CN111334817B - 一种2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种2‑取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法,包括如下步骤:(1)在无隔膜电解池中加入电解质、锰盐催化剂、电解溶剂、苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚,插入阳极和阴极,在搅拌、通电和恒流条件下进行电化学反应;(2)反应完成后,对反应后的溶液进行萃取、分离提纯获得2‑取代苯并噻唑类化合物。本发明在无隔膜的单室电解池中,以苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚为原料,在常温常压恒电流条件下获得2‑取代苯并噻唑类化合物,其中锰盐的价格低廉,合成过程中无需额外添加过氧化剂,反应条件温和、安全,且产品产率高,生产成本低,同时对环境污染小,满足绿色化学的要求,为2‑取代苯并噻唑类化合物的工业化提供了切实可行的方案。
Description
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2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法。
背景技术
苯并噻唑类化合物具有独特的生物活性,在工业、医药、农业等领域有着广泛的应用,例如:工业上,苯并噻唑类化合物可以用作橡胶硫化促进剂,纤维、塑料等的染色机;医药上,苯并噻唑类化合物可以被用作杀菌剂等;农业上,苯并噻唑类化合物可以用作除草剂、杀虫剂。而对苯并噻唑类化合物的修饰主要是在苯环上引入不同的取代基或在2位上引入不同的活性基团,由于2位取代基对其活性影响最大,因此2-取代苯并噻唑类化合物的合成是作为该类衍生物合成研究中最受关注的部分。
目前,2-取代苯并噻唑的合成方法很多,主要以邻氨基硫酚与腈、醛、羧酸、羧酸衍生物等为原料,在高温、强酸和高沸点溶剂等苛刻条件下进行缩合反应生成。这些方法不可避免的增加了工业成本以及引入了污染等问题。
苄基类醚是可再生的木质素与糖类结合所形成的主要结构之一,实现苄基类醚化合物的醚键断裂和转化是精细有机合成的一个重要过程。但是由于醚类化合物的化学稳定性高,故使醚键有效断裂合成2-取代苯并噻唑方面的报道很少。例如,Li等人以邻氨基苯硫酚和苄基甲基醚为原料,在1atm的氧气条件下,高温加热到120℃反应12小时获得了中等产率的2-苯基苯并噻唑[Chen,X.;Qi,H.;Wu,S.;Liu,L.;Wen,J.;Li,W.;Guo,F.;Bian,Y.;Li,J.Heterocycles,2017,94,84]。Sun等人以苄基甲基醚、苯胺、无机硫为原料,在KI和过量的叔丁基过氧化氢(TBHP)作为氧化剂下,加热到130℃的高温反应24小时获得了中等产率的目标产物[Zhang,J.;Zhao,X.;Liu,P.;Sun,P.J.Org.Chem.2019,84,12596.]。尽管以上方法利用苄基甲基醚为原料获得了具有较高产率的2-取代苯并噻唑类化合物,但是在其合成过程中,通常需要高温加热以及使用过量的氧化剂,导致工业成本增加,操作难度加大,对设备的要求更高,还会对环境造成污染,这类苛刻的合成条件限制了其在工业上的广泛应用。
因此,急需开发一种满足绿色化学要求的2-取代苯并噻唑类化合物的合成方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种由苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚通过电化学合成2-取代苯并噻唑类化合物的方法,该方法在常温常压等温和条件下进行,反应无需消耗过氧化剂,满足绿色化学的要求。
本发明提供了一种2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法,由苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚在电化学合成方法下合成2-取代苯并噻唑类化合物,其反应原理如下:
其中,取代基R1为烷基、苯基中的任意一种;取代基R2为氢、烷基、烷氧基的任意一种。
相对于现有技术,本发明以苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚为原料,首创性地采用电化学合成方法直接合成2-取代苯并噻唑类化合物,构建了一个绿色电化学催化体系,为2-取代的苯并噻唑类化合物的合成提供了一种新策略和新思路。
