CN105017110B - 一种三氟甲硫基铜(i)及三氟甲硫基银(i)的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于三氟甲硫基化试剂制备技术领域，特别涉及一种三氟甲硫基铜(I)及三氟甲硫基银(I)的制备方法。该方法以低分子腈为反应溶剂，由一价铜盐或一价银盐和三氟甲基亚磺酸钠为原料，再加入有机膦还原剂，在一定温度和氮气氛围下进行充分搅拌反应，反应达到终点后，通过过滤、抽干、洗涤、重结晶等分离提纯步骤得到三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)。本方法不仅反应条件温和，可操作性强，原料成本低，而且金属元素铜或银的利用率和产品收率大幅提高，工艺流程短，反应规模易于扩大，产物分离简单，具有适于工业化生产的优势。
Description
技术领域
本发明属于三氟甲硫基化试剂制备技术领域，特别涉及一种三氟甲硫基铜(I)及三氟甲硫基银(I)的制备方法。
背景技术
氟作为电负性最大且小体积原子的这一特性赋予了含氟基团特殊的物理、化学及生物学性质，因此含氟基团在药物分子修饰及材料改性中应用广泛。在常见的含氟基团中，三氟甲硫基作为具有极强亲脂性的吸电子基团(Hanschlipophilicityparameterπ＝1.44)备受药物开发设计者关注，并且一系列具有三氟甲硫基的药物已经上市，如抗球虫药物妥曲珠利(Toltrazuril)、治疗厌食症药物替氟雷司(Tiflorex)及抗高血压药氯沙坦(LosartanAnalogue)等。
目前将三氟甲硫基引入有机分子的方法中，许多方法均使用到了三氟甲硫基化试剂，其中以三氟甲硫基铜(I)及三氟甲硫基银(I)最为代表(Chin.J.Org.Chem.2015,35,556)。但是制备三氟甲硫基铜(I)及三氟甲硫基银(I)的现行方法均较为繁琐，原子经济性不佳且制备成本极高。例如，通过氟化银和二硫化碳制备三氟甲硫基银(I)的反应，三分之二的银转变为副产物硫化银，理论上仅有三分之一的银转化为目标产物三氟甲硫基银(I)，极大的提高了三氟甲硫基银(I)的制备成本(J.FluorineChem.1990,48,249)。并且，三氟甲硫基铜(I)又以昂贵的三氟甲硫基银(I)为原料，与溴化亚铜复分解反应进行制备，进一步抬升了成本(J.FluorineChem.1990,48,249)，其中反应方程式如下所示：
3AgF+CS2→AgSCF3+Ag2S(eq1)
AgSCF3+CuBr→CuSCF3+AgBr(eq2)
综上所述，现有合成路线存在贵金属银利用效率低下、原子经济性不佳、合成成本高昂等缺点，亟待寻找符合工业生产需要的替代路线。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足，提供一种成本低廉、工艺简便、生产安全可靠的三氟甲硫基铜(I)及三氟甲硫基银(I)的制备方法。
为了实现以上发明目的，本发明的技术方案是：
一种三氟甲硫基铜(I)及三氟甲硫基银(I)的制备方法，以低分子腈为反应溶剂，由一价铜盐或一价银盐和三氟甲基亚磺酸钠为原料，再加入有机膦还原剂，在一定温度和氮气氛围下进行充分搅拌反应，反应达到终点后，通过过滤、抽干、洗涤、重结晶等分离提纯步骤得到三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)。其中贵金属银的理论利用率由现有方法的三分之一提高至100％，反应方程式如下所示：
作为可选方式，一价铜盐或银盐与三氟甲基亚磺酸钠物质的量之比为1：1-1.5，一价铜盐或一价银盐与有机膦还原剂PR3物质的量之比为1：2-3，一价铜盐或一价银盐的物质的量与低分子腈反应溶剂体积之比为1：3-20mol·L-1，该投料比和溶剂用量经济合算、节约成本。
