基于四氢噻唑-2-硫酮-4-羧酸的新型手性有机小分子和离子液体催化剂的合成及应用研究

寻找环境友好、高效的手性有机小分子和离子液体催化剂以实现不对称合成反应的绿色化，是目前绿色化学研究的热点领域。目前手性有机小分子主要局限于脯氨酸及其衍生物、手性磷酸、手性(硫)脲和金鸡纳碱衍生物等类型，手性离子液体尤其是阳离子的种类也有待丰富，因此限制了它们的催化应用研究领域。本项目拟以（R）-四氢噻唑-2-硫酮-4-羧酸为原料，设计合成新型手性有机小分子和离子液体催化剂，用IR、NMR、MS、元素分析、单晶等表征结构，并应用于不对称有机合成反应，筛选出催化性能优异、可循环使用的新型手性有机小分子和离子液体催化剂，揭示结构与催化性能的关系，为寻找绿色、高效的不对称合成方法开辟新的途径。因此，本项目不仅对于丰富手性有机小分子和离子液体催化剂的种类、研究它们在不对称催化应用中的潜力具有重要的理论科学意义，而且对于当前国民经济建设中有重大影响而又急待解决的环境保护问题具有重要的实际意义。

本项目合成并确证了几类有机小分子和离子液体，研究了离子液体的物理性质。考察了有机小分子和离子液体催化有机反应的效果。主要工作有：1、在室温下，将(R)-四氢噻唑-2-硫酮-4-甲酸与氢氧化N-烷基吡啶或氢氧化1,3-二烷基苯并咪唑反应，合成了一系列新型手性离子液体，其结构经核磁共振波谱（1H NMR，13C NMR），红外光谱（IR）和电喷雾质谱法（ESI-MS）表征，测定了其旋光度和pH值，并对其溶解性、电导率及热稳定性进行了研究。合成的手性离子液体均为弱酸性，室温下可溶解于极性较强的有机溶剂。当其水溶液浓度为 1×10 -3 mol / L 时，电导率随着温度的升高而增大。在 150 和 250 ℃有 2 个失重阶段，可能是阴、阳离子分别失重的过程，热稳定性较好。2、研究了手性离子液体(R)-4-苯基-3-丙基磺酸基四氢噻唑-2-硫酮硫酸氢盐催化Biginelli反应的效果。以苯甲醛、乙酰乙酸乙酯、脲的反应为模型，考察了溶剂、反应温度、反应时间、催化剂用量等对产物产率的影响，发现最佳反应条件为：无溶剂条件，反应温度70 oC，反应时间0.5 h，催化剂用量10 mol%。反应普适性的结果显示无论芳香醛上连接供电子基还是吸电子基，反应都能顺利进行，产物产率为69-99%。催化剂离子液体循环使用6次，产率分别为92%，91%，92%，91%，90%，89%。3、有机小分子(R)-TTCA催化Biginelli反应的研究。最佳反应条件是：以乙醇为溶剂，(R)-TTCA、芳香醛、二羰基化合物和脲以0.2:1:1:1.5的摩尔比回流反应12小时，一系列Biginelli产物产率为63-89%。4、有机小分子(R)-TTCA催化醛、芳胺和亚磷酸三甲酯三组分反应合成α-膦酸脂的研究。最佳反应条件是：催化剂的用量为20 mol%，室温下反应8小时。无论芳香环上连有供电子基还是吸电子基反应均可顺利进行，产率为70%-89%。(R)-TTCA循环使用5次，产率为88%，87%，86%，83%，82%，催化循环使用性较好。5、离子液体1,3-二丁基苯并三氮唑溴盐离子液体成功地促进了5-芳氧基(或芳硫基)-4-吡唑甲醛经过分子内氧化脱氢偶联合成了吡唑并色酮类化合物，产率为44-78%。该离子液体循环使用5次催化活性没有明显降低。