CN102010282B - 一种在水相中催化制备二芳基二硫化合物和二芳基二硒化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明报道了一种在水相中催化制备二芳基二硫化合物和二芳基二硒化合物的方法，利用水溶性催化剂，在纯水相中高效催化硫粉或硒粉与卤代芳烃的反应，发明了一种环境友好，操作简便，安全便宜，高效的制备含有二硫键和二硒键芳烃类化合物的方法。与现有技术相比，此方法不但能够适用大量的官能团，产率高，副产物少，而且操作简单，安全，成本低廉，环保。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种在水相中采用硫粉和硒粉分别作为硫化剂和硒化剂与卤代芳烃催化制备二芳基二硫化合物和二芳基二硒化合物的方法。
二、背景技术
二芳基二硫化合物和二芳基二硒化合物不仅有很重要的工业应用价值，如广泛应用于不饱和聚酯的自由基聚合引发剂和聚合调节剂及其他自由基生成体的生产，而且还是重要的有机合成中间体，应用于药物的合成和生产。二硫化合物和二硒化合物的合成方法一直是研究的热点(参见：(a)CN200480037765；(b)CN99102761.2；(c)M.Lácová，R.
P.
A.Bohác，H.M.El-Shaaer，Tetrahedron 2010，66，1410.)。目前工业上传统合成二硫化合物的方法有：(1)以苯硫酚为原料，在三氯化铁、氯化铜催化作用下，通过空气氧化制得；或在紫外线照射下及其他自由基引发下制得；(2)以苯硫酚为原料，在有机溶剂中，用磺酰氯或氯进行氯化，生成氯硫苯，再与苯硫酚反应制得；(3)以苯硫酚为原料，与二甲基氯胺反应，生成苯硫基二甲基胺，进一步与苯硫酚反应制得；而二硒化合物的生产至今尚未工业化。以上方法均不同程度使用了有机溶剂，制备过程比较繁琐，成本相对较高，常常因为副反应的发生导致反应收率降低。
在纯水相体系中通过催化卤代芳烃制备二硫和二硒化合物的方法至今鲜有报道。水在地球上分布广泛，相对有机溶剂来说，廉价易得，水相反应产物单纯、产率高、选择性好、易分离纯化、污染少且无毒，符合绿色化学和可持续发展的观念，操作简单、安全，没有有机溶剂的易燃易爆等问题，在有机合成方面，可以省略诸如官能团的保护和去保护等合成步骤(参见：(a)U.M.Lindstrom，Chem.Rev.2002，102，2751；(b)S.Kobayahi，K，Manabe，Acc.Chem.Res.2002，35，209；(c)M.Poliakoff，J.M.Fitzpatrick，T.R.Farren，P.T.Anastas，Science 2002，297，807；(d)C.-J.Li，Chem.Rev.2005，105，3095；(i)S.Minakata，M.Komatsu，Chem.Rev.2009，109，711.)。
本发明的目的是提供一种采用硫粉和硒粉分别作为硫化剂和硒化剂与卤代芳烃在水相中反应制备二芳基二硫化合物和二芳基二硒化合物的方法。与现有技术中所述方法相比，此体系不但能够适用大量的官能团，产率高，副产物少，而且操作简单，安全，成本低廉，环保。
三、发明内容
发明的技术方案如下：
所述目的是反应底物卤代芳烃和硫粉或硒粉在催化剂的作用下偶联反应而成，反应式如下：
所述目的的催化剂是一种水溶性过渡金属配合物(B)。
其中M可为铁、钴、镍、锰、铜、铂、钯等过渡金属，优选钯、铜、铁，更优选为铜。
根据本发明，底物(I)为卤代芳烃，可在此水相反应体系中合成二硫和二硒化合物(II)。
其中X为F、Cl、Br、I；R为卤素原子、羟基、C1-7低级烷基、苯基、芳烷基、C1-4低级烷氧基、无取代或也可以有取代的苯氧基、无取代或也可以有取代的芳烷氧基、吡啶基、苯氧甲基、乙酰基、硝基、氰基；R取代基优选位于邻位，间位和对位，更优选于对位。
所得产物(II)，其中Y为硫，硒；R为卤素原子、羟基、C1-7低级烷基、苯基、芳烷基、C1-4低级烷氧基、无取代或也可以有取代的苯氧基、无取代或也可以有取代的芳烷氧基、吡啶基、苯氧甲基、乙酰基、硝基、氰基。
