硫醇類(lèi)化合物的合成研究及其應(yīng)用

邵艷東，王向輝，張美娟，谷茂然，林 強(qiáng)

（海南師范大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院教育部熱帶藥用植物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?571158）

硫醇類(lèi)化合物的合成研究及其應(yīng)用

邵艷東，王向輝，張美娟，谷茂然，林 強(qiáng)*

（海南師范大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院教育部熱帶藥用植物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?571158）

硫醇類(lèi)化合物作為一類(lèi)重要的有機(jī)中間體，在醫(yī)藥、農(nóng)藥以及化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用.文章介紹了多種硫醇合成方法，同時(shí)報(bào)道一種以溴代物和硫氫化鈉為反應(yīng)原料，一步法高產(chǎn)率制得硫醇的新方法，進(jìn)一步合成出9個(gè)重要的硫醚類(lèi)化合物.并通過(guò)核磁和質(zhì)譜確定硫醇和硫醚的結(jié)構(gòu).

硫醇；合成；硫醚

硫醇是以硫原子取代醇羥基中的氧原子而形成的具有巰基（-SH）的一類(lèi)化合物.硫醇可用做藥物、農(nóng)藥及除草劑的中間體，可做解毒劑，橡膠硫化促進(jìn)劑等[1].比如乙硫醇[2]是磺胺類(lèi)藥物和磺酰尿類(lèi)除草劑的中間體；正丁硫醇[3]是多種農(nóng)藥合成的中間體，還可做聚合反應(yīng)調(diào)節(jié)劑、穩(wěn)定劑；正十二碳硫醇[4]用作樹(shù)脂和橡膠的分子量調(diào)節(jié)劑；叔十二碳硫醇[5]在合成橡膠、合成樹(shù)脂、合成纖維中可作聚合量調(diào)節(jié)劑，在聚乙烯、聚丙烯的生產(chǎn)中作穩(wěn)定劑和抗氧劑，還可作非離子表面活性劑及有機(jī)合成中間體.硫醇類(lèi)化合物天然存在于各種肉類(lèi)加工食品、咖啡、水果和葡萄酒等食品中，由于其獨(dú)特的香味特征和低的香氣閾值，是一類(lèi)應(yīng)用非常廣泛的重要食用香料化合物[6].

1 硫醇合成方法簡(jiǎn)介

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于巰基化合物的合成方法報(bào)道主要有以下幾種.

Kuhnert N等于2001年報(bào)道[7]了利用硫脲為原料合成N-4-巰基-丁基-鄰苯二甲酰亞胺.合成路線(xiàn)如下：

Tsao M W等報(bào)道了[8]利用F（CF2）8（CH2）11Br和硫代硫酸鈉鹽反應(yīng)經(jīng)過(guò)2步反應(yīng)制得相應(yīng)硫醇，產(chǎn)率74%.反應(yīng)路線(xiàn)如下：

Blenlarz在1993年報(bào)道過(guò)[9]的合成路線(xiàn)如下：

胡坤等[10]于2012年報(bào)道了以硫代乙酸鉀為原料制備出相應(yīng)硫醇.合成路線(xiàn)如下：

Jones[11]等研究表明，在硫化氫存在的條件下，180℃下反應(yīng)10 h，乙烯和硫化氫發(fā)生加成反應(yīng)，生成乙硫醇和其它硫化物，乙硫醇和硫化物的產(chǎn)率分別為11%和80%，該反應(yīng)符合馬氏加成規(guī)則.乙烯與硫化氫先發(fā)生反應(yīng)生成乙硫醇，乙硫醇再與乙烯發(fā)生反應(yīng)生成硫化物.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在該反應(yīng)過(guò)程中，硫化物是一種有效的催化劑.

硫氫化鈉與氯乙烷反應(yīng)制備乙硫醇[12]反應(yīng)方程式為：

該反應(yīng)雖然收率尚可，但是該反應(yīng)需在高壓釜內(nèi)密閉攪拌，130℃、1.5 MPa條件下進(jìn)行.

