一種異硫氰酸酯的合成方法
2023-12-05 18:29:56
專利名稱：一種異硫氰酸酯的合成方法
技術領域：
本發明涉及有機化學領域，具體是一種異硫氰酸酯的合成方法。
背景技術：
異硫氰酸酯是一類合成同時含有硫和氮原子的雜環化合物的重要有機合成中間體，也是合成具有抗真菌活性的和驅蟲作用的農藥的重要起始原料。Faulkner等發現有些異硫氰酸酯，如苯乙基異硫氰酸酯(PEITC)，不但具有抗癌活性而且是愛滋病病毒抑制酶。隨著近年來人們對海洋生物體研究的，分離得到大量的異硫氰酸酯，如半倍貝尼烯異硫氰酸酯等，促進了許多研究機構對異硫氰酸酯的研究與開發。
在本發明作出之前，現有合成異硫氰酸酯的化學方法是主要有以下三種在有機溶劑中，如苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、四氫呋喃等，由胺類化合物直接和硫光氣反應得到異硫氰酸酯，但是硫光氣有劇毒，而且有不容易製備和儲存的缺點。無論是實驗室工作或工業生產，從設備及環保角度看都會帶來很大麻煩。在生產上必須多一套生產和貯存硫光氣(CSCl2)的設備；若發生洩漏，則給人類生命財產和環境帶來不可估量的損失。(T.R.Jr.Burke，B.S.Bajwa，A.E.Jacobson，K.C.Rice，R.A.Streaty，W.A.Klee；J.Med.Chem.；1984)在有機溶劑中，如苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、四氫呋喃等，由胺類化合物和二硫化碳在鹼存在下用光氣反應合成得到異硫氰酸酯，隨後有人用光氣的替代品如，氯甲酸乙酯、雙光氣、三光氣等，但是反應過程中還是避免不了光氣的生成，對環境存在很大的威脅。使用過程仍然存在較大的安全隱患。(J.E.Hodgkins and W.P.Reeves，J.Org.Chem.，1964293098-3099；US5043442)此外，還有在US3994924中敘述的在有機溶劑中，如苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、四氫呋喃等，由異腈和硫粉或硫化劑在金屬催化劑的存在下合成異硫氰酸。但異腈的合成和提純的難度很大，而且本身也是一種劇毒物，有著諸多不利於工業化大生產的因素。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是，提供一條工藝合理、對環境友好、生產安全可靠、反應收率高、基本無三廢的異硫氰酸酯化學合成方法。
本發明的異硫氰酸酯的合成方法，其特徵在於以胺類化合物和二硫化碳為原料溶於有機溶劑，在鹼的作用下合成得到胺基二硫代甲酸鹽，然後在催化劑的存在下與氯矽烷反應合成得異硫氰酸酯，異硫氰酸酯通式為RNCS，式中R為對硝基苯基、對氯苯基、鄰氯苯基、2，5-二氯苯基、苯基、對甲基苯基、鄰甲基苯基、對乙醯基苯基、苯乙基、苯丙基、環己基、胺基酸、苯丙酸。由於氯矽烷是合成矽油、矽橡膠和其他矽產品的起始原料，對環境友好，本發明的主要思路就是用氯矽烷替代硫光氣，光氣等劇毒試劑，使得在生產過程中避免了有毒有害的氣體產生，而且採用溫和的工藝路線，所以本發明在合成的源頭遏制了三廢的產生，基本無有毒有害氣體產生，可以實現綠色合成的工藝。對其工業化具備了良好的前景。
