CN110498791A - 一种亚烷基双烟碱型离子液体及其制备方法 - Google Patents

一种亚烷基双烟碱型离子液体及其制备方法 Download PDF

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谭家能
张忠锋
杜咏梅
刘新民
申国明
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    • C07D401/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, at least one ring being a six-membered ring with only one nitrogen atom
    • C07D401/14Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, at least one ring being a six-membered ring with only one nitrogen atom containing three or more hetero rings

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Abstract

本发明提出了一种亚烷基双烟碱型离子液体,所述亚烷基双烟碱型离子液体由2个烟碱分子通过烷基链桥连,而且仅吡啶季铵化,所述亚烷基双中心烟碱离子液体具有如下结构式:其中Y‑选自BF4‑、PF6‑、(CF3SO2)2N‑、(FSO2)2N‑和CF3SO3‑中的一种。本发明目的在于提供一种具有较高对称性,较小空间自由体积,高稳定性的亚烷基双烟碱型离子液体及其制备方法及其卤代物的合成方法。

Description

一种亚烷基双烟碱型离子液体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种亚烷基双烟碱型离子液体及其制备方法及其卤代物的合成方法。
背景技术
烟草作为一种天然植物,其烟叶中含有丰富的生物活性物质,其中生物碱、茄尼醇、蛋白质、氨基酸和糖类等都是应用价值极高的物质。烟碱作为烟草主要次生代谢产物,是烟草生物碱(包括烟碱、降烟碱、新烟草碱和假木贼碱等)中最重要的一种,约占烟草生物碱总含量的90%-95%。烟碱目前应用领域包括可用作戒烟膏、治疗关节痛类药物的原料等,此外烟碱还可以用作无残留、无公害生物农药的主要原料。
烟碱,分子式为C10H14N2,化学名称为1-甲基-2-(2-吡啶基)吡咯烷。烟碱分子由具有以单键相连的两个含氮杂环,一个吡咯烷环和一个吡啶环构成。吡咯环pKa=7.87,吡啶环pKa=3.15,这一区别有利于控制烟碱季铵化反应的选择性。虽然吡咯氮的碱性强于吡啶氮,在此类SN2反应中亲核能力理应更强,但由于较大的空间位阻,季铵化反应往往优先在吡啶氮上进行。
离子液体是指主要由有机阳离子和无机(或有机阴离子)构成的在室温(或低于室温下)呈液态的盐类。在催化和有机反应中,离子液体作为一种催化剂或者某些催化剂的载体,发挥了独特的作用。在这一领域,做出针对性研究的有中国科学院化学研究所韩布兴院士、中国科学院过程工程研究所张锁江院士、中国科学院兰州化学物理研究所夏春谷研究员和邓友全研究员、以及华东师范大学化学系高国华教授等。在现有的研究中,使用的大多数离子液体为二烷基咪唑型离子液体。已报道的烟碱型离子液体,包括吡咯取代、吡啶取代单阳离子型烟碱离子液体、吡咯吡啶同时取代非对称双阳离子型烟碱离子液体。上述三类离子液体作为溶剂已应用于二氧化碳与环氧化合物偶联反应、苯乙酮还原反应中。如能仅选择季铵化吡啶氮,合成新型对称双阳离子中心离子液体,那么保留的吡咯氮就可以应用于催化反应中。
发明内容
基于上述问题,本发明目的在于提供一种具有较高对称性,较小空间自由体积,高稳定性的亚烷基双烟碱型离子液体及其制备方法及其卤代物的合成方法。
针对以上问题,提供了如下技术方案:一种亚烷基双烟碱型离子液体,其特征在于:所述亚烷基双烟碱型离子液体具有如下结构式:
