CN1082506C - 制备二硫代肼基甲酸甲酯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制备高产率二硫代肼基甲酸甲酯的方法，它包括使二硫化碳、肼和碱在含水溶媒中，以有效的比例反应，生成二硫代肼基甲酸盐，然后用溴甲烷使该二硫代肼基甲酸盐甲基化。

Description

制备二硫代肼基甲酸甲酯的方法

本发明涉及制备二硫代肼基甲酸甲脂(methyl dithiocarbazinate)的改进的方法。更精确地说，本发明涉及改进的由二硫化碳，肼和碱添加剂反应制备二硫代肼基甲酸甲脂的方法。

制备二硫代肼基甲酸甲酯的现有技术的示例如下：Audrieth等在J.Organic Chem第19卷，733-741页(1954年)中披露关于制备二硫代肼基甲酸甲酯并将其转变成硫代对称二氨基脲的方法。该方法包括将1.04摩尔的二硫化碳滴加至置于冰浴内、在200ml乙醇中的1.18摩尔的氢氧化钾和1.1摩尔的85％的肼中。在滴加过程中析出包含二硫代肼基甲酸钾的深黄色油。所得混合物经搅拌、冷却并加入两倍体积的醚处理以析出更多的目的产物(二硫代肼基甲酸钾)。

使该油层从醚-醇层中分出，并过滤除去少量的所生成的未鉴别的固体。然后将所得澄清的黄色溶液溶于300ml水中。将所得溶液在冰浴中冷却并分大约10次加入1.05摩尔的碘甲烷。在每次加入后，交替振摇和冷却该反应容器，直至所述碘甲烷耗尽为止。允许该反应混合物放置数小时并不时振摇以便完成反应。收集所述二硫代肼基甲酸甲酯并在乙醇中重结晶。

将二硫代肼基甲酸甲酯(24.4g，0.2摩尔)溶于200ml无水乙醇中并加入18ml 85％的水合肼(0.3摩尔的肼)。将所得溶液回流至不再有固体硫代对称二氨基脲沉淀析出为止(约45分钟)。为了除掉少量生成的3-肼基-4-氨基-5-巯基-1，2，4-三唑，将该反应混合物冷却并收集所得固体产物并在酸水(加入几滴盐酸)中重结晶。

Le在美国专利第4696938号中介绍了在6-芳基吡啶缩氨基硫脲类的制备中作为中间体的肼二硫代羧酸甲酯的制备和使用方法。二硫代肼基甲酸甲酯可如下制备：将水合肼(150g)加至冷却的(0℃)氢氧化钾在水(240ml)和2-丙醇(200m1)中的溶液中。然后将预冷的二硫化碳(182ml)在保持内温低于10℃下，滴加至搅拌的反应混合物中。加毕后，再继续搅拌一小时。将冷却的碘甲烷(426g)用1.5小时滴加入。所得的白色沉淀经过滤并用冷水洗涤后收集。所得的粗产物经二氯甲烷重结晶。

为了生成6-芳基吡啶缩氨基硫脲，使二硫代肼基甲酸甲酯在合适的溶剂如醇中与6-芳基-2-烷基吡啶在合适的醚溶剂如四氢呋喃或1，4-二氧六环中用二氧化硒处理的产物反应。

S.Losanitch在J.Chem.Soc.第119卷，763-765页(1921年)中介绍通过首先得到的二硫代肼基甲酸铵，并使其与碘甲烷反应制备二硫代肼基甲酸甲酯的方法。所述二硫代肼基甲酸铵是由含有过量的氨的水合肼的醇溶液在冷却下用相应量的二硫化碳缓慢处理得到的。所述二硫代肼基甲酸甲酯由碘甲烷处理在稀醇溶液中的所述铵盐而得。

Sandstrom等在Arkiv For Kemi 4(1952)，297页中介绍通过用肼分解三硫代碳酸二乙酯制备二硫代肼基甲酸乙酯。该方法包括：从乙醇-水混合物中分离二硫代肼基甲酸和二硫代肼基甲酸与溴乙烷在乙醇-水混合物中的反应。

