CN106905196B - 苯磺酰化试剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种苯磺酰化试剂，其结构如式Ⅰ所示，其中R为连有0～5个取代基的苯环，苯环上各取代基独立地为氯原子、氟原子、甲基或叔丁基。本发明还公开该苯磺酰化试剂的制备方法和应用。该苯磺酰化试剂由甲氧胺盐酸盐和苯磺酰氯或者苯磺酰氯的衍生物经两步反应制得，原料廉价，制备过程简单，反应条件温和，副反应少，后处理只需萃取和简单的柱层析纯化，产率高。该苯磺酰化试剂具有较高的苯磺酰化活性，不仅具有温和的苯磺酰化反应条件和较广的反应底物范围，尤其是对醇类、苯酚、萘酚类、硫酚类等化合物，在乙腈中和碳酸钾存在下即可发生苯磺酰化反应，而且该苯磺酰化试剂上没有‑Cl，使用过程中不会有刺激气味的HCl气体。
Description
技术领域
本发明涉有机化合物的磺酰化技术领域，具体涉及一种苯磺酰化试剂及其制备方法与应用。
背景技术
苯磺酰化反应在医药、农药研发以及化学合成中具有非常广泛的应用，常用于-NH2、-OH、-SH等基团的保护或增强取代活性。目前，市场上尚无广泛应用的苯磺酰化试剂，面临的困难包括合成步骤复杂、产率低，苯磺酰化反应条件剧烈、反应底物具有局限性、产物纯度不高，使用过程中气味难闻等。比如常用的苯磺酰氯，其与苯酚的反应时，苯磺酰化产率较低，只有40％左右，而且反应过程产生刺鼻味的HCl气体。
再比如由对甲苯硫酚制备对甲苯二硫醚时，二硫键的形成通常需要镍，钴，铬，镉等贵金属来进行催化，或要用到过氧化物等，为操作反应带来很多麻烦。
而由上述反应式可知，该反应过程中涉及到S原子上的基团取代，理论上可以利用苯磺酰基较佳的离去性能，可以通过苯磺酰化来增强S之间的偶联活性，从而避免贵金属或者过氧化物的使用，以此简化操作，但是现有技术中还没有适合的苯磺酰化试剂应用到这种二硫键的合成中。
因此急需开发苯磺酰化反应温和的苯磺酰化试剂，以广泛用于-NH2、-OH、-SH等基团的苯磺酰化反应，以及用来促进上述二硫键的形成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种苯磺酰化反应条件温和、可广泛用于-NH2、-OH、-SH等基团的苯磺酰化的苯磺酰化试剂，其结构如式Ⅰ所示，
其中Ar为连有0～5个取代基的苯环，苯环上各取代基独立地为氯原子、氟原子、甲基或叔丁基。
优选的，Ar为连有0～3个取代基的苯环，取代基的位置可为邻位、间位或对位。
本发明的一较佳实施例的苯磺酰化试剂的结构如式Ⅱ所示：
本发明的另一目的在于提供制备所述的苯磺酰化试剂的方法，按照下述步骤进行：
A)在混合溶剂水和乙酸乙酯中，化合物a和甲氧胺盐酸盐在碳酸钾的存在下常温反应，反应完全后分离得到化合物b；其中，水和乙酸乙酯的体积比为0.5～2:1，以化合物a的摩尔量为准，甲氧胺盐酸盐为1.1～1.3当量，碳酸钾为2～3当量；
B)在乙腈中，步骤A制得的化合物b和化合物a在碳酸钾的存在下常温反应，反应完全后分离得到式Ⅰ所示的苯磺酰化试剂；其中，以化合物b的摩尔量为准，化合物a为1.1～1.3当量，碳酸钾为1.1～1.3当量；
化合物a中，Ar为连有0～5个取代基的苯环，苯环上各取代基独立地为氯原子、氟原子、甲基或叔丁基。即化合物a可以是苯磺酰氯或是苯磺酰氯的衍生物。
较佳的，步骤A中，水和乙酸乙酯的体积比为1：1，碳酸钾为2.2当量，甲氧胺盐酸盐为1.2当量。
较佳的，步骤B中，碳酸钾为1.2当量，苯磺酰氯为1.2当量。
