CN1880302A - 一种异硫氰酸酯的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异硫氰酸酯的合成方法。它需要解决的技术问题是，提供一条工艺合理、对环境友好、生产安全可靠、反应收率高、基本无三废的化学合成方法。本方法以胺类化合物和二硫化碳为原料溶于有机溶剂，在碱的作用下合成得到胺基二硫代甲酸盐，然后在催化剂的存在下与氯硅烷反应合成得异硫氰酸酯。对于活性较低的胺类化合物，采取两步法；对于活性较高的胺类化合物则采取一步法。

Description

一种异硫氰酸酯的合成方法

技术领域

本发明涉及有机化学领域，具体是一种异硫氰酸酯的合成方法。

背景技术

异硫氰酸酯是一类合成同时含有硫和氮原子的杂环化合物的重要有机合成中间体，也是合成具有抗真菌活性的和驱虫作用的农药的重要起始原料。Faulkner等发现有些异硫氰酸酯，如苯乙基异硫氰酸酯(PEITC)，不但具有抗癌活性而且是艾滋病病毒抑制酶。随着近年来人们对海洋生物体研究的，分离得到大量的异硫氰酸酯，如半倍贝尼烯异硫氰酸酯等，促进了许多研究机构对异硫氰酸酯的研究与开发。

在本发明作出之前，现有合成异硫氰酸酯的化学方法是主要有以下三种：

在有机溶剂中，如：苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、四氢呋喃等，由胺类化合物直接和硫光气反应得到异硫氰酸酯，但是硫光气有剧毒，而且有不容易制备和储存的缺点。无论是实验室工作或工业生产，从设备及环保角度看都会带来很大麻烦。在生产上必须多一套生产和贮存硫光气(CSCl₂)的设备；若发生泄漏，则给人类生命财产和环境带来不可估量的损失。(T.R.Jr.Burke，B.S.Bajwa，A.E.Jacobson，K.C.Rice，R.A.Streaty，W.A.Klee；J.Med.Chem.；1984)

在有机溶剂中，如：苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、四氢呋喃等，由胺类化合物和二硫化碳在碱存在下用光气反应合成得到异硫氰酸酯，随后有人用光气的替代品如，氯甲酸乙酯、双光气、三光气等，但是反应过程中还是避免不了光气的生成，对环境存在很大的威胁。使用过程仍然存在较大的安全隐患。(J.E.Hodgkins and W.P.Reeves，J.Org.Chem.，1964293098-3099；US5043442)

此外，还有在US3994924中叙述的：在有机溶剂中，如：苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、四氢呋喃等，由异腈和硫粉或硫化剂在金属催化剂的存在下合成异硫氰酸。但异腈的合成和提纯的难度很大，而且本身也是一种剧毒物，有着诸多不利于工业化大生产的因素。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，提供一条工艺合理、对环境友好、生产安全可靠、反应收率高、基本无三废的异硫氰酸酯化学合成方法。

本发明的异硫氰酸酯的合成方法，其特征在于以胺类化合物和二硫化碳为原料溶于有机溶剂，在碱的作用下合成得到胺基二硫代甲酸盐，然后在催化剂的存在下与氯硅烷反应合成得异硫氰酸酯，异硫氰酸酯通式为RNCS，式中R为对硝基苯基、对氯苯基、邻氯苯基、2，5-二氯苯基、苯基、对甲基苯基、邻甲基苯基、对乙酰基苯基、苯乙基、苯丙基、环己基、氨基酸、苯丙酸。由于氯硅烷是合成硅油、硅橡胶和其他硅产品的起始原料，对环境友好，本发明的主要思路就是用氯硅烷替代硫光气，光气等剧毒试剂，使得在生产过程中避免了有毒有害的气体产生，而且采用温和的工艺路线，所以本发明在合成的源头遏制了三废的产生，基本无有毒有害气体产生，可以实现绿色合成的工艺。对其工业化具备了良好的前景。

本发明的主要内容可以分为两个部分：

第一、对于活性较低的胺类化合物，如对硝基苯胺、对氯苯胺、邻氯苯胺、2，5-二氯苯胺、苯胺、对甲基苯胺、邻甲基苯胺、对乙酰基苯胺等等，因为胺类化合物的碱性所决定，本发明采取两步法，即把胺基二硫代甲酸盐作为中间产物提纯出来，然后在催化剂的存在下和氯硅烷反应合成异硫氰酸酯。

第一步，投料摩尔比为活性较低胺类化合物：二硫化碳∶碱＝1∶1.05～1.50∶1.05～1.50，得中间产物胺基二硫代甲酸盐，通过重结晶进行提纯，其有机溶剂的用量为活性较低胺类化合物的5～10倍；反应温度为-20～40℃，优选为-10～10℃；反应时间为3～10h；

