CN103923018A - 一种含杂原子芳硫醚的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含杂原子芳硫醚的制备方法，该方法以2-巯基芳香杂环为原料，在微波辐射条件下与芳基碘化物反应生成含杂原子的芳硫醚。与现有技术相比，本发明的制备方法操作简单，产物收率高、反应时间短、反应过程中所用的试剂廉价易得，具有良好的应用价值。

Description

一种含杂原子芳硫醚的制备方法
技术领域
本发明涉及一种合成含杂原子芳硫醚的方法，具体涉及一种在微波辐射条件下合成杂环芳硫醚的方法。
背景技术
芳硫醚是一类为人们熟知的重要的有机化合物，被广泛应用于医药、农业、染料工业和功能材料领域，特别是含杂原子的芳硫醚作为某些生物活性物质和药物的关键结构片断，对人类的生产生活有着深远的影响，使其成为当今研究领域的热门课题之一。然而，在芳硫醚的合成中，通常会用到复杂的配体或部分反应底物活性不高，从而导致了该类化合物的合成成本较高。目前合成含杂原子的芳硫醚的方法大致可以分为两类，一类是利用铜催化进行苯并五元杂环化合物和硫酚或二苯二硫醚的反应，得到相应的芳硫醚化合物(式1)；另一类是在过渡金属(Cu、Pd等金属化合物)催化下，以卤代芳烃与2-巯基苯并五元杂环化合物发生C-S偶联反应，得到相应的芳基硫醚化合物(式2)。
在这些制备方法中为了提高催化效率使用了高价的配体，同时采用了传统的回流反应条件，反应时间有的长达20小时，副产物多，而且操作复杂，溶剂消耗大，后处理繁杂，不利于工业化生产。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有含杂原子芳硫醚合成中操作繁杂、耗时长、能耗大、副产物多等技术缺陷，提供一种含杂原子的芳硫醚的制备方法。
本发明提供的一种含杂原子芳硫醚的制备方法，反应式如下：
具体包括如下步骤：
1)将2-巯基苯并五元杂环化合物和芳基碘化物溶于有机溶剂中，加入催化剂CuI和碱，制得反应混合液；所述的2-巯基苯并五元杂环化合物、芳基碘化物、催化剂CuI和碱的摩尔比为1:1:0.02～0.15:1.5～3；
2)将步骤1)中得到的反应混合液置于微波炉中，微波辐射反应5～20分钟，辐射功率为110-240W；
3)将微波辐射后的反应混合物恢复至室温，转入分液漏斗，加入与反应混合物等体积的水，充分振荡分出有机层后，水层再用等体积的乙酸乙酯萃取两次，合并有机层，用无水硫酸钠干燥后旋干溶剂，即得到产物。
所述的2-巯基苯并五元杂环化合物、芳基碘化物、催化剂CuI和碱的摩尔比优选为1:1:0.1:2。
所述的2-巯基苯并五元杂环化合物为2-巯基苯并咪唑、5-甲氧基-2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并恶唑。
所述的芳基碘化物为碘苯、4-甲基碘苯、4-甲氧基碘苯、1,4-二碘苯。
所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种，优选DMF；所述的碱为碳酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠、三乙胺，优选氢氧化钾、氢氧化钠。
本发明采用微波辐射的合成方法可以使反应物均匀、迅速的受热，降低了反应的活化能，能够有效地缩短反应时间，节约能源；同时操作简单，溶剂消耗量小，产品收率较高。
附图说明
图1微波反应5min后混合液的液相色谱图
图2加热回流反应12h后混合液的液相色谱图
图3加热回流反应24小时后混合液的液相色谱图
具体实施方式：
实施例1：
在100mL烧瓶中依次加入2-巯基苯并咪唑(2mmol)和1,4-二碘苯(2mmol)，溶于5mL有机溶剂中，随后加入催化剂CuI和碱(2mmol)，制备成反应液。将烧瓶置于微波炉中，微波辐射反应5～20min，辐射功率为110-240W。反应结束后，将反应混合物恢复至室温，转入分液漏斗，加10mL水充分振荡分出有机层后，水层每次用10mL乙酸乙酯萃取两次。合并有机层，用无水硫酸钠干燥后旋干溶剂，即得到相应产物2-(4-碘苯硫基)苯并咪唑。反应条件优化结果见表1。