美国专利3284482披露了如下制备二硫代肼基甲酸的氟苄酯的方法：在10-15℃，用20分钟时间向包含85％肼，25％氢氧化钠和300ml水的溶液中滴加二硫化碳。除去外部冷却，并在25-30℃搅拌该反应混合物一小时。然后一次性向该反应混合物中加入三氯代氯苄，在25-30℃搅拌24小时，以便生成相应的二硫代肼基甲酸三氯代苄酯。然后用乙醚萃取该产物。用水洗该醚液至中性，用硫酸钠干燥并在真空下除去乙醚。

英国专利说明书第1274521号揭示用氧基化合物与二硫代肼基甲酸酯反应制得的二硫代肼基甲酸酯的衍生物。所述二硫代肼基甲酸由在醇介质中，使二硫化碳在氢氧化钾，氨或过量水合肼存在下与水合肼反应制得。

分离后，使该二硫代肼基甲酸盐经烷基化或芳烷基化步骤转变成酯。该步骤在水中，水和醇的混合物中或醇中进行。另外，该酯可由在单一反应器中进行反应的方法来制备。将所述烷基化或芳烷基化试剂加至由上述方法制备的二硫代肼基甲酸盐溶液中。在该专利中揭示的烷基化或芳烷基化试剂有：硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、烯丙基氯、正丁基碘、正辛基酯、正十二烷基溴、十六烷基溴、苄基氯、对-氯代苄基氯、对-异内基苄基溴、对-正丁基苄基溴和α-甲基苄基氯。

如前述所能认识到的，需要经济的方法，即更容易和有效的方法制备二硫代肼基甲酸甲酯。特别是需要更经济的工业化方法制备二硫代肼基甲酸甲酯。本发明提供了这样的改进的制备二硫代肼基甲酸甲酯的方法。

令人惊奇的发现，二硫代肼基甲酸甲酯可由容易的和有效的方法制得。本改进的方法包括：使肼、二硫化碳和碱含以有效的比率在含水反应介质中反应，生成二硫代肼基甲酸盐，然后使该二硫代肼基甲酸盐与溴甲烷反应(甲基化)。

在本发明实施例中，使二硫化碳、肼和无机碱在作为反应介质的水中反应。使所得的包含二硫代肼基甲酸盐的反应混合物与溴甲烷反应制备高收率的二硫代肼基甲酸甲酯。优选的反应熔媒包含作为反应介质的水和任选烷烃溶剂如，甲苯。

对比而言，现有技术方法一般包括：使二硫化碳和肼在含有醇的反应溶媒中反应；所得二硫代肼基甲酸盐的分离；使用更昂贵或更难处理的和有时工业化在成本上受限制的烷基化试剂如例如碘甲烷；和催化剂例如碘化钠和/或所得二硫代肼基甲酸甲酯的重结晶。

本发明的显著特征是应用本发明方法可免去使用不合乎需要的烷基化试剂例如碘甲烷，不合乎需要的溶剂例如醇类和昂贵的催化剂例如碘化钠。本发明的显著特点是本方法不需要长的反应时间，不需中间体二硫代肼基甲酸盐的分离和不需最终的二硫代肼基甲酸甲酯的重结晶。因而，本发明方法满足了人们长期期望，但没能满足使用方便的方法，经利用易得到的和相对便宜的反应物和溶剂及操作技术制备二硫代肼基甲酸甲酯的需求。

在本发明的实施中，二硫代肼基甲酸甲酯可用作制备其它化学物质例如噻二唑类的中间体化合物。

如前所述，本发明涉及由下述过程制备二硫代肼基甲酸甲酯(MDTC)的方法：(I)使二硫化碳与肼和碱以有效的比率在含水反应溶媒中反应，生成二硫代肼基甲酸盐，然后(II)用溴甲烷使(I)中的二硫代肼基甲酸盐甲基化。该方法可由如下反应(I)和(II)表示。

需说明的是，肼(通常为水合肼形式)、二硫化碳和无机碱以约为1.2∶1∶1～1∶1.2∶1，优选1∶1∶1的摩尔比例反应。例如，将二硫化碳和无机碱同时加至肼中，优选滴加。在此可应用相转移催化剂。此外，可以先将一半的二硫化碳和一半的无机碱先加至所述肼中，然后再将另一半的二硫化碳和无机碱加至其中。

