技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一類季銨類手性離子液體及其制備方法，屬于化學(xué)合成領(lǐng)域，有望在手性催化、手性拆分及色譜分離等化學(xué)化工方面得到廣泛的應(yīng)用。

背景技術(shù)：
：

由于手性離子液體既具有離子液體的典型特征，如不易揮發(fā)性、不易燃性、離子導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)，同時又具有手性特征，因此可以作為手性溶媒發(fā)揮獨(dú)特的功能，如在對映體萃取分離中作為手性萃取劑或手性溶劑；在高效液相色譜(hplc)或氣相色譜(gc)中，作為手性流動相或手性固定相來發(fā)揮手性分離的作用；在不對稱合成中，手性離子液體作為反應(yīng)溶媒或催化劑來誘導(dǎo)生成手性產(chǎn)品；在核磁共振光譜中，作為手性位移試劑來區(qū)分對映體；同時手性離子液體所具有的空間旋光性在液晶材料中也獲得應(yīng)用。

天然氨基酸產(chǎn)品具有較高的光學(xué)對映體純度、資源豐富、價格低廉，并且手性中心結(jié)構(gòu)種類豐富，是一個豐富的手性池。因此本發(fā)明以天然氨基酸作為手性源來合成季銨類手性離子液體，不僅制備成本低廉，而且可生物降解，是一種環(huán)保型溶劑。

目前，基于天然氨基酸合成的手性離子液體中，多數(shù)是以氨基酸作為陰離子部分，如cn10633277a、cn101967126a以及cn103951665a中分別以纈氨酸、亮氨酸及脯氨酸的氨基羧酸根形式作為陰離子來合成手性離子液體；在以氨基酸作為陽離子部分合成手性離子液體時，如cn1631539a、cn1383920a中，將多種氨基酸直接酸化得到手性離子液體；cn1621152a中以多種氨基酸酯合成手性離子液體，但是，這些氨基酸合成的手性陽離子中均存在活潑的質(zhì)子型h，對ph敏感，因而其使用大大受限。而cn105152949a中合成的季銨類手性離子液體，是首先以丙氨酸與乙醇或甲醇在氯化亞砜催化下生成丙氨酸酯鹽酸鹽，然后再與多聚甲醛反應(yīng)生成氨基酸酯衍生物曼尼希堿，最后與溴乙烷反應(yīng)生成季銨鹽類的手性離子液體，其合成路線復(fù)雜且合成的季銨類手性離子液體種類較少。本發(fā)明則是通過氨基酸酯化和胺基烷基化反應(yīng)和離子交換過程，合成一大類酸堿穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都較好的季銨類手性離子液體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明基于天然氨基酸這一豐富的手性池，提出了氨基酸經(jīng)過羧基酯化、胺基烷基化和離子交換的合成方法，合成了一大類季銨類手性離子液體。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

所合成的季銨類手性離子液體的結(jié)構(gòu)通式如下：

式中r1，r2，r3，r4為含有1-14個碳原子的烷基取代基(cnh2n+1,1≤n≤14)或烯烴基取代基(cnh2n-1,2≤n≤14)，r5為以20多種天然氨基酸為原料而帶有的官能團(tuán)，其中所選天然氨基酸包括：l-丙氨酸(ala)、l-纈氨酸(val)、l-亮氨酸(leu)、l-異亮氨酸(ile)、l-脯氨酸(pro)、l-苯丙氨酸(phe)、l-色氨酸(trp)、l-蛋氨酸(met)、l-甘氨酸(gly)、l-絲氨酸(ser)、l-蘇氨酸(thr)、l-半胱氨酸(cys)、l-酪氨酸(tyr)、l-天冬酰胺(asn)、l-谷氨酰胺(gln)、l-賴氨酸(lys)、l-精氨酸(arg)、l-組氨酸(his)、l-天冬氨酸(asp)、l-谷氨酸(glu)等。x^-為下列陰離子之一：cl^-、br^-、i^-、bf4^-、pf6^-、scn^-、ch3coo^-、ch3(ch2)ncoo^-、cf3^-、cf3coo^-、c3f7coo^-、ch3so4^-、c2h6so4^-、c8h17so4^-、ch3so3^-、cf3so3^-、c4f9so3^-、cf3(cf2)nso3^-、(cf3so2)3c^-、(c2f5so2)2n^-、tf2n^-(cf3so2)2n^-)、ch3ch(oh)coo^-、十二烷基磺酸根、苯磺酸根、對甲苯磺酸根，氯鋁酸根，氯鐵酸根和氯鋅酸根。

