CN104860856A

CN104860856A - 一种无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法

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Publication number: CN104860856A
Application number: CN201510247148.XA
Authority: CN
Inventors: 李正义; 张金龙; 石嵩; 郑崇谦; 庄跃; 殷乐; 孙小强
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: CN104860856B

Abstract

本发明一种无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法，涉及有机化工领域。按照下述步骤进行：(1)以碳硫化试剂和伯胺为原料，加入溶剂，有机反应温度为100℃～150℃；反应时间为10～30小时；碳硫化试剂与伯胺的摩尔比为1:1.2-3；(2)反应结束后，冷却，旋干，加入二氯甲烷，然后用10％的稀盐酸萃取分离有机相，水洗，合并有机层，饱和食盐水洗涤，无水Na₂SO₄干燥，经柱层析分离，得到异硫氰酸酯。本发明与现有技术中的制备方法相比，只需在溶剂中加热反应，而无需额外加入碱，具有更加绿色环保的优点，具有更好的应用价值。

Description

一种无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法

技术领域

本发明涉及有机化工领域，特别涉及一种无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法。

背景技术

异硫氰酸酯是一类具有R-N＝C＝S结构化合物，是一类用途极广的有机合成中间体和医药中间体，广泛应用于医药、农药、染料的制备，因此，异硫氰酸酯的合成方法研究一直是有机化学的一个重要课题。

本发明作出之前，异硫氰酸酯的制备方法主要有以下几种途径：

硫代光气合成法：由硫代光气和胺类化合物直接反应生成异硫氰酸酯，但该反应需要使用硫代光气，而硫代光气是剧毒的挥发性液体，其生产、运输和使用都不安全，对环境的危害也较大。

二硫化碳法：先由胺类化合物和二硫化碳在碱的作用下形成二硫代氨基盐，再与氯甲酸甲酯、对甲苯磺酰氯、二碳酸二叔丁酯、固体光气、单质碘、氯膦酸酯、二环己基碳二亚胺或氯硅烷反应制得目标化合物。但这些反应大多条件苛刻，需分步进行，反应时间较长，后处理繁琐。

硫氰酸盐法：由卤代烃和硫氰酸盐反应生成异硫氰酸酯，但该方法仍存在诸多缺陷，如目标产物收率低、操作过程繁琐、且溶剂用量很大。

异腈法：有机溶剂中，由异腈和硫粉或硫化剂在金属催化剂存在下合成异硫氰酸酯，但异腈的合成和提纯维度大，且异腈的毒性很大，因而也不利于工业化大生产。

此外，专利CN 101759614 A报道了采用甲酰胺、磺酰卤和单质硫在碱催化下制备异硫氰酸酯的方法。但甲酰胺和磺酰卤的获取仍不方便，且不经济。

最近，我们报导了两种以碳硫化试剂和伯胺为原料在碱作用下一步(CN102503872A)或两步(CN103102296B)合成异硫氰酸酯的方法。但这两种方法仍有一个弊端，即都需要额外加入大量的碱(过量)，其中碱参与反应分别与盐酸和苯酚成盐。

发明内容

本发明克服现有技术中以碳硫化试剂和伯胺为原料在碱作用合成异硫氰酸酯时需要额外加入一定量的碱的不足，提供一种无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法。以苯氧基硫酰氯或取代苯氧基硫酰氯和伯胺为原料一步合成异硫氰酸酯衍生物，只需在溶剂中加热反应，而无需额外加入碱。反应方程式如下：

一种无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法，按照下述步骤进行：

(1)以碳硫化试剂和伯胺为原料，加入溶剂，有机反应温度为100℃～150℃；反应时间为10～30小时；碳硫化试剂与伯胺的摩尔比为1:1.2-3；

(2)反应结束后，冷却，旋干，加入二氯甲烷，然后用10％的稀盐酸萃取分离有机相，水洗，合并有机层，饱和食盐水洗涤，无水Na₂SO₄干燥，经柱层析分离(乙酸乙酯:石油醚＝1:5，体积比)，得到异硫氰酸酯。

进一步地，其中步骤(1)中所用的碳硫化试剂为苯氧基硫酰氯或取代苯氧基硫酰氯，

其中所述的取代苯氧基硫酰氯中的结构式为其中取代基R₁为1-6个碳原子的烷基、1-6个碳原子的烷氧基、氟，氯，溴或碘原子、氨基、取代氨基、硝基；其中取代基R₁在苯氧基硫酰氯的邻位，间位或对位。

