异硫氰酸酯的合成
第
4
8卷第5期农 药
Vol. 48, No. 5异硫氰酸酯的合成
高中良,刘秀莲,刘 东,张丽英
(河北工业大学 化工学院,天津 300130)
摘要:异硫氰酸酯是一种重要的有机合成中间体,在合成取代硫脲类农药中有广泛应用。 综述了以不同起始原
料如叔醇、胺、腈氧化物及异腈化物等合成异硫氰酸酯的方法,并对某些反应机理进行探讨研究。 介绍了由二硫代氨基甲酸盐制备异硫氰酸酯的方法,其中Boc酸酐的使用因副产物少、后处理简单而有很好的应用前景。 而一些如微波等新技术的应用对异硫氰酸酯的制备将会起到很好的推动作用。 关键词:异硫氰酸酯;制备;胺;叔醇;异腈化物中图分类号:TQ460 文献标志码:A 文章编号:1006-0413(2009)05-0322-04
Synthesis of Isothiocyanates
GAO Zhong-liang, LIU Xiu-lian, LIU Dong, ZHANG Li-ying
(School of Chemical Engineering Hebei University Technology, Tianjin 300130, China)
Hideyoshi用此方法合成了1,1-二甲基庚基异硫氰酸酯、1,1-二乙基庚基异硫氰酸酯、1,1-二正丁基戊基异硫氰酸酯等,收率达85%以上。 反应过程中乙二酸促进叔烃基阳离子的形成,叔烃基阳离子和硫氰酸根离子得到异硫氰酸酯。 在碘单SCN在碘单质存在的情况下,
质存在的情况下,硫氰酸钠和碘单质反应生成碘化钠和碘代异硫氰酸酯(INCS),碘代异硫氰酸酯中的碘原子具有阳离子的性质,被连在异硫氰酸基团的氮原子上,而氮原子是阴离子。 叔烃基阳离子在碘代异硫氰酸酯中的氮阴离子作用下有选择的生成异硫氰酸酯。 加入碘化钠后,反应速度有明显提高。 由于碘负离子(I)的强亲核性,碘化钠的加入导致在草酸存在下快速形成碘代烃(R-I)。 在和硫氰酸根离子反应生成硫氰酸酯时,碘代叔烃比叔 醇有更好的反应活性。
[7]
--
将胺与二硫化碳及三乙胺在THF中22 ℃反应生成二硫代氨基甲酸盐,0 ℃加入甲苯磺酰氯,反应完成后硅胶柱纯化,制备烃基异硫氰酸酯和芳基异硫氰酸酯,其中2-甲基-2-苯基异硫氰酸丙酯、对溴异硫氰酸苯甲酯、对甲氧基苯基异硫氰酸酯、邻甲氧基苯基异硫氰酸酯等的收率都达到97%以上。
2.2 黏土铜试剂
硝酸铜担载到蒙脱土上,称黏土铜(claycop)试剂,由二硫代氨基甲酸盐利用黏土铜高温分解制备异硫氰酸酯。
1.3 由硫氰酸酯异构化
醇与硫氰酸铵反应,生成硫氰酸酯,再在催化剂作用 下异构化转位,得到异硫氰酸酯。
[8]
芳基二硫代氨基甲酸盐迅速转化为异硫氰酸酯,而烃基二硫代氨基甲酸盐的反应较慢。 Harashadas用此方法制备了苯基异硫氰酸酯及2-甲基苯基异硫氰酸酯,反应时间1 h,收率可达85%。 此方法用于烃基、芳基和氨基酸的异硫氰酸盐的制备温和、简单、方便可行,在缩氨酸异硫氰酸酯的制备方面会有更好的应用
[11]
。
2 以胺为原料
以胺为原料制备异硫氰酸酯,目前主要有3种合成方法:硫代光气法、硫氰酸盐法和二硫化碳法,二硫化 碳法由于其低毒性、高收率而得到广泛关注和应用。本文只介绍二硫化碳法合成异硫氰酸酯,胺和二硫化碳在三乙胺等碱作用下生成二硫代氨基甲酸盐,然后二硫代氨基甲酸盐通过多种试剂多种方法转化为异硫氰酸酯。
[9]
2.3 卤代烷同时制备硫醇和异硫氰酸酯
此方法适用于烃基异硫氰酸酯的制备,仲胺不能发生此反应。 反应过程如下:
