离子液体中苯甲硫醚不对称氧化规律的研究_毕业设计(编辑修改稿)

离子液体中苯甲硫醚不对称氧化规律的研究_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

......................................................29 第五章 实验总结 ....................................................................................................................30 参考文献 ................................................................................................................................31 致谢 .......................................................................................................................................33 附录： ....................................................................................................................................34 1 第一章 绪论 手性是一切生物的基本特征。 构成生物体系的大多数生物大分子的重要构件仅以单一的对映形态存在。 手性对映体在性质上往往表示出差异，有时甚至表现出百花截然不同的性质 [12]。 随着科学的发展和人们生活水平的提高，对于手性药物的高附加值已越来越被社会和人们 所重视，许 多的药物已被相 应的法律 法规 约束不能以消旋体的形式 上市，从而手性药物也已经成为制药和精细化工业关注的焦点 [3]。 手性药物具有光学活性。 （ 一个物质旋转 偏振光 振动平面的 能力 称为光学活性，而该物质被称为光学活性物质。 只有含有手性碳的分子才具有光学活性 [4]。 ） 长期以来 人们只能通过一般的化学方法来获得手性药物，得到的产物光学性 (e e%)不高，产物的途径。 在众多的不对称合成中反应中，人类获取具有生物活性光学纯化合物的最有了展前途的是不对称催化法 [5]。 而在这一领域中，硫醚的不对称氧化反应一直爱到广泛的关注。 通过对 潜手性 硫醚的不对称 氧化 反应 是制备手性亚 砜 的最直接方法 ， 手性亚 砜是一种具有弧电子对，结构是呈锥形结构的物质（图 1） [6]。 人们早已知道手性亚 砜的消旋化能量和消旋温度较高（分别为 146～ 176KJ/mol 和 200℃） ，所以其在化学反应过程中是比较稳定的。 手性亚 砜 可以 作为手性辅剂和中间体用于合成复杂的手性天然物；作为手配体或手性催化剂用于多种不对称催化反应；作为手性药物用于治疗胃溃疡的质子泵抑制剂（如 esomeprazole）等 [7]。 图（ 1） 而离子液体作为一种高效的共溶剂和溶剂，由于其在反应中表现出来的良好性质，不容易挥发、强极性、疏水性等。 本文主要就在离子液体中通过对潜手性的硫醚进行不对称氧化生成手性亚 砜 进行实验， 通过其与传统的有机不对称反应的对比 对其反应 规律作出一些 初步的研究。 离子液体的 发展历史和 概念 离子液体的发展历史 2 离 子液体可以看作是新型 溶剂，也可以看作是具有一定应用历史的功能材料。 正是因为如此，对离子液体的称谓比较多，如室温离子液体、室温溶盐、离子液体、室温有机盐等。 随着人们对离子液体的深入研究，人们认为把熔点定义在室温附近太狭窄，有些离子化合物的熔点高于室温但低于水的沸点。 因此，最近人们把溶点低于100 摄氏度的离子化合物称为离子 液体 [8]。 1914 年首先发现的离子液体是乙胺硝酸盐 (EtNH3NO3)。 20 世纪 40 年代， Hurey等在寻找一种温和的混合物电解 Al2O3时，把 N甲基吡啶加入 AlCl3中，两个固体的混合物在加热后变成了无色透明的液体，这一偶然的发现构成了当今离子液体的原型，即第一代离子液体 [8]。 