本發明的主要內容可以分為兩個部分第一、對於活性較低的胺類化合物，如對硝基苯胺、對氯苯胺、鄰氯苯胺、2，5-二氯苯胺、苯胺、對甲基苯胺、鄰甲基苯胺、對乙醯基苯胺等等，因為胺類化合物的鹼性所決定，本發明採取兩步法，即把胺基二硫代甲酸鹽作為中間產物提純出來，然後在催化劑的存在下和氯矽烷反應合成異硫氰酸酯。
第一步，投料摩爾比為活性較低胺類化合物二硫化碳∶鹼＝1∶1.05～1.50∶1.05～1.50，得中間產物胺基二硫代甲酸鹽，通過重結晶進行提純，其有機溶劑的用量為活性較低胺類化合物的5～10倍；反應溫度為-20～40℃，優選為-10～10℃；反應時間為3～10h；第二步，投料摩爾比為提純的胺基二硫代甲酸鹽∶氯矽烷∶催化劑＝1∶1.05～1.50∶0.05～0.5；其有機溶劑的用量為活性較低胺類化合物的5～10倍，優選的有機溶劑為二氯甲烷或二氯乙烷；反應溫度為-10～80℃，優選為40～60℃，反應時間為3～10h；
所述的有機溶劑是四氫呋喃、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、四氯乙烷中的一種或幾種的混合物，第一步優選為甲苯或二氯甲烷；第二步優選為二氯甲烷或二氯乙烷；所述的鹼是氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸鉀、三乙胺、三甲胺和三乙烯二胺中的一種或幾種的混合物，優選為三乙烯二胺或三乙胺；所述的催化劑是三乙胺、吡啶、3-甲基吡啶、N-甲基吡咯、N-甲基四氫吡咯中的一種、優選為3-甲基吡啶或N-甲基吡咯；所述的氯矽烷是二甲基二氯矽烷、二苯基基二氯矽烷、甲基苯基二氯矽烷、甲基乙烯基二氯矽烷、甲基乙氧基二氯矽烷、三甲基氯矽烷、三苯基氯矽烷、三乙基氯矽烷、三乙氧基氯矽烷中的一種，優選為二甲基二氯矽烷或甲基苯基二氯矽烷。
第二、對於活性較高的胺類化合物，如脂肪族的胺，例如，苯乙胺、苯丙胺、環己胺、胺基酸、苯丙胺酸等，可以實現一步法合成得到異硫氰酸酯，即把胺基二硫代甲酸鹽作為中間體，不提出來，直接和氯矽烷反應合成得到異硫氰酸酯。一步法是本發明的一個創新點，該工藝路線更加簡便 其投料摩爾比為活性較高的胺類化合物∶二硫化碳∶鹼∶氯矽烷∶催化劑＝1∶1.05～1.50∶0.05～1.50∶1.05～1.50∶0.05～0.5；其有機溶劑的用量為活性較高胺類化合物的5～10倍；反應溫度為-20～80℃，優選為0～80℃；反應時間為3～10h得產品。
本部分所用的有機溶劑，鹼，催化劑和氯矽烷與第一部分相同。優選為有機溶劑是甲苯或二氯甲烷或二氯乙烷；鹼是三乙烯二胺或三乙胺；催化劑是3-甲基吡啶或N-甲基吡咯；氯矽烷是二甲基二氯矽烷或甲基苯基二氯矽烷或三甲基氯矽烷。
本發明與現有技術相比，工藝路線先進，工藝條件合理，所用的原料廉價易得，避開了劇毒的原料硫光氣或光氣，操作簡單安全，反應周期短，反應收率高，生產成本低，基本無三廢，具有較大的實施價值和社會經濟效益。
具體實施例方式