其中Y-选自BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-和CF3SO3 -中的一种。
本发明进一步设置为,所述亚烷基双烟碱型离子液体由2个烟碱分子通过烷基链桥连,而且仅吡啶季铵化。
一种亚烷基双烟碱型离子液体的制备方法,包括以下步骤:
(1)将1份端基取代二卤代烷烃滴加到2.1-2.5份烟碱和30-100份的乙醇的混合溶液中混合后加热至60-80℃,搅拌反应得到烷基双中心烟碱卤代物,其中端基取代二卤代烷烃结构如下:
其中X为氯、溴、碘,n=0,1,2,3,4;
(2)将步骤(1)中制备的烷基双中心烟碱卤代物与通式为M+Y-的盐以摩尔比为1∶2混合后加入去离子水中,搅拌发生离子交换反应,分离纯化后得到亚烷基双烟碱型离子液体:
其中:M+选自Na+和K+中一种,Y-选自BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-和CF3SO3 -中的一种。
本发明进一步设置为,所述步骤(1)中搅拌反应时间为1-6小时,反应液冷却后用乙酸乙酯洗涤三次,将洗涤的产物在60℃下真空干燥得到烷基双中心烟碱卤代物。
本发明进一步设置为,所述步骤(1)中端基取代二卤代烷烃、烟碱和乙醇的反应在氮气或氩气保护下进行。
本发明进一步设置为,所述步骤(2)中离子交换反应的温度为室温,反应时间为48-72小时。
本发明进一步设置为,所述步骤(2)中分离纯化过程为:将烷基双中心烟碱卤代物与通式为M+Y-的盐以摩尔比为1∶2混合,搅拌反应后得到的混合液用二氯甲烷萃取,萃取液去离子水洗涤直至所得到的水相用饱和的AgNO3水溶液滴定无沉淀产生,将二氯甲烷萃取物蒸发仪浓缩后真空干燥得到亚烷基双烟碱型离子液体。
本发明的有益效果:本技术方案中烟碱上同时具有两种可季铵化氮原子,以往涉及到双中心烟碱离子液体中,吡啶及吡咯上氮同时被取代,而本发明涉及到一种高选择性仅季铵化吡啶上氮原子方法,该双中心烟碱型离子液体具有较高对称性,较小空间自由体积,并能与阴离子形成较强的氢键作用,促使该类催化剂具有较高的熔点和较强的稳定性。同时,该类离子液体合成方法简单,一步法直接合成,合成的离子液体成率高成本低,适合工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
一种亚烷基双中心烟碱离子液体,由2个烟碱分子通过烷基链桥连,而且仅吡啶季铵化,结构式:
上述亚烷基双烟碱型离子液体由2个烟碱分子通过烷基链桥连,而且仅吡啶季铵化,具有较高对称性,较小空间自由体积,并能与阴离子形成较强的氢键作用,促使该类催化剂具有较高的熔点和较强的稳定性。
该亚烷基双中心烟碱离子液体的制备包括以下步骤:
(1)在氮气或氩气保护下,将1份端基取代二卤代烷烃滴加到2.1-2.5份烟碱和30-100份的乙醇的混合溶液中,滴加完毕后,60-80℃下搅拌1-6小时,反应液冷却后用乙酸乙酯洗涤三次,在60℃下真空干燥得到亚烷基双中心烟碱卤代物;
其中二卤代烷烃结构如下:
其中X为氯、溴、碘,n=0,1,2,3,4;
(2)将(1)中制备的烷基双中心烟碱卤代物与通式为M+Y-的盐以摩尔比为1∶2混合后加入去离子水中,室温下,搅拌发生离子交换反应,反应48-72小时,分离纯化后得到亚烷基双烟碱型离子液体:
其中:M+选自Na+和K+中一种,Y-选自BF4 -、PF6-、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-和CF3SO3 -中的一种。
上述步骤(2)中分离纯化过程为:将烷基双中心烟碱卤代物与通式为M+Y-的盐以摩尔比为1∶2混合,搅拌反应后得到的混合液用二氯甲烷萃取,萃取液去离子水洗涤直至所得到的水相用饱和的AgNO3水溶液滴定无沉淀产生,将二氯甲烷萃取物蒸发仪浓缩后真空干燥得到亚烷基双烟碱型离子液体。
该类离子液体合成方法简单,一步法直接合成,合成的离子液体成率高成本低,适合工业化生产。
该亚烷基双烟碱型离子液体的卤代物的合成方法如下:
(1)丙烷基双中心烟碱氯盐的合成
合成路线如下:
合成过程为:在氮气或氩气保护下,将1份1,3-二氯丙烷滴加到2份烟碱和30份的乙醇的混合溶液中,滴加完毕后,60-80℃下搅拌1-6小时,反应液冷却后用乙酸乙酯洗涤三次,在60℃下真空干燥得到丙烷基双中心烟碱氯盐。
