离子液体在有机合成中的应用研究进展

2021-09-07白亚龙李恩民黑延琳陈龙陈均尉章潮军

安徽化工 2021年5期

白亚龙,李恩民，黑延琳,陈龙，陈均尉,章潮军

（1.浙江医药股份有限公司昌海生物分公司，浙江绍兴312000；2.浙江昌海制药有限公司，浙江绍兴312000）

室温离子液体是指室温下呈液态，由阴阳离子组成的物质。它一般含有N、P等有机阳离子以及一些无机阴离子。离子液体的物理化学性质很特别，如不挥发性、溶解度和导电性比较好等，此外还具有以下优点：化学性质比较稳定，蒸汽压可以忽略不计，酸性可调以及回收循环使用等，其应用领域非常广泛。功能化的酸性离子液体兼有离子液体和固体酸的优点，如不挥发、酸可调、流动性好、环境友好、酸强度分布均匀、易回收等，其有很大的可能性替代工业酸催化材料，是一种绿色溶剂，也是一种绿色催化剂，且具有强大的应用潜力。

本文对离子液体在有机合成中的使用做了归纳总结，主要包括Friedel-Crafts烷基化和酰基化、缩合反应、偶联反应、醚化反应、加成反应等。

1 在Friedel-Crafts反应中的应用

1.1 Friedel-Crafts烷基化反应

Deng等报道了催化剂为烷基咪唑氯铝酸的离子液体，反应物配比为n∶n=14∶1。跟氯化铝传统Lewis酸催化工艺相比，离子液体催化剂的活性更高，选择性更好。Hongyan等研究了催化剂为SOH的功能化离子液体，烷基化反应物为苯酚、叔丁醇，其中苯酚的转化率达80.4%，而2，4-二叔丁基苯酚的选择性可达到60.20 %。

李宁等报道了对[EtNH]Cl-2.0AlCl和[PyH]Cl-2.0AlCl两种离子液体进行改性，并对其催化甲苯与氯代叔丁烷的烷基化反应进行了研究。结果表明，经FeCl、CuCl和CHNO改性的[EtNH]Cl-2.0AlCl对位叔丁基甲苯选择性显著提高，而[PyH]Cl-2.0AlCl经CuCl改性后则对位选择性提高到85%以上。

1.2 Friedel-Crafts酰基化反应

芳酮作为药物、香料及精细化工的中间体，主要是通过芳烃与酰化试剂发生Friedel—Crafts酰基化反应得到。蒋云霞等报道了在离子液体[bmim]Cl/AlCl中，5-氰基吲哚和4-氯丁酰氯之间的傅克酰化反应，相比较于传统有机试剂，产物收率及副产物等方面都有了很大改善。付万里等报道了四氟硼酸丁基吡啶离子液体中，HPWO催化的萘甲醚的乙酰化，萘甲醚的转化率为57%，1位选择性高达99%。

陈少奇等报道了吡啶与1，4-丁基磺内酯反应成盐，再与对甲苯磺酸反应制备得吡啶-磺酸功能化离子液体[PY-BS][TsO]，并作为催化剂促进萘甲醚的乙酰化，通过条件筛选，最后转化率为90.7%，而萘环上选择性1号位酰化的选择性达到99.1%。

2 在醚化反应中的应用

酸催化反应的一种典型代表是醚化反应，反应的关键在于催化剂的优劣，酸催化剂的性能会直接影响醚化反应效果。传统使用的催化剂是硫酸、分子筛、苯磺酸、负载型杂多酸催化剂等，但是它们存在热稳定性差、腐蚀设备、磺酸组分易流失、污染环境失活后不易再生以及产品不易分离等缺点。

李佳等制备了一系列负载酸性离子液体，并筛选出具有高活性的离子液体，然后作为催化剂用于异戊烯醚化反应。通过实验室小试，当反应温度为75℃，反应时间为4 h，催化剂（用量为1 mol%）∶反应物（甲醇和异戊烯）=1∶1时，异戊烯的转化率能够达到50%；而当催化剂用量为4 mol%时，催化剂能够重复使用10次以上，并且催化活性良好。

3 在缩合反应中的应用

3.1 Knoevenagel缩合

一般情况下，Knoevenagel缩合反应传统的催化剂一般为有机碱及其盐，然而这些催化反应的缺点也很明显：反应的时间比较长和产率较低。现今，大量的ILs作为催化剂或助催化剂被应用到Knoevenagel缩合反应中。郑纪芳等报道了以1-乙酰氧基-4-甲氧基-9，10-蒽醌和β-酮酸酯（丙二酸二乙酯、乙酰乙酸乙酯和苯甲酰乙酸乙酯）为主要原料，碳酸钾为碱，经离子液体促进的Knoevenagel缩环反应合成了萘并[1，2，3-de]苯并吡喃-2，7-二酮类化合物。

吕兰兰等报道了以离子液体为溶剂，2-（2-苯并咪唑）乙腈与醛为原料，合成（E）-2-（2-苯并咪唑）-3-芳基丙烯腈衍生物，该法具有反应条件温和，收率高等特点。

其他，如Ouyang等，合成的催化剂为四丁基氨基酸鏻盐[P-4444][AA]，然后在无溶剂条件下，促进活泼的亚甲基化合物和芳香醛的Knoevenagel缩合反应，结果显示，其收率可以达到85%～93%，且与一般的Knoevenagel缩合反应相比，具有不需要溶剂，且时间短、温度低、催化剂用量少等优点，其中离子液体可重复使用6次以上。Khodaei等在开展Knoevenagel反应研究时，使用的催化剂为Brønsted酸性离子液体（EDAHS），溶剂为SDS的水溶液，芳香醛和丙二腈（或巴比妥酸和1，3-二甲基巴比妥酸）进行反应，收率达到80%～96%。泮丽亚等研究合成了一种新型离子液体[TEOA][CFCOO]，其作为催化剂用于Knoevenagel缩合反应中，可使反应在室温下进行，反应时间缩短，且收率高，产品容易分离，催化剂亦可以重复多次使用。

