《Journal of Ionic Liquids》：Reusable Deep Eutectic Solvents for Efficient Metal-Free Synthesis of Soluble Phthalocyanines
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在本研究中，研究人员报告了一种使用深共熔溶剂（DESs）合成可溶无金属酞菁（tBu4PcH2）的高效且可持续的方法。研究人员系统评估了一系列由不同氢键受体（HBAs）和氢键供体（HBDs）组合制备的DESs作为反应介质。在所研究的DESs中，甘氨酸: 山梨醇（
在本研究中，研究人员报告了一种使用深共熔溶剂（DESs）合成可溶无金属酞菁（tBu4PcH2）的高效且可持续的方法。研究人员系统评估了一系列由不同氢键受体（HBAs）和氢键供体（HBDs）组合制备的DESs作为反应介质。在所研究的DESs中，甘氨酸: 山梨醇（Gly:sor, 1:3）和四乙基溴化铵: 山梨醇（[N2224][Br]:sor, 1:2）被确定为最有效的体系，分别以68%和62%的高产率获得了tBu4PcH2，明显优于如[C2-OHm2im][Br]（38%）等传统离子液体介质。值得注意的是，[N2224][Br]:sor体系表现出极佳的可复用性，在至少连续三个循环中保持了其催化活性和产率。这种增强的可回收性，结合避免了严重起泡的简单回收程序，提供了优于传统介质的明显优势，证明了目前的DES结构在实际和可持续操作中的潜力。
酞菁（Pcs）由于具有独特的电子、光学和化学性质，在有机光伏、化学传感器和光动力疗法等领域有着广泛的应用。特别是可溶性酞菁，因其增强了在常见有机溶剂中的溶解度，从而促进了分子功能化和溶液加工。然而，合成在酞菁环外围带有大空间位阻基团（如长链烷基、烷氧基或大体积叔丁基）的可溶性衍生物通常很困难，因为相应前体的反应性降低。此外，能够溶解这些化合物的有机溶剂主要局限于高沸点介质。常用的传统合成路线是在高沸点醇类中使用1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯（DBU）作为碱催化剂，进行取代邻苯二甲腈的环四聚反应。但该方法产率通常有限，且挥发性有机溶剂的使用引发了环境问题。离子液体（ILs）虽可作为高效可复用介质，但其相对较高的成本以及合成和纯化的复杂性限制了其实际应用。为了克服这些限制，深共熔溶剂（DESs）成为有吸引力的替代品，它们可以由廉价的HBA和HBD制备，且表现出与ILs相似的理化性质。尽管已有研究报道了DESs在金属酞菁合成中的应用，但这些系统严重依赖“金属模板效应”来驱动环化。因此，在缺乏这种结构模板支持且反应性较低的情况下，DESs中可溶无金属酞菁的合成仍有待探索。鉴于此，本研究在《Journal of Ionic Liquids》上发表，旨在开发包含多元醇组分的DES系统，利用其提供多个羟基位点以有效生成醇盐的特性，促进DBU催化下的4-叔丁基邻苯二甲腈的环四聚反应，并着重寻找兼具高合成效率和优异可回收性的DES介质。这对于实现可溶四叔丁基酞菁（tBu4PcH2）的绿色、高效及可持续合成具有重要意义。
研究人员主要采用了以下关键技术方法开展研究：通过加热法制备由特定摩尔比例的HBA和HBD组成的DESs，并利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和核磁共振（NMR）对其氢键网络和结构进行确认；以4-叔丁基邻苯二甲腈为原料，在DBU催化下于不同DES介质中进行tBu4PcH2的合成反应；通过薄层色谱（TLC）监测反应进程，并利用硅胶柱色谱法对产物进行分离纯化；最后针对表现优异的DES系统开展多次循环回收实验，以评估其可复用性和操作稳定性。
3.1. 设计与制备DESs
基于DBU夺取羟基质子生成具有催化活性的醇盐的原理，研究人员设计并制备了包含羟基官能化组分的DESs。研究人员评估了以氯化胆碱（[Ch][Cl]）或丝氨酸（[Ch][Cl]含羟基）为HBA的体系，同时引入无羟基的甜菜碱、甘氨酸（Gly）、赖氨酸（Lys）及季铵盐卤化物（[N2224][X]和[N4444][X]）作为对比。作为HBD，选择了非羟基的苯甲酸和苯甲酰胺，以及能够提供多个位点的多元醇类甘油和D-山梨醇。通过FT-IR证实了DESs的形成，红外光谱中O-H伸缩振动带向高波数的偏移表明了阴离子与山梨醇羟基间氢键环境的变化。
3.2. 在[Ch][Cl]基DESs中合成tBu4PcH2
通过研究发现，使用D-山梨醇作为HBD的DESs获得了较高的tBu4PcH2产率（40–41%）。相比之下，由于苯甲酰胺缺乏羟基导致醇盐生成效率低下，其产率仅为4.8–15%。而在[Ch][Cl]:苯甲酸体系中由于酸性抑制作用未检测到产物。结果表明，系统中羟基的比例对反应效率有显著影响，且[Ch][Cl]:D-山梨醇体系的催化性能可媲美甚至优于传统的离子液体介质。
3.3. 在两性离子基DESs中合成tBu4PcH2
以两性离子作为HBA的研究表明，此类DESs的产率普遍高于[Ch][Cl]基DESs。其中，Gly:D-山梨醇体系获得了该系列中最高的产率（60–68%）。结果说明，仅凭氨基酸的酸碱特性并非主导反应结果的关键因素，两性离子DESs的高质子穿梭能力可能促进了去质子化过程，从而增强了环四聚反应效率。
3.4. 在四烷基卤化铵基DESs中合成tBu4PcH2
在季铵盐卤化物HBA体系中，[N2224][Br]:D-山梨醇(1:2)和[N4444][Br]:D-山梨醇(1:2)分别取得了62%和56%的高产率。研究表明，与氯化物体系相比，溴化物体系表现出更优的性能，这归因于溴阴离子更高的亲核性有助于促进对邻苯二甲腈中氰基碳的亲核攻击。此外，对照实验证明DES的形成不仅提高了反应效率，还提供了便于产物分离的实用反应介质。
3.5. DESs的可复用性
针对产率最高的Gly:D-山梨醇体系进行的回收实验显示，其在三次循环后产率基本保持不变，但在水相浓缩时存在严重起泡问题。为解决此问题，研究人员改用[N2224][Br]:D-山梨醇体系。该体系不仅维持了连续三次反应循环的高产率，且有效避免了起泡现象。NMR分析结果证明回收后的DES没有发生分解，展现出相较于传统尿素基DESs更为优异的操作稳定性。
总而言之，研究人员成功开发了一种使用定制化DESs合成可溶无金属酞菁的可持续方法。在所有测试的体系中，以Gly:sor(1:3)表现最佳，产率高达68%，显著超越了传统的离子液体介质。反应效率的高度依赖于卤阴离子的亲核性及组件的质子转移能力，特别是高亲核性的溴阴离子和具有出色质子穿梭能力的两性离子组分显著促进了环化过程。此外，[N2224][Br]:sor(1:2)体系展现出极佳的可复用性，在连续三次循环中产率无明显下降，并有效克服了回收过程中的起泡难题。部分DES在室温下凝固的物理特性也为产物分离和溶剂回收提供了便利。该研究确立的DES系统具有实际、稳健且可持续的优势，为功能性大环化合物的生产提供了理想的平台。