第二步，投料摩尔比为提纯的胺基二硫代甲酸盐∶氯硅烷∶催化剂＝1∶1.05～1.50∶0.05～0.5；其有机溶剂的用量为活性较低胺类化合物的5～10倍，优选的有机溶剂为二氯甲烷或二氯乙烷；反应温度为-10～80℃，优选为40～60℃，反应时间为3～10h；

所述的有机溶剂是四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、四氯乙烷中的一种或几种的混合物，第一步优选为甲苯或二氯甲烷；第二步优选为二氯甲烷或二氯乙烷；

所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钾、三乙胺、三甲胺和三乙烯二胺中的一种或几种的混合物，优选为三乙烯二胺或三乙胺；

所述的催化剂是三乙胺、吡啶、3-甲基吡啶、N-甲基吡咯、N-甲基四氢吡咯中的一种、优选为3-甲基吡啶或N-甲基吡咯；

所述的氯硅烷是二甲基二氯硅烷、二苯基基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、甲基乙氧基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、三苯基氯硅烷、三乙基氯硅烷、三乙氧基氯硅烷中的一种，优选为二甲基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷。

第二、对于活性较高的胺类化合物，如脂肪族的胺，例如，苯乙胺、苯丙胺、环己胺、氨基酸、苯丙胺酸等，可以实现一步法合成得到异硫氰酸酯，即把胺基二硫代甲酸盐作为中间体，不提出来，直接和氯硅烷反应合成得到异硫氰酸酯。一步法是本发明的一个创新点，该工艺路线更加简便：

其投料摩尔比为活性较高的胺类化合物∶二硫化碳∶碱∶氯硅烷∶催化剂＝1∶1.05～1.50∶0.05～1.50∶1.05～1.50∶0.05～0.5；其有机溶剂的用量为活性较高胺类化合物的5～10倍；反应温度为-20～80℃，优选为0～80℃；反应时间为3～10h得产品。

本部分所用的有机溶剂，碱，催化剂和氯硅烷与第一部分相同。优选为：有机溶剂是甲苯或二氯甲烷或二氯乙烷；碱是三乙烯二胺或三乙胺；催化剂是3-甲基吡啶或N-甲基吡咯；氯硅烷是二甲基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷或三甲基氯硅烷。

本发明与现有技术相比，工艺路线先进，工艺条件合理，所用的原料廉价易得，避开了剧毒的原料硫光气或光气，操作简单安全，反应周期短，反应收率高，生产成本低，基本无三废，具有较大的实施价值和社会经济效益。

具体实施方式

实施例1——对硝基苯异硫氰酸酯的合成

在装有机械搅拌、干燥的恒压滴液漏斗、回流冷凝管和温度计的1000ml四口烧瓶中，在氮气保护下加入1mol对硝基苯胺，1mol三乙胺和450ml四氢呋喃，开启搅拌，在0-10℃下、慢慢滴加溶于100ml四氢呋喃的二硫化碳溶液，加完搅拌5小时后有大量固体析出，抽滤，用少量四氢呋喃洗涤。烘干后得到对硝基苯二硫代甲酸盐，用甲苯、苯、乙醇、甲醇、乙醚等溶剂重结晶后，得到高纯度的对硝基苯二硫代甲酸盐。

然后上述制得的对硝基苯二硫代甲酸盐0.5mol和少量催化剂三乙胺溶于250ml二氯甲烷中，缓慢滴加溶有二甲基二氯硅烷的二氯甲烷溶液，加完后，缓慢升温至室温，然后加热回流3-5小时。反应完毕，加入200ml冰水，用二氯甲烷萃取，便得到对硝基苯异硫氰酸酯。蒸干二氯甲烷，得到的固体用甲苯重结晶，收率89％，熔点108-109℃。

实施例2——对氯苯异硫氰酸酯的合成

在装有机械搅拌、干燥的恒压滴液漏斗、回流冷凝管和温度计的1000ml四口烧瓶中，在氮气保护下加入1mol对氯苯胺，1mol三乙烯二胺450ml二氯甲烷，开启搅拌，在0-10℃下、慢慢滴加溶于100ml二氯甲烷的二硫化碳溶液，加完搅拌5小时后有大量固体析出，抽滤，用少量二氯甲烷洗涤。烘干后得到对氯苯二硫代甲酸盐。