一般在极性溶剂如乙醇、甲醇中反应,催化剂三乙烯二胺(DABCO)或4-二甲氨基吡啶(DMAP)可以大大提高反应速率,Henrik用此方法合成了异硫氰酸正已酯、异硫氰酸环戊酯,收率98%以上,而异硫氰酸苯酯、对甲氧基异硫氰酸苯酯、3,4,5-三甲氧基异硫氰酸苯酯的收率达 100%。
[13]
键步骤。
此方法制备异硫氰酸苯酯,对氯异硫氰酸苯酯、对溴异硫氰酸苯酯、对甲基异硫氰酸苯酯、对硝基异硫氰酸苯酯的收率分别为90%以上
[16]
2.5 与二硫化碳和格氏试剂制备
相比于传统方法要求二硫化碳2~3倍用量,此方法只需要和胺同摩尔量的二硫化碳,分为直接法和多步法,对于一些芳基异硫氰酸酯的的合成用直接法就可以达到很好的收率,而对于某些烃基异硫氰酸酯的合成用多步法比直接法收率显著提高。
直接法反应式如下:
。
3 以其他化合物为原料
3.1 卤代烃与硫氰酸盐合成异硫氰酸酯
活泼的卤代烃与硫氰酸盐发生亲核取代反应,在不同 反应试剂和反应条件下可得到异硫氰酸酯。
[1]
Lewellyn等采用四丁基溴化铵做相转移催化剂,通过硫氰化钠和烯丙基氯在水溶液中进行相转移催化反应,制备烯丙基硫氰酸酯(人造芥子油)中间体,然后升温、回流,使硫氰酸酯异构成异硫氰酸酯。
3.2 由腈氧化物制备异硫氰酸酯
腈氧化物和硫脲在四氢呋喃中室温反应制备异硫氰酸酯,有很好的收率。 此反应也可以在乙腈、乙醇、DMF或丙
生成异硫氰酸酯,都有很好的收率。 直接法制备苯基异硫氰酸酯、对甲基异硫氰酸苯酯、酮中进行,
反应机理如下:邻甲基异硫氰酸苯酯,收率在80%以上;多步法制备异硫氰酸正丙酯、异硫氰酸异丙酯、异硫氰酸丁酯等烃基异硫 氰酸酯,收率达90%。
[14]
2.6 二硫代氨基甲酸盐与2-氯吡啶盐制备
由胺、二硫化碳和三乙胺合成二硫代氨基甲酸三乙胺盐后,与2-氯吡啶盐在三乙胺存在下平稳反应得到相应的异硫氰酸酯。
反应中,腈氧化物和硫脲环化加成得到不稳定的1,4,2-硫
唑啉
主要用于芳基异硫氰酸酯的合成,异硫氰酸苯酯、对氯异硫氰酸苯酯、异硫氰酸苯甲酯收率在95%~100%,此反应最大的优点是反应稳定
[15]
。
2.7 与三苯基二溴化磷和二硫化碳反应制备
2步法合成异硫氰酸酯,胺与三苯基二溴化磷反应生然后此中间体和成中间体亚胺基膦衍生物R-N=P(C6H5)3,
二硫化碳的反应生成相应的异硫氰酸酯,后者是反应的关
第5期325
要的时间更长。 此方法制备异硫氰酸苯酯,邻氯异硫氰酸苯酯、对氯异硫氰酸苯酯、2,6-二氯异硫氰酸苯酯,对甲氧基异硫氰酸苯酯时,收率都在95%~99%之间
[18]
。
3.2.2 由硝基烷烃制备异硫氰酸酯
伯硝基烷和硫脲在4-氯苯基异氰酸酯及催化剂用量的三乙胺存在下在苯中反应可以制备异硫氰酸酯,收率较好。
为硫羰基化试剂,将某些化合物中的羰基转变为相应
伯硝基烷在4-氯苯基异氰酸酯和催化剂三乙胺作用下脱水生成腈氧化物,然后环化分解得到异硫氰酸酯
[19]
的硫羰基化合物。
。
3.3 由异氰化物和硫合成异硫氰酸酯
3.3.1异腈化物在硒催化下和硫合成异硫氰酸酯
异腈化物在三乙胺存在下和硒元素反应得到异硒氰酸酯,然后和硫发生硒-硫交换反应,得到异硫氰酸酯,芳基异硫氰酸酯和烷烃基异硫氰酸酯都有很好的收率。
334农 药 AGROCHEMICALS第48卷
蒸汽蒸去生成的苯胺,冷却后用5%的稀盐酸调到中性,150 mL乙酸乙酯分3次抽提,合并乙酸乙酯,合并液用无水硫酸钠干燥,蒸出乙酸乙酯后加入100 mL甲苯,过滤得2,3-二氯-4-羟基苯胺8.0 g,经液相检测,归一纯度为96%,收率为90%(m.p.:148~150 ℃)。
