2-(1,3-二烷硫基)亞甲基-3-羰基丁酰胺作為代硫醇試劑的縮硫醛化學反應研究
尹彥冰, 劉海艷, 許 錢, 姜海燕, 楊 穎
(齊齊哈爾大學化學與化學工程學院,黑龍江齊齊哈爾161006)
摘 要:探討了以2-(1,3-二烷硫基)亞甲基-3-羰基丁酰胺為代硫醇試劑,苯甲氯為催化劑,乙醇為溶劑的縮硫醛化反應。結(jié)果表明,該代硫醇試劑能快速與芳香醛以較高產(chǎn)率生成縮硫醛類化合物,研究其合成方法,對各化合物進行了結(jié)構(gòu)表征,對其反應機理進行了初步探討。
關(guān)鍵詞:2-(1,3-二烷硫基)亞甲基-3-羰基丁酰胺;代硫醇試劑;縮硫醛化反應
中圖分類號:O 621·3 文獻標志碼:A 文章編號:0367-6358(2012)01-0033-04
硫醇作為一類重要有機合成試劑經(jīng)常被應用在生物、醫(yī)約、農(nóng)藥、香料等領域[1]。硫醇與羰基化合物的縮硫醛/酮化反應是保護羰基官能團的常用方法,在多步合成或天然產(chǎn)物的合成中有重要而廣泛的應用[2-4]。其產(chǎn)物如1,3-二噻烷類等化合物在有機合成中具有重要作用,能作為羰基的極性反轉(zhuǎn)試劑和多種親電體經(jīng)偶聯(lián)反應形成新的碳碳鍵,是一類重要的有機合成前體或中間體[5-7],因此,縮硫醛/酮化反應得到了人們的廣泛關(guān)注。然而、分子量較小的硫醇如甲硫醇、乙硫醇、乙二硫醇等易揮發(fā)、易燃,且具有惡臭氣味,不僅對環(huán)境造成污染,而且危害使用者的健康。隨著世界范圍內(nèi)對環(huán)境問題的日益重視,以環(huán)境友好為目標的硫醇替代試劑研究正在興起,一些研究者已經(jīng)開始致力于硫醇試劑的無毒、無氣味化改造,通過增加烷基鏈長度或在芳環(huán)上引入硅烷基等方式合成無氣味的硫醇[8-9]以及制備無氣味的樹脂化硫醇替代物[10],并將其應用到縮硫醛/酮化反席中。但是,這些無氣味硫醇替代物的制備常常需要多步反應,并使用較昂貴的試制或催化劑,而且又多采用小分子硫醇或其它有毒含硫試劑作原料,未能從源頭上解決問題。因此,進一步開發(fā)實用的無氣味的硫醇或其替代試劑十分重要。
α-羰基二硫縮烯酮作為一類重要的反應中間體在有機合成中得到廣泛的應用,其衍生物2-[2-氯-1-(氯乙烯基)烯丙基]-1,3-二噻烷和3-(1,3)二噻-2-亞基-2,4-戊二酮[11,12]作為1,3-丙二硫醇的替代物,被成功用于“分子間烷硫基轉(zhuǎn)移”的選擇性縮硫醛/酮化反應中,解決了相對分子質(zhì)量低的硫醇在縮硫醛/酮化學反應中的環(huán)境與安全問題。為了進一步拓展α-羰基二硫縮烯酮類化合物作為硫醇替代試劑的應用,我們開展了無氣味的乙硫醇、乙二硫醇及芐硫醇替代試劑的合成與應用。本文報道以無氣味的2-(1,3-二烷硫基)亞甲基-3-羰基丁酰胺為代硫醇試劑,研究其在縮硫醛/酮化反應中的應用,具體反應式如下
1 實驗部分
1.1 儀器和試劑
Bruker-400型核磁共振儀,瑞士Bruker公司;Spectrum One FT IR Spectrometer顯微紅外光譜(KBr壓片法),美國PE公司;WRR數(shù)字熔點儀,昆山市順諾儀器有限公司。實驗所用試劑均為分析純,化合物1的合成參見文獻[13]的方法。
1.2 化合物的合成
以化合物2b的合成為例,分別稱取化合物1b406 mg(2·0 mmol)和苯甲醛0·22 mL(2 mmol)加到25 mL圓底燒瓶中,加入5 mL乙醇和0·34mL(3·0 mmol)苯甲酰氯,攪拌,加熱回流25 min,TLC監(jiān)測至苯甲醛消失,冷卻后,反應液傾入100mL水中,用10%(質(zhì)量分數(shù))的NaHCO3溶液調(diào)pH=7。用乙醚萃取(10 mL×3),合并有機層,用無水MgSO4干燥,柱層析(洗脫液 石油醚∶乙醚=60∶1),得無色液體產(chǎn)物2b330 mg,產(chǎn)率90·8%?；衔?a,2c~2i的合成參照如上方法。實驗結(jié)果參見表1。
1.3 化合物的結(jié)構(gòu)表征
2a:無色液體,1H NMR(400MHz, CDCl3):δ/×10-6: 1·22 ~ 1·26 (m, 6H), 2·48 ~ 2·65 (m,4H), 4·91(s, 1H), 7·28~7·43(m, 5H); IR(KBr)γ/cm-1:3028,2920,1645,1550,1451,1236.