所使用的硫化剂和硒化剂分别为商业易得硫粉和硒粉。硫化剂和硒化剂相对于1摩尔反应底物(卤代芳烃)的比例优选为1至50摩尔，更优选为1至30摩尔。
反应体系在无机碱或有机碱存在下实施。无机碱可为氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钠、碳酸铯、氟化钾、碳酸钾、碳酸钠、磷酸钾、碳酸氢钠、磷酸氢二钾、碳酸氢钾、乙酸钠、乙酸钾、丁酸钠、甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、叔丁醇钾、叔戊酸钠，有机碱可为三乙胺、三丙胺、三丁胺、二异丙基乙胺。优选使用氢氧化钠、碳酸铯、碳酸钠、氢氧化钾、磷酸钾。
基于1摩尔卤代芳烃(I)为标准，所述碱的用量为0.5至8摩尔，优选为0.5至6摩尔，更优选为0.5至5摩尔。
在本发明的优选方案中，基于1摩尔卤代芳烃(I)为标准，催化剂的使用量为0.01至0.5摩尔，优选0.02至0.4摩尔，更优选为0.05至0.3摩尔。
在本发明的优选方案中，催化剂中金属(M)可为铁、钴、镍、锰、铜、铂、钯等过渡金属，优选钯、铜、铁，更优选为铜。
在本发明的优选方案中，催化剂中配体优选联吡啶，菲啰啉等，更优选为菲啰啉。
在本发明的优选方案中，基于1摩尔卤代芳烃(I)为标准，相转移催化剂四丁基氟化铵的用量为0至1摩尔，更优选为0.1至0.5摩尔。
作为溶剂的水的用量可在宽的范围内变化。反应底物(卤代芳烃)的浓度优选为0.1至0.9mol/L，更优选为0.3至0.4mol/L。
反应温度为20至160℃，优选50至150℃，且更优选60至130℃的条件下实施。
反应时间为1-48小时，优选12-48小时。
四、具体实施方式
实施例1：碘苯制备二苯基二硫化物：在反应容器中加入碘苯1mmol，铜配合物0.05mmol，氢氧化钠1mmol，硫粉3.0mmol，四丁基氟化铵0.1mmol，水2mL。在100℃油浴中反应30小时，冷却至室温。用乙酸乙酯萃取出产物，减压浓缩，产品经过柱层析纯化，得到淡黄色油状产品，产率95％。
实施例2：对甲基碘苯制备对甲基苯基苯二硫化物：在反应容器中加入碘苯0.5mmol，对甲基碘苯0.5mmol，铜配合物0.05mmol，氢氧化钠1mmol，硫粉3.0mmol，四丁基氟化铵0.1mmol，水2mL。在100℃油浴中反应30小时，冷却至室温。用乙酸乙酯萃取出产物，减压浓缩，产品经过柱层析纯化，得淡黄色液体，产率93％。
实施例3：对甲氧基碘苯制备对甲氧基苯基苯二硫化物：制备方法同实施例2，加入碘苯0.5mmol，对甲氧基碘苯0.5mmol，得无色液体，产率93％。
实施例4：对硝基碘苯制备对硝基苯基苯二硫化物：制备方法同实施例2，加入碘苯0.5mmol，对硝基碘苯0.5mmol，得黄色固体，产率91％。
实施例5：对溴碘苯制备对溴苯基苯二硫化物：制备方法同实施例2，加入碘苯0.5mmol，对溴碘苯0.5mmol，得到无色液体，产率83％。
实施例6：邻溴碘苯制备邻溴苯基苯二硫化物：制备方法同实施例2，加入碘苯0.5mmol，邻溴碘苯0.5mmol，得到无色液体，产率95％。
实施例7：萘苯基碘苯制备萘苯苯二硫化物：制备方法同实施例2，加入碘苯0.5mmol，萘苯基碘苯0.5mmol，得到无色固体，产率90％。
实施例8：碘乙烷制备苯乙二硫化物：制备方法同实施例2，加入碘苯0.5mmol，碘乙烷0.5mmol，得到无色液体，产率89％。
实施例9：碘丁烷制备苯丁二硫化物：制备方法同实施例2，加入碘苯0.5mmol，碘丁烷0.5mmol，得到无色液体，产率89％。
实施例10：碘己烷制备苯己二硫化物：制备方法同实施例2，加入碘苯0.5mmol，碘己烷0.5mmol，铜配合物0.05mmol，得到无色液体，产率89％。
实施例11：溴苯制备二苯基二硫化物：在反应容器中加入溴苯1mmol，铜配合物0.05mmol，氢氧化钠1mmol，硫粉3.0mmol，四丁基氟化铵0.1mmol，水2mL。在100℃油浴中反应30小时，冷却至室温。用乙酸乙酯萃取出产物，减压浓缩，产品经过柱层析纯化，得到淡黄色油状物，产率95％。