[6]
[5]
酸钠还原(2,3-二氯-4-羟基苯基)偶氮苯,还原条件温和,收率理想,减少了铁粉还原的污染,也没有氢气还原的不便。 在环酰菌胺的合成中采用中温法,使用甲苯作溶剂,后处理方便,效果好于50 ℃反应、无机碱氢氧化钠溶液做缚酸剂的文献[4]报道。
1.2.2 环酰菌胺的合成
向装有排空冷凝器、温度计、搅拌棒的500 mL四口烧瓶中加9.3 g(0.05 mol)2,3-二氯-4-羟基苯
参考文献:
[1] 张一宾. 芳酰胺类杀菌剂的沿变——从萎锈灵、灭锈胺、氟酰胺
到吡噻菌胺、啶酰菌胺[J]. 世界农药, 2007, 29(1): 1-7.
胺,8.8 g(0.0525 mol)1-甲基环己基甲酰氯,100 mL[2] 刘长令. 新农药研究开发文集[M]. 北京: 化学工业出版社, 甲苯。 于70 ℃滴加5.6 g(0.055 mol)三乙胺,缓慢回流2002: 128-134.4 h,冷却过滤,滤饼水洗得14 g产品,归一纯度为98%,[3] 刘长令. 国外农药品种手册(增补本)[M]. 沈阳: 全国农药工业信
-1息总站, 2001: 210-212.
收率92.4%,m.p. 154 ℃。 IR(KBr,cm):1100(CH3-),
[4] HEINZ L D, ALEXANDER K C, BLANK H U, et al. Process for 1
3200(-CONH-),1320(-OH);H NMR(CDCl3,400 MHz) the Preparation of N-Acylated P-Amino-phenols: US, 5302742[P]. δ:5.10(s,1H,OH),6.52(d,1H,CH),7.28(d,1H,CH),1994-04-12.8.04(s,1H,NH),1.33(s,3H,CH3),1.75(t,4H,CH2),[5] DUSSELDORF A H, KARL S, UWE S, et al. Process for
Preparing 4-Hydroxyanilines: US, 6124505[P]. 2000-09-26.[4]
1.45(m,6H,CH2)。
[6] 韩广甸, 赵树纬, 李述文, 等. 有机制备化学手册: 中卷[M]. 北
京: 化学工业出版社, 1980: 49-50. 2 结论
在中间体2,3-二氯-4-羟基苯胺的合成中,用硫代硫
(上接第325页)
[3] 杜晓华, 许响生, 傅幼锋, 等. 非硫光气法合成一些难合成的芳
基异硫氰酸酯[J]. 农药, 2004, 43(2): 78-79.[4] 王涛, 叶文峰, 贺红武. 实验室制备异氰酸酯、异硫氰酸酯和异
硒氰酸酯的方法[J]. 化学试剂, 2002, 24(4): 204-207.
[5] NASSER I, HABIB F, NAJMEH N. Preparation of Thiocyanates
and Isothiocyanates from Alcohols, Thiols, Trimethylsilyl- and Tetrahydropyranyl Ethers Using Triphenylphosphine/2,3-Dichloro-5,6-dicyanobenzoquinone(DDQ)/n-Bu4NSCN System[J]. Tetrahedron, 2006, 62: 5498-5501.