2b:無色液體,1H NMR(400 MHz, CDCl3):δ/×10-6: 3·30 ~ 3·36 (m, 2H), 3·47 ~ 3·51 (m,2H), 5·63(s, 1H),6·83~6·87(m, 3H),7·41~7·44(m,2H);IR(KBr)γ/cm-1:3025,2918,1645,1552,1453,1238·
2c:白色固體, mp 56 ~ 58℃;1H NMR(400MHz, CDCl3):δ/×10-6:3·55(d,J=16·0 Hz,2H), 3·78(d,J=16·0 Hz, 2H), 4·45(s, 1H),7·11~7·15(m, 4H), 7·20~7·25(m, 7H),7·30~7·33(m, 4H); IR(KBr)γ/cm-1:3025,2915,1650,1552;1455,1238.
2d:無色液體,1H NMR(400 MHz, CDCl3):δ/×10-6:1·20~1·25(m, 6H), 2·45~2·61(m,4H), 3·75(s, 3H), 4·92(s, 1H), 7·21~7·25(m, 2H), 7·31~7·36(m, 2H); IR(KBr)γ/cm-1:3029,2922,1645,1548,1452,1230·
2e:白色固體, mp 60~62℃ 1H NMR(400MHz, CDCl3):δ/×10-6:3·32~3·37(m, 2H),3·45~ 3·50 (m, 2H), 3·71 (s, 3H), 5·59 (s,1H),6·83(d,J=8·0 Hz, 2H), 7·44(d,J=8·0Hz, 2H). IR (KBr)γ/cm-1: 3035, 2924, 1678,1538,1450,1228.
2f:白色固體, mp 54~56℃ 1H NMR(400MHz, CDCl3):δ/×10-6:3·53(d,J=16·0 Hz,2H), 3·76(d,J=16·0 Hz, 2H), 3·81(s, 3H),4·41(s,1H),6·85(d,J=8·0 Hz, 2H),7·18~7·27(m,12H);IR(KBr)γ/cm-1:3028,2920,1651,1540,1451,1254.
2g:無色液體,H NMR(400 MHz, CDCl3):δ/×10-61·23~1·28(m, 6H),2·51~2·63(m, 4H),4·95(s, 1H),7·64(d,J=8·0 MHz, 2H), 8·17(d,J= 8·0 Hz, 2H); IR(KBr)γ/cm-1: 3015,2907,1615,1528,1340,1247·
2h:白色固體, mp 68 ~ 70℃; H NMR(400MHz, CDCl3):δ/×10-6:3·36~3·40(m, 2H),3·47~3·52(m, 2H), 5·52(s, 1H), 7·66(d,J=8·0 Hz, 2H), 8·20 (d,J= 8·0 Hz, 2H); IR(KBr)γ/cm-1:2902,1604,1515,1341,1254.
2i:白色固體, mp 65 ~ 67℃; H NMR (400MHz, CDCl3):δ/×10-63·54 (d,J= 16·0 Hz,2H),3·76(d,J=16·0 Hz, 2H), 4·47(s, 1H),7·80(d,J=8·0 Hz, 2H), 8·24(d,J=8·0 Hz,2H),7·15~7·27(m, 10H); IR(KBr)γ/cm-1:3028,2915,1621,1530,1351,1254.
2 結(jié)果與討論
用三氯氧磷、濃鹽酸、苯甲酰氯做催化劑,在乙醇溶劑中回流時,三者均都能很好的催化1b的縮硫醛/酮化反應,實驗結(jié)果見表2。但用濃HCl催化該反應,反應時間長。因此,選擇經(jīng)濟便宜的苯甲酰氯作此反應的催化劑。以2b的合成為例考察了催化劑、催化劑與原料配比、反應溫度、反應時間等對比反應的影響,實驗結(jié)果見表3。
從以上實驗結(jié)果可知,催化劑的用量和反應溫度對上述反應的速率有重要的影響。苯甲酰氯的量越大,反應溫度越高,反應的速率越快(見表3)。因此,確定該反應的最佳反應條件是:乙醇作溶劑,苯甲酰氯作催化劑回流,1 h、芳醛和苯甲酰氯的摩爾比為2∶2∶3。
根據(jù)早期的工作[14,15]和以上實驗結(jié)果,提出如下的可能反應機理:首先,2-(1,3-烷硫基)亞甲基-3-羰基丁酰胺1在由苯甲酰氯和乙醇酯化反應中產(chǎn)生的HCl的催化下,經(jīng)過脫乙酰化反應生中中間體3。隨后經(jīng)過與氫質(zhì)子加成轉(zhuǎn)化為4,然后4被水或乙醇進一步進攻,分別得到中間體5、6,它們開環(huán)后生成7,7與醛反應生成2。
3 結(jié)論
根據(jù)實驗結(jié)果,我們在以2-(1,3-二烷硫基)亞甲基-3-羰基丁酰胺為代硫醇試劑、乙醇為溶劑、苯甲酰氯為催化劑的條件下,合成了9種硫代縮醛類化合物。該反應的速度快,反應時間短,而且產(chǎn)物的產(chǎn)率普遍較高,同時,該方法合成簡單,條件溫和,后處理容易,產(chǎn)物易于分離,反應過程中沒有臭味放出,對保護環(huán)境,發(fā)展綠色化學有重要意義。
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來源：中國化學試劑網(wǎng)