进一步地,本发明的2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法,包括如下步骤:
(1)在无隔膜电解池中加入电解质、锰盐催化剂、电解溶剂、苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚,插入阳极和阴极,在搅拌、通电和恒流条件下进行电化学反应;
(2)反应完成后,对反应后的溶液进行萃取、分离和提纯获得2-取代苯并噻唑类化合物。
本发明在无隔膜的单室电解池中,以苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚为原料,采用惰性电极,加入电解质和锰盐催化剂,常温常压恒电流条件下获得2-取代苯并噻唑类化合物,其中锰盐的价格低廉,合成过程中无需额外添加过氧化剂,反应条件温和、安全,且产品产率高,生产成本低,同时对环境的污染小,满足绿色化学的要求,为该2-取代苯并噻唑类化合物的工业化提供了切实可行的方案。
进一步地,所述邻氨基苯硫酚与苄基醚类化合物的摩尔比为1:1~1:1.5。
进一步地,所述锰盐催化剂为含Mn2+的硫酸盐、醋酸盐、硝酸盐和氯化盐中的任意一种或几种的组合;所述锰盐催化剂的加入量为邻氨基苯硫酚加入量的10%-20%。
进一步地,所述阳极为铂电极,所述阴极为铂电极、网状玻璃态碳电极或石墨电极中的任意一种。
进一步地,所述电解质高氯酸或氟硼酸的锂盐、钠盐、无机铵盐或有机铵盐的任意一种或几种的组合。
进一步地,所述电解溶剂为乙腈和有机酸的混合液,其混合比为乙腈:有机酸=25~50:1,所述有机酸为醋酸、三氟乙酸和三氯乙酸任意一种。
进一步地,所述电解质在电解溶剂中的摩尔浓度为0.1~0.2mol/L。
进一步地,步骤(1)中,电化学反应的条件为:反应时间2~4h,反应温度45~60℃,反应电流15~30mA。本发明在常温常压低电流等温和条件下进行,且反应时间较短,适用于工业化生产。
进一步地,步骤(2)中,采用有机溶剂对反应后的溶液进行萃取,所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙醚和二氯甲烷中的任意一种。
为了更好地理解和实施,下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的产物A的1HNMR图谱;
图2为本发明实施例1制备的产物A的13CNMR图谱;
图3为本发明实施例2制备的产物B的1HNMR图谱;
图4为本发明实施例2制备的产物B的13CNMR图谱;
图5为本发明实施例3制备的产物C的1HNMR图谱;
图6为本发明实施例3制备的产物C的13CNMR图谱;
图7为本发明实施例4制备的产物D的1HNMR图谱;
图8为本发明实施例4制备的产物D的13CNMR图谱;
图9为本发明实施例5制备的产物E的1HNMR图谱;
图10为本发明实施例5制备的产物E的13CNMR图谱。
具体实施方式
本发明提供了一种2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法,其由苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚通过电化学合成方法获得,反应原理如下:
其中,取代基R1为烷基、苯基中的任意一种;取代基R2为氢、烷基、烷氧基的任意一种。
基于上述反应原理,本发明的2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法具体包括如下步骤:
(1)在无隔膜电解池中加入电解质、锰盐催化剂、电解溶剂、苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚,插入阳极和阴极,在搅拌、通电和恒流条件下进行电化学反应;
其中,所述邻氨基苯硫酚与苄基醚类化合物的摩尔比为1:1~1:1.5;所述锰盐催化剂的加入量为邻氨基苯硫酚加入量的10%-20%;所述电解质在电解溶剂中的摩尔浓度为0.1~0.2mol/L;电化学反应的条件为:反应时间2~4h,反应温度45~60℃,反应电流15~30mA。
且所述电解质为高氯酸或氟硼酸的锂盐、钠盐、无机铵盐或有机铵盐的任意一种或几种的组合;所述锰盐催化剂为含Mn2+的硫酸盐、醋酸盐、硝酸盐和氯化盐中的任意一种或几种的组合;所述电解溶剂为乙腈和有机酸的混合液,其混合比为乙腈:有机酸=25~50:1,所述有机酸为醋酸、三氟乙酸和三氯乙酸的混合;所述阳极为铂电极,所述阴极为铂电极、网状玻璃态碳电极、铁电极或石墨电极中的任意一种
(2)反应完成后,对反应后的溶液进行萃取、分离和提纯获得2-取代苯并噻唑类化合物。其中,采用有机溶剂对反应后的溶液进行萃取,所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙醚和二氯甲烷中的任意一种。