關(guān)于硫醇類(lèi)化合物的合成方法中，以硫氫化鈉為原料具有合成步驟少、原料易得、收率高、三廢少等優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)操作條件較苛刻，難于實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的缺陷。本課題組針對(duì)該反應(yīng)的特點(diǎn)對(duì)其合成路線(xiàn)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，具體合成路線(xiàn)如Scheme 1.

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

WRX-4顯微熔點(diǎn)儀，Bruker-400核磁共振儀，RV10旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀藥品均為市售化學(xué)純或分析純，液體試劑用前未經(jīng)無(wú)水處理.

2.2 合成實(shí)驗(yàn)

2.2.1 硫醇合成（2a-2c）

在100mL兩口燒瓶中依次加入5 mmol N-2-溴代-乙基-鄰苯二甲酰亞胺，6 mmol的硫氫化鈉，0.30g TBAB，60ml DMF.氮?dú)獗Ｗo(hù)下室溫反應(yīng)6-8 h，TLC監(jiān)測(cè)[展開(kāi)劑，V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）=5∶1]至反應(yīng)結(jié)束.取下反應(yīng)瓶，加入50-80mL去離子水，用3×30mL乙酸乙酯萃取，匯集有機(jī)層，用2×30mL飽和食鹽水洗滌有機(jī)層.無(wú)水硫酸鈉干燥，抽濾，洗滌，減壓條件下整除溶劑.殘余物經(jīng)柱層析分離，用石油醚∶乙酸乙酯（體積比）=20∶1混合溶劑洗脫，脫溶得白色固體N-2-巰基-乙基-鄰苯二甲酰亞胺0.91 g，熔點(diǎn)（77-78℃），產(chǎn)率為85%；結(jié)構(gòu)測(cè)定參數(shù)為：1H NMR(CDCl3，400 MHz)，δ：1.46(t,J=8.6 Hz,1H),2.85 (q,2H),3.90(t,J=7.4 Hz,2H),7.74-7.89(m,4H);13C NMR(CDCl3，100 MHz),δ：22.9,40.8,123.4,132.0, 134.1,168.1.

按照類(lèi)似方法合成出兩種硫醇化合物.

N-3-巰基-丙基-鄰苯二甲酰亞胺（2b）：白色固體，熔點(diǎn)（47-48℃），產(chǎn)率為83%-84%；1H NMR(CD?Cl3，400 MHz)，δ：1.85（t,1H,J=8.2 Hz），1.96-2.03(m, 2H)，2.54(q,2H)，3.80(t,2H，J=6.7 Hz)，7.72-7.83 (m,4H)；13C NMR(CDCl3，100 MHz)，δ：21.9，32.7，36.4，123.2，132.0，134.0，168.2.

N-4-巰基-丁基-鄰苯二甲酰亞胺（2c）：白色蠟狀固體，熔點(diǎn)較低，產(chǎn)率為83%-84%；1H NMR(CD?Cl3，400 MHz),δ∶1.44(t,1H,J=8.0 Hz),1.63-1.70(m, 2H),1.76-1.84(m,2H),2.57(q,2H),3.68(t,2H,J= 6.9 Hz),7.72-7.82(m,4H)；13C NMR(CDCl3,100 MHz),δ∶24.0，27.2,31.0，37.1，123.0，131.9，133.8，168.0.