實施例1——對硝基苯異硫氰酸酯的合成在裝有機械攪拌、乾燥的恆壓滴液漏鬥、回流冷凝管和溫度計的1000ml四口燒瓶中，在氮氣保護下加入1mol對硝基苯胺，1mol三乙胺和450ml四氫呋喃，開啟攪拌，在0-10℃下、慢慢滴加溶於100ml四氫呋喃的二硫化碳溶液，加完攪拌5小時後有大量固體析出，抽濾，用少量四氫呋喃洗滌。烘乾後得到對硝基苯二硫代甲酸鹽，用甲苯、苯、乙醇、甲醇、乙醚等溶劑重結晶後，得到高純度的對硝基苯二硫代甲酸鹽。
然後上述製得的對硝基苯二硫代甲酸鹽0.5mol和少量催化劑三乙胺溶於250ml二氯甲烷中，緩慢滴加溶有二甲基二氯矽烷的二氯甲烷溶液，加完後，緩慢升溫至室溫，然後加熱回流3-5小時。反應完畢，加入200ml冰水，用二氯甲烷萃取，便得到對硝基苯異硫氰酸酯。蒸乾二氯甲烷，得到的固體用甲苯重結晶，收率89％，熔點108-109℃。
實施例2——對氯苯異硫氰酸酯的合成在裝有機械攪拌、乾燥的恆壓滴液漏鬥、回流冷凝管和溫度計的1000ml四口燒瓶中，在氮氣保護下加入1mol對氯苯胺，1mol三乙烯二胺450ml二氯甲烷，開啟攪拌，在0-10℃下、慢慢滴加溶於100ml二氯甲烷的二硫化碳溶液，加完攪拌5小時後有大量固體析出，抽濾，用少量二氯甲烷洗滌。烘乾後得到對氯苯二硫代甲酸鹽。
然後上述製得的對氯苯二硫代甲酸鹽0.5mol和少量催化劑三乙胺溶於250ml二氯甲烷中，緩慢滴加甲基苯基二氯矽烷的二氯甲烷溶液，加完後，緩慢升溫至室溫，然後加熱回流3-5小時。反應完畢，加入200ml冰水，用二氯甲烷萃取，便得到對氯基苯異硫氰酸酯。蒸乾二氯甲烷，得到的固體用甲苯重結晶。收率90％，熔點41-42℃。
實施例3——對乙醯基苯異硫氰酸酯的合成在裝有機械攪拌、乾燥的恆壓滴液漏鬥、回流冷凝管和溫度計的1000ml四口燒瓶中，在氮氣保護下加入1mol對乙醯基苯胺，1mol三乙烯二胺450ml三氯甲烷，開啟攪拌，在0-10℃下、慢慢滴加溶於100ml二氯甲烷的二硫化碳溶液，加完攪拌5小時後有大量固體析出，抽濾，用少量三氯甲烷洗滌。烘乾後得到對氯苯二硫代甲酸鹽。
然後上述製得的對氯苯二硫代甲酸鹽0.5mol和少量催化劑三乙胺溶於250ml二氯甲烷中，緩慢滴加二甲基二氯矽烷的二氯甲烷溶液，加完後，緩慢升溫至室溫，然後加熱回流3-5小時。反應完畢，加入200ml冰水，用二氯甲烷萃取，便得到對乙醯基苯異硫氰酸酯。蒸乾二氯甲烷，得到的固體用甲苯重結晶，收率88％，熔點74-76℃。
實施例4氯矽烷改為甲基苯基二氯矽烷，其它同實施例3，收率為89％，熔點74-76℃。
實施例5氯矽烷改為二苯基二氯矽烷，其它同實施例3，收率為81％，熔點74-76℃。
實施例6氯矽烷改為三甲基氯矽烷，其它同實施例3，收率為75％，熔點74-76℃。
實施例7氯矽烷改為三苯基氯矽烷，其它同實施例3，收率為79％，熔點74-76℃。
實施例8把鹼改為改為氫氧化鈉，其它同實施例3，收率為85％，熔點74-76℃。
實施例9把催化劑改為改為3-甲基吡啶，其它同實施例3，收率為85％，熔點74-76℃。
實施例10把催化劑改為改為N-甲基吡咯，其它同實施例3，收率為86％，熔點74-76℃。
