CN108977839A - 一种噻唑-4-甲酸的合成方法 - Google Patents

一种噻唑-4-甲酸的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种噻唑‑4‑甲酸的合成方法，将4‑溴噻唑加入至季铵盐溶液制备成电解液中，在二氧化碳氛围中，向电解液中通入恒电流进行电羧化反应，然后采用乙腈水溶液进行水解即可获得噻唑‑4‑甲酸；其中，季铵盐选自四乙基氯化铵、四乙基溴化铵、四乙基碘化铵、四乙基四氟硼酸胺、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵，电解液的溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺或乙腈。该合成方法不仅反应体系简单、条件温和、过程易控，而且能够利用二氧化碳，为温室效应气体的解决提供一条途径。

Description

一种噻唑-4-甲酸的合成方法
技术领域
本发明涉及电化学有机合成技术领域，尤其是涉及一种噻唑-4-甲酸的合成方法。
背景技术
噻唑-4-甲酸，也称4-噻唑甲酸，是合成杀菌剂噻菌灵的重要中间体，也是非常重要的医药、农药中间体和有机合成试剂，用途十分广泛。传统合成噻唑-4-甲酸的方法是将甲酰胺滴加到P2S5分散在乙二醇二甲基醚溶剂中，得到硫代甲酰胺(HCSNH2)，再和溴代丙酮酸甲酯反应得到噻唑-4-羧酸甲酯，进一步水解得到产物。这一种方法需要严格控制反应温度、反应时间较长、条件苛刻且较繁琐、污染较严重、反应产率较低。邱滔等报道的合成工艺，以L-半胱氨酸盐酸盐与甲醛为起始原料，经缩合酯化得到噻唑烷-4-甲酸甲酯，再在二氧化锰作用下氧化合成噻唑-4-甲酸甲酯，水解得到噻唑-4-甲酸。该方法反应时间较长、条件苛刻、步骤繁琐。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种噻唑-4-甲酸的合成方法，该合成方法不仅反应体系简单、条件温和、过程易控，而且能够利用二氧化碳，为温室效应气体的解决提供一条途径。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种噻唑-4-甲酸的合成方法，将4-溴噻唑加入至季铵盐溶液制备成电解液中，在二氧化碳氛围中，向电解液中通入恒电流进行电羧化反应，然后采用乙腈水溶液进行水解即可获得噻唑-4-甲酸；其中，季铵盐选自四乙基氯化铵、四乙基溴化铵、四乙基碘化铵、四乙基四氟硼酸胺、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵，电解液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或乙腈。
优选的，4-溴噻唑与季铵盐的摩尔比为1:1。
优选的，季铵盐与溶剂的摩尔比为1:129。
优选的，电羧化反应时，阳极为镁，阴极选自：不锈钢、铜、银、铂、镍、钛、玻碳。
优选的，恒电流为1～12mA/cm2。进一步优选为6mA/cm2。
优选的，电羧化反应的温度为-25～25℃。进一步优选为-10℃。
优选的，电羧化反应时，4-溴噻唑与通电量的比为1:1～5，mol：F。进一步优选为1:2.5，mol：F。
优选的，电羧化后的物料去除溶剂后，再进行水解。
优选的，乙腈水溶液中乙腈与水的体积比为0.9～1.1:1。
本发明的目的之二是提供一种上述方法合成的噻唑-4-甲酸的检测方法，将上述方法获得的产品加入至流动相溶液中，然后采用高效液相色谱进行检测，所述流动相溶液为乙腈、三氟乙酸和水的混合物。
由于电羧化反应是一种新型反应，研究较少，没有权威的反应机理解释，因而其副反应也无法通过常理推测，这就导致了该方法合成的噻唑-4-甲酸的检测极为困难，本发明采用乙腈、三氟乙酸和水的混合物作为流动相，能够将反应后物料中的噻唑-4-甲酸通过高效液相色谱分离并进行检测，从而实现了对上述方法合成的噻唑-4-甲酸的检测。
优选的，检测条件为：检测波长为233～235nm，流速为0.75～0.85mL/min，检测柱为C18柱。
优选的，乙腈、三氟乙酸和水的体积比为15:0.1:85。
本发明的有益效果为：
1.本发明提供了新的噻唑-4-甲酸的合成方法，该方法具有体系简单、条件温和、过程易控等优点，而且以CO2作为原料之一，既固定利用了CO2，为温室效应的解决提供一条途径，又合成了具有高利用价值的产品，为具有挑战性的绿色合成杂环芳香羧酸等有机物的研究开辟了一条新途径；同时，噻唑-4-甲酸是合成杀菌剂噻菌灵的重要中间体,也是非常重要的医药、农药中间体和有机合成试剂，用途十分广泛。该发明为绿色合噻唑-4-甲酸的研究开辟了一条新途径，在医药、农药及化工行业中显示了极好的应用前景，是一种很有工业合成价值的工艺路线。
