH3或CH3CH2。
4.一种如权利要求1所述的氨基酸酯氯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、氯丙烷和醇类溶剂，其特征在于，制备方法步骤如下：
（1）在低温环境下，按照比例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，加热回流3～4小时后旋蒸除去溶剂，用石油醚甲醇重结晶得到纯品氨基酸酯盐酸盐；
（2）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，然后降至室温按照比例加入步骤（1）的产物氨基酸酯盐酸盐和丙酮，加热回流36～50小时，蒸除去溶剂，用石油醚甲醇重结晶得纯化后的氨基酸酯曼尼希碱；
（3）将步骤（2）的产品氨基酸酯曼尼希碱用醇溶剂溶解，然后按照比例加入氯丙烷，用NaOH溶液调pH至8～9，加热回流3～4小时，脱去部分溶剂，过滤除掉NaCl，然后脱除溶剂，即得氨基酸酯的手性离子液体。
5.根据权利要求4所述的氨基酸酯氯化盐型手性离子液体的制备方法，其特征在于，所述的氨基酸、氯化亚砜、甲醇的物质的量比为1：1～2：20.5～30.5。
6.根据权利要求4所述的氨基酸酯氯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、酪氨酸酯盐酸盐的物质的量比为2.5～3.8：2.5～3.8：1。
7.根据权利要求4所述的氨基酸酯氯化盐型手性离子液
体的制备方法，其特征在于，所述氯丙烷与氨基酸酯曼尼希碱的物质的量比为1～2:1。
8.根据权利要求4所述的氨基酸酯氯化盐型手性离子液体的制备方法，其特征在于，所述的低温环境为-20℃～-10℃。
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