以下,通过实施例1-5对本发明的2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法进行进一步说明。
实施例1
本实施例1以苄基甲基醚(1a)和邻氨基苯硫酚(2a)为原料,通过电化学合成法合成2-苯基苯并噻唑(3a),其反应原理如下:
其中,在本实施例1中,阳极为铂电极(Pt),阴极为铂电极((Pt),电解质为高氯酸锂(LiClO4),锰盐催化剂为一水硫酸锰(MnSO4·H2O),电解溶剂为乙腈(CH3CN)和乙酸(HOAc)的混合液。
具体地,以铂电极作为阳极,以铂电极作为阴极,在圆底烧瓶中依次加入1mmolLiClO4、0.02mmol MnSO4·H2O、0.75mmol苄基甲基醚、0.5mmol邻氨基苯硫酚、10mL CH3CN和400μL HOAc,放入磁力搅拌子,盖上瓶盖,接通电源,调节电流为20mA,在60℃下电解3h。反应完成后,用乙酸乙酯对反应后的溶液进行萃取,分离提纯后得到本实施例1的产物A,产率为88%。
利用核磁共振氢谱(1H NMR)和核磁共振碳谱(13C NMR)对上述产物A进行分子结构分析:
所得产物A的1H NMR图谱如图1所示,产物A的1HNMR数据为:1HNMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)8.11-8.08(m,3H),7.91(d,J=8.0Hz,1H),7.52-7.49(m,4H),7.41-7.38(m,1H)。
所得产物的A的13C NMR图谱如图2所示,产物A的13CNMR数据为:13CNMR(100MHz,CDCl3):δ(ppm)168.0,154.1,135.0,133.6,130.9,129.0,127.5,126.3,125.2,123.2,121.6。
经过分析实施例1得到的产物A的分子结构,并与Jing-Mei Huang[Lai,Y.-L.;Ye,J.-S.;Huang,J.-M.Chem.Eur.J,2016,22,5425]报道的文献对照,结果证实该物质为具有3a结构式的产物,其为2-苯基苯并噻唑。
实施例2
本实施例2以苄基叔丁基醚(1b)和邻氨基苯硫酚(2a)为原料,通过电化学合成法合成2-(4-甲基苯基)苯并噻唑(3b),其反应原理如下:
其中,在本实施例2中,阳极为铂电极(Pt),阴极为石墨,电解质为高氯酸铵(NH4ClO4),锰盐催化剂为四水醋酸锰(Mn(OAc)2·4H2O),电解溶剂为乙腈(CH3CN)和三氟乙酸(CF3COOH)的混合液。
具体地,以铂电极作为阳极,以石墨作为阴极,在圆底烧瓶中依次加入1mmolNH4ClO4、0.02mmol Mn(OAc)2·4H2O、0.75mmol苄基叔丁基醚、0.5mmol邻氨基苯硫酚、10mLCH3CN和300μL CF3COOH,放入磁力搅拌子,盖上瓶盖,接通电源,调节电流为30mA,在50℃下电解2h。反应完成后,用乙酸乙酯对反应后的溶液进行萃取,分离提纯后得到本实施例2的产物B,产率为75%。
利用核磁共振氢谱(1H NMR)和核磁共振碳谱(13C NMR)对上述产物B进行分子结构分析:
所得产物B的1H NMR图谱如图3所示,产物B的1HNMR数据为:1HNMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)8.07(d,J=8.5Hz,1H),7.99(d,J=8.5Hz,2H),7.89(d,J=8.0Hz,1H),7.50-7.47(m,1H),7.39-7.30(m,1H),7.30(d,J=8.0Hz,2H),2.43(s,3H)。
所得产物B的13C NMR图谱如图4所示,产物B的13CNMR数据为:13CNMR(100MHz,CDCl3):δ(ppm)168.2,154.1,141.4,134.9,130.9,129.7,127.4,126.2,124.9,123.0,121.5,21.5。
经过分析实施例2得到的产物B的分子结构,并与Jing-Mei Huang[Lai,Y.-L.;Ye,J.-S.;Huang,J.-M.Chem.Eur.J,2016,22,5425]报道的文献对照,结果证实该物质为具有3b结构式的产物,其为2-(4-甲基苯基)苯并噻唑。
实施例3
本实施例3以4-甲氧苄基甲基醚(1c)和邻氨基苯硫酚(2a)为原料,通过电化学合成法合成2-(4-甲氧苯基)苯并噻唑(3c),其反应原理如下:
其中,在本实施例3中,阳极为铂电极(Pt),阴极为网状玻璃态碳电极(RVC电极),电解质为高氯酸钠(NaClO4),锰盐催化剂为六水硝酸锰(Mn(NO3)2·6H2O),电解溶剂为乙腈(CH3CN)和乙酸(HOAc)的混合液。
