CN117535689A - 一种电化学条件下n,n-二甲基甲酰胺脱羰和磺酰肼脱氮合成磺酰胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在无催化剂、过渡金属和氧化剂的情况下，高效、环保、温和的电化学方法合成N,N‑二甲基磺酰胺衍生物的方法。该方法使用磺酰肼衍生物作为基本骨架，以N,N‑二甲基甲酰胺为胺源，在温和的电反应条件下，实现了KI促进的基于磺酰肼脱氮与N,N‑二甲基甲酰胺脱羰的自由基‑自由基偶联反应，一步合成了磺酰胺衍生物。该方法具有原料廉价易得，反应产率高、一步反应、成本低，反应选择性高，操作简单等优点。克服了现有技术如反应试剂毒性大，需要使用不同类型催化剂、合成方法成本较高、反应步骤多，副产物多等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种N,N-二甲基磺酰胺衍生物的合成方法，该方法是在无催化剂、无过渡金属和无氧化剂的条件下，用电化学方法实现了基于N,N-二甲基甲酰胺的脱羰以及磺酰肼的脱氮的自由基-自由基偶联反应，合成了磺胺类化合物，属于精细有机合成领域。
背景技术
磺酰胺类化合物广泛的存在于药物、天然产物等生物活性分子中，也广泛的用作有机合成中间体。[Scozzafava A,Owa T,Mastrolorenzo A,et al.Anticancer andantiviral sulfonamides.Current medicinal chemistry,2003,10:925-953；BanerjeeM,Poddar A,Mitra G,et al.Sulfonamide drugs binding to the colchicine site oftubulin:thermodynamic analysis of the drug-tubulin interactions by isothermaltitration calorimetry.Journal of Medicinal Chemistry,2005,48:547-555；Natarajan A,Guo Y,Harbinski F,et al.Novel arylsulfoanilide-oxindole hybrid asan anticancer agent that inhibits translation initiation.Journal of medicinalchemistry,2004,47:4979-4982.]最为常用的合成磺酰胺类化合物的方法是磺酰氯和胺的反应[Harmata M,Zheng P,Huang C,et al.Expedient synthesis of sulfinamides fromsulfonyl chlorides.The Journal of Organic Chemistry,2007,72:683-685]。该方法需要使用不稳定、不易储存及刺激性强的磺酰氯为原料，而且往往需要污染严重的有机磷试剂参与反应。随后开发了其它合成磺酰胺的方法，包括：在强氧化剂或碱存在下，磺酰肼或苯亚硫酸钠和胺反应[Bao X,Rong X,Liu Z,et al.Potassium tert-butoxide-mediatedmetal-free synthesis of sulfonamides from sodium sulfinates and N,N-disubstituted formamides.Tetrahedron Letters,2018,59:2853-2858；Parumala S KR,Peddinti R K.Metal-free synthesis of sulfonamides via iodine-catalyzedoxidative coupling of sulfonyl hydrazides and amines.Tetrahedron Letters,2016,57:1232-1235]；CuBr2催化的亚硫酸钠和胺的反应[Tang X,Huang L,Qi C,etal.Copper-catalyzed sulfonamides formation from sodium sulfinates andamines.Chemical Communications,2013,49,6102–6104]；铜催化的硫醇和甲酰胺的反应[Huang X,Wang J,Ni Z,et al.Copper-mediated S–N formation via an oxygen-activated radical process:a new synthesis method for sulfonamides.ChemicalCommunications,2014,50:4582-4584]；铜催化的仲胺,DABSO和芳基硼酸的三分子反应[Chen Y,Murray P R D,Davies A T,et al.Direct copper-catalyzed three-componentsynthesis of sulfonamides.Journal of the American Chemical Society,2018,140:8781-8787]；光催化剂甲基紫存在下，可见光诱导的苄胺与对甲苯磺酰氯的反应[Fu Y,WuQ K,Du Z.Debenzylative sulfonylation of tertiary benzylamines promoted byvisible light.European Journal of Organic Chemistry,2021,2021:1896-1900]等。