所述反应可在对其无不利影响的pH范围内进行。该反应一般在pH约8-14范围内进行，优选pH9-14。其反应温度可约为0-35℃，优选5-25℃。其反应时间可约为1-4小时，优选1-2小时。

至于碱，可以应用下述的无机和含氮碱。该碱(与肼截然不同)在此被描述为碱添加剂。所述无机碱优选氢氧化钾，而且更优选氢氧化钾粉末。据信(不受任何特殊理论的限制)，除氢氧化钾以外可以使用其它可以影响与目的离子进行足够的离子交换的无机碱。这些其它无机碱的示例可为氢氧化钠和氢氧化锂。至于含氮碱，可以应用含氮化合物例如氨、氢氧化铵和其它一些胺类化合物。所述胺类化合物可以是乙醇胺(为优选的)、二-正丙基胺、二异丙胺、二-正丁胺、叔丁基胺、二甲基苄胺和乙基甲基吡啶。

所述含水反应溶媒一般包括水和任何的非水溶剂。水与二硫化碳的摩尔比可以是约2-10，优选2-5摩尔。溶剂的非限制性实例可以是烃溶剂例如选自二甲苯、异丙苯、苯、甲苯、乙基苯和间三甲基苯的芳族溶剂或选自戊烷、己烷、环己烷和庚烷的脂族溶剂。典型的溶剂为芳族溶剂，优选甲苯。所述溶剂可按每摩尔二硫化碳0.1-3和优选0.15-2摩尔的摩尔比应用。与许多现有技术方法不同，本发明方法的反应溶媒不需要含非质子溶剂。本发明方法的反应溶媒基本上由水和任选的非醇性溶剂组成。

所得的含有二硫代肼基甲酸盐的产物与溴甲烷反应。溴甲烷与二硫代肼基甲酸盐的摩尔比可以为1.5-1.02∶1，优选1.05∶1。所述甲基化反应温度可以是约0-35℃，时间约0.5-3小时，优选1-2小时。所述水和任选的溶剂，及在反应(II)中应用的催化剂基本上与反应(I)中所述的相同。所述水与二硫代肼基甲酸盐的摩尔比可为1-3∶1，优选1∶1。所述溶剂与二硫代肼基甲酸盐的摩尔比可为1.3-0.17∶1，优选0.5∶1。所用催化剂的量可为每摩尔二硫代肼基甲酸盐约0.5-10％(mol)，优选0.5-1％(mol)。

虽然所述甲基化反应(II)可在另一个容器中进行，一般它可在用于制备二硫代肼基甲酸盐的同一反应器中进行。本发明的一个显著特征是可以不经分离反应(I)的二硫代肼基甲酸盐而进行所述甲基化反应。在本发明的实施例中，所述甲基化反应(II)主要包括反应(I)的反应产物与溴甲烷反应。另外，所述二硫代肼基甲酸盐可以通过过滤分离及接着与溴甲烷反应。就示例而言，所述二硫代肼基甲酸盐可以过滤，在如上所述的反应溶媒中形成淤浆，然后与溴甲烷反应。该反应条件基本上与上述的反应条件相同。

本发明的另一个显著特征是所述甲基化反应(II)可以在不使用昂贵的反应催化剂例如碘化钠情况下进行。在这方面，可以说所述甲基化步骤主要包括(I)的反应产物与溴甲烷的反应。

所得的含有二硫代肼基甲酸甲酯的产物可用任何简便的方法例如过滤或离心来分离。所述二硫代肼基甲酸甲酯可经真空过滤器收集并用水洗以除去杂质例如溴化钾盐。所得湿的滤饼可直接使用或用任何可有效提供所需干燥并不引起其分解的方法干燥后使用。示范性地讲，所述产物可在不引起产物分解的温度下进行干燥。更精确地讲，该产物使用氮气流在约30-40℃的温度下，在真空烘箱内干燥。一般所述二硫代肼基甲酸甲酯的纯度随洗涤和/或干燥步骤而变化，可达到高至95％。如上可知，二硫代肼基甲酸甲酯可不经由反应(II)反应产物的重结晶而得到。因此二硫代肼基甲羧甲酯可由下述方法制得，所述方法主要包括：使二硫化碳、肼和碱以有效的比例在含水溶媒中反应，生成二硫代肼基甲酸盐，然后用溴甲烷使该盐甲基化，并除去所得溴化物盐。