實施例11——2-苯基乙異硫氰酸酯的一步法合成在裝有機械攪拌、乾燥的恆壓滴液漏鬥、回流冷凝管和溫度計的1000ml四口燒瓶中，在氮氣保護下加入1mol苯乙胺，1.1mol三乙胺和450mL四氫呋喃，開啟攪拌，在0-10℃下、慢慢滴加溶於100ml四氫呋喃的二硫化碳溶液。攪拌2小時後，緩慢滴加二甲基二氯矽烷的四氫呋喃溶液。加完後，緩慢升溫至室溫，然後加熱回流3-5小時。反應完畢，加入200ml冰水，用二氯甲烷萃取，無水硫酸鎂乾燥後，蒸乾二氯甲烷，得到油狀物粗品，蒸餾得到2-苯基乙異硫氰酸酯，收率92％，含量為98.8％(GC)。
實施例12——2-甲基，苯基-乙異硫氰酸酯的一步法合成(以下均為一步法)在裝有機械攪拌、乾燥的恆壓滴液漏鬥、回流冷凝管和溫度計的1000ml四口燒瓶中，在氮氣保護下加入1molα-苯乙胺，1.1mol三乙胺和450ml二氯甲烷，開啟攪拌，在0-10℃下、慢慢滴加溶於100ml二氯甲烷的二硫化碳溶液。攪拌2小時後，緩慢滴加二甲基二氯矽烷的二氯甲烷溶液。加完後，緩慢升溫至室溫，然後加熱回流3-5小時。反應完畢，加入200ml冰水，用二氯甲烷萃取，無水硫酸鎂乾燥後，蒸乾二氯甲烷，得到油狀物粗品，蒸餾得到2-甲基，苯基-乙異硫氰酸酯，收率93％，含量為99.1％(GC)。
實施例13——2-苯基乙異硫氰酸酯的合成氯矽烷改為甲基苯基二氯矽烷，其它同實施例11，收率為91％，含量為99.1％(GC)。
實施例14——氯矽烷改為二苯基二氯矽烷，其它同實施例11，收率為86％，熔點71-72℃。
實施例15氯矽烷改為三甲基氯矽烷，其它同實施例11，收率為73％，熔點71-72℃。
實施例16氯矽烷改為三苯基氯矽烷，其它同實施例11，收率為71％，熔點71-72℃。
實施例17——2-苯基乙異硫氰酸酯的合成把鹼改為改為氫氧化鈉，其它同實施例11，收率為90％，含量為98.6％(GC)。
實施例18——2-苯基乙異硫氰酸酯的合成把鹼改為改為三乙烯二胺，其它同實施例11，收率為93％，含量為98.6％(GC)。
實施例19——2-苯基乙異硫氰酸酯的合成把催化劑改為改為3-甲基吡啶，其它同實施例11，收率為91％，含量為98.6％(GC)。
實施例20——2-苯基乙異硫氰酸酯的合成把催化劑改為改為N-甲基吡咯，其它同實施例11，收率為90％，含量為98.1％(GC)。
權利要求
1.一種異硫氰酸酯的合成方法，其特徵在於以胺類化合物和二硫化碳為原料溶於有機溶劑，在鹼的作用下合成得到胺基二硫代甲酸鹽，然後在催化劑的存在下與氯矽烷反應合成得異硫氰酸酯，異硫氰酸酯通式為RNCS，式中R為對硝基苯基、對氯苯基、鄰氯苯基、2，5-二氯苯基、苯基、對甲基苯基、鄰甲基苯基、對乙醯基苯基、苯乙基、苯丙基、環己基、胺基酸、苯丙酸。
2.根據權利要求1所述的異硫氰酸酯的合成方法，其特徵在於所述的胺類化合物為活性較低的胺類化合物對硝基苯胺、對氯苯胺、鄰氯苯胺、2，5-二氯苯胺、苯胺、對甲基苯胺、鄰甲基苯胺、對乙醯基苯胺中的一種；合成方法分兩步第一步，投料摩爾比為活性較低胺類化合物∶二硫化碳∶鹼＝1∶1.05～1.50∶1.05～1.50，得中間產物胺基二硫代甲酸鹽，通過重結晶進行提純，其有機溶劑的用量為活性較低胺類化合物的5～10倍；反應溫度為-20～40℃；反應時間為3～10h；第二步，投料摩爾比為提純的胺基二硫代甲酸鹽∶氯矽烷∶催化劑＝1∶1.05～1.50∶0.05～0.5；其有機溶劑的用量為活性較低胺類化合物的5～10倍；反應溫