但其遇水表现得非常不稳定，寻找稳定的离子液体一直是人们的愿望。 直到 1986 年 Seddon 等在 Nature 上发表论文，报道采用 N,N二烷基咪唑鎓与三氯化铝给成的离子液体作为非水溶剂，研究过渡金属配合物的电子吸收光谱[9]。 20世纪 80年代早期，英国 BP公司和法国的 IFP 等研究机构开始较系统地探索离子液体作为溶剂和催化剂的可能性。 在 1992 年，当 Wilkings 和 Zaworotko 合成四氟硼酸盐离子液体时，才意 味着第二代离子液体的产生，同时也是离子液体方法的诞生[10]。 后来合成出的六氟磷酸盐离子液体和四氟硼酸盐离子液体成为离子液体的主力军[8]。 再到 1996 年， Gratzel 等发表了有关含 — CF3和其它氟代烷基离子液体合成和性能的研究。 这类离子液体对水稳定，不发生水解反应，即使将 [BMIM][(CF3SO2)2N]与过量水于 100℃反应 24H 小时也未发现分解现象。 同时这类离子液体具有低的黏度、高的电导率、高的热稳定性等优良性能 [8]。 在这以后离子液体才得以被广泛开发和利用。 随着绿色化学概念的产生，这方面的研究更 趋于活跃。 北大本洋化约组织（ NATO）于 20xx 年召开了有关离子液体的会议 [11]；欧盟制定了离子液体的研究计划 [12]；日本有关离子液体的研究也很活跃 [13]。 目前离子液体不再只是实验室用样品，默克（ Merk）等许多公司已经工业化生产离子液体作为商品出售， Merk 公司的产品多达 150 种。 据报道 20xx 年离子液体的产值约为 100 万美元，到 20xx 年已达 亿美元。 时至今日离子液体作为一种强势商品必然有着可观的 经济 规模 和效益。 离子液体的概念 离子液体（ Ionic liquids）是由有机阳离 子和无机或有机阴离子构成的、在室温或较低温（ 100℃）下呈液态的盐类，通常称为室温离子液体 (Roomtemperature ionic liquids)。 离子液体的理化性质 离子液体的理化性质对以其为反应介质进行的生物、化学反应有着重要的影响， 3 其熔点、热稳定性、溶解性能、粘度、密度、极性等与反应温度、反应速度、反应的选择性、反应器的形式及产品与离子液体的分离等密切相关。 1） 极性 ~, 与短链醇的极性相似 2） 溶解性 化合物，水，超临界 CO2 3） 粘度 高 4） 酸碱度 偏酸性，与合成、分离纯化方法有关 5） 稳定性 300 oC以上非常稳定 6） 熔点 高，与阴阳离子密切相关 7） 密度 与阴阳离子组成密切相关 [14] 目前，常用的离子液体主要是由咪唑类或吡啶类阳离子和一系列阴离子如四氟硼酸、六氟磷酸等组成的，如 1烷基 3甲基咪唑六氟磷酸。 离子液体的分类 离子液体的种类分为：常规离子液体、手性离子液体、功能化离子液体 [15]。 常规离子液体 AlCl3 是最早研究的常规离子液体，但由于其不稳定一直不是研究的重点，所以在此一般不包括其。 常规离子 液体的阳离子一般为含有 N或 P的有机大离子，其中季铵类离子包括 [16]： 1）咪唑离子 [im]+及其取代衍生物。 咪唑离子的两个 N 原子是相同的，如 N,N/（或 1， 3） 取代的咪唑离子记为 [R1R3im]+， N乙基 N/甲基咪唑离子记为 [emim]+,若 2位上还有取代基则记为 [R1R2R3im]+。 2)吡啶离子键 [Py]及其衍生物。 吡啶离子的 N 原子上有取代基 R 则记为 [Rpy]+。 3）季铵离子 [R4N]+。 R4 表示 N 原子上的四个取代基，如二甲基乙基丁基铵可简记为 [N1124]。 其中最稳定的、最常见的是烷 基取代的咪唑阳离子，而且能通过调整烷基取代基的长度和对称性可以形容低熔点的咪唑类离子液体。 下 表 （ 1）为一些常见的 研究得较多的的 常规 阳、阴 离子液体组成： 表（ 1） [16] 4 手性离子液体 大家都知道 手性的 研究在生命科学、制药以及材料科学中起着极为生要的作用。 手性离子除具有一般手性物体的功能特征外，还具有一般液体材料没有的优异特性，如： [15] 1) 较低的挥发性和在常温下几乎观察不到的蒸汽压； 2) 非易燃性； 3) 对许多有机和无机手有良好的溶解性； 4) 是一类极性的、非配位的溶剂； 5) 有非常宽的液态范围； 6) 可通过选择阴、阳离子对其理化性质进行调控。 离子液体在许多的化学反应中取代了传统的有机溶剂，避免了有毒物质的产生，对环境表示了友好。 