磺胺合成技术有了显著的进步，但这些方法往往需要使用的过渡金属催化剂或其它催化剂，或需使用TBHP等危险的氧化剂，或是需要使用难闻的、有毒的反应试剂等，或需要高温等苛刻的反应条件。
因此，开发一种以安全、稳定、价廉易得的化学试剂为原料，在无过渡金属或其它催化剂、无氧化剂，且温和、简单的反应条件下，一锅合成磺酰胺衍生物的方法，具有重要的理论意义和应用价值。
发明内容
针对现有合成磺酰胺衍生物方法存在的不足，如反应步骤多，需使用价格高昂的金属催化剂或危险的氧化剂，原料稳定性差、刺激性强或有毒，反应条件苛刻等问题，本发明提供了一种温和的电反应条件下，KI促进的基于磺酰肼脱氮与N,N-二甲基甲酰胺脱羰的自由基-自由基偶联反应，一步合成磺酰胺衍生物的方法。与已有方法相比，该策略简单易行，原料廉价易得，反应条件温和，无需使用过渡金属或其它催化剂，无需使用氧化剂，合成成本低廉。因此，该方法在磺酰胺衍生物的合成领域具有良好的应用前景。
为了实现上述技术目的，本发明以广泛使用廉易得的大宗化学品N,N-二甲基甲酰胺作为氨源，稳定的磺酰肼为磺酰基源，在电化学条件下生成合成了磺胺类化合物,该方法是：在室温条件下，式1磺酰肼衍生物与式2N,N-二甲基甲酰胺在空气条件下，以KI为添加剂，将Pt电极(10mm×10mm×0.2mm)用作未分割电池的阳极和阴极，在室温下以23mA的恒定电流进行反应，得到式3N,N-二甲基磺酰胺衍生物；
其中，R1选自苯基、对甲苯基、对甲氧基苯基、均三甲基苯基、苄基、对三氟甲基苯基、对硝基苯基、邻硝基苯基、对氰基苯基、对氟苯基、对氯苯基、对溴苯基、对碘苯基、邻氯苯基、吡啶环、噻吩环、萘环、联苯基、5-二甲氨基-1-萘基、对叔丁苯基。
优选的方案，式1所述的磺酰肼衍生物为苯磺酰肼、4-甲基苯磺酰肼、4-甲氧基苯磺酰肼、2-均三甲基苯磺酰肼、苯基甲烷磺酰肼、4-三氟甲基苯基磺酰肼、4-硝基苯磺酰肼、2-硝基苯磺酰肼、4-氰基苯磺酰肼、4-氟苯磺酰肼、4-氯苯磺酰肼、4-溴苯磺酰肼、4-碘苯磺酰肼、2-氯苯磺酰肼、吡啶-3-磺酰肼、噻吩-2-磺酰肼、萘-2-磺酰肼、[1,1'-联苯]-4-磺酰肼、5-(二甲基氨基)萘-1-磺酰肼、4-叔丁基苯磺酰肼；式2所述的为N,N-二甲基甲酰胺。
优选的方案，所述式1磺酰肼衍生物和式2N,N-二甲基甲酰胺通过自由基偶联反应合成N,N-二甲基磺酰胺衍生物，该N,N-二甲基磺酰胺衍生物为N,N-二甲基苯磺酰胺、N,N-二甲基对甲苯磺酰胺、N,N-二甲基对甲氧基苯磺酰胺、N,N-2,4,6-五甲基苯磺酰胺、N,N-二甲基苯甲磺酰胺、N,N-二甲基4-三氟甲基苯磺酰胺、N,N-二甲基4-硝基苯磺酰胺、N,N-二甲基-4-氰基苯磺酰胺、N,N-二甲基-4-氟苯磺酰胺、N,N-二甲基-4-氯苯磺酰胺、N,N-二甲基-4-溴苯磺酰胺、N,N-二甲基-4-碘苯磺酰胺、N,N-二甲基-2-硝基苯磺酰胺、N,N-二甲基-2-氯苯磺酰胺、N,N-二甲基吡啶-3-磺酰胺、N,N-二甲基噻吩-2-磺酰胺、N,N-二甲基萘-2-磺酰胺、N,N-二甲基联苯-4-磺酰胺、N,N-二甲基-5-(二甲基氨基)萘-1-磺酰胺、N,N-二甲基-4-叔丁基苯磺酰胺。
优选的方案，电极搭配(阳极/阴极)为铂电极/铂电极、铂电极/石墨碳电极、石墨碳电极/铂电极、石墨碳电极/石墨碳电极中至少一种；较优选为阳极使用石墨碳电极，阴极用铂电极或阳极用铂电极，阴极为铂电极；最优选为阳极用铂电极，阴极为铂电极。
优选的方案，添加剂为碘化钾、碘化钠、四甲基碘化铵、四乙基碘化铵、四丙基碘化铵、四丁基碘化铵、碘化铵、溴化钾、氯化钾、四丁基四氟硼酸胺中至少一种；较优选为碘化钠或碘化钾；最优选的添加剂为碘化钾。
优选的方案，碘化钾为添加剂，其用量为0.25～1当量、电流为5～30mA、时间为1～4小时、反应温度5～40℃。进一步优选的方案、碘化钾用量为0.5当量、电流为23mA、时间为1.5小时、反应温度20℃。添加剂用量对产率影响较小，但0.5当量效果更好。反应时间过短产率降低，而反应时间过长，则副产物增加。在优选的反应时间和温度可以达到最佳反应效果。
优选的方案，反应中采用的溶剂N,N-二甲基甲酰胺，其用量为1.5～2毫升；最优选N,N-二甲基甲酰胺用量为2毫升。
本发明的N,N-二甲基磺酰胺衍生物合成中反应方程式如下。
基于大量的实验总结以及参考先前文献报道，本发明提出了如下合理的反应机制。