上述季銨類手性離子液體的合成方法，包括如下特征：

(a)以天然氨基酸之一為手性原料，包括：l-丙氨酸(ala)、l-纈氨酸(val)、l-亮氨酸(leu)、l-異亮氨酸(ile)、l-脯氨酸(pro)、l-苯丙氨酸(phe)、l-色氨酸(trp)、l-蛋氨酸(met)、l-甘氨酸(gly)、l-絲氨酸(ser)、l-蘇氨酸(thr)、l-半胱氨酸(cys)、l-酪氨酸(tyr)、l-天冬酰胺(asn)、l-谷氨酰胺(gln)、l-賴氨酸(lys)、l-精氨酸(arg)、l-組氨酸(his)、l-天冬氨酸(asp)、l-谷氨酸(glu)。

(b)氨基酸原料(aa)與醇r4oh(r4為烷基cnh2n+1，1≤n≤14)在一定比例下進(jìn)行羧基酯化反應(yīng)，其中醇r4oh既作反應(yīng)溶媒又作反應(yīng)試劑，并以酰氯、濃硫酸濃鹽酸、磷酸等無機(jī)酸為催化劑，在0～150℃下進(jìn)行酯化反應(yīng)，用na2co3，nahco3或naoh等無機(jī)堿終止反應(yīng)，并用乙酸乙酯、乙醚、二氯甲烷等有機(jī)溶劑進(jìn)行多次萃取洗滌，蒸除溶劑，得到無色透明液體狀氨基酸酯產(chǎn)物。氨基酸與醇用量比(maa(g)/vr4oh(ml))為0.01～20，其中優(yōu)選0.05～0.2。催化劑與氨基酸的摩爾比在0.005～0.26之間，其中優(yōu)選0.01～0.1。

氨基酸酯化的反應(yīng)式如下：

(c)將上述(b)步驟得到的氨基酸酯，與鹵代烷進(jìn)行如下反應(yīng)：

若r1＝r2＝r3相同，則用k2co3或na2co3等無機(jī)縛酸劑,(i)(ii)(iii)三步反應(yīng)合并進(jìn)行，鹵代烷r1x與氨基酸酯原料的摩爾比為3～30，其中優(yōu)選6～12；

若r1＝r2≠r3，則(i)(ii)兩步反應(yīng)合并進(jìn)行，使用k2co3或na2co3等無機(jī)堿作為縛酸劑，鹵代烷r1x與氨基酸酯原料的摩爾比為2～20，其中優(yōu)選4～8。反應(yīng)(iii)不使用縛酸劑，鹵代烷r3x與n，n二烷基氨基酸酯的摩爾比為1～10，其中優(yōu)選2～4；

若r1、r2、r3均不相同，則(i)(ii)兩步反應(yīng)使用k2co3或na2co3等無機(jī)堿作為縛酸劑先后進(jìn)行，(iii)反應(yīng)不適用縛酸劑。各步反應(yīng)中，鹵代烷的用量與氨基酸酯類原料的摩爾比為1～10，其中優(yōu)選2～4。

上述各步反應(yīng)均在乙腈、甲苯或乙酸乙酯等非質(zhì)子型溶劑中進(jìn)行。反應(yīng)溫度控制在0～160℃之間，其中優(yōu)選60～100℃。