步骤A和B中的碳酸钾为缚酸剂，当然在不同的实施例中根据实际需要还可选用其他的有机碱或无机碱，比如碳酸钠、碳酸铯、三乙胺等等。
步骤B中的乙腈还可使用CCl4、DMF、DCE、1,4-dioxane、THF、Toluene等有机溶剂替代，但是其中乙腈效果最佳。
较佳的，步骤A中，反应完全后，由乙酸乙酯萃取，再旋干。
较佳的，步骤B中，反应完全后采用柱色谱分离，柱色谱分离的具体条件为：色谱类型为吸附柱色谱，色谱柱温为常温，吸附剂为硅胶，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯，梯度洗脱，柱高径比为10:1，干法装柱，干法加样，洗提速度为每秒1-2滴。
本发明的再一目的在于提供所述的苯磺酰化试剂在苯磺酰化反应中的应用。
其中苯磺酰化反应是指以醇类、苯酚类、萘酚类或硫酚类化合物为底物的苯磺酰化的反应。
本发明的有益效果在于：
本发明的苯磺酰化试剂由甲氧胺盐酸盐和苯磺酰氯或苯磺酰氯的衍生物经两步反应制得，原料廉价，制备过程简单，反应条件温和，副反应少，后处理只需萃取和简单的柱层析纯化，产率高。
本发明的苯磺酰化试剂具有较高的苯磺酰化活性，克服了现有的苯磺酰化试剂反应条件剧烈，反应底物具有局限性等不足，不仅具有温和的苯磺酰化反应条件和较广的反应底物范围，尤其是对醇类、苯酚、萘酚类、硫酚类等化合物，在乙腈中和碳酸钾存在下即可发生苯磺酰化反应，而且该苯磺酰化试剂上没有-Cl，使用过程中不会有刺激气味的HCl气体。
附图说明
图1为本发明的苯磺酰化试剂Ⅱ的热重分析谱图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
实施例1苯磺酰化试剂Ⅱ的制备
苯磺酰化试剂Ⅱ的合成路线
化合物b1的合成
向250mL三口烧瓶中加入水(75mL)，乙酸乙酯(75mL)，苯磺酰氯(20.0g，113mmol)，碳酸钾(34.48g，2.2eq.)，甲氧胺盐酸盐(11.4g，1.2eq.)，常温(20-30℃)反应过夜(约12小时)，经乙酸乙酯萃取，旋干溶剂，制得白色固体，即化合物b1(20.18g，产率95％)。
苯磺酰化试剂Ⅱ的合成
向250mL三口烧瓶加入乙腈(100mL)，化合物b1(20.18g，108mmol)，碳酸钾(17.7g，1.2eq.)和苯磺酰氯(22.6g，1.2eq.)，常温反应过夜(约12小时)，反应完全后通过柱色谱分离。分离类型为吸附柱色谱，色谱柱温为常温(20-30℃)，吸附剂为硅胶，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯，梯度洗脱，柱高径比为10:1，干法装柱，干法加样。洗提速度为每秒1-2滴。洗脱剂为PE：EA＝10:1(体积比)，旋蒸除去溶剂得到白色固体，即苯磺酰化试剂Ⅱ(31.49g，产率90％)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.80(d,J＝7.6Hz,4H),7.61(t,J＝7.6Hz,2H),7.42(t,J＝7.6Hz,4H),3.93(s,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ135.62,134.67,129.35,129.00,67.78；IR(neat)ν＝3098,2945,1448,1381,1192,865,731,545cm-1；HRMS-EI(m/z)calcd.for(C13H13NO5S2)327.0235；found 327.0234.