基于大量的实验总结以及参考先前文献报道，本发明提出了如下合理的反应机制。苯磺酰肼首先在阳极失去三个H+和三个电子，然后释放出一个氮分子，生成相应的苯磺酰肼自由基。碘阴离子在阳极失去一个电子以产生碘自由基，并且产生的碘自由基与DMF反应失去一个HI分子并产生一个N,N-二甲基胺甲酰基自由基。破坏稳定的N,N-二甲基胺甲酰基自由基脱去CO分子生成N,N-二甲氨基自由基，其与苯磺酰基自由基中间体偶联得到产物3a。在阴极，质子得到电子生成H2。
本发明的技术方案中，将所述的磺酰肼衍生物0.2mmol、碘化钾0.5mmol溶于2mLN,N-二甲基甲酰胺中，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥,过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品。
本发明的N,N-二甲基磺酰胺衍生物的合成方法，包括以下步骤：
称取磺酰肼衍生物0.2mmol、碘化钾0.5mmol溶于2mL N,N-二甲基甲酰胺中，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)的纯品。
相对现有技术，本发明的技术方案具有以下优点和效果：
本发明的技术方案首次在无过渡金属，无氧化剂的温和的电反应条件下实现了基于磺酰肼衍生物脱氮与N,N-二甲基甲酰胺脱羰的自由基-自由基偶联反应，反应原料价廉易得，稳定、安全，反应且无需消耗有机金属试剂或使用过渡金属，以KI为添加剂，无需使用危险的过氧化物或有机磷试剂，对空气兼容，具有一步反应、成本低、操作简单等优点，克服了现有技术如需要过渡金属参与、需要使用危险的氧化剂，反应试剂不稳定，催化剂用量大、试剂昂贵、方法成本高、反应步骤多，反应条件苛刻等不足。
附图说明
【图1】为实施例4所得产物的1H NMR图；
【图2】为实施例4所得产物的13C NMR图；
【图3】为实施例11所得产物的1H NMR图；
【图4】为实施例11所得产物的13C NMR图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、试剂、试验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例1
将苯磺酰肼(34.4mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，白色固体，产率83％(30.9mg)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:7.60–7.79(m,2H),7.52–7.59(m,3H),2.69(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ135.8,133.1,129.4,128.1,38.6.
实施例2
将4-甲基苯磺酰肼(37.2mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，黄色固体，产率82％(32.6mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:7.64-7.66(d,J＝8.2Hz,2H),7.32-7.34(d,J＝8.1Hz,2H),2.67(s,6H),2,43(s,3H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ143.9,130.0,128.2,38.4,21.9.
实施例3
将4-甲氧基苯磺酰肼(44.4mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，亮黄色固体，产率88％(37.8mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:7.69-7.70(d,J＝8.8Hz),6.98-7.00(d,J＝8.8Hz,2H),3.86(s,3H),2.65(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ163.0,129.9,126.9,114.3,55.7,38.1.
实施例4
将2-均三甲基苯磺酰肼(42.9mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝10：1，v:v)得纯品，黄色固体，产率62％(27.7mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:6.95(s,2H),2.73(s,6H),2.60(s,6H),2.29(s,3H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ142.3,140.3,131.7,131.4,35.8,22.6,20.8.