(d)以上述(c)合成的季銨類鹵素陰離子離子液體進(jìn)行陰離子交換，生成陰離子非鹵素的季銨類手性離子液體，其中與所含非鹵素或鹵素x^-陰離子的金屬鹽(mx)為陰離子交換劑。x^-為下列陰離子之一：cl^-、br^-、i^-、bf4^-、pf6^-、scn^-、ch3coo^-、ch3(ch2)ncoo^-、cf3^-、cf3coo^-、c3f7coo^-、ch3so4^-、c2h6so4^-、c8h17so4^-、ch3so3^-、cf3so3^-、c4f9so3^-、cf3(cf2)nso3^-、(cf3so2)3c^-、(c2f5so2)2n^-、tf2n^-(cf3so2)2n^-)、ch3ch(oh)coo^-、十二烷基磺酸根、苯磺酸根、對甲苯磺酸根，氯鋁酸根，氯鐵酸根和氯鋅酸根等。

季銨類手性離子液體與陰離子交換劑(mx)進(jìn)行陰離子交換的反應(yīng)如下所示：

具體實施方式：

本發(fā)明以如下實例說明具體實施方式，但并非局限于以下實例，因此不會將本發(fā)明限制于以下實施例中。

實施例1由l-亮氨酸合成[l-leu^tbun444]i季銨手性離子液體

亮氨酸叔丁酯[l-leu^tbu]的合成：以l-亮氨酸為原料，叔丁醇同時作為反應(yīng)溶劑和反應(yīng)劑，以乙酰氯作為催化劑。取30ml干燥的叔丁醇溶液于100ml的三口燒瓶中，經(jīng)冰浴冷卻到0℃，緩緩滴入(7.13ml，0.1008mol)的乙酰氯，同時攪拌，保持反應(yīng)混合物體系的溫度低于5℃。乙酰氯滴加完以后使溫度重新回到0℃，加入l-亮氨酸(6.6g，0.00504mol)在0℃下反應(yīng)2h，然后升溫至25℃繼續(xù)反應(yīng)4天。用tlc監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程，待反應(yīng)基本完成，室溫下緩慢滴入飽和na2co3水溶液，直到溶液中不再產(chǎn)生氣泡為止。然后乙酸乙酯萃取產(chǎn)物并經(jīng)蒸餾水多次洗滌，分出有機(jī)層，用無水硫酸鈣干燥，過濾、并將濾液減壓旋蒸，得到淡黃色低粘度的亮氨酸叔丁酯產(chǎn)物7.70g，產(chǎn)率為81.9％。

由亮氨酸叔丁酯一步合成[l-leu^tbun444]i季銨手性離子液體：將上述合成的亮氨酸酯叔丁酯(2g，0.0107mol)與碘丁烷(14.6ml，0.1283mol)加入到24ml的乙腈中，升溫至80℃冷凝回流反應(yīng)5天后，真空旋蒸除去乙腈溶劑及未反應(yīng)的碘丁烷，殘留物用乙醚洗滌。得黃色粘稠季銨類手性離子液體([l-leu^tbun444]i)2.96g，產(chǎn)率57.2％。

[l-leu^tbu]：¹hnmr(600mhz,dmso-d6)δ3.14(dd,j＝8.4,6.0hz,1h),1.72(m,1h),1.57(s,2h),1.40(s,9h),1.36(m,1h),1.26(m,1h),0.86(dd,j＝19.8,6.7hz,6h).hrmsc10h21no2[m+h]calcd:188.1651,found:188.1653.

[l-leu^tbun444]i：¹hnmr(600mhz,dmso-d6)δ3.99(dd,j＝11.6,3.0hz,1h),3.51–3.37(m,6h),1.91(m,2h),1.80–1.57(m,6h),1.48(s,10h),1.31(m,6h),1.01–0.88(m,15h).¹³cnmr(151mhz,dmso-d6)δ140.88,75.73,65.01,64.93,55.35,35.71,29.71,29.67,28.11,27.61,26.71,24.37,23.43,18.69.hrmsc22h46no2[m]⁺calcd:356.3524,found:356.3736.