实施例12：对甲基溴苯制备对甲基苯基苯二硫化物：在反应容器中加入溴苯0.5mmol，对甲基溴苯0.5mmol，铜配合物0.05mmol，氢氧化钠1mmol，硫粉0.5mmol，四丁基氟化铵0.1mmol，水2mL。在100℃油浴中反应30小时，冷却至室温。用乙酸乙酯萃取出产物，减压浓缩，产品经过柱层析纯化，得淡黄色液体，产率93％。
实施例13：对甲氧基溴苯制备对甲氧基苯基苯二硫化物：制备方法同实施例12，加入溴苯0.5mmol，对甲氧基溴苯0.5mmol，得无色液体，产率93％。
实施例14：对硝基溴苯制备对硝基苯基苯二硫化物：制备方法同实施例12，加入溴苯0.5mmol，对硝基溴苯0.5mmol，得黄色固体，产率91％。
实施例15：萘苯基溴苯制备萘苯基苯二硫化物：制备方法同实施例12，加入溴苯0.5mmol，萘苯基溴苯0.5mmol，得到无色固体，产率90％。
实施例16：溴乙烷制备苯乙二硫化物：制备方法同实施例12，加入溴苯0.5mmol，溴乙烷0.5mmol，得到无色液体，产率89％。
实施例17：溴丁烷制备苯丁二硫化物：制备方法同实施例12，加入溴苯0.5mmol，溴丁烷0.5mmol，得到无色液体，产率89％。
实施例18：溴己烷制备苯己二硫化物：制备方法同实施例12，加入溴苯0.5mmol，溴己烷0.5mmol，金属配合物0.05mmol，得到无色液体，产率89％。
实施例19：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是加入氢氧化钠1mmol，产率85％。
实施例20：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是加入氢氧化钠5mmol，产率90％。
实施例21：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是加入氢氧化钾5mmol，产率95％。
实施例22：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是加入碳酸钠5mmol，产率75％。
实施例23：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是加入氯化铜联吡啶催化剂0.05mmol，产率70％。
实施例24：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是加入氯化铜联吡啶催化剂0.5mmol，产率91％。
实施例25：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是加入氯化亚铁菲啰啉催化剂0.5mmol，产率81％。
实施例26：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是加入氯化钯菲啰啉铜催化剂0.5mmol，产率86％。
实施例27：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，加入碘苯1mmol，只是没有加入相转移催化剂四丁基氟化铵，产率23％。
实施例28：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是加水4mL，产率57％。
实施例29：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是在50℃条件下反应48小时，产率38％。
实施例30：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是在90℃条件下反应48小时，产率78％。
实施例31：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是在100℃条件下反应12小时，产率43％。
实施例32：二苯基二硫化物的制备：制备方法同实施例1，只是在100℃条件下反应36小时，产率67％。