实施例5
将苯基甲烷磺酰肼(37，2mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝10：1，v:v)得纯品，白色固体，产率27％(10.7mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:7.36-7.41(m,5H),4.23(s,2H),2.72(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ131.1,129.4,129.2,129.1,56.4,38.2.
实施例6
将4-三氟甲基苯基磺酰肼(48.0mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，白色固体，产率45％(22.8mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.90-7.92(d,J＝8.2Hz,2H),7.81-7.83(d,J＝8.3HZ,2H),2.75(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ139.6,135.1,134.7,134.4,134.1(dd,J＝32.8Hz,128.3,126.3(dd,J＝3.7Hz),124.8,122.0(d,J＝271.3Hz),37.9.19F NMR(377MHz,CDCl3)δ–63.0.
实施例7
将4-硝基苯磺酰肼(43.4mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝3：1，v:v)得纯品，白色固体，产率56％(23.9mg)；1HNMR(400MHz,CDCl3)δ8.39-8.41(d,J＝8.8Hz,2H),7.96-7.98(d,J＝8.8Hz,2H),2.77(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ150.2,141.8,128.9,124.5,37.9.
实施例8
将2-硝基苯磺酰肼(43.4mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，橘色固体，产率56％(25.8mg)；1HNMR(400MHz,CDCl3)δ8.60(s,1H),8.45-8.47(d,J＝7.4Hz,1H),8.10-8.11(d,J＝7.8Hz,1H),7.76-7.80(m,1H),2.78(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ148.9,138.3,133.2,130.6,127.3,122.8,37.9.
实施例9
将4-氰基苯磺酰肼(39.4mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，白色固体，产率51％(21.4mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.89-7.91(d,J＝8.4Hz,2H),7.84-7.86(d,J＝8.5Hz,2H),2.76(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ136.2,133.7,132.4,132.3,127.1,37.5.
实施例10
将4-氟苯磺酰肼(38.0mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，白色固体，产率59％(23.9mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.81-7.85(m,2H),7.23-7.30(m,2H),2.74(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.6,164.0(d,J＝253.2Hz),131.8,130.5,130.4(d,J＝9.2Hz),116.5,116.3(d,J＝22.4Hz).19F NMR(377MHz,CDCl3)δ–105.2.
实施例11
将4-氯苯磺酰肼(41.2mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，白色固体，产率78％(34.2mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.72-7.70(d,J＝8.4Hz,2H),7.51-7.53(d,J＝8.4Hz,2H),2.71(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ139.1,133.8,129.2,128.9,37.7.
实施例12
将4-溴苯磺酰肼(50.2mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，白色固体，产率62％(32.6mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.68-7.70(d,J＝8.7Hz,2H),7.63-7.65(d,J＝8.6Hz,2H),2.71(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ134.4,132.2,`129.0,127.6,37.7.
实施例13
将4-碘苯磺酰肼(41.2mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，白色固体，产率54％(33.6mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.89-7.91(d,J＝8.2Hz,2H),7.47-7.50(d,J＝8.2Hz,2H),2.71(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ138.4,135.5,129.2,100.3,38.0.
实施例14
将2-氯苯磺酰肼(41.2mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，亮黄色固体，产率47％(20.6mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.04-8.06(d,J＝7.9Hz,1H),7.38-7.54(m,3H),2.89(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ135.9,133.3,132.1,132.0,131.9,126.7,37.2.
实施例15
将吡啶-3-磺酰肼(34.6mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，黄色固体，产率66％(24.5mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.00(s,1H),8.83-8.84(d,J＝7.9Hz,1H),8.06-8.08(d,J＝7.9Hz,1H),7.49-7.52(m,1H),2.76(s,6H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ153.5,148.5,135.5,132.6,123.9,37.9；IR(KBr)2910,1578,1421,1336,1169,1125,1106,584cm-1；HRMS(ESI):m/z[M+H]+calcd for C7H11N2O2S 187.0536,found187.0541.
实施例16
将噻吩-2-磺酰肼(35.6mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝10：1，v:v)得纯品，白色固体，产率64％(24.4mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.59-7.61(dd,J＝5.0Hz,1.0Hz,1H),7.51-7.52(dd,J＝3.6Hz,1.0Hz,1H),7.12-7.15(dd,J＝4.8Hz,3.9Hz,1H),2.71(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ135.4,132.3,132.0,127.6,38.0.