催化剂，例如相转移催化剂可用在所述反应中。所述催化剂的例子是：三-[2-(2-甲基乙氧基)乙基]胺(TDA-1)，N-苄基三甲基氢氧化铵(可由Aldrich Chemical Co.购得)，N-甲基咪唑、二甲氨基吡啶、1，4-二氮杂二环-(2，2，2)-辛烷和二甘醇。该催化剂的摩尔比可为每摩尔二硫化碳0-300毫摩尔及优选0-2毫摩尔。

下述为按照本发明的关于制备二硫代肼基甲酸甲酯方法的简便的说明(不限于此)。将二硫化碳在低于25℃温度下(冷却下)，缓慢加至甲苯、水、TDA-1和一水合肼的混合物中。当所产生的淤浆的pH稳定在9-10时，将氢氧化钾水溶液加至该混合物中并搅拌该混合物至其pH值回落至约9。按上述相同的方案加入另外三等份量的二硫化碳和氢氧化钾。完成所述各份的加入后，搅拌该反应混合物90分钟，然后用一小时，将溴甲烷气体鼓泡通入该混合物中。一般产生白色淤浆，在25℃搅拌约30分钟，冷却至约0-5℃，并过滤。该过滤产物一般为白色粉末形式，经分析为二硫代肼基甲羧甲酯，其收率在约60-80％范围内。所述活性成分(AI)在65-95％范围内。主要杂质为水和溴化钾。

如前述可见，本发明方法非常适于工业化应用，因为它所应用的是容易得到的试剂和操作技术。示范性地讲，本方法可以在下述反应条件下进行：不产生环境不允许的副产物，不降低产率，不影响终产物的质量及对生产操作无不利的影响。

所述的本发明的内容及其它方面由下述实施例进一步说明，但不限于此，除特殊指明外，全部份数和百分数均以重量表示。

实施例

实施例1

使用KOH水溶液作为碱，制备二硫代肼基甲酸甲酯(MDTC)。

在适当安装的反应容器中，于＜25℃(冷却下)，将二硫化碳(19g，0.25mol)缓慢加至甲苯(43.25g，0.46mol)、水(72g，4mol)、TDA-1(2.02g，0.0063mol)及一水合肼(50g，1.0mol)的混合物中。当所得的淤浆的pH稳定在pH9时，加入氢氧化钾水溶液(43％，32.6g，0.25mol)，并搅拌该溶液至其pH回落至9。应用相同的方案加入另外三等份量的二硫化碳(19g，0.25mol)和氢氧化钾(43％，32.6g，0.25mol)。各份加入结束后，搅拌该反应混合物90分钟。

将溴甲烷气体(104.4g，1.1mol)用一小时，鼓泡通入该黄色混合物中。所得白色淤浆于25℃再搅拌30分钟，冷却至5℃并过滤。分离白色粉末状的二硫代肼基甲酸甲酯，收率77％。主要杂质为水和溴化钾。

实施例2

使用固体KOH，制备二硫代肼基甲酸甲酯(MDTC)

在适当安装的反应容器中，于＜25℃(冷却下)将二硫化碳(76g，1.0mol)缓慢加至甲苯(43.25g，0.46mol)、水(72g，4.0mol)、TDA-1(1.98g，0.0061mol)、新粉碎的固体KOH(56g，1.0mol)和一水合肼(50g，1.0mol)的混合物中。搅拌该反应混合物2小时，然后将溴甲烷气体(104.4g 1.1mol)用一小时，鼓泡通入所得的黄色混合物中。该混合物变成白色淤浆并在25℃搅拌30分钟，然后冷却至5℃并过滤。分离白色粉末状的二硫代肼基甲酸甲酯，收率72％。其主要杂质为水和溴化钾。

实施例3

使用NaOH水溶液制备二硫代肼基甲酸甲酯(MDTC)