2.本发明提供了一种该合成方法制备的噻唑-4-甲酸的检测方法，能够对电羧化反应后的物料中的噻唑-4-甲酸分离，从而实现采用高效液相色谱检测噻唑-4-甲酸。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1一种噻唑-4-甲酸的合成方法，具体步骤如下：
a、电解液的制备
将1mmol(89μL)4-溴噻唑与1mmol(0.1657g)四乙基氯化铵和0.129mol(10mL)N,N-二甲基甲酰胺混合成电解液，然后放入以钛为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内，4-溴噻唑、四乙基氯化铵和N,N-二甲基甲酰胺为分析纯，其中：4-溴噻唑为底物，N,N-二甲基甲酰胺为级分子筛干燥后的溶剂，四乙基氯化铵为支持电解质。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳30min，然后以3mA/cm2的恒电流密度进行电解(电解过程一直通入二氧化碳至电解结束)，其通电量为193C，其反应温度为0℃，通电量为每摩尔4-溴噻唑用2.0F，F为法拉第常数。
c、旋蒸和水解
电解反应结束后，将上述电解后液体全部移入圆底烧瓶，减压(压力为0.1MPa)旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺(旋蒸温度为85℃)，得相应粘稠液。然后用乙腈：水＝50:50(V:V)的混合液溶解上述粘稠液，即得噻唑-4-甲酸的粗产品。
d、检测
用蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)的流动相适当稀释上述噻唑-4-甲酸的粗产品。用高效液相(HPLC)检测产物产率，检测条件：蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)为流动相，波长为234nm，流速为0.8mL/min，检测柱为C18柱，最后经检测得到噻唑-4-甲酸产率为27.5％。
实施例2一种噻唑-4-甲酸的合成方法，具体步骤如下：
a、电解液的制备
将1mmol(89μL)4-溴噻唑与1mmol(0.2572g)四丁基碘化铵和0.129mol(10mL)N,N-二甲基甲酰胺混合成电解液，然后放入以铜为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内，4-溴噻唑、四丁基碘化铵和N,N-二甲基甲酰胺为分析纯，其中：4-溴噻唑为底物，N,N-二甲基甲酰胺为级分子筛干燥后的溶剂，四丁基碘化铵为支持电解质。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳30min，然后以1mA/cm2的恒电流密度进行电解(电解过程一直通入二氧化碳至电解结束)，其通电量为193C，其反应温度为10℃，通电量为每摩尔4-溴噻唑用2.0F，F为法拉第常数。
c、旋蒸和水解
电解反应结束后，将上述电解后液体全部移入圆底烧瓶，减压(压力为0.1MPa)旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺(旋蒸温度为85℃)，得相应粘稠液。然后用乙腈：水＝50:50(V:V)的混合液溶解上述粘稠液，即得噻唑-4-甲酸的粗产品。
d、检测
用蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)的流动相适当稀释上述噻唑-4-甲酸的粗产品。用高效液相(HPLC)检测产物产率，检测条件：蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)为流动相，波长为234nm，流速为0.8mL/min，检测柱为C18柱，最后经检测得到噻唑-4-甲酸产率为31.3％。
实施例3一种噻唑-4-甲酸的合成方法，具体步骤如下：
a、电解液的制备