然后上述制得的对氯苯二硫代甲酸盐0.5mol和少量催化剂三乙胺溶于250ml二氯甲烷中，缓慢滴加甲基苯基二氯硅烷的二氯甲烷溶液，加完后，缓慢升温至室温，然后加热回流3-5小时。反应完毕，加入200ml冰水，用二氯甲烷萃取，便得到对氯基苯异硫氰酸酯。蒸干二氯甲烷，得到的固体用甲苯重结晶。收率90％，熔点41-42℃。

实施例3——对乙酰基苯异硫氰酸酯的合成

在装有机械搅拌、干燥的恒压滴液漏斗、回流冷凝管和温度计的1000ml四口烧瓶中，在氮气保护下加入1mol对乙酰基苯胺，1mol三乙烯二胺450ml三氯甲烷，开启搅拌，在0-10℃下、慢慢滴加溶于100ml二氯甲烷的二硫化碳溶液，加完搅拌5小时后有大量固体析出，抽滤，用少量三氯甲烷洗涤。烘干后得到对氯苯二硫代甲酸盐。

然后上述制得的对氯苯二硫代甲酸盐0.5mol和少量催化剂三乙胺溶于250ml二氯甲烷中，缓慢滴加二甲基二氯硅烷的二氯甲烷溶液，加完后，缓慢升温至室温，然后加热回流3-5小时。反应完毕，加入200ml冰水，用二氯甲烷萃取，便得到对乙酰基苯异硫氰酸酯。蒸干二氯甲烷，得到的固体用甲苯重结晶，收率88％，熔点74-76℃。

实施例4

氯硅烷改为甲基苯基二氯硅烷，其它同实施例3，收率为89％，熔点74-76℃。

实施例5

氯硅烷改为二苯基二氯硅烷，其它同实施例3，收率为81％，熔点74-76℃。

实施例6

氯硅烷改为三甲基氯硅烷，其它同实施例3，收率为75％，熔点74-76℃。

实施例7

氯硅烷改为三苯基氯硅烷，其它同实施例3，收率为79％，熔点74-76℃。

实施例8

把碱改为改为氢氧化钠，其它同实施例3，收率为85％，熔点74-76℃。

实施例9

把催化剂改为改为3-甲基吡啶，其它同实施例3，收率为85％，熔点74-76℃。

实施例10

把催化剂改为改为N-甲基吡咯，其它同实施例3，收率为86％，熔点74-76℃。

实施例11——2-苯基乙异硫氰酸酯的一步法合成

在装有机械搅拌、干燥的恒压滴液漏斗、回流冷凝管和温度计的1000ml四口烧瓶中，在氮气保护下加入1mol苯乙胺，1.1mol三乙胺和450mL四氢呋喃，开启搅拌，在0-10℃下、慢慢滴加溶于100ml四氢呋喃的二硫化碳溶液。搅拌2小时后，缓慢滴加二甲基二氯硅烷的四氢呋喃溶液。加完后，缓慢升温至室温，然后加热回流3-5小时。反应完毕，加入200ml冰水，用二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥后，蒸干二氯甲烷，得到油状物粗品，蒸馏得到2-苯基乙异硫氰酸酯，收率92％，含量为98.8％(GC)。

实施例12——2-甲基，苯基-乙异硫氰酸酯的一步法合成(以下均为一步法)

在装有机械搅拌、干燥的恒压滴液漏斗、回流冷凝管和温度计的1000ml四口烧瓶中，在氮气保护下加入1molα-苯乙胺，1.1mol三乙胺和450ml二氯甲烷，开启搅拌，在0-10℃下、慢慢滴加溶于100ml二氯甲烷的二硫化碳溶液。搅拌2小时后，缓慢滴加二甲基二氯硅烷的二氯甲烷溶液。加完后，缓慢升温至室温，然后加热回流3-5小时。反应完毕，加入200ml冰水，用二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥后，蒸干二氯甲烷，得到油状物粗品，蒸馏得到2-甲基，苯基-乙异硫氰酸酯，收率93％，含量为99.1％(GC)。

实施例13——2-苯基乙异硫氰酸酯的合成

氯硅烷改为甲基苯基二氯硅烷，其它同实施例11，收率为91％，含量为99.1％(GC)。

实施例14——氯硅烷改为二苯基二氯硅烷，其它同实施例11，收率为86％，熔点71-72℃。

实施例15

氯硅烷改为三甲基氯硅烷，其它同实施例11，收率为73％，熔点71-72℃。

实施例16

氯硅烷改为三苯基氯硅烷，其它同实施例11，收率为71％，熔点71-72℃。

实施例17——2-苯基乙异硫氰酸酯的合成

把碱改为改为氢氧化钠，其它同实施例11，收率为90％，含量为98.6％(GC)。

实施例18——2-苯基乙异硫氰酸酯的合成

把碱改为改为三乙烯二胺，其它同实施例11，收率为93％，含量为98.6％(GC)。

实施例19——2-苯基乙异硫氰酸酯的合成

把催化剂改为改为3-甲基吡啶，其它同实施例11，收率为91％，含量为98.6％(GC)。

实施例20——2-苯基乙异硫氰酸酯的合成把催化剂改为改为N-甲基吡咯，其它同实施例11，收率为90％，含量为98.1％(GC)。

Claims (5)