除用50％NaOH代替43％KOH外，制备中的成分和方法基本上与实施例1中所述的相同。MDTC的产率为70％。主要杂质为水和溴化钠。

实施例4

使用氢氧化铵制备二硫代肼基甲酸甲酯(MDTC)

在适当安装的反应容器中，在＜5℃(冷却下)将水合肼(75.0g，1.50mol)缓慢加至氢氧化铵(87.1g，1.54mol)和水(75g，4.16mol)的混合物中。然后，保持温度在5℃下，将二硫化碳(114.0g，1.50mol)加至该混合物中(用1.0小时)。在相同温度下搅拌该混合物约1小时后，加入甲苯(43.25g，0.46mol)和二甘醇(4.47g，0.042mol)，及在5℃用2小时通入溴甲烷(156.7g，1.65mol)。在25℃搅拌该混合物1小时，冷至0-5℃，滤出固体。所得固体用冰-冷水洗(3×25ml)，然后干燥(在40℃/20mm过夜)得白色结晶177.1g(77.6％)。其母液含有另外3-5％净得率的MDTC。

实施例5

使用叔丁胺制备二硫代肼基甲酸甲酯(MDTC)

在适当安装的反应容器中，在＜5℃(冷却下)将水合肼(75.0g，1.50mol)缓慢加入叔丁胺(109.7g，1.50mol)、水(75g，4.2mol)及甲苯(43.25g，0.469mol)的混合物中。然后保持温度在5℃下，将二硫化碳(114.0g，1.50mol)加至该混合物中(1小时)。在同样温度下搅拌该混合物1小时后，在5℃，用2小时通入溴甲烷(156.7g，1.65mol)。在25℃搅拌该混合物1小时，冷至0-5℃，过滤出固体。所得固体用冰-冷水洗(3×25ml)，然后干燥(40℃/20mm过夜)得白色结晶156.4g(81.0％)。其母液含有另外3-5％净收率的MDTC。

实施例6

使用KOH制备二硫代肼基甲酸甲酯

在适当安装的反应容器(四颈，1000ml)中，在＜25℃(冷却下)将水合肼(50.0g，1.0mol)缓慢加入甲苯(86.5g，0.94mol)、水(72g，4.0mol)和TDA-1(2.0g，0.0062mol)的混合物中。保持温度在25℃下，用10分钟将二硫化碳(12.7g，0.167mol)滴加入其中，然后仍保持温度在25℃下，用10分钟加入KOH(21.75g，0.167mol)。重复操作5次或更多次(包括冷却条件)逐渐递增量加入二硫化碳和KOH。然后在25℃，用2小时通入溴甲烷(104.5g，1.1mol)。将所述反应混合物冷至0-5℃，并在真空下过滤。然后所得产物用冷水洗，并在真空烘箱(40℃/20mm)中干燥得MDTC 92.8g(76.1％)。其母液中含有另外3-5％净收率的MDTC。

虽然本发明已作了详细说明，其仅为示范性说明目的，本领域技术熟练人员在除本权利要求所限制之外，在本发明的精神及范围内可对本发明进行改动是可以理解的。

Claims (7)

1.制备二硫代肼基甲酸甲酯的方法，它包括：使二硫化碳、肼和碱添加剂以有效的比例在含水溶媒中反应生成二硫代肼基甲酸盐，然后用溴甲烷使二硫代肼基甲酸盐甲基化，所述含水溶媒由水和任选的非醇性溶剂组成，水与二硫化碳的摩尔比为2-10，在使用溶剂时，可按每摩尔二硫化碳0.1-3摩尔溶剂使用。

2.权利要求1的方法，其中所述碱添加剂为无机碱，该碱为氢氧化钾或氢氧化钠。

3.权利要求1的方法，其中所述碱添加剂为选自氨、氢氧化铵和胺的含氮碱。

4.权利要求1的方法，其中所述反应在催化剂存在下进行。

5.权利要求1的方法，其中肼与二硫化碳及所述碱的摩尔比为1.2∶1∶1-1∶1.2∶1。

6.权利要求5的方法，其中所述摩尔比为1∶1∶1。

7.权利要求1的方法，其中溴甲烷与所述二硫代肼基甲酸盐的摩尔比为1.5-1.02∶1。