丙烷基双中心烟碱氯盐的1H NMR(d6-DMSO,400MHz,ppm):9.15(s,2H),9.13(d,2H),8.55(d,2H),8.17(t,2H),4.85(t,4H),3.42(s,14H),3.10(t,2H),2.74(t,2H),2.35(m,4H),2.28(s,6H),1.80-1.86(s,6H),1.65-1.74(s,2H)
(2)亚烷基双烟碱四氟硼酸盐离子液体的制备
制备过程为:向500mL烧瓶中加入0.5mol丙烷基双中心烟碱氯盐、1mol NaBF4和100mL的去离子水,在室温下搅拌12-24小时。反应结束后,混合液用250mL二氯甲烷萃取3次,合并萃取液。然后每次用60mL去离子水反萃直至用饱和的AgNO3水溶液滴定水相无沉淀产生为止。二氯甲烷相用旋转蒸发仪浓缩后,80℃真空干燥48h得到红色的亚烷基双烟碱四氟硼酸盐离子液体。
亚烷基双烟碱四氟硼酸盐离子液体的1H NMR(d6-DMSO,400MHz,ppm):9.14(s,2H),9.10(d,2H),8.55(d,2H),8.13(t,2H),4.80(t,4H),3.40(s,14H),3.17(t,2H),2.71(t,2H),2.32(m,4H),2.27(s,6H),1.80-1.87(s,6H),1.71-1.76(s,2H)
(3)亚烷基双烟碱六氟磷酸盐离子液体的制备
制备过程为:向500mL烧瓶中加入0.5mol丙烷基双中心烟碱氯盐、1mol KPF6和100mL的去离子水,在室温下搅拌12-24小时。反应结束后,混合液用250mL二氯甲烷萃取3次,合并萃取液。然后每次用60mL去离子水反萃直至用饱和的AgNO3水溶液滴定水相无沉淀产生为止。二氯甲烷相用旋转蒸发仪浓缩后,80℃真空干燥48h得到红色的亚烷基双烟碱六氟磷酸盐离子液体。
亚烷基双烟碱六氟磷酸盐离子液体的1H NMR(d6-DMSO,400MHz,ppm):9.13(s,2H),9.11(d,2H),8.54(d,2H),8.14(t,2H),4.81(t,4H),3.41(s,14H),3.15(t,2H),2.71(t,2H),2.33(m,4H),2.26(s,6H),1.80-1.86(s,6H),1.73-1.76(s,2H)
(4)亚烷基双烟碱(三氟甲磺酰)亚胺盐离子液体的制备
制备过程为:向500mL烧瓶中加入0.5mol丙烷基双中心烟碱氯盐、1.2mol(CF3SO2)2NK和100mL的去离子水,在室温下搅拌12-24小时。反应结束后,混合液用250mL二氯甲烷萃取3次,合并萃取液。然后每次用60mL去离子水反萃直至用饱和的AgNO3水溶液滴定水相无沉淀产生为止。二氯甲烷相用旋转蒸发仪浓缩后,80℃真空干燥48h得到红色的亚烷基双烟碱(三氟甲磺酰)亚胺盐离子液体。
亚烷基双烟碱(三氟甲磺酰)亚胺盐离子液体的1H NMR(d6-DMSO,400MHz,ppm):9.14(s,2H),9.12(d,2H),8.55(d,2H),8.16(t,2H),4.80(t,4H),3.43(s,14H),3.15(t,2H),2.73(t,2H),2.35(m,4H),2.25(s,6H),1.82-1.86(s,6H),1.74-1.78(s,2H)
(5)亚烷基双烟碱三氟甲磺酸盐离子液体的制备
制备过程为:向500mL烧瓶中加入0.5mol丙烷基双中心烟碱氯盐、1.1mol CF3SO3Na和100mL的去离子水,在室温下搅拌12-24小时。反应结束后,混合液用250mL二氯甲烷萃取3次,合并萃取液。然后每次用60mL去离子水反萃直至用饱和的AgNO3水溶液滴定水相无沉淀产生为止。二氯甲烷相用旋转蒸发仪浓缩后,80℃真空干燥48h得到红色的亚烷基双烟碱三氟甲磺酸盐离子液体。
亚烷基双烟碱三氟甲磺酸盐离子液体的1H NMR(d6-DMSO,400MHz,ppm):9.13(s,2H),9.12(d,2H),8.56(d,2H),8.16(t,2H),4.83(t,4H),3.43(s,14H),3.13(t,2H),2.73(t,2H),2.34(m,4H),2.26(s,6H),1.82-1.86(s,6H),1.71-1.78(s,2H)