2.2.2 硫醚的合成（3a-3i）

N-（2-甲硫乙基）鄰苯二甲酰亞胺（3a）的合成.在100mL兩口燒瓶中，依次加入5 mmol化合物2a、6 mmol CH3I、0.30 g KI、6mmol K2CO3和30mL DMF，室溫反應(yīng)10 h，TLC監(jiān)測(cè)[石油醚∶乙酸乙酯（體積比）=15：1]至反應(yīng)結(jié)束.向反應(yīng)瓶中加入50～80mL去離子水，用30mL×3乙酸乙酯萃取，有機(jī)層用30mL× 2飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，抽濾，減壓下蒸出溶劑.殘余物經(jīng)柱層析分離，用石油醚）∶乙酸乙酯（體積比）=15：1洗脫，得白色固體0.99 g，產(chǎn)率90%，熔點(diǎn)87～88℃.1H NMR(CDCl3,400 MHz),δ：2.39(s, 3H),3.02(t,J=6.8 Hz,2H),4.13(t,J=6.8 Hz,2H), 7.92-8.08(m,4H);13C NMR(CDCl3,100 MHz),δ：15.2,32.2,36.5,123.4,132.1,134.0,168.2;MS(ESI, m/z)：[M+1)+222.1.

參照上述方法合成出化合物（3b-3i）.

N-（3-甲硫丙基）鄰苯二甲酰亞胺（3b），白色固體，產(chǎn)率為83%；1H NMR(CDCl3,400 MHz),δ：1.93-2.00(m,2H),2.09(s,3H),2.54(t,J=7.2 Hz,2H),3.77 (t,J=7.0 Hz,2H),7.72-7.74(m,2H),7.79-7.81(m, 2H)；13C NMR(CDCl3,100 MHz),δ：15.1,27.7,31.2, 36.8,122.9,131.9,133.8,167.9;MS(ESI,m/z)：[M+1]+ 236.1.

N-(4-甲硫丁基)鄰苯二甲酰亞胺白色固體(3c)，白色固體，產(chǎn)率為85%；1H NMR(CDCl3,400 MHz)：δ(ppm)1.63-1.83(m,4H),2.09(s,3H),2.53(t,J=7.2 Hz,2H),3.71(t,J=6.8 Hz,2H),7.71-7.85(m,4H).13C NMR(CDCl3,100 MHz),δ：15.5,26.4,27.7,33.7,37.5, 123.2,132.1,133.9,168.4;MS(ESI,m/z)：[M+23]+ 272.1.

N-（2-乙硫乙基）鄰苯二甲酰亞胺（3d），白色固體，產(chǎn)率為93%；1H NMR(DMSO-d6,400 MHz),δ：1.18(t,J=7.4 Hz,3H),2.55(q,J=7.4,Hz,2H),2.78(t,J=7.2 Hz,2H),3.76(t,J=7.2 Hz,2H),7.83-7.88(m, 4H)；13C NMR(DMSO-d6,100 MHz),δ：14.4,24.4, 28.5,36.7,123.0,131.5,134.4,167.6;MS(ESI,m/z)：[M+23]+258.1.

N-（3-乙硫丙基）鄰苯二甲酰亞胺（3e），白色固體，產(chǎn)率為92%；1H NMR(CDCl3,400 MHz),δ：0.93(t,J=7.34 Hz,3H),1.63-1.70(m,2H),2.21-2.29(m,4H), 3.47(t,J=8.0 Hz,2H);13C NMR(CDCl3,400 MHz),δ：14.6,25.5,28.2,28.6,36.9,122.8,131.8,133.7,167.8; MS(ESI,m/z)：[M+1]+250.1.

N-（4-乙硫丁基）鄰苯二甲酰亞胺（3f），白色固體，產(chǎn)率為91%；1H NMR(DMSO-d6,400 MHz),δ：1.12(t,J=7.3 Hz,3H),1.47-1.70(m,4H),2.41-2.50 (m,4H),3.56(t,J=6.9 Hz,2H),7.78-7.83(m,4H);13C NMR(DMSO-d6,400 MHz),δ：14.7,24.9,27.2,30.1, 36.9,122.8,131.5,134.2,167.8;MS(ESI,m/z)：[M+ 23]+287.1.