实施例33：碘苯制备二苯基二硒化物：在反应容器中加入碘苯1mmol，铜配合物0.05mmol，氢氧化钠1mmol，硒粉3.0mmol，四丁基氟化铵0.1mmol，水2mL。在130℃油浴中反应24小时，冷却至室温。用乙酸乙酯萃取出产物，减压浓缩，产品经过柱层析纯化，得到淡黄色油状产品，产率95％。
实施例34：对甲基碘苯制备对甲基苯基苯二硒化物：在反应容器中加入碘苯0.5mmol，对甲基碘苯0.5mmol，铜配合物0.05mmol，氢氧化钠1mmol，硒粉3.0mmol，四丁基氟化铵0.1mmol，水2mL。在130℃油浴中反应24小时，冷却至室温。用乙酸乙酯萃取出产物，减压浓缩，产品经过柱层析纯化，得淡黄色液体，产率93％。
实施例35：对甲氧基碘苯制备对甲氧基苯基苯二硒化物：制备方法同实施例34，加入碘苯0.5mmol，对甲氧基碘苯0.5mmol，得无色液体，产率93％。
实施例36：对硝基碘苯制备对硝基苯基苯二硒化物：制备方法同实施例34，加入碘苯0.5mmol，对硝基碘苯0.5mmol，得黄色固体，产率91％。
实施例37：对溴碘苯制备对溴苯基苯二硒化物：制备方法同实施例34，加入碘苯0.5mmol，对溴碘苯0.5mmol，得到无色液体，产率83％。
实施例38：邻溴碘苯制备邻溴苯基苯二硒化物：制备方法同实施例34，加入碘苯0.5mmol，邻溴碘苯0.5mmol，得到无色液体，产率95％。
实施例39：萘苯基碘苯制备萘苯苯二硒化物：制备方法同实施例34，加入碘苯0.5mmol，萘苯基碘苯0.5mmol，得到无色固体，产率90％。
实施例40：碘乙烷制备苯乙二硒化物：制备方法同实施例34，加入碘苯0.5mmol，碘乙烷0.5mmol，得到无色液体，产率89％。
实施例41：碘丁烷制备苯丁二硒化物：制备方法同实施例34，加入碘苯0.5mmol，碘丁烷0.5mmol，得到无色液体，产率89％。
实施例42：碘己烷制备苯己二硒化物：制备方法同实施例34，加入碘苯0.5mmol，碘己烷0.5mmol，铜配合物0.05mmol，得到无色液体，产率89％。
实施例43：溴苯制备二苯基二硒化物：在反应容器中加入溴苯1mmol，铜配合物0.05mmol，氢氧化钠1mmol，硒粉3.0mmol，四丁基氟化铵0.1mmol，水2mL。在130℃油浴中反应24小时，冷却至室温。用乙酸乙酯萃取出产物，减压浓缩，产品经过柱层析纯化，得到淡黄色油状物，产率95％。
实施例44：对甲基溴苯制备对甲基苯基苯二硒化物：在反应容器中加入溴苯0.5mmol，对甲基溴苯0.5mmol，铜配合物0.05mmol，氢氧化钠1mmol，硒粉0.5mmol，四丁基氟化铵0.1mmol，水2mL。在130℃油浴中反应24小时，冷却至室温。用乙酸乙酯萃取出产物，减压浓缩，产品经过柱层析纯化，得淡黄色液体，产率93％。
实施例45：对甲氧基溴苯制备对甲氧基苯基苯二硒化物：制备方法同实施例44，加入溴苯0.5mmol，对甲氧基溴苯0.5mmol，得无色液体，产率92％。
实施例46：对硝基溴苯制备对硝基苯基苯二硒化物：制备方法同实施例44，加入溴苯0.5mmol，对硝基溴苯0.5mmol，得黄色固体，产率93％。
实施例47：萘苯基溴苯制备萘苯基苯二硒化物：制备方法同实施例44，加入溴苯0.5mmol，萘苯基溴苯0.5mmol，得到无色固体，产率91％。
实施例48：溴乙烷制备苯乙二硒化物：制备方法同实施例44，加入溴苯0.5mmol，溴乙烷0.5mmol，得到无色液体，产率90％。
实施例49：溴丁烷制备苯丁二硒化物：制备方法同实施例44，加入溴苯0.5mmol，溴丁烷0.5mmol，得到无色液体，产率89％。
实施例50：溴己烷制备苯己二硒化物：制备方法同实施例44，加入溴苯0.5mmol，溴己烷0.5mmol，金属配合物0.05mmol，得到无色液体，产率90％。
实施例51：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是加入氢氧化钠1mmol，产率84％。