将1mmol(89μL)4-溴噻唑与1mmol(0.2171g)四乙基四氟硼酸铵和0.129mol(10mL)N,N-二甲基甲酰胺混合成电解液，然后放入以不锈钢为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内，4-溴噻唑、四乙基四氟硼酸铵和N,N-二甲基甲酰胺为分析纯，其中：4-溴噻唑为底物，N,N-二甲基甲酰胺为级分子筛干燥后的溶剂，四乙基四氟硼酸铵为支持电解质。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳30min，然后以9mA/cm2的恒电流密度进行电解(电解过程一直通入二氧化碳至电解结束)，其通电量为193C，其反应温度为0℃，通电量为每摩尔4-溴噻唑用2.0F，F为法拉第常数。
c、旋蒸和水解
电解反应结束后，将上述电解后液体全部移入圆底烧瓶，减压(压力为0.1MPa)旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺(旋蒸温度为85℃)，得相应粘稠液。然后用乙腈：水＝50:50(V:V)的混合液溶解上述粘稠液，即得噻唑-4-甲酸的粗产品。
d、检测
用蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)的流动相适当稀释上述噻唑-4-甲酸的粗产品。用高效液相(HPLC)检测产物产率，检测条件：蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)为流动相，波长为234nm，流速为0.8mL/min，检测柱为C18柱，最后经检测得到噻唑-4-甲酸产率为35.8％。
实施例4一种噻唑-4-甲酸的合成方法，具体步骤如下：
将1mmol(89μL)4-溴噻唑与1mmol(0.3694g)四丁基碘化铵和0.129mol(10mL)N,N-二甲基甲酰胺混合成电解液，然后放入以银为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内，4-溴噻唑、四丁基碘化铵和N,N-二甲基甲酰胺为分析纯，其中：4-溴噻唑为底物，N,N-二甲基甲酰胺为级分子筛干燥后的溶剂，四丁基碘化铵为支持电解质。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳30min，然后以5mA/cm2的恒电流密度进行电解(电解过程一直通入二氧化碳至电解结束)，其通电量为193C，其反应温度为0℃，通电量为每摩尔4-溴噻唑用2.0F，F为法拉第常数。
c、旋蒸和水解
电解反应结束后，将上述电解后液体全部移入圆底烧瓶，减压(压力为0.1MPa)旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺(旋蒸温度为85℃)，得相应粘稠液。然后用乙腈：水＝50:50(V:V)的混合液溶解上述粘稠液，即得噻唑-4-甲酸的粗产品。
d、检测
用蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)的流动相适当稀释上述噻唑-4-甲酸的粗产品，用高效液相(HPLC)检测产物产率，检测条件：蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)为流动相。波长为234nm，流速为0.8mL/min，检测柱为C18柱，最后经检测得到噻唑-4-甲酸产率为66.8％。
实施例5一种噻唑-4-甲酸的合成方法，具体步骤如下：
a、电解液的制备
将1mmol(89μL)4-溴噻唑与1mmol(0.3224g)四丁基溴化铵和0.129mol(10mL)N,N-二甲基甲酰胺混合成电解液，然后放入以银为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内，4-溴噻唑、四丁基碘化铵和N,N-二甲基甲酰胺为分析纯，其中：4-溴噻唑为底物，N,N-二甲基甲酰胺为级分子筛干燥后的溶剂，四丁基碘化铵为支持电解质。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳30min，然后以7mA/cm2的恒电流密度进行电解(电解过程一直通入二氧化碳至电解结束)，其通电量为289.5C，其反应温度为0℃，通电量为每摩尔4-溴噻唑用3.0F，F为法拉第常数。
c、旋蒸和水解
电解反应结束后，将上述电解后液体全部移入圆底烧瓶，减压(压力为0.1MPa)旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺(旋蒸温度为85℃)，得相应粘稠液。然后用乙腈：水＝50:50(V:V)的混合液溶解上述粘稠液，即得噻唑-4-甲酸的粗产品。
d、检测
用蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)的流动相适当稀释上述噻唑-4-甲酸的粗产品。用高效液相(HPLC)检测产物产率，检测条件：蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)为流动相，波长为234nm，流速为0.8mL/min，检测柱为C18柱，最后经检测得到噻唑-4-甲酸产率为74.5％。
实施例6一种噻唑-4-甲酸的合成方法，具体步骤如下：
a、电解液的制备
将1mmol(89μL)4-溴噻唑与1mmol(0.3224g)四丁基溴化铵和0.129mol(10mL)N,N-二甲基甲酰胺混合成电解液，然后放入以银为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内，4-溴噻唑、四丁基碘化铵和N,N-二甲基甲酰胺为分析纯，其中：4-溴噻唑为底物，N,N-二甲基甲酰胺为级分子筛干燥后的溶剂，四丁基碘化铵为支持电解质。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳30min，然后以6mA/cm2的恒电流密度进行电解(电解过程一直通入二氧化碳至电解结束)，其通电量为241.25C，其反应温度为-10℃，通电量为每摩尔4-溴噻唑用2.5F，F为法拉第常数。
c、旋蒸和水解
电解反应结束后，将上述电解后液体全部移入圆底烧瓶，减压(压力为0.1MPa)旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺(旋蒸温度为85℃)，得相应粘稠液。然后用乙腈：水＝50:50(V:V)的混合液溶解上述粘稠液，即得噻唑-4-甲酸的粗产品。
d、检测
用蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)的流动相适当稀释上述噻唑-4-甲酸的粗产品。用高效液相(HPLC)检测产物产率，检测条件：蒸馏水：乙腈：三氟乙酸(TFA)＝85:15:0.1(V:V:V)为流动相，波长为234nm，流速为0.8mL/min，检测柱为C18柱，最后经检测得到噻唑-4-甲酸产率为83.9％。
经分析后可以确认上述各实施案例所得产物为噻唑-4-甲酸(英文名：4-Thiazolecarboxylic acid)，其分子式为C4H3NO2S，分子量为129.14，结构式如下：
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。感谢国家自然科学基金(21503104)对本项目的资助。

Claims (10)

1.一种噻唑-4-甲酸的合成方法，其特征是，将4-溴噻唑加入至季铵盐溶液制备成电解液中，在二氧化碳氛围中，向电解液中通入恒电流进行电羧化反应，然后采用乙腈水溶液进行水解即可获得噻唑-4-甲酸；其中，季铵盐选自四乙基氯化铵、四乙基溴化铵、四乙基碘化铵、四乙基四氟硼酸胺、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵，电解液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或乙腈。
2.如权利要求1所述的合成方法，其特征是，4-溴噻唑与季铵盐的摩尔比为1:1；
或，季铵盐与溶剂的摩尔比为1:129。
3.如权利要求1所述的合成方法，其特征是，电羧化反应时，阳极为镁，阴极选自：不锈钢、铜、银、铂、镍、钛、玻碳。
4.如权利要求1所述的合成方法，其特征是，恒电流为1～12mA/cm2。
或，电羧化反应的温度为-25～25℃。
5.如权利要求1所述的合成方法，其特征是，电羧化反应时，4-溴噻唑与通电量的比为1:1～5，mol：F。
6.如权利要求1所述的合成方法，其特征是，电羧化后的物料去除溶剂后，再进行水解。
7.如权利要求1所述的合成方法，其特征是，乙腈水溶液中乙腈与水的体积比为0.9～1.1:1。
8.一种权利要求1～7任一所述的方法合成的噻唑-4-甲酸的检测方法，其特征是，将权利要求1～7任一所述的方法获得的产品加入至流动相溶液中，然后采用高效液相色谱进行检测，所述流动相溶液为乙腈、三氟乙酸和水的混合物。
9.如权利要求8所述的检测方法，其特征是，检测条件为：检测波长为233～235nm，流速为0.75～0.85mL/min，检测柱为C18柱。
10.如权利要求8所述的检测方法，其特征是，乙腈、三氟乙酸和水的体积比为15:0.1:85。
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