作为可选方式，一价铜盐为CuCl、CuBr、CuI、CuOAc、[Cu(CH3CN)4]BF4、[Cu(CH3CN)4]PF6、(CuOTf)2·C6H6中的一种，优选为CuCl、CuBr。其中CuCl和CuBr价格低廉，分子量低且产物收率高。
作为可选方式，一价银盐为AgF、AgCl、AgBr、AgI、AgOAc、AgOTf、AgNO3、AgBF4、AgPF6中的一种，优选为AgOTf、AgBF4、AgPF6。其中AgOTf、AgBF4、AgPF6在反应溶剂中溶解度好，利于银盐高效转化为三氟甲硫基银(I)。
作为可选方式，有机膦还原剂为三苯基膦、三甲基膦、三乙基膦、三异丙基膦、三叔丁基膦、三环己基膦中的一种，优选为三苯基膦。相较于其他有机膦还原剂，三苯基膦价格低廉，对空气稳定，保存和加料更为方便，且副产物三苯氧膦结晶性好，易于去除。
作为可选方式，低分子腈反应溶剂为乙腈、丙腈、丁腈、苯甲腈中的一种或它们的混合物，优选为乙腈。乙腈价格便宜，沸点低，易于溶剂与产物分离。
作为可选方式，反应温度为25-100℃，反应氛围为氮气保护。其中三氟甲硫基银(I)在空气中具有一定稳定性，反应结束后可在空气氛围下进行纯化操作，而空气中不稳定的三氟甲硫基铜(I)须在氮气氛围下进行纯化操作。
作为可选方式，分离提纯步骤为：反应至终点后，滤除反应液中的不溶物；滤液经冷却结晶及过滤，去除大部分有机膦氧化物；浓缩滤液，使用有机溶剂洗涤及重结晶，获得产物三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)。其中，洗涤用有机溶剂为苯、甲苯、己烷、乙醚中的一种，优选为甲苯；重结晶用有机溶剂为乙腈、乙醚、己烷、四氢呋喃、甲苯中的一种或者它们的混合物。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
以廉价易得的一价铜盐或一价银盐和三氟甲基亚磺酸钠为原料，有机膦为还原剂，在低分子腈中搅拌生成三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)。本方法不仅反应条件温和，可操作性强，原料成本低，而且金属元素铜或银的利用率和产品收率大幅提高，工艺流程短，反应规模易于扩大，产物分离简单，具有适于工业化生产的优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，但这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
在氮气氛围下，将CuCl(14.35g，100.0mmol)和CF3SO2Na(15.61g，100mmol)溶解于无水乙腈(300mL)，反应液冷却至0℃，随后加入Ph3P(55.08g，210mmol)，反应液回复至室温，加热至80℃充分搅拌反应5小时。反应结束后，反应液经硅藻土过滤，将滤液冷却至-20℃，充分析出晶体后，倾泌出上层清液以除去大部分三苯基氧膦。将上层清液于真空除去溶剂，残渣用乙醚充分洗涤，真空抽干。残留固体用乙腈和乙醚重结晶得产物三氟甲硫基铜(I)/乙腈加合物(10CuSCF3·8CH3CN)(16.98g，产率86％)。19FNMR(470MHz,CD3CN)-27.80(s,3F).ElementalAnalysiscalcd(％)forC26H24Cu10F30N8S10:C,15.81；H,1.23；found:C,15.75；H,1.25。
实施例2