(6)亚烷基双烟碱(氟磺酰)亚胺盐离子液体的制备
制备过程为:向500mL烧瓶中加入0.5mol丙烷基双中心烟碱氯盐、1.1mol(FSO2)2NK和100mL的去离子水,在室温下搅拌12-24小时。反应结束后,混合液用250mL二氯甲烷萃取3次,合并萃取液。然后每次用60mL去离子水反萃直至用饱和的AgNO3水溶液滴定水相无沉淀产生为止。二氯甲烷相用旋转蒸发仪浓缩后,80℃真空干燥48h得到红色的亚烷基双烟碱(氟磺酰)亚胺盐离子液体。
亚烷基双烟碱(氟磺酰)亚胺盐离子液体的1H NMR(d6-DMSO,400MHz,ppm):9.13(s,2H),9.12(d,2H),8.56(d,2H),8.16(t,2H),4.83(t,4H),3.43(s,14H),3.13(t,2H),2.73(t,2H),2.34(m,4H),2.26(s,6H),1.82-1.86(s,6H),1.71-1.78(s,2H)
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,上述假设的这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种亚烷基双烟碱型离子液体,其特征在于:所述亚烷基双烟碱型离子液体具有如下结构式:
其中Y-选自BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-和CF3SO3 -中的一种。
2.一种亚烷基双烟碱型离子液体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将1份端基取代二卤代烷烃滴加到2.1-2.5份烟碱和30-100份的乙醇的混合溶液中混合后加热至60-80℃,搅拌反应得到烷基双中心烟碱卤代物,其中端基取代二卤代烷烃结构如下:
其中X为氯、溴、碘,n=0,1,2,3,4;
(2)将步骤(1)中制备的烷基双中心烟碱卤代物与通式为M+Y-的盐以摩尔比为1∶2混合后加入去离子水中,搅拌发生离子交换反应,分离纯化后得到亚烷基双烟碱型离子液体:
其中:M+选自Na+和K+中一种,Y-选自BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-和CF3SO3 -中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种亚烷基双烟碱型离子液体的制备方法,其特征在于,所述亚烷基双烟碱型离子液体由2个烟碱分子通过烷基链桥连,而且仅吡啶季铵化。
4.根据权利要求2所述的一种亚烷基双烟碱型离子液体的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中搅拌反应时间为1-6小时,反应液冷却后用乙酸乙酯洗涤三次,将洗涤的产物在60℃下真空干燥得到烷基双中心烟碱卤代物。
5.根据权利要求2所述的一种亚烷基双烟碱型离子液体的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中端基取代二卤代烷烃、烟碱和乙醇的反应在氮气或氩气保护下进行。
6.根据权利要求2所述的一种亚烷基双烟碱型离子液体的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中离子交换反应的温度为室温,反应时间为48-72小时。
7.根据权利要求2所述的一种亚烷基双烟碱型离子液体的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中分离纯化过程为:将烷基双中心烟碱卤代物与通式为M+Y-的盐以摩尔比为1∶2混合,搅拌反应后得到的混合液用二氯甲烷萃取,萃取液去离子水洗涤直至所得到的水相用饱和的AgNO3水溶液滴定无沉淀产生,将二氯甲烷萃取物蒸发仪浓缩后真空干燥得到亚烷基双烟碱型离子液体。
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