实施例17
将萘-2-磺酰肼(44.5mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，白色固体，产率90％(42.3mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.35(s,1H),7.97-7.99(d,J＝8.4Hz,2H),7.91-7.93(d,J＝7.8Hz,1H),7.76-7.78(d,J＝8.6Hz,1H),7.59-7.67(m,2H),2.75(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ134.9,132.6,132.2,130.9,129.3,129.1,128.9,127.9,127.6,123.1.
实施例18
将[1,1'-联苯]-4-磺酰肼(49.7mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)得纯品，白色固体，产率88％(45.9mg):1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.83-7.85(d,J＝8.2Hz,2H),7.74-7.76(d,J＝8.3Hz,2H),7.61-7.62(d,J＝7.4Hz,2H),7.47-7.51(t,2H),7.41-7.44(t,1H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ145.7,139.4,134.0,129.2,128.6,128.4,127.7,127.4,38.1.
实施例19
将5-(二甲基氨基)萘-1-磺酰肼(53.0mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝6：1，v:v)得纯品，灰绿色固体，产率58％(32.3mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.54-8.56(d,J＝8.5Hz,1H),8.40-8.42(d,J＝8.7Hz,1H),8.18-8.19(d,J＝7.3Hz,1H),7.51-7.56(m,2H),7.17-7.19(d,1H,J＝7.6Hz),2.88(s,6H),2.82(s,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ151.8,133.0,130.6,130.5,130.4,130.2,128.1,123.3,119.9,115.3,45.5,37.5.
实施例20
将4-叔丁基苯磺酰肼(45.6mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，并在空气条件下密封，恒流23mA磁力搅拌于20℃下反应1.5h。反应毕，冷却至室温，并用乙酸乙酯(3×10mL)萃取，合并有机相。有机相用饱和食盐水(3×15mL)洗涤，分出有机相并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝10：1，v:v)得纯品，。白色固体，产率70％(33.7mg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.68-7.70(d,J＝8.4Hz,2H),7.52-7.54(d,J＝8.4Hz,2H),2.70(s,6H),1.35(s,9H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ156.5,132.6,127.8,126.1,38.1,35.3,31.2.
对照试验组1～44：
将苯磺酰肼(34.4mg，0.2mmol)、碘化钾(16.6mg，0.1mmol)及一粒搅拌子放入反应管中，加入2毫升N,N-二甲基甲酰胺，插入两根铂电极，塞紧橡皮塞，将反应管放入设定温度的油浴锅中，开动搅拌，恒流23mA下通电反应。产物用硝基甲烷为内标的1H NMR定量分析；各对照试验组的具体反应条件如表1所示。
表1苯磺酰肼与N,N-二甲基甲酰胺反应对照组实验
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a.反应条件：氩气氛围下反应；b.反应条件：氧气氛围下反应；c.N,N-二甲基甲酰胺用量为1.5毫升。
从上表可以看出，对于此生成N,N-二甲基磺酰胺衍生物的反应,反应体系中无需添加相转移催化剂和氧化剂。