该实施例中，苯磺酰化试剂Ⅱ由甲氧胺盐酸盐和苯磺酰氯经两步反应制得，原料廉价，制备过程简单，反应条件温和，副反应少，后处理只需萃取和简单的柱层析纯化，产率高。而对苯磺酰化试剂Ⅱ进行热重分析，热重分析谱图如图1所示，其在195℃以下结构仍然保持稳定，具有非常好的稳定性。
实施例2乙醇的苯磺酰化
向10mL反应管中加入乙腈(3mL)，底物乙醇(0.014g，0.3mmol)，碳酸钾(0.041g，0.3mmol)，苯磺酰化试剂Ⅱ(0.082g，0.25mmol)，80℃搅拌，TLC检测反应。TLC检测反应完全后，柱层析分离。分离类型为吸附柱色谱，色谱柱温为常温(20-30℃)，吸附剂为硅胶，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯，梯度洗脱，柱高径比为10:1，干法装柱，干法加样。洗提速度为每秒1-2滴。洗脱剂为PE：EA＝10:1(体积比)，将分离所得洗提液旋蒸除溶剂后，得乙醇的苯磺酰化产物(0.053g，产率98％)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.86(d,J＝7.2Hz,2H),7.65(t,J＝7.6Hz,1H),7.54(t,J＝7.6Hz,2H),3.87(s,3H),2.92(q,2H),1.20(t,J＝7.2Hz,3H)；13CNMR(100MHz,CDCl3)δ133.80,133.23,129.60,128.86,65.70,48.06,12.37.
实施例3苯酚的苯磺酰化
向10mL反应管中加入乙腈(3mL)，底物苯酚(0.024g，0.25mmol)，碳酸钾(0.041g，0.3mmol)，苯磺酰化试剂Ⅱ(0.098g，0.3mmol)，80℃搅拌，TLC检测反应。TLC检测反应完全后，柱层析分离。分离类型为吸附柱色谱，色谱柱温为常温(20-30℃)，吸附剂为硅胶，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯，梯度洗脱，柱高径比为10:1，干法装柱，干法加样。洗提速度为每秒1-2滴。洗脱剂为PE：EA＝10:1(体积比)，将分离所得洗提液旋蒸除溶剂后，得苯酚的苯磺酰化产物(0.058g，产率99％)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.82(d,J＝7.2Hz,2H),7.65(t,J＝7.6Hz,1H),7.51(t,J＝7.6Hz,2H),7.30-7.20(m,3H),6.99-6.95(m,2H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ149.59,135.35,134.28,129.68,129.17,128.49,127.23,122.35.
实施例4β萘酚的苯磺酰化
向10mL反应管中加入乙腈(3mL)，底物β萘酚(0.034g，0.25mmol)，碳酸钾(0.041g，0.3mmol)，苯磺酰化试剂Ⅱ(0.098g，0.3mmol)，80℃搅拌，TLC检测反应。TLC检测反应完全后，柱层析分离。分离类型为吸附柱色谱，色谱柱温为常温(20-30℃)，吸附剂为硅胶，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯，梯度洗脱，柱高径比为10:1，干法装柱，干法加样。洗提速度为每秒1-2滴。洗脱剂为PE：EA＝10:1(体积比)，将分离所得洗提液旋蒸除溶剂后，得β萘酚的苯磺酰化产物(0.066g，产率96％)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.92-7.88(m,2H),7.87(d,J＝8.4Hz,1H),7.81(d,J＝8.0Hz,1H),7.75(d,J＝8.4Hz,1H),7.65-7.60(m,1H),7.51-7.35(m,5H),7.24-7.21(m,1H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ145.84,135.88,134.84,134.36,129.30,128.58,127.83,127.34,127.32,126.85,125.24,121.78,118.62.
实施例5对甲苯二硫醚的合成
向10mL反应管中加入乙腈(3mL)，底物4-甲基苯硫酚(0.031g，0.25mmol)，碳酸钾(0.041g，0.3mmol)，苯磺酰化试剂Ⅱ(0.098g，0.3mmol)，80℃搅拌，TLC检测反应。TLC检测反应完全后，柱层析分离。分离类型为吸附柱色谱，色谱柱温为常温(20-30℃)，吸附剂为硅胶，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯，梯度洗脱，柱高径比为10:1，干法装柱，干法加样。洗提速度为每秒1-2滴。洗脱剂为PE：EA＝10:1(体积比)，将分离所得洗提液旋蒸除溶剂后，得对甲苯二硫醚(0.03g，产率99％)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.40(d,J＝8.4Hz,4H),7.12(d,J＝8.0Hz,4H),2.34(s.6H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ137.55,133.99,129.91,128.62,21.19.