[6]NASSERIR, HABIB F, BATOOL A, et al. Conversion of Alcohols,
Thiols, Carboxylic Acids, Trimethylsilyl Ethers, and Carboxylates to Thiocyanates with Triphenylphosphine/Diethylazodicarboxylate/NH4SCN[J]. Synthesis, 2004(1): 92-96.
[7] HIDEYOSHI M, YUICHI N, MITSURU S. Oxalic Acid-catalyzed
Reaction of Alcohols with NaSCN: The Effects of Additives NaI and I2[J]. Chemistry Letters, 2006, 35(11): 1262-1263.[8] 薛振祥. 农药中间体手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.[9] 王晓乐, 孙烈, 江才鑫. 苯基异硫氰酸酯的合成方法[J]. 浙江化
工, 2006, 37(10): 11-14.
[10] RINCE W, SARAH J D. Isothiocyanates from Tosyl Chloride
Mediated Decomposition of in Situ Generated Dithiocarbamic Acid Salts[J]. J Org Chem, 2007, 72: 3969-3971.
[11] HARASHADAS M M, SRINIVAS D, YADAV J S. A General
Synthesis of Isothiocyanates from Dithiocarbamates Using Ciaycop[J]. Tetrahedron Letters, 1997, 38(50): 8743-8744. [12] GRZEGORZ B. A Method for the Simultaneous Preparation of
Alkyl Isothiocyanates and Thiols[J]. Liebigs Ann Chem, 1982(10): 1927-1932.
[13] HENRIK M, JON S H, MICHAEL P. A New Efficient Synthesis of
Isothiocyanates from Amines Using Di-tert-butyl Dicarbonate[J]. Tetrahedron Letters, 2008, 49: 3117-3119.
[14] SHIZUYOSHI S, TATSUO F, TOSHIYUKI A. A Convenient
责任编辑:赵平
Method for the Preparation of Aryl and Alkyl Isothiocyanates Using Amines, Carbon Disulfide, and a Grignard Reagent[J]. Bull Chem Soc Jpn, 1975, 48: 2981-2982.
[15] SHIBANUMA T, SHIONO M, MUKAIYAMA T. A Convenient
Method for the Preparation of Isothiocyanates Using 2-Chloropyridinium Salt[J]. Chemstry Letters, 1977: 573-574.[16] MOLINA P, ALAJARIN M, ARQUES A. Convenient Improved
Syntheses of Isocyanates or Isothiocyanates from Amines[J]. Synthesis, 1982: 596-597.
[17] JAE N K, EUNG K R. A Convenient Synthesis of Isothiocyanates
from Nitrile Oxides[J]. Tetrahedron Letters, 1993, 34(51): 8283-8284.
[18] JAE N K, KEUM S J, HONG J L. A Facile One-pot Preparation
of Isothiocyanates from Aldoximes[J]. Tetrahedron Letters, 1997, 38(9): 1597-1598.
[19] JAE N K, JONG H S, EUNG K R. A Convenient Synthesis
of Isothiocyanates from Primary Nitroalkanes[J]. Synthetic Communications, 1994, 24(8): 1101-1105.
[20] FUJIWARA S, SHIN-IKE T. Novel Selenium Catalyzed Synthesis
of Isothiocyanates from Isocyanides and Elemental Sulfur[J]. Tetrahedron Letters, 1991, 32(29): 3503-3506.
[21] FUJIWARA S, SHIN-IKE T. A Marvelous Catalysis of Tellurium
in the Formation of Isothiocyanates from Isocyanides and Sulfur[J]. Tetrahedron Letters, 1992, 33(46): 7021-7024.[22] WALDEMAR A, RAINER M B, SARA G B, et al. Schenk,
and Dietmar Stalke, Direct Synthesis of Isothiocyanates from Isonitriles by Molybdenum-catalyzed Sulfur Transfer with Elemental Sulfur[J]. J Org Chem, 2002, 67: 7037-7041.[23] VALETTE L, POULAIN S, FERNANDEZ X, et al. Efficient and
Solvent-free Microwave-accelerated Synthesis of Isothiocyanates Using Lawesson 's Reagent[J]. Journal of Sulfur Chemistry, 2005,
26(2): 155-161.
责任编辑:赵平