[α]d^tc＝+3.253°(t＝25℃,c＝1,meoh)。

實施例2由l-亮氨酸合成[l-leu^tbun441]i季銨手性離子液體

中間產(chǎn)物亮氨酸叔丁酯三級胺[l-leu^tbun44]的合成：將實施例1中合成的[l-leu^tbu]亮氨酸酯叔丁酯(2g，0.0107mol)與碘丁烷(9.75ml，0.0856mol)加入到20ml的乙腈溶劑中，再加入碳酸鉀(5.91g，0.0428)，升溫至80℃冷凝回流反應(yīng)。待亮氨基酸叔丁酯基本反應(yīng)完全生成三級胺產(chǎn)物后，將反應(yīng)冷卻至室溫，過濾除去碳酸鉀，濾液真空旋蒸除去乙腈溶劑及未反應(yīng)的碘丁烷，殘留物用乙醚多次洗滌，得淡黃色液體2.93g，經(jīng)譜圖表征確認(rèn)為亮氨酸酯叔丁酯三級胺產(chǎn)品[l-leu^tbun44]，產(chǎn)率為91.5％。

上述合成的[l-leu^tbun44](2.00g，0.0067mol)與碘甲烷(6.25ml，0.100mol)加入到裝有24ml乙腈的耐壓瓶中(150ml規(guī)格)，油浴升溫至50℃避光反應(yīng)。tlc監(jiān)測三級胺原料，反應(yīng)至12h時反應(yīng)完全。反應(yīng)終止后真空旋蒸除去乙腈溶劑及未反應(yīng)完的碘甲烷，殘留物用乙醚洗滌，得白色粉末固體[l-leutbun441]i季銨類手性離子液體2.91g，產(chǎn)率98.6％。

[l-leu^tbun44]：¹hnmr(600mhz,cdcl3)δ3.27(t,j＝7.4hz,1h),2.61(m,2h),2.42(m,2h),1.69(m,1h),1.52–1.47(m,1h),1.45(s,9h),1.44–1.23(m,9h),0.95–0.85(m,12h).¹³cnmr(151mhz,cdcl3)δ173.23,80.25,61.77,50.95,39.21,31.31,28.34,24.81,22.99,22.39,20.48,14.13.hrmsc18h37no2[m+h]calcd:300.2903,found:300.2905.

[l-leu^tbun441]i：¹hnmr(600mhz,dmso-d6)δ3.69(dd,j＝8.1,3.7hz,1h),3.28–3.16(m,4h),2.99(s,3h),2.01(m,2h),1.93–1.77(m,4h),1.69(s,10h),1.55(m,4h),1.29–1.22(m,12h).¹³cnmr(151mhz,dmso-d6)δ141.04,75.88,64.90,56.44,56.01,44.73,35.41,29.91,28.15,27.12,26.91,26.88,24.68,23.44,23.40,18.92,18.89.hrmsc19h40no2[m]⁺calcd:314.3054,found:314.3058.[α]d^tc＝+7.339°(t＝25℃,c＝1,meoh)。

實施例3由[l-leu^tbun441]i陰離子交換生成[l-leu^tbun441]ntf2季銨手性離子液體

將[l-leu^tbun441]i離子液體(2g，0.0067mol)與雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(1.3g，0.0050mol)加入到裝有40ml的蒸餾水的圓底燒瓶中，水浴保持反應(yīng)溫度為50℃，攪拌24小時，用蒸餾水洗滌反應(yīng)混合物，得無色透明粘稠液體2.63g，產(chǎn)率97.6％。