在氮气氛围下，将CuBr(14.35g，100.0mmol)和CF3SO2Na(23.41g，150mmol)溶解于无水乙腈(500mL)，反应液冷却至0℃，随后加入Ph3P(83.94g，320mmol)，反应液回复至室温，加热至60℃充分搅拌反应10小时。反应结束后，反应液经硅藻土过滤，将滤液冷却至-20℃，充分析出晶体后，倾泌出上层清液以除去大部分三苯基氧膦。将上层清液于真空除去溶剂，残渣用己烷充分洗涤，真空抽干。残留固体用乙腈和乙醚重结晶得产物三氟甲硫基铜(I)/乙腈加合物(10CuSCF3·8CH3CN)(16.10g，产率82％)。
实施例3
在氮气氛围下，将CuBr(14.35g，100.0mmol)和CF3SO2Na(23.41g，150mmol)溶解于无水乙腈(500mL)，反应液冷却至0℃，随后加入Ph3P(118.04g，450mmol)，反应液回复至室温，加热至60℃充分搅拌反应10小时。反应结束后，反应液经硅藻土过滤，将滤液冷却至-20℃，充分析出晶体后，倾泌出上层清液以除去大部分三苯基氧膦。将上层清液于真空除去溶剂，残渣用己烷充分洗涤，真空抽干。残留固体用乙腈和乙醚重结晶得产物三氟甲硫基铜(I)/乙腈加合物(10CuSCF3·8CH3CN)(8.29g，产率42％)。
实施例4
在氮气氛围下，将[Cu(CH3CN)4]BF4(31.46g，100.0mmol)和CF3SO2Na(23.41g，150mmol)溶解于无水乙腈(400mL)，反应液冷却至0℃，随后加入Cy3P(84.13g，300mmol)，反应液回复至室温，在室温下充分搅拌反应5小时。反应结束后，反应液经硅藻土过滤，将滤液冷却至-20℃，充分析出晶体后，倾泌出上层清液以除去大部分三环己基氧膦。将上层清液于真空除去溶剂，残渣用苯充分洗涤，真空抽干。残留固体用乙腈和乙醚重结晶得产物三氟甲硫基铜(I)/乙腈加合物(10CuSCF3·8CH3CN)(15.80g，产率80％)。
实施例5
在氮气氛围下，将[Cu(CH3CN)4]PF6(37.27g，100mmol)和CF3SO2Na(23.41g，150mmol)溶解于无水乙腈(500mL)，反应液冷却至0℃，随后加入Me3P(24.34g，320mmol)，反应液回复至室温，在室温下充分搅拌反应5小时。反应结束后，反应液经硅藻土过滤，将滤液冷却至-20℃，充分析出晶体后，倾泌出上层清液以除去大部分三甲基氧膦。将上层清液于真空除去溶剂，残渣用苯充分洗涤，真空抽干。残留固体用乙腈和甲苯重结晶得产物三氟甲硫基铜(I)/乙腈加合物(10CuSCF3·8CH3CN)(14.81g，产率75％)。
实施例6
在氮气氛围下，将[Cu(CH3CN)4]PF6(37.27g，100mmol)和CF3SO2Na(23.41g，150mmol)溶解于无水乙腈(450mL)，反应液冷却至0℃，随后加入iPr3P(51.27g，320mmol)，反应液回复至室温，在室温下充分搅拌反应5小时。反应结束后，反应液经硅藻土过滤，将滤液冷却至-20℃，充分析出晶体后，倾泌出上层清液以除去大部分三异丙基氧膦。将上层清液于真空除去溶剂，残渣用苯充分洗涤，真空抽干。残留固体用乙腈和甲苯重结晶得产物三氟甲硫基铜(I)/乙腈加合物(10CuSCF3·8CH3CN)(15.40g，产率78％)。
实施例7
在氮气氛围下，将AgF(12.69g，100mmol)和CF3SO2Na(23.41g，150mmol)溶解于无水乙腈(400mL)，反应液冷却至0℃，随后加入Ph3P(83.94g，320mmol)，反应液回复至室温，加热至80℃充分搅拌反应12小时。反应结束后，反应液经硅藻土过滤，将滤液冷却至-20℃，充分析出晶体后，倾泌出上层清液以除去大部分三苯基氧膦。将上层清液于真空除去溶剂，残渣用乙醚充分洗涤，真空抽干。残留固体用乙腈和乙醚重结晶得产物三氟甲硫基银(I)(14.00g，产率67％)。19FNMR(470MHz,CD3CN)-22.51(s,3F).ElementalAnalysiscalcd(％)forCAgF3S:C,5.75；found:C,5.82.