从上表可以看出，电流大小对该反应有较大影响，反应效果最好的为23毫安，增大电流反而会使产率降低。
从上表可以看出，电解质的类型对该反应有较大影响，反应效果最好的电解质是碘化钾。
从上表可以看出，对于此生成N,N-二甲基磺酰胺衍生物的反应，反应温度对该反应有较大影响，对于该底物最好是在20℃反应。
从上表可以看出，不同电极对该反应有较大影响，反应效果最好的阴阳两极都为铂电极，都使用碳电极不会生成产物。
从上表可以看出，对于此生成N,N-二甲基磺酰胺衍生物的反应，反应在1～4小时内可顺利进行。反应时间1.5小时即可达到55％的产率，而进一步延长反应至4小时产率反而降低。
对照试验组45：
称取苯磺酰肼(6.0mmol)、碘化钾(3.0mmol)，再加入N,N-二甲基甲酰胺(60mL)，在两个橡皮塞上分别插入一根铂电极并插入250mL三颈瓶中，电极片伸入液面以下，塞紧橡皮塞，在空气条件、恒流200mA下通电、20℃下磁力搅拌反应14h。反应至设定的时间后，反应冷却至室温，再转移至分液漏斗，并用乙酸乙酯(3×20mL)萃取混合物，合并有机相。再用饱和食盐水(3×30mL)洗涤，合并有机相用无水Na2SO4干燥。过滤，减压浓缩溶剂，最后通过薄层色谱法或柱色谱法纯化(硅胶，石油醚/乙酸乙酯＝8：1，v:v)的纯品。白色固体，产率64％。
由此可见，该反应扩量至克级后，仍具有良好的产率，具有良好的工业化应用前景。
Claims (9)
1.一种基于以N,N-二甲基甲酰胺为胺源的N,N-二甲基甲酰胺在室温下进行电化学脱羰反应合成磺胺类化合物的方法，其特征在于：式1磺酰肼衍生物与式2N,N-二甲基甲酰胺在电反应的条件下以KI为添加剂，一锅反应，得到式3N,N-二甲基磺酰胺衍生物；
其中，R1选自苯基、对甲苯基、对甲氧基苯基、均三甲基苯基、苄基、对三氟甲基苯基、对硝基苯基、邻硝基苯基、对氰基苯基、对氟苯基、对氯苯基、对溴苯基、对碘苯基、邻氯苯基、吡啶环、噻吩环、萘环、联苯基、1-二甲氨基萘基、对叔丁基苯基。
2.根据权利要求1所述的一种基于以N,N-二甲基甲酰胺为胺源的N,N-二甲基甲酰胺在室温下进行电化学脱羰反应合成磺胺类化合物的方法，其特征在于：式1所述的磺酰肼衍生物为苯磺酰肼、4-甲基苯磺酰肼、4-甲氧基苯磺酰肼、2-均三甲基苯磺酰肼、苯基甲烷磺酰肼、4-三氟甲基苯基磺酰肼、4-硝基苯磺酰肼、2-硝基苯磺酰肼、4-氰基苯磺酰肼、4-氟苯磺酰肼、4-氯苯磺酰肼、4-溴苯磺酰肼、4-碘苯磺酰肼、2-氯苯磺酰肼、吡啶-3-磺酰肼、噻吩-2-磺酰肼、萘-2-磺酰肼、[1,1'-联苯]-4-磺酰肼、5-(二甲基氨基)萘-1-磺酰肼、4-叔丁基苯磺酰肼；式2所述的为N,N-二甲基甲酰胺。
3.根据权利要求1所述的一种基于以N,N-二甲基甲酰胺为胺源的N,N-二甲基甲酰胺在室温下进行电化学脱羰反应合成磺胺类化合物的方法，其特征在于：所述反应的式2N,N-二甲基甲酰胺的用量为1.5～2毫升。
4.根据权利要求1所述的一种基于以N,N-二甲基甲酰胺为胺源的N,N-二甲基甲酰胺在室温下进行电化学脱羰反应合成磺胺类化合物的方法，其特征在于：所述反应的添加剂为KI。
5.根据权利要求1所述的一种基于以N,N-二甲基甲酰胺为胺源的N,N-二甲基甲酰胺在室温下进行电化学脱羰反应合成磺胺类化合物的方法，其特征在于：所述反应的温度为5～40℃，时间为1～4小时。
6.根据权利要求1所述的一种基于以N,N-二甲基甲酰胺为胺源的N,N-二甲基甲酰胺在室温下进行电化学脱羰反应合成磺胺类化合物的方法，其特征在于：所述反应的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
7.根据权利要求1所述的一种基于以N,N-二甲基甲酰胺为胺源的N,N-二甲基甲酰胺在室温下进行电化学脱羰反应合成磺胺类化合物的方法，其特征在于：所述磺酰肼衍生物在N,N-二甲基甲酰胺中的浓度为0.1mol/L。
8.根据权利要求1所述的一种基于以N,N-二甲基甲酰胺为胺源的N,N-二甲基甲酰胺在室温下进行电化学脱羰反应合成磺胺类化合物的方法，其特征在于：所述KI在N,N-二甲基甲酰胺中的浓度为0.025～0.1mol/L。
9.根据权利要求1～8任一项所述的一种基于以N,N-二甲基甲酰胺为胺源的N,N-二甲基甲酰胺在室温下进行电化学脱羰反应合成磺胺类化合物的方法，其特征在于：式1磺酰肼衍生物与式2N,N-二甲基甲酰胺在电反应的条件下以KI为添加剂，在5～40℃反应1～4小时，得到式3N,N-二甲基磺酰胺衍生物。
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