因此手性离子液体是名符其实的“绿色溶液”，同时其也被广泛用到各个科学领域。 功能化离子液体 离子液体被称为“设计者的溶剂” [17]， 原因就是离子液体是一类特殊的液体熔融盐，具有优良的物理化学性质以及可以可修饰、调变的阴阳离子结构，这种离子液体经过设计而满足特定需求的专一的离子液体就是功能化的了。 其的物理和化学性质都会因人们的需要而进行调整和改变。 调变化学性质的功能 化离子近年来受到高度重视[18]， 不同官能团的引入实现了离子液体特定的功能化要求，含质子酸的离子液体 [19]、含手性中心的离子液体 [20]、具有配体性质的离子液体 [21]都已见报道。 功能离子液体大体包括：含羟基的功能化离子液体、含醚基的功能化离子液体、含巯基的功能化离子液体、含酯基的功能化离子液体、 Bronsted 酸性离子液体、含配位基的功能化离子液体。 [22] 离子液体的重复利用问题 离子液体的价格比有机溶剂昂贵得多。 因此，欲将离子液体应用于工业化生产，除了降低离子液体的生产成本，还必须很好 地解决离子液体的回收及循环使用这一重要问题。 目前，分离产物、回收离子液体的主要方法有萃取法、蒸馏法、柱层析法和超临界二氧化碳法。 高效回收离子液体新技术的问世将极大地加速与离子液体相关的研究和应用的进程。 离子液体发展的瓶颈 离子液体虽然作为一种新式的反应介质被上重视起来，但在离子液体中发生的化学反应过程非常复杂，很多的机理还没被很好的搞清楚。 在生物催化不对称氧化反应 5 方面，还是缺少 研究离子液体与酶分子的相互作用，阐明离子液体对酶分子构象的影响规律 ,进而揭示离子液体对酶反应特性影响之分子基础的报道。 这无 疑将极大地阻碍相关的研究和应用。 可见，加强离子液体中生物催化的基础理论研究具有重要的意义。 手性亚 砜 和不对称氧化反应 手性亚 砜 手性亚 砜 的概念 手性亚 砜 是可以作为手性辅助剂和中间体用于合成复杂的手性天然化合物；作为手性配体或手性催化剂用于多种不对称催化反应；作为手性药物用于治疗胃溃疡的质子泵（如 esomeprazole） 等 [23]。 手性亚 砜 的性质 1）手性亚 砜 具有光学活性。 手性亚 砜 具有高度的光学稳定性， 由大多数亚砜的热力学常数计算表明 ， 亚砜的两个异构体要在 200 ℃左右 才能发生转化或消旋化。 光学活性的亚 砜 已广泛被用于手性药手的合成以及其它不对称合成中 ,因此，选择性制备手性亚 砜 具有较大的理论意义和应用前景 [24]。 2）手性亚 砜 具有较好的手性传递性。 引言中提到 手性亚 砜 是一种具有弧电子对，结构是呈锥形结构的物质， 与其它手性基团相比 ， 它至少有三个具有明显位阻和电子差异的取代基 ， 即氧原子 ， 孤对电子 ， 两个烷基或芳基。 当两个烷基或芳基不同时 ，亚砜就具有光学活性。 手性亚砜基团能使邻近的甚至远端的反应中心发生不对称反应。 3） 两种构型的对映体都能够得到。 通过选用不同的反应条件 ， 可分别合成 出两种构型的对映体 [25]。 手性亚 砜 的用途 由于 手性亚 砜 具有高度的光学活性、较好的手性传递性，所以其在手性药物和其它手性物质具有很大的作用和用途 ： 1） 手性辅助试剂和手性中间体。 在过去的 20 年中，手性亚砜化合物作为手性辅助试剂在不对称合成领域中的应用呈指数级的增长，确立了手性亚砜官能团在碳碳键和碳杂键的形成过程中是有效的、最通用的手性控制因素之一 [26]。 手性亚砜除了作为手性辅助剂在不对称合成中的用途，作为手性中间体也是其很重要的一个方面，其良好的手性传递性引起了很多科学工作者的关注。 我国黄量 、周维善、李焰、白东鲁、曾志宏等课题组在这方面已经做了不少工作 [27]。 6 2)手性配体和手性催化剂。 手性亚砜及其衍生物近年来迅速发展为一类新型手性催化剂和配体 ， 用于不对称烯丙基化、 (杂 )DielsAlder 环加成和氢化等反应。 例如 ，对甲苯基甲基亚砜首次被作为催化剂 (或者称促进剂 ) 促进烯丙基三氯硅烷与亚胺的加成反应 ， 尽管需要 3 倍于亚胺的量的手性亚砜来催化。 亚磺酰基亚胺已经被发展成易制和高效的手性配体 ， 例如双亚磺酰基亚胺 BISOX 2（图 ） 在杂 DielsAlder 反应取得 98 %ee。 随着这 类配体合成方法的不断改进 ， 这类配体将进一步得到发展。 3） 手性药物。 Esomeprazole 3（图 ） 为代表的一系列质子泵抑制。