N-(2-丙硫乙基)鄰苯二甲酰亞胺（3g），白色固體，產(chǎn)率為94%；1H NMR(DMSO-d6,400 MHz),δ：0.96(t,J=7.3 Hz,3H),1.52-1.1.62(m,2H),2.56(t,J= 7.3 Hz,2H),3.84(t,J=6.4 Hz,2H),7.83-7.92(m, 4H);13C NMR(DMSO-d6,400 MHz),δ：13.2,22.2, 30.1,33.0,36.8,123.6,132.0,134.9,168.1;MS(ESI, m/z)：[M+1]+250.1.

N-(3-丙硫丙基)鄰苯二甲酰亞胺（3h），白色固體，產(chǎn)率為85%；1H NMR(CDCl3,400 MHz),δ：0.70(t,J=7.4 Hz,3H),1.27-1.36(m,2H),1.66-1.73(m,2H), 2.22-230(m,4H)3.5(t,2H,J=7.0 Hz),7.46-7.54(m, 4H);13C NMR(CDCl3,400 MHz),δ：13.3,22.7,28.3, 29.1,33.8,36.9,122.9,131.9,133.7,167.8;MS(ESI, m/z)：[M+23]+286.1.

N-(4-丙硫丁基)鄰苯二甲酰亞胺（3i），白色固體，產(chǎn)率為95%.1H NMR(CDCl3,400 MHz),δ：0.72(t,J=7.3 Hz,3H),1.30-1.55(m,6H),2.19-2.31(m,4H), 3.44(t,J=6.5 Hz,2H),7.47-7.57(m,4H);13C NMR (CDCl3,400 MHz),δ：13.3,22.8,26.7,27.6,31.2,33.9, 37.2,122.8,131.9,133.7,167.9;MS(ESI,m/z)：[M+ 23]+300.1.

3 結(jié)論

以溴代物和硫氫化鈉為反應(yīng)原料，TBAB為催化劑，DMF溶劑中，在N2保護(hù)下室溫反應(yīng)8-10 h，一步反應(yīng)制得硫醇（產(chǎn)率83%～85%）.與已有報(bào)道合成方法相比，本方法具有合成路線(xiàn)短、產(chǎn)率高、三廢少以及容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的優(yōu)點(diǎn).在此基礎(chǔ)上，利用已合成的硫醇與鹵代烴作用合成出9個(gè)重要的硫醚化合物，產(chǎn)率達(dá)到80%以上.

致謝：感謝十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃農(nóng)藥專(zhuān)項(xiàng)（2011BAE06B04-07）、海南省自然科學(xué)基金（214024）、教育廳高等學(xué)校研究項(xiàng)目（HNKY2014-39）及海南省大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的資金支持，同時(shí)對(duì)海南師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院測(cè)試中心提供的測(cè)試幫助一并感謝.

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責(zé)任編輯：畢和平

The Synthesis of Mercaptan Compounds and Research

SHAO Yandong，WANG Xianghui，ZHANG Meijuan，GU Maoran，LIN Qiang＊
（Key Laboratory of Tropical Medicinal Plant Chemistry of Ministry of Education，Institute of Chemistry and Chemical Engineering，Hainan Normal University，Haikou571158，China）

Thiols as a kind of important organic intermediates,are widely used in medicine,pesticide and chemical engi?neering field.This paper introduced some synthetic methods of thiols and reported a new one step synthesis of thiols in high yield,by hydrocarbon bromide and sulfur sodium hydride as reaction raw materials.To study the application of mercaptan, nine important sulfides were designed and prepared.All the synthesized compounds were confirmed by 1H NMR,13C NMR and MS.

Thiol；synthesis；thioether

O 621.3

：A

：1674-4942（2015）01-0052-03

2014-11-30

十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃農(nóng)藥專(zhuān)項(xiàng)（2011BAE06B04-07）；海南省自然科學(xué)基金（214024）；教育廳高等學(xué)校研究項(xiàng)目（HNKY2014-39）；海南省大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目

*通訊作者