具体地,以铂电极作为阳极,以网状玻璃态碳电极作为阴极,在圆底烧瓶中依次加入1mmol NaClO4、0.02mmol Mn(NO3)2·6H2O、0.75mmol 4-甲氧苄基甲基醚、0.5mmol邻氨基苯硫酚、10mL CH3CN和200μL HOAc,放入磁力搅拌子,盖上瓶盖,接通电源,调节电流为20mA,在45℃下电解4h。反应完成后,用乙醚对反应后的溶液进行萃取,分离提纯后得到本实施例3的产物C,产率为71%。
利用核磁共振氢谱(1H NMR)和核磁共振碳谱(13C NMR)对上述产物C进行分子结构分析:
所得产物C的1H NMR图谱如图5所示,产物C的1HNMR数据为:1HNMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)8.05-8.02(m,3H),7.87(d,J=8.5Hz,1H),7.47(t,J=7.0Hz,1H),7.35(t,J=7.0Hz,1H),6.99(d,J=9.0Hz,2H),3.87(s,3H)。
所得产物C的13C NMR图谱如图6所示,产物C的13CNMR数据为:13CNMR(100MHz,CDCl3):δ(ppm)167.8,161.8,154.1,134.8,129.0,126.3,126.1,124.7,122.7,121.5,114.3,55.4。
经过分析实施例3得到的产物C的分子结构,并与Jing-Mei Huang[Lai,Y.-L.;Ye,J.-S.;Huang,J.-M.Chem.Eur.J,2016,22,5425]报道的文献对照,结果证实该物质为具有3c结构式的产物,其为2-(4-甲氧苯基)苯并噻唑。
实施例4
本实施例4以二苄基醚(1d)和邻氨基苯硫酚(2a)为原料,通过电化学合成法合成2-苯基苯并噻唑(3a),其反应原理如下:
其中,在本实施例4中,阳极为铂电极(Pt),阴级为铂电极(Pt),电解质为四氟硼酸钠(NaBF4),锰盐催化剂为四水氯化锰(MnCl2·4H2O),电解溶剂为乙腈(CH3CN)和三氯代乙酸(CCl3COOH)的混合液。
具体地,以铂电极作为阳极,以铂电极作为阴极,在圆底烧瓶中依次加入2mmolNaBF4、0.02mmol MnCl2·4H2O、0.75mmol二苄基醚、1mmol邻氨基苯硫酚、10mL CH3CN和200μL CCl3COOH,放入磁力搅拌子,盖上瓶盖,接通电源,调节电流为20mA,在60℃下电解3h。反应完成后,用乙酸乙酯对反应后的溶液进行萃取,分离提纯后得到本实施例4的产物D,产率为82%。
利用核磁共振氢谱(1H NMR)和核磁共振碳谱(13C NMR)对上述产物D进行分子结构分析:
所得产物D的1H NMR图谱如图7所示,产物D的1H NMR数据为:1HNMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)8.11-8.08(m,3H),7.91(d,J=8.0Hz,1H),7.52-7.49(m,4H),7.41-7.38(m,1H)。
所得产物D的13C NMR图谱如图8所示,产物D的13CNMR数据为:13CNMR(100MHz,CDCl3):δ(ppm)168.0,154.1,135.0,133.6,130.9,129.0,127.5,126.3,125.2,123.2,121.6。
经过分析实施例4得到的产物D的分子结构,并与Jing-Mei Huang[Lai,Y.-L.;Ye,J.-S.;Huang,J.-M.Chem.Eur.J,2016,22,5425]报道的文献对照,结果证实该物质为具有3a结构式的产物,其为2-苯基苯并噻唑。
实施例5
本实施例5以二(4-甲基苄基)醚(1e)和邻氨基苯硫酚(2a)为原料,通过电化学合成法合成2-(4-甲基苯基)苯并噻唑(3b),其反应原理如下:
其中,在本实施例5中,阳极为铂电极(Pt),阴极为铂电极(Pt),电解质为Bu4NClO4,锰盐催化剂为一水硫酸锰(MnSO4·H2O),电解溶剂为乙腈(CH3CN)和乙酸(HOAc)的混合液。
具体地,以铂电极作为阳极,以铂电极作为阴极,在圆底烧瓶中依次加入1mmolBu4NClO4、0.01mmol MnSO4·H2O、0.75mmol二(4-甲基苄基)醚、1.0mmol邻氨基苯硫酚、10mLCH3CN和200μL HOAc,放入磁力搅拌子,盖上瓶盖,接通电源,调节电流为15mA,在60℃下电解4h。反应完成后,用二氯甲烷对反应后的溶液进行萃取,分离提纯后得到本实施例5的产物E,产率为73%。
利用核磁共振氢谱(1H NMR)和核磁共振碳谱(13C NMR)对上述产物E进行分子结构分析:
所得产物E的1H NMR图谱如图9所示,产物E的1HNMR数据为:1HNMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)8.07(d,J=8.5Hz,1H),7.99(d,J=8.5Hz,2H),7.89(d,J=8.0Hz,1H),7.50-7.47(m,1H),7.39-7.30(m,1H),7.30(d,J=8.0Hz,2H),2.43(s,3H)。
所得产物E的13C NMR图谱如图10所示,产物E的13CNMR数据为:13CNMR(100MHz,CDCl3):δ(ppm)168.2,154.1,141.4,134.9,130.9,129.7,127.4,126.2,124.9,123.0,121.5,21.5。
经过分析实施例5得到的产物E的分子结构,并与Jing-Mei Huang[Lai,Y.-L.;Ye,J.-S.;Huang,J.-M.Chem.Eur.J,2016,22,5425]报道的文献对照,结果证实该物质为具有3b结构式的产物,其为2-(4-甲基苯基)苯并噻唑。
相对于现有技术,本发明以苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚为原料,首创性地采用电化学合成方法直接合成2-取代苯并噻唑类化合物,构建了一个绿色电化学催化体系,为2-取代的苯并噻唑类化合物的合成提供了一种新策略和新思路。同时,本发明在无隔膜的单室电解池中,以苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚为原料,采用惰性电极,加入电解质和锰盐催化剂,常温常压恒电流条件下获得2-取代苯并噻唑类化合物,其中锰盐的价格低廉,合成过程中无需额外添加过氧化剂,反应条件温和、安全,且产品产率高,生产成本低,同时对环境的污染小,满足绿色化学的要求,为该2-取代苯并噻唑类化合物的工业化提供了切实可行的方案。
本发明并不局限于上述实施方式,如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围,倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (6)
1.一种2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法,其特征在于:由苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚在电化学合成方法下合成2-取代苯并噻唑类化合物,其反应原理如下:
其中,取代基R1为烷基、苯基中的任意一种;取代基R2为氢、烷基、烷氧基的任意一种;
包括如下步骤:
(1)在无隔膜电解池中加入电解质、锰盐催化剂、电解溶剂、苄基类醚化合物和邻氨基苯硫酚,插入阳极和阴极,在搅拌、通电和恒流条件下进行电化学反应,反应的条件为:反应时间2~4h,反应温度45~60℃,反应电流15~30mA;
(2)反应完成后,对反应后的溶液进行萃取、分离和提纯获得2-取代苯并噻唑类化合物;
所述锰盐催化剂为含Mn2+的硫酸盐、醋酸盐、硝酸盐和氯化盐中的任意一种或几种的组合;所述锰盐催化剂的加入量为邻氨基苯硫酚加入量的10%-20%;
所述电解溶剂为乙腈和有机酸的混合液,其混合比为乙腈:有机酸=25~50:1,所述有机酸为醋酸、三氟乙酸和三氯乙酸的任意一种。
2.根据权利要求1所述的2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法,其特征在于:所述邻氨基苯硫酚与苄基醚类化合物的摩尔比为1:1~1:1.5。
3.根据权利要求1所述的2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法,其特征在于:所述阳极为铂电极,所述阴极为铂电极、网状玻璃态碳电极或石墨电极中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法,其特征在于:所述电解质高氯酸或氟硼酸的锂盐、钠盐、无机铵盐或有机铵盐的任意一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法,其特征在于:所述电解质在电解溶剂中的摩尔浓度为0.1~0.2mol/L。
6.根据权利要求1所述的2-取代苯并噻唑类化合物的电化学合成方法,其特征在于:步骤(2)中,采用有机溶剂对反应后的溶液进行萃取,所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙醚和二氯甲烷中的任意一种。
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