度為-10～80℃，反應時間為3～10h得產品；所述的有機溶劑是四氫呋喃、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、四氯乙烷中的一種或幾種的混合物；所述的鹼是氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸鉀、三乙胺、三甲胺和三乙烯二胺中的一種或幾種的混合物；所述的催化劑是三乙胺、吡啶、3-甲基吡啶、N-甲基吡咯、N-甲基四氫吡咯中的一種；所述的氯矽烷是二甲基二氯矽烷、二苯基基二氯矽烷、甲基苯基二氯矽烷、甲基乙烯基二氯矽烷、甲基乙氧基二氯矽烷、三甲基氯矽烷、三苯基氯矽烷、三乙基氯矽烷、三乙氧基氯矽烷中的一種。
3.根據權利要求2所述的異硫氰酸酯的合成方法，其特徵在於第一步的反應溫度為-10～10℃，有機溶劑為甲苯或二氯甲烷；第二步的反應溫度為40～60℃，有機溶劑為二氯甲烷或二氯乙烷；鹼為三乙烯二胺或三乙胺；催化劑為3-甲基吡啶或N-甲基吡咯；氯矽烷為二甲基二氯矽烷或甲基苯基二氯矽烷或三甲基氯矽烷。
4.根據權利要求1所述的異硫氰酸酯的合成方法，其特徵在於所述的胺類化合物為活性較高的胺類化合物苯乙胺、苯丙胺、環己胺、胺基酸、苯丙胺酸中的一種；合成方法為一步，其投料摩爾比為活性較高的胺類化合物∶二硫化碳∶鹼∶氯矽烷∶催化劑＝1∶1.05～1.50∶1.05～1.50∶1.05～1.50∶0.05～0.5；其有機溶劑的用量為活性較高胺類化合物的5～10倍；反應溫度為-20～80℃，反應時間為3～10h得產品；其中，有機溶劑是四氫呋喃、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、四氯乙烷中的一種或幾種的混合物；鹼是氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸鉀、三乙胺、三甲胺和三乙烯二胺中的一種或幾種的混合物；催化劑是三乙胺、吡啶、3-甲基吡啶、N-甲基吡咯、N-甲基四氫吡咯中的一種；氯矽烷是二甲基二氯矽烷、二苯基基二氯矽烷、甲基苯基二氯矽烷、甲基乙烯基二氯矽烷、甲基乙氧基矽烷、三甲基氯矽烷、三苯基氯矽烷、三乙基氯矽烷、三乙氧基氯矽烷中的一種。
5.根據權利要求4所述的異硫氰酸酯的合成方法，其特徵在於反應溫度為0～80℃，有機溶劑為甲苯或二氯甲烷或二氯乙烷；鹼為三乙烯二胺或三乙胺；催化劑為3-甲基吡啶或N-甲基吡咯；氯矽烷為二甲基二氯矽烷或甲基苯基二氯矽烷或三甲基氯矽烷。
全文摘要
本發明涉及一種異硫氰酸酯的合成方法。它需要解決的技術問題是，提供一條工藝合理、對環境友好、生產安全可靠、反應收率高、基本無三廢的化學合成方法。本方法以胺類化合物和二硫化碳為原料溶於有機溶劑，在鹼的作用下合成得到胺基二硫代甲酸鹽，然後在催化劑的存在下與氯矽烷反應合成得異硫氰酸酯。對於活性較低的胺類化合物，採取兩步法；對於活性較高的胺類化合物則採取一步法。
文檔編號C07C331/16GK1880302SQ200610048928
公開日2006年12月20日 申請日期2006年1月6日 優先權日2006年1月6日
發明者邊高峰, 來國橋, 邱化玉, 胡自強, 齊凡 申請人:杭州師範學院