表1反应条件的优化
由表1得知在2-巯基苯并咪唑与1,4-二碘苯的反应体系中，最佳的反应条件是：催化剂CuI的用量为10mol％，碱为KOH，溶剂为DMF，反应时间为10min。
2-(4-碘苯硫基)苯并咪唑：白色固体，产率为93％，熔点为：236～238℃。1H NMR(DMSO,300MHz)δ:7.16(m,ArH,2H),7.25-7.28(m,ArH,2H),7.40-7.55(m,ArH,2H),7.74-7.77(m,ArH,2H),12.77(s,NH,1H)。
实施例2：
在100mL烧瓶中依次加入化合物1(2mmol)和化合物2(2mmol)，5mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)。之后加入10％mol碘化亚铜和0.8g氢氧化钾。将烧瓶转入微波反应器中，设置功率为195W，时间为10min。反应结束后，待反应混合物恢复至室温，转入分液漏斗，加10mL水充分振荡分出有机层后，水层每次用10mL乙酸乙酯萃取两次。合并有机层，用无水硫酸钠干燥后旋干溶剂，即得到相应产物3。
2-苯硫基苯并咪唑：白色固体，产率：89％，熔点：200～202℃，1H NMR(DMSO)δ:7.16-7.48(m,ArH,9H),12.79(s,NH,1H)。
2-(4-甲基苯硫基)苯并咪唑：白色固体，产率：85％，熔点：195～197℃，1H NMR(DMSO)δ:2.31(s,CH3,3H),7.15-7.25(m,ArH,4H),7.41-7.44(m,ArH,4H),12.60(s,NH,1H)。
2-(4-甲氧基苯硫)基苯并咪唑：白色固体，产率：95％，熔点：203～206℃，1H NMR(CDCl3)δ:3.77(s,CH3,3H),6.99-7.12(m,ArH,4H),7.42-7.54(m,ArH,4H),12.59(s,NH,1H)。
5-甲氧-2-苯硫基苯并咪唑：白色固体，产率：89％，熔点：160～162℃，1H NMR(CDCl3)δ:3.76(s,CH3,3H),6.81-6.94(m,ArH,2H),7.26-7.45(m,ArH,6H)。
5-甲氧-2-(4-碘苯硫基)苯并咪唑：白色固体，产率：85％，熔点：151～153℃，1H NMR(CDCl3)δ:3.82(s,OCH3,3H),6.88-6.99(m,ArH,2H),7.14-7.28(m,ArH,3H),7.41-7.44(m,ArH,3H)。
2-苯硫基苯并噻唑：白色固体，产率：82％，熔点：52～53℃，1H NMR(CDCl3)δ:7.21(m,ArH,1H),7.34(m,ArH,1H),7.44(m,ArH,3H),7.58(m,ArH,1H),7.67(m,ArH,2H),7.81-7.83(m,ArH,1H)。
2-(4-甲基苯硫基)苯并噻唑：淡黄色固体，产率：83％，熔点：58～60℃，1H NMR(CDCl3)δ:2.95(s,CH3,3H),7.25-7.33(m,ArH,3H),7.39-7.45(m,ArH,1H),7.64-7.66(m,ArH,3H),7.88-7.91(m,ArH,1H)。
2-(4-碘苯硫基)苯并噻唑：白色固体，产率：80％，熔点：45～47℃，1H NMR(CDCl3)δ:7.29-7.35(m,ArH,1H),7.43-7.49(m,ArH,3H),7.70-7.73(m,ArH,1H),7.82-7.85(m,ArH,2H),7.91-7.94(m,ArH,1H)。
2-(4-甲氧基苯硫基)苯并噻唑：白色固体，产率：88％，熔点：54～57℃，1H NMR(CDCl3)δ:3.83(s,OCH3,3H),6.94-6.97(m,ArH,2H),7.20-7.21(m,ArH,1H),7.32-7.37(m,ArH,1H),7.57-7.64(m,ArH,3H),7.80-7.83(m,ArH,1H).