1、一种异硫氰酸酯的合成方法，其特征在于以胺类化合物和二硫化碳为原料溶于有机溶剂，在碱的作用下合成得到胺基二硫代甲酸盐，然后在催化剂的存在下与氯硅烷反应合成得异硫氰酸酯，异硫氰酸酯通式为RNCS，式中R为对硝基苯基、对氯苯基、邻氯苯基、2，5-二氯苯基、苯基、对甲基苯基、邻甲基苯基、对乙酰基苯基、苯乙基、苯丙基、环己基、氨基酸、苯丙酸。

2、根据权利要求1所述的异硫氰酸酯的合成方法，其特征在于所述的胺类化合物为活性较低的胺类化合物：对硝基苯胺、对氯苯胺、邻氯苯胺、2，5-二氯苯胺、苯胺、对甲基苯胺、邻甲基苯胺、对乙酰基苯胺中的一种；合成方法分两步：

第一步，投料摩尔比为活性较低胺类化合物∶二硫化碳∶碱＝1∶1.05～1.50∶1.05～1.50，得中间产物胺基二硫代甲酸盐，通过重结晶进行提纯，其有机溶剂的用量为活性较低胺类化合物的5～10倍；反应温度为-20～40℃；反应时间为3～10h；

第二步，投料摩尔比为提纯的胺基二硫代甲酸盐∶氯硅烷∶催化剂＝1∶1.05～1.50∶0.05～0.5；其有机溶剂的用量为活性较低胺类化合物的5～10倍；反应温度为-10～80℃，反应时间为3～10h得产品；

所述的有机溶剂是四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、四氯乙烷中的一种或几种的混合物；

所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钾、三乙胺、三甲胺和三乙烯二胺中的一种或几种的混合物；

所述的催化剂是三乙胺、吡啶、3-甲基吡啶、N-甲基吡咯、N-甲基四氢吡咯中的一种；

所述的氯硅烷是二甲基二氯硅烷、二苯基基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、甲基乙氧基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、三苯基氯硅烷、三乙基氯硅烷、三乙氧基氯硅烷中的一种。

3、根据权利要求2所述的异硫氰酸酯的合成方法，其特征在于第一步的反应温度为-10～10℃，有机溶剂为甲苯或二氯甲烷；第二步的反应温度为40～60℃，有机溶剂为二氯甲烷或二氯乙烷；碱为三乙烯二胺或三乙胺；催化剂为3-甲基吡啶或N-甲基吡咯；氯硅烷为二甲基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷或三甲基氯硅烷。

4、根据权利要求1所述的异硫氰酸酯的合成方法，其特征在于所述的胺类化合物为活性较高的胺类化合物：苯乙胺、苯丙胺、环己胺、氨基酸、苯丙胺酸中的一种；合成方法为一步，其投料摩尔比为活性较高的胺类化合物∶二硫化碳∶碱∶氯硅烷∶催化剂＝1∶1.05～1.50∶1.05～1.50∶1.05～1.50∶0.05～0.5；其有机溶剂的用量为活性较高胺类化合物的5～10倍；反应温度为-20～80℃，反应时间为3～10h得产品；

其中，有机溶剂是四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、四氯乙烷中的一种或几种的混合物；

碱是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钾、三乙胺、三甲胺和三乙烯二胺中的一种或几种的混合物；

催化剂是三乙胺、吡啶、3-甲基吡啶、N-甲基吡咯、N-甲基四氢吡咯中的一种；

氯硅烷是二甲基二氯硅烷、二苯基基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、甲基乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷、三苯基氯硅烷、三乙基氯硅烷、三乙氧基氯硅烷中的一种。

5、根据权利要求4所述的异硫氰酸酯的合成方法，其特征在于反应温度为0～80℃，有机溶剂为甲苯或二氯甲烷或二氯乙烷；碱为三乙烯二胺或三乙胺；催化剂为3-甲基吡啶或N-甲基吡咯；氯硅烷为二甲基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷或三甲基氯硅烷。