3.2 Aldol缩合

不对称Aldol反应是形成碳-碳键的重要方法。刘蝶丽等报道了水相中，将L-脯氨酸阴离子负载在基于Merrifield树脂的季铵根阳离子上，得到了功能性高分子离子液体，并把该催化体系用于醛、酮的不对称Aldol反应。结果表明，该催化体系在微量水中有很好的催化活性和立体选择性，相应的Aldol反应产物获得了6∶94的dr值以及高达98%的ee值，且该催化体系有较好的重复使用性能。

Ying等以廉价的2-氨基乙醇作为合成的原材料，合成了一系列酸性离子液体[SFHEA][X]，并用它们作为醛和硝基烷烃的Nitro Aldol缩合反应的催化剂。在该离子液体的催化下，可以得到反式产物，催化反应不需要溶剂，收率可以达到91%。在反应结束后，用乙酸乙酯萃取，紧接着真空蒸馏，然后对粗产物进行重结晶，最后可以得到高纯度产物。至于萃取后含离子液体的水相，让其在温度为60℃的真空下进行蒸馏除水，合成的离子液体至少能够反复使用6次，并且能够让收率大致相同无变化。

杨秋生等研究合成了一系列咪唑类酸性离子液体，然后用其作为催化剂，用于羟醛缩合的反应中。实验结果表明：-SOH功能化ILs的酸性强，催化效果好，明显优于羧酸功能化离子液体；酸强度越强，羟醛缩合反应中的正戊醛转化率越高；他们合成的系列离子液体中，效果最优秀的是[HSO-bmim]p-TSA。当反应温度为120℃，反应时间为6 h，离子液体的质量分数为8%时，正戊醛的自缩合反应最好。此时，正戊醛的转化率接近90%，收率达到80.8%，选择性达到91.2%。催化剂能够重复使用6次以上，性能保持良好。

4 在酯化反应中的应用

酯化反应的应用范围比较广，而离子液体作为高效催化剂，其在酯化反应中的应用也越来越多。Hai-Hong Wu等用[HMIM][BF]酸性离子液体作为催化剂，用于酸和醇的酯化反应中，最后得到了较好的转化率和接近100%的选择性，并且实验过程中不使用有机溶剂，ILs进行去水之后，可以循环多次使用。

而Trissa等和JianzhouGui等，用的催化剂为[BMIM]BF，[BMIM]PTSA酸性ILs和SOH酸性ILs，作用于酸和醇的酯化反应，转化率和选择性都比较高。其中效果最好的ILs，甚至可以反复使用5次，虽然它的转化率略微下降，但选择性依然保持在100%左右。Gu等的催化剂为SOH功能化ILs，反应物为脂肪酸与链烯烃，进行酯化反应亦得到了较高的转化率和非常好的选择性，离子液体亦能循环多次使用，且效果相当。

5 偶联反应

5.1 Heck反应

Heck反应是指卤代烃与活化不饱和烃在钯催化下的偶联反应。孙莉等报道制备了六个新型的酰胺基功能化离子液体，2-溴-6-甲氧基萘与烯丙醇经Heck反应制得了2-取代芳烃烯丙醇化合物，收率85%～89%，立体选择性均大于99%。

5.2 Suzuki反应

李鹏宇报道了4-羟基苯乙酮和1，2-二氯乙烷反应得到4-氯乙氧基苯乙酮，再和N-甲基咪唑反应得到甲基（乙氧基苯乙酮）咪唑盐酸盐，再苯乙酮肟化，经氟硼酸根与氯离子交换和钯络合反应得到咪唑型离子液体基苯乙酮肟环钯催化剂-Pd[2Oxime-mim]BF。该离子液体可促进对溴苯乙酮与苯硼酸Suzuki偶合反应，45 min即可达到98.94%的收率，且对反应底物的适应性较强，含有供电子基团底物的反应收率也在92%以上。催化剂重复使用4次时仍有较高的催化活性。胡童杰课题组以四甲基胍和乙烯基苄氯为原料，设计制备了多孔性离子液体聚合材料PICP，并将钯盐负载在材料上，此种催化剂对于芳基溴化物与苯硼酸的Suzuki偶联反应表现出了较高的反应活性和选择性。

6 加成反应

Baylis-Hillman反应可以用来形成C-C键，是一个经典的原子经济反应。在传统的B-H反应中，溶剂一般为乙腈，但随着反应进一步深入研究探讨，人们发现将离子液体作为反应溶剂，然后用于B-H反应中，会加快反应速度，并提高反应产率。Lenardao等用含硒酸性离子液体作为催化剂，用被[pbeSe]-BF催化的醛和缺电子的烯烃进行反应。实验显示，用ILs能够在室温下有效进行实验，并且拥有较高的收率，亦能利于减少反应所需的时间。

汪晨光等报道了以三乙烯二胺（DANCO）、溴代烷烃、四氟硼酸钠为原料合成了DABCO类离子液体，并将其用于催化芳香醛和丙烯酸酯类的Baylis-Hillman反应，结果表明，收率良好，且可回收循环使用。