实施例52：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是加入氢氧化钠5mmol，产率91％。
实施例53：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是加入氢氧化钾5mmol，产率94％。
实施例54：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是加入碳酸钠5mmol，产率76％。
实施例55：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是加入氯化铜联吡啶催化剂0.05mmol，产率71％。
实施例56：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是加入氯化铜联吡啶催化剂0.5mmol，产率91％。
实施例57：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是加入氯化亚铁菲啰啉催化剂0.5mmol，产率81％。
实施例58：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是加入氯化钯菲啰啉铜催化剂0.5mmol，产率86％。
实施例59：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，加入碘苯1mmol，只是没有加入相转移催化剂四丁基氟化铵，产率33％。
实施例60：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是加水4mL，产率56％。
实施例61：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是在50℃条件下反应48小时，产率58％。
实施例62：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是在90℃条件下反应48小时，产率82％。
实施例63：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是在130℃条件下反应12小时，产率63％。
实施例64：二苯基二硒化物的制备：制备方法同实施例33，只是在130℃条件下反应36小时，产率87％。
Claims (8)
1.纯水相中水溶性催化剂催化硫粉，硒粉与卤代芳烃偶联合成二芳基二硫化物和二芳基二硒化物的方法，如化学反应式(A)，其具体步骤如下：在反应容器中加入卤代芳烃，催化量水溶性催化剂(B)，相转移催化剂四丁基氟化铵，无机碱，100％-3000％硫粉或硒粉，水，在油浴中反应，一定时间后，冷却至室温，用乙酸乙酯萃取出产物，减压浓缩，产品经过柱层析纯化，
其中Y为S，Se；R为卤素原子、羟基、C1-7低级烷基、苯基、芳烷基、C1-4低级烷氧基、无取代或有取代的苯氧基、无取代或也可以有取代的芳烷氧基、吡啶基、苯氧甲基、乙酰基、硝基、氰基；R取代基优选位于邻位，间位和对位。
2.权利要求1中所述的方法，其特征在于具体步骤中硫粉或硒粉的用量为卤代芳烃的1-30倍。
3.权利要求1中所述的方法，其特征在于具体步骤中无机碱为氢氧化钠、碳酸铯、碳酸钠、氢氧化钾、磷酸钾。
4.权利要求1中所述的方法，其特征在于具体步骤中无机碱的用量基于1摩尔卤代芳烃为标准，所述碱的用量为0.5-5mol。
5.权利要求1中所述的方法，其特征在于具体步骤中催化剂的使用量基于1摩尔卤代芳烃为标准，所述催化剂的用量为0.05-0.3摩尔。
6.权利要求1中所述的方法，其特征在于具体步骤中卤代芳烃的浓度为0.3-0.4mol/L。
7.权利要求1中所述的方法，其特征在于具体步骤中反应温度为60-130℃。
8.权利要求1中所述的方法，其特征在于具体步骤中反应时间为12-48小时。
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