[l-leu^tbun441]ntf2：¹hnmr(600mhz,dmso)δ4.00(dd,j＝11.8,3.0hz,1h),3.45–3.27(m,4h),3.10(s,3h),1.96–1.79(m,2h),1.75–1.61(m,4h),1.49(s,10h),1.36–1.25(m,4h),1.00–0.91(m,12h).¹³cnmr(151mhz,dmso)δ166.15,122.68,120.55,118.42,116.28,84.77,71.05,60.47,59.90,45.68,34.12,27.22,25.05,23.74,23.47,23.42,20.64,19.15,19.12,13.43,13.40.19fnmr(565mhz,dmso-d6)δ-78.67.hrmsc19h40no2[m]⁺calcd:314.3054,found:314.3029.hrmsc2f6no4s2[m]^－calcd:279.9178,found:279.9375.

[α]d^tc＝+3.134°(t＝25℃,c＝1,meoh).

實施例4由l-亮氨酸合成[l-leu^tbun124]i季銨類手性離子液體

將實施例1中合成的亮氨酸叔丁酯(2g，0.0107mol)與碘丁烷(3.65ml，0.0321mol)加入到24ml的乙腈中，升溫至80℃反應(yīng)14h，粗產(chǎn)物采用層析柱純化，洗脫劑(v石油醚：v乙酸乙酯：v三乙胺＝40:1:0.2)洗脫，得到無色透明液體，產(chǎn)率為70.4％。

以上述合成的亮氨酸叔丁酯二級胺產(chǎn)物(l-leu^tbun4)為原料(2g，0.0082mol)與溴乙烷(1.84ml，0.0246mol)加入到裝有24ml乙腈的耐壓瓶中(150ml規(guī)格)，油浴升溫至42℃避光反應(yīng)。待反應(yīng)完全，旋蒸除去乙腈溶劑以及多余的溴乙烷，殘留物用乙醚萃取洗滌，收集乙醚層，旋蒸除去乙醚得淡黃色三級胺產(chǎn)物1.95g，產(chǎn)率87.6％。

以上述合成的中間產(chǎn)物三級胺為原料(2g，0.0074mol)與碘甲烷(2.27ml，0.0368mol)加入到裝有24ml乙腈的耐壓瓶中(150ml規(guī)格)，油浴升溫至50℃避光反應(yīng)。tlc監(jiān)測三級胺原料，反應(yīng)至12h時反應(yīng)完全。反應(yīng)終止后真空旋蒸除去乙腈溶劑及未反應(yīng)完的碘甲烷，殘留物用乙醚洗滌，得淡黃色固體[l-leu^tbun124]i2.79g，產(chǎn)率91.2％。

[l-leu^tbun4]：¹hnmr(600mhz,cdcl3)δ3.27(t,j＝7.3hz,1h),2.61(m,2h),2.42(s,1h),1.69(m,2h),1.45(s,9h),1.44–1.23(m,5h),0.95–0.85(m,9h).hrmsc14h29no2[m+h]calcd:244.2277,found:244.2276.

[l-leu^tbun24]：¹hnmr(600mhz,cdcl3)δ3.26(t,j＝7.4hz,1h),2.60-2.53(m,4h),1.71(m,2h),1.45(s,9h),1.44–1.23(m,5h),1.02(t,j＝7.4hz,3h),0.95–0.85(m,9h).hrmsc16h33no2[m+h]calcd:272.2590,found:272.2591.

[l-leu^tbun124]i：¹hnmr(600mhz,dmso-d6)δ3.97(d,j＝11.7hz,1h),3.31(s,3h),3.28–3.16(m,4h),2.01(m,2h),1.93–1.77(m,3h),1.69(s,9h),1.55–1.46(m,5h),1.29–1.22(m,9h).¹³cnmr(151mhz,dmso-d6)δ141.04,75.88,64.90,56.44,56.01,44.73,35.41,29.91,28.15,27.12,26.91,26.88,23.40,18.92,18.89.hrmsc17h36no2[m]⁺calcd:286.2746,found:286.2748.[α]d^tc＝+8.217°(t＝25℃,c＝1,meoh)。