对甲苯二硫醚的合成中，反应机理如下，
苯磺酰化试剂Ⅱ首先和对甲苯硫酚进行苯磺酰化反应，生成对甲苯硫酚的苯磺酰化中间体，该中间体中苯磺酰基离去生成苯磺酰自由基和对甲苯硫酚自由基，两分子的对甲苯硫酚自由基偶联得到对甲苯二硫醚，而苯磺酰自由基再与对甲苯硫酚结合，然后氧化又可得到对甲苯硫酚的苯磺酰化中间体，以此形成循环，可有效地促进二硫键的生成。
对比例1
以苯磺酰氯作为苯磺酰化试剂对苯酚进行苯磺酰化，反应步骤和条件同实施例3，苯磺酰化产率为37％。
对比例2
以苯磺酰氯作为苯磺酰化试剂对β萘酚进行苯磺酰化反应，反应步骤和条件同实施例4，苯磺酰化产率与实施例4接近，但是反应有刺鼻气味的HCl气体产生。
综上实施例2～5和对比例1～2可知，相比于苯磺酰氯，本发明的苯磺酰化试剂具有较高的苯磺酰化活性，在乙腈中和碳酸钾的存在下，即可对乙醇、苯酚、β萘酚和硫酚等发生苯磺酰化反应，不仅反应条件温和，副反应少，苯磺酰化产率高，而且该苯磺酰化试剂上没有-Cl，使用过程中不会有刺激气味的HCl气体产生。
Claims (7)
1.一种磺酰亚胺类化合物，其特征在于，所述磺酰亚胺类化合物为式Ⅰ所示化合物：
式Ⅰ中，Ar为连有0～5个取代基的苯环，苯环上各取代基独立地为氯原子、氟原子、甲基或叔丁基；
但不包括下列化合物：
2.一种制备权利要求1所述磺酰亚胺类化合物的方法，其包括如下步骤：
A)在混合溶剂水和乙酸乙酯中，化合物a和甲氧胺盐酸盐在碳酸钾的存在下常温反应，反应完全后分离得到化合物b；其中，水和乙酸乙酯的体积比为0.5～2:1，以化合物a的摩尔量为准，甲氧胺盐酸盐为1.1～1.3当量，碳酸钾为2～3当量；
B)在乙腈中，步骤A制得的化合物b和化合物a在碳酸钾的存在下常温反应，反应完全后分离得到式Ⅰ所示的苯磺酰化试剂；其中，以化合物b的摩尔量为准，化合物a为1.1～1.3当量，碳酸钾为1.1～1.3当量；
化合物a中，Ar为连有0～5个取代基的苯环，苯环上各取代基独立地为氯原子、氟原子、甲基或叔丁基。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A中，水和乙酸乙酯的体积比为1：1，碳酸钾为2.2当量，甲氧胺盐酸盐为1.2当量。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤B中，碳酸钾为1.2当量，化合物a为1.2当量。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A中，反应完全后，由乙酸乙酯萃取，再旋干。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤B中，反应完全后采用柱色谱分离，柱色谱分离的具体条件为：色谱类型为吸附柱色谱，色谱柱温为常温，吸附剂为硅胶，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯，梯度洗脱，柱高径比为10:1，干法装柱，干法加样，洗提速度为每秒1-2滴。
7.一种如式Ⅰ所示的磺酰亚胺类化合物在底物为乙醇，苯酚，萘酚或甲基苯硫醚的苯磺酰化反应中作为苯磺酰化试剂的应用：
式Ⅰ中，Ar为连有0～5个取代基的苯环，苯环上各取代基独立地为氯原子、氟原子、甲基或叔丁基。
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