进一步地，其特征在于其中步骤(1)中所述的伯胺为脂肪类伯胺、芳香类伯胺、含杂原子或杂环的烷基胺、芳香胺、苄胺、取代苄胺、稠环胺或杂环芳香胺。

作为优选，其中步骤(1)中所述的杂环芳香胺为氨基吡啶衍生物、氨基呋喃衍生物、氨基噻吩衍生物、氨基嘧啶衍生物、氨基吡唑衍生物或氨基咪唑衍生物。

进一步地，其中步骤(1)中所用溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；其中溶剂用量为碳硫化试剂：溶剂为1:15(mmol/mL)。

作为优选，其中步骤(1)中所用溶剂为甲苯。

作为优选，其中步骤(1)中反应温度为115℃；反应时间为12～24小时；碳硫化试剂与伯胺的摩尔比为1:2。

本发明的优点：以苯氧基硫酰氯或取代苯氧基硫酰氯和伯胺为原料，在无需额外加入碱的条件下一步合成异硫氰酸酯衍生物。与文献中的制备方法相比，具有更加绿色环保的优点，具有更好的应用价值。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。

实施例1

在50ml的单口烧瓶中依次加入苯氧基硫代酰氯(1mmol)、15ml甲苯和苯胺(2mmol)，115℃加热搅拌反应16h。停止反应，冷却，旋干，加入20ml二氯甲烷，然后用10％的稀盐酸萃取分离有机相，水洗，饱和食盐水洗涤，无水Na₂SO₄干燥，经柱层析分离(乙酸乙酯:石油醚＝1:5)，得到苯基异硫氰酸酯，产率为80％。

¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ:7.35(t,J＝7.5Hz,2H,ArH),7.28(d,J＝7.5Hz,1H,ArH),7.23(d,J＝7.5Hz,2H,ArH)；¹³C NMR(125MHz,CDCl₃)δ:130.2,128.5,126.3,124.7,123.2；MS(70eV)m/z(％):135(M⁺,100).

实施例2

参照实施例1的方法，以对氟苯氧基硫酰氯作为碳硫化试剂，目标产物的产率为78％。

实施例3

参照实施例1的方法，苯氧基硫酰氯与苄胺的摩尔比为1:1.2，目标产物的产率为61％。

实施例4

参照实施例1的方法，苯氧基硫酰氯与苄胺的摩尔比为1:3，目标产物的产率为52％，会产生二苯基硫脲副产物(36％)。

实施例5

参照实施例1的方法，以对甲基苯胺作为试剂，反应12小时，4-甲基异硫氰酸苯酯的产率为86％。

¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ:7.13(d,J＝8.5Hz,2H,ArH),7.10(d,J＝8.5Hz,2H,ArH),2.34(s,3H,CH₃)；¹³C NMR(125MHz,CDCl₃)δ:137.5,134.4,130.1,128.4,125.5,21.2；MS(70eV)m/z(％):149(M⁺,100).

实施例6

参照实施例1的方法，以4-N,N-二甲基苯胺作为试剂，反应10小时，4-N,N-二甲基异硫氰酸苯酯的产率为85％。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ:7.09(d,J＝8.8Hz,2H,ArH),6.59(d,J＝8.8Hz,2H,ArH),2.96(s,6H,CH₃)；¹³C NMR(125MHz,CDCl3)δ:149.3,129.6,126.7,121.8,112.3,40.3；MS(70eV)m/z(％):178(M⁺,100).

实施例7

参照实施例1的方法，以对硝基苯胺作为试剂，反应30小时，4-硝基异硫氰酸苯酯的产率为68％。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ:8.25(d,J＝8.8Hz,2H,ArH),7.35(d,J＝8.8Hz,2H,ArH)；¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ:145.9,140.5,138.0,126.4,125.3；MS(70eV)m/z(％):180(M⁺,100).

实施例8

参照实施例1的方法，以对氯苯胺作为试剂，反应24小时，4-氯异硫氰酸苯酯的产率为76％。

¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ:7.32(d,J＝8.5Hz,2H,ArH),7.16(d,J＝9.0Hz,2H,ArH)；¹³C NMR(125MHz,CDCl₃)δ:136.7,132.9,130.0,129.8,126.9；MS(70eV)m/z(％):169(M⁺,100).