2-苯硫基苯并恶唑：无色液体，产率：86％，1H NMR(CDCl3)δ:7.24-7.25(m,ArH,3H),7.39-7.46(m,ArH,4H),7.59-7.61(m,ArH,1H),7.69-7.70(m,ArH,1H)。
2-(4-甲基苯硫基)苯并恶唑：无色液体，产率：90％，1H NMR(CDCl3)δ:2.38(s,CH3,3H),7.22-7.25(m,ArH,4H),7.40-7.59(m,ArH,4H)。
2-(4-甲氧基苯硫基)苯并恶唑：白色固体，产率：86％，熔点：55～57℃，1H NMR(CDCl3)δ:3.83(s,OCH3,3H),6.94-6.95(m,ArH,2H),7.16-7.23(m,ArH,2H),7.35-7.36(m,ArH,1H),7.55-7.56(m,ArH,3H)。
2-(4-碘苯硫基)苯并恶唑：白色固体，产率：80％，熔点：45～47℃，1H NMR(CDCl3)δ:7.27-7.31(m,ArH,2H),7.42-7.46(m,ArH,2H),7.60-7.65(m,ArH,2H),7.75-7.78(m,ArH,2H)。
实施例3：微波反应与传统加热方法对比
分别在两个100mL烧瓶中依次加入2-巯基苯并咪唑(2mmol)和1,4-二碘苯(2mmol)，5mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)，之后加入10％mol碘化亚铜和0.8g氢氧化钾。将其中一个转入微波反应器中，设置功率为195W，反应时间为5min。结束后，待烧瓶冷却至室温取样，利用高效液相色谱监测反应后的产物，结果如下图1所示(图中1为产物，2为原料)。将另一个烧瓶按照传统加热回流的方法进行反应，反应时间为12h、24h时，分别取样进行利用高效液相色谱监测反应产物，结果如图2(图中4为产物，6为原料)、图3(图中4为产物，6为原料)所示。
从上述实施例及比较例可以看出，在其他条件完全相同的情况下，微波反应5min后的混合液中几乎没有杂质且反应较为完全(图1)。而传统加热回流方法进行的反应，12h后反应液中原料所占比例较大，反应不能完全进行，而且副产物较多(图2)。随着加热回流时间的增加，24h后目标产物的产率没有明显提高(图3)。因此，微波反应相对于传统加热回流反应有十分明显的优势，该方法原料易得，反应条件温和、反应时间短、产品纯度高、成本低、有望成为一种高效、温和、对环境友好的合成芳基硫醚的方法。

Claims (8)

1.如权利要求1所述的一种含杂原子芳硫醚的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 
1)将2-巯基苯并五元杂环化合物和芳基碘化物溶于有机溶剂中，加入催化剂CuI和碱，制得反应混合液；所述的2-巯基苯并五元杂环化合物、芳基碘化物、催化剂CuI和碱的摩尔比为1:1:0.02～0.15:1.5～3； 
2)将步骤1)中得到的反应混合液置于微波炉中，微波辐射反应5～20分钟，辐射功率为110-240W； 
3)将微波辐射后的反应混合物恢复至室温，转入分液漏斗，加入与反应混合物等体积的水，充分振荡分出有机层后，水层再用等体积的乙酸乙酯萃取两次，合并有机层，用无水硫酸钠干燥后旋干溶剂，即得到产物。 
2.如权利要求1所述的一种含杂原子的芳硫醚的制备方法，其特征在于，所述的2-巯基苯并五元杂环化合物、芳基碘化物、催化剂CuI和碱的摩尔比为1:1:0.1:2。 
3.如权利要求1所述的一种含杂原子的芳硫醚的制备方法，其特征在于，所述的2-巯基苯并五元杂环化合物为2-巯基苯并咪唑、5-甲氧基-2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并恶唑。 
4.如权利要求1所述的一种含杂原子的芳硫醚的制备方法，其特征在于，所述的芳基碘化物为碘苯、4-甲基碘苯、4-甲氧基碘苯、1,4-二碘苯。 
5.如权利要求1所述的一种含杂原子的芳硫醚的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种。 
6.如权利要求5所述的一种含杂原子的芳硫醚的制备方法，其特征在于，步骤1)中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。 
7.如权利要求1所述的一种含杂原子的芳硫醚的制备方法，其特征在于，步骤1)中的碱为氢氧化钾或氢氧化钠。 
8.如权利要求1所述的一种含杂原子的芳硫醚的制备方法，其特征在于，步骤2)中微波辐射功率为195W。 
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