实施例8
在氮气氛围下，将AgCl(14.33g，100mmol)和CF3SO2Na(23.41g，150mmol)溶解于无水乙腈(500mL)，反应液冷却至0℃，随后加入Me3P(22.82g，300mmol)，反应液回复至室温，加热至50℃充分搅拌反应10小时。反应结束后，反应液经硅藻土过滤，将滤液冷却至-20℃，充分析出晶体后，倾泌出上层清液以除去大部分三甲基氧膦。将上层清液于真空除去溶剂，残渣用乙醚充分洗涤，真空抽干。残留固体用乙腈和苯重结晶得产物三氟甲硫基银(I)(11.50g，产率55％)。
实施例9
在氮气氛围下，将AgOTf(25.69g，100mmol)和CF3SO2Na(18.73g，120mmol)溶解于无水乙腈(400mL)，反应液冷却至0℃，随后加入tBu3P(50.58g，250mmol)，反应液回复至室温，在室温下充分搅拌反应12小时。反应结束后，反应液经硅藻土过滤，将滤液冷却至-20℃，充分析出晶体后，倾泌出上层清液以除去大部分三叔丁基氧膦。将上层清液于真空除去溶剂，残渣用乙醚充分洗涤，真空抽干。残留固体用四氢呋喃和甲苯重结晶得产物三氟甲硫基银(I)(17.55g，产率84％)。
实施例10
在氮气氛围下，将AgBF4(19.47g，100mmol)和CF3SO2Na(18.73g，120mmol)溶解于无水乙腈(400mL)，反应液冷却至0℃，随后加入Ph3P(62.95g，240mmol)，反应液回复至室温，加热至50℃充分搅拌反应12小时。反应结束后，反应液经硅藻土过滤，将滤液冷却至-20℃，充分析出晶体后，倾泌出上层清液以除去大部分三苯基氧膦。将上层清液于真空除去溶剂，残渣用乙醚充分洗涤，真空抽干。残留固体用四氢呋喃和苯重结晶得产物三氟甲硫基银(I)(18.60g，产率89％)。
实施例11
在氮气氛围下，将AgPF6(25.28g，100mmol)和CF3SO2Na(18.73g，120mmol)溶解于无水乙腈(400mL)，反应液冷却至0℃，随后加入Ph3P(62.95g，240mmol)，反应液回复至室温，在室温下充分搅拌反应12小时。反应结束后，反应液经硅藻土过滤，将滤液冷却至-20℃，充分析出晶体后，倾泌出上层清液以除去大部分三苯基氧膦。将上层清液于真空除去溶剂，残渣用乙醚充分洗涤，真空抽干。残留固体用乙腈和甲苯重结晶得产物三氟甲硫基银(I)(17.97g，产率86％)。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (6)
1.一种三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)的制备方法，其特征在于：以低分子腈为反应溶剂，以一价铜盐或一价银盐和三氟甲基亚磺酸钠为原料，加入有机膦作还原剂，在一定温度和氮气氛围下充分搅拌反应，反应达到终点后，分离、提纯得到三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)；所述反应溶剂低分子腈为乙腈、丙腈、丁腈、苯甲腈中的任意一种或它们的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)的制备方法，其特征在于：所述一价铜盐或一价银盐与三氟甲基亚磺酸钠物质的量之比为1：1-1.5；所述一价铜盐或一价银盐与有机膦还原剂物质的量之比为1：2-3；所述一价铜盐或一价银盐的物质的量与低分子腈反应溶剂体积之比为1：3-20mol·L-1。
3.根据权利要求1所述的一种三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)的制备方法，其特征在于：所述的一价铜盐为CuCl、CuBr、CuI、CuOAc、[Cu(CH3CN)4]BF4、[Cu(CH3CN)4]PF6、(CuOTf)2·C6H6中的任意一种；所述的一价银盐为AgF、AgCl、AgBr、AgI、AgOAc、AgOTf、AgNO3、AgBF4、AgPF6中任意的一种。
4.根据权利要求1所述的一种三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)的制备方法，其特征在于：所述有机膦还原剂为三苯基膦、三甲基膦、三乙基膦、三异丙基膦、三叔丁基膦、三环己基膦中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)的制备方法，其特征在于：所述反应温度为25-100℃，反应氛围为氮气保护。
6.根据权利要求1所述的一种三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)的制备方法，其特征在于：所述分离提纯步骤为：反应至终点后，滤除反应液中的不溶物；滤液经冷却结晶及过滤，去除大部分有机膦氧化物；浓缩滤液，使用有机溶剂洗涤及重结晶，获得产物三氟甲硫基铜(I)或三氟甲硫基银(I)。
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