实施例9

参照实施例1的方法，以对氟苯胺作为试剂，反应24小时，4-氟异硫氰酸苯酯的产率为71％。

¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ:7.22～7.19(m,2H,ArH),7.04(t,J＝8.5Hz,2H,ArH)；¹³CNMR(125MHz,CDCl₃)δ:160.2,136.1,127.4,123.2,116.8；MS(70eV)m/z(％):153(M⁺,100).

实施例10

参照实施例1的方法，以苄胺作为试剂，反应12小时，苄基异硫氰酸酯的产率为83％。

¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ:7.39(t,J＝7.0Hz,2H,ArH),7.35(d,J＝7.0Hz,1H,ArH),7.31(d,J＝7.0Hz,2H,ArH),4.71(s,2H,CH2)；¹³C NMR(125MHz,CDCl3)δ:134.3,132.4,129.0,128.4,126.8,48.7；MS(70eV)m/z(％):149(M⁺,28),91(100).

实施例11

参照实施例1的方法，以1-萘胺作为试剂，反应24小时，1-萘基异硫氰酸酯的产率为78％。

¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ:8.10(d,J＝8.5Hz,1H,ArH),7.86(d,J＝8.0Hz,1H,ArH),7.78～7.75(m,1H,ArH),7.62～7.54(m,2H,ArH),7.42～7.38(m,2H,ArH)；¹³C NMR(125MHz,CDCl₃)δ:136.1,134.0,129.3,128.4,127.7,127.5,127.4,127.1,125.4,123.4,122.7；MS(70eV)m/z(％):185(M⁺,100).

实施例12

参照实施例1的方法，以正己胺作为试剂，反应12小时，正己基异硫氰酸酯的产率为83％。

¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ:3.52(t,J＝7.0Hz,2H,NCH₂),1.73～1.67(m,2H,CH₂),1.45～1.39(m,2H,CH₂),1.37～1.29(m,4H,CH₂),0.91(t,J＝7.0Hz,3H,CH₃)；¹³C NMR(125MHz,CDCl₃)δ:129.3,45.1,31.0,29.9,26.2,22.5,14.0；MS(70eV)m/z(％):143(M⁺,10),115(100).

实施例13

参照实施例1的方法，以环己胺作为试剂，反应12小时，环己基异硫氰酸酯的产率为88％。

¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ:3.71～3.69(m,1H,NCH),1.94～1.86(m,2H,CH₂),1.74～1.64(m,4H,CH₂),1.51～1.38(m,4H,CH₂)；¹³C NMR(125MHz,CDCl₃)δ:129.5,55.4,33.2,25.0,23.2；MS(70eV)m/z(％):141(M⁺,68),55(100)。

Claims

1.一种无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

(2)反应结束后，冷却，旋干，加入二氯甲烷，然后用10％的稀盐酸萃取分离有机相，水洗，合并有机层，饱和食盐水洗涤，无水Na₂SO₄干燥，经柱层析分离，得到异硫氰酸酯，所述的层析分离中乙酸乙酯与石油醚体积比为1:5。

2.根据权利要求1所述的无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法，其特征在于，其中步骤(1)中所用的碳硫化试剂为苯氧基硫酰氯或取代苯氧基硫酰氯，

3.根据权利要求1所述的无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法，其特征在于，其中步骤(1)中所述的伯胺为脂肪类伯胺、芳香类伯胺、含杂原子或杂环的烷基胺、芳香胺、苄胺、取代苄胺、稠环胺或杂环芳香胺。

4.根据权利要求3所述的无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法，其特征在于，其中所述的杂环芳香胺为氨基吡啶衍生物、氨基呋喃衍生物、氨基噻吩衍生物、氨基嘧啶衍生物、氨基吡唑衍生物或氨基咪唑衍生物。

5.根据权利要求1所述的无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法，其特征在于，其中步骤(1)中所用溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；其中溶剂用量为碳硫化试剂：溶剂为1:15(mmol/mL)。

6.根据权利要求5所述的无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法，其特征在于，其中步骤(1)中所用溶剂为甲苯。

7.根据权利要求1所述的一种无碱绿色合成异硫氰酸酯的方法，其特征在于其中步骤(1)中反应温度为115℃；反应时间为12～24小时；碳硫化试剂与伯胺的摩尔比为1:2。