脂肪族取代脲的合成研究

丁晨 鄭添裕 蔡波（中國藥科大學(xué)，江蘇南京 211198）

脂肪族取代脲的合成研究

丁晨 鄭添裕 蔡波（中國藥科大學(xué)，江蘇南京 211198）

脂肪族二取代脲是一種綠色環(huán)保的合成碳二亞胺的前體。本文主要論述了利用脂肪伯胺和三光氣反應(yīng)合成對稱的脂肪族二取代脲以及利用伯胺和N，N’-羰基二咪唑合成不對稱脂肪族二取代脲的方法。該實(shí)驗(yàn)方法簡單，時(shí)間短，產(chǎn)率高，具有很高的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

伯胺；二取代脲；碳二亞胺；N，N’-羰基二咪唑；三光氣；合成

碳二亞胺化合物（Carbodiimides）［1］，就是結(jié)構(gòu)中含有碳二亞胺基團(tuán)的化合物，其通式如下：R1-N=C=N-R2

分子結(jié)構(gòu)中的累積二烯結(jié)構(gòu)使碳二亞胺具有很強(qiáng)的化學(xué)活潑性，不僅可以和許多酸性化合物反應(yīng)，也可以和醇、胺及含活潑亞甲基等活潑氫一類化合物起反應(yīng)，其參與的反應(yīng)具有條件溫和、操作簡便和收率高的特點(diǎn)。碳二亞胺化合物不如含有N=C=O，O=C=C，S=C=S等基團(tuán)的相似結(jié)構(gòu)的化合物活潑，其參與的化學(xué)反應(yīng)的動力主要來源于結(jié)構(gòu)中N=C=N雙鍵的不飽和性，作為一種良好的有機(jī)試劑。它在非催化條件下很穩(wěn)定，而在催化條件下表現(xiàn)出很強(qiáng)的反應(yīng)性。碳二亞胺化合物最早用作酯化反應(yīng)以及氨基酸合成多肽的脫水劑。

此外DCC和DMSO亦可對醇就行的Pfitzener-Moffatt氧化反應(yīng)［2］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 合成路線

所設(shè)計(jì)的合成路線如圖2-1所示：

圖1-1 二取代脲及對應(yīng)碳二亞胺的合成路線

1.2 合成化合物

1.2.1 合成對叔丁基脲

反應(yīng)方程式如圖1-2：

圖1-2 對叔丁基脲的合成路線

實(shí)驗(yàn)步驟：

于500 mL四頸瓶中依次加入450 mL甲苯、叔丁胺94 g（1293 mmol，6 e.q.）、三乙胺130 g（1293 mmol，6 e.q.）后加塞，電動攪拌冰水浴冷卻。于恒壓滴液漏斗中緩慢加入54 g（215.5 mmol，1 e.q.）三光氣的400 mL甲苯溶液?？刂苾?nèi)溫不得超過20℃，滴畢rt反應(yīng)3h，TLC追蹤反應(yīng)。

表1-1 合成S1a實(shí)驗(yàn)的投料狀況

TLC如圖（展開劑：P/E=1：2，顯色劑：磷鉬酸）

圖1-3 對叔丁基脲反應(yīng)液的TLC示蹤

反應(yīng)結(jié)束后取250 mL水淬滅反應(yīng)，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，分出水相后用甲苯反萃取，合并有機(jī)相，有機(jī)相用水洗兩次，然后用5%鹽酸洗一次，再用飽和NaCl aq洗兩次。濃縮溶劑，加水漿洗后減壓過濾，固體用無水乙醇重結(jié)晶，收集白色針狀晶體68.04 g（72.52%）。

mp：199.6-202.1℃..IR（KBr）：3352.11，2964.53，1638.22，1381.61，1360.82 cm-1.1H NMR（CDCl3，300 MHz）：δ5.82-5.74（m，2H），3.09（td，J=7.0，2.3 Hz，2H），2.92（dd，J=6.9，2.4 Hz，2H），1.67（dtd，J=13.4，6.7，2.4 Hz，1H），1.45-1.19（m，4H），0.86（td，J=6.6，2.1 Hz，9H）.

1.2.2 合成1-正丁基-3-異丁基脲

反應(yīng)方程式如圖1-4

圖1-4 1-正丁基-3-異丁基脲的合成路線

實(shí)驗(yàn)步驟：

在50 mL圓底燒瓶中依次N，N’-羰基二咪唑20.03 g（123.6 mmol，1.17e.q.）和20 mL二氯甲烷使成漿狀，磁力攪拌，在冰水浴條件下滴加異丁胺2.0 mL（20.55 mmol，1 e.q.），滴畢加2.5mL二氯甲烷洗滌恒壓滴液漏斗，rt反應(yīng)20 min，留樣β并TLC示蹤。加入15 mL水?dāng)嚢?0 min，分去水相后繼續(xù)在冰水浴條件下滴加異戊胺3.6 mL（30.62 mmol，1.49 e.q.），滴畢加2.5 mL二氯甲烷洗滌恒壓滴液漏斗，回流反應(yīng)1h，TLC示蹤。

表1-2 合成實(shí)驗(yàn)的投料狀況

TLC如圖（展開劑：P/E=1：3，顯色劑：磷鉬酸）

圖1-5 1-正丁基-3-異丁基脲反應(yīng)液的TLC示蹤

反應(yīng)結(jié)束后，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中用20 ml 10%HCL洗，分液水相用10mL二氯甲烷反萃取，合并有機(jī)相后再用飽和食鹽水洗兩次，最后有機(jī)相用無水硫酸鎂干燥30min，減壓過濾后濃縮溶劑收得白色蠟狀固體粗品S3b（13.86 g）。

mp：48.4-50.2℃..IR（KBr）：3342.05，，1637.53，1573.86 cm-1.1H NMR（CDCl3，300 MHz）：

產(chǎn)物提純后TLC如圖（展開劑：P/E=1：3，顯色劑：磷鉬酸）

圖1-6 1-正丁基-3-異丁基脲提純后的TLC圖

圖1-7 三光氣發(fā)生SN2反應(yīng)的機(jī)理

不對稱產(chǎn)物的紅外光譜與核磁圖譜：

圖1-8 1-正丁基-3-異丁基脲的H1-HMR圖譜

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

鑒于此次對碳二亞胺前體對稱和不對稱二取代脲合成的研究，分別選擇了較為溫和反應(yīng)條件的Triphosgene法和CDI法，比之于工業(yè)上的異氰酸酯與胺的親核取代及CO2or CO與胺在金屬催化劑及高溫高壓條件下顯得更為綠色低毒，且溫和而產(chǎn)率較高。

［1］Williams，A.；Ibrahim，I.T.；Carbodiimide Chemistry：Reagent Advances，Chem，Rev.1981，81.589-636.

［2］Pfitzner，K.E.；Moffatt，J.G.；A New and Selective Oxidation of Alcohols，J，Am，Chem，Soc.1963，85.3027-3028.