异硫氰酸酯的合成研究进展

1、异硫氰酸酯的合成研究进展第34卷第3期20l1年9月江西植保jiangxiplantprotectlonvb1.34.no.3sep.,20ii异硫氰酸酯的合成研究进展梁学平(贵州人学,贵州贵f;f1550025)摘要:异硫氰酸酯作为一类重要的有机合成中间体,制备方法及j在化合物合成,生物技术方面的用,成方法.制备及心用受到广泛关注.笔者综述了异硫氰酸酯的多种对目前的合成方法的优缺点进行讨论并提fl了新的绿色的合关键词:异硫氰酸酯;合成;三乙烯二胺;双(三氯甲基)碳酸酯(btc).绿色中图分类号:0621.3文献标识码:a文章编号:1006-4249(2011)030l29071异硫氰酸酯的发

2、展现状及合成方法异硫氰酸酯是一类具有rn=c=s结构通式的化合物,是一类重要的有机合成中问体,在选矿,医药,农药和染料等方面有泛应刚.在医药上川于抗菌消炎及癌症疾病的治疗;在农业上可作为抗菌剂,杀虫剂,除草剂等;在选矿方面,由n一烷氧羰基异硫氰酸酯合成的硫脲和硫氨酯是一类新型高效低毒的硫化铜矿物捕收剂,它往中性和弱碱环境下具有强的捕收能力和选择性,该类捕收剂己成功应川于华光金属选矿厂和德兴铜矿的泅洲选矿厂.同时,异硫氰酸酯也可参与多种有机反应,hj于合成多种类型的含硫,氮,氧的化合物,特别是杂环化合物,并j泛应jj于农药,医药,染料等有机合成品的制备.也可以用于测定肽和蛋白质中氨基酸顺序以及作

3、为荧光素标记物.其通刖的合成方法是从光气法,到硫光气(csci2)法反应.但是,硫光气是一种剧毒的扦发性液体,其生产,贮运和使用都不安全,对环境的危害较大.近年来,硫光nc0cl,1.2硫代光气法硫代光气能与芳香胺或脂肪胺反席生成异硫氰酸酯,该方法反应比较快,产率较高.但是,对丁芳环上存在吸电子基如氰基,溴,碘平俏基会使气合成法成了人们研究的重点.例如,芳胺与二硫化碳和叔胺(如三乙胺,吡啶等)反应先生成芳胺基二硫代甲酸盐,再与氯代甲酸酯反应制各异硫氰酸酯的方法应刚最为酱遍.冈此,在分析各种传统方法的同时努力寻找一种绿色,安全的合成方法已经成为当今异硫氰酸酯合成的重点任务.异硫氰酸酯作为一种有机

4、中间体,容易与氨基,羟基,巯基发生亲核加成反应生成相应的衍生物,而关键技术在于异硫氰酸酯的合成.现将异硫氰酸酯的儿种合成方法综述如下.1.1光气法早在1964年,diekor61用光气合成磺酰异硫氰酸酯.在oioc搅拌的条件下向二硫代对甲苯磺酰亚胺钾的氯苯体系中加人光气,在常温下继续搅拌2h,滤去氯化钾,在l00下进行减压蒸馏,得到对甲苯磺酰异硫氰酸酯,产率为86%.在合成中使用极毒的光气,对安全生产造成极大的危险.目前这种合成方法儿乎面临着淘汰,更多绿色,安全的合成方法逐渐涌现./:=:,0hscncs+cos+kcio反应受阻,氯取代基在问位和对位时不影响反应,而邻氯取代会阻反应的进行,2

5、,6.二氯取代就会完全阻i卜反应.另外,此法使川的原料硫光气具有很人的毒性,反应人量放热,虽然人人地缩短了反收稿日期:20i1.o8.29作者简介:梁学,男,江两宜奋人,主要从事农药加t合成t作.e-mail:i?l30?江西瓒缘2011年第3期应的时间,但推j,有一定的难度,.化难度就更人.硫代光气合成法是由stanley和wolfi2l发明的.在1976年,goddard等】采刖这种方法合成异硫氰酸酯.合成方法中使川的硫代光气是剧毒的挥发性液体,其生产,贮运和使都不安全,对环境的危害也较大,并且硫代光气没有一f:业原料,需要合成原料.然而,硫代光气法并不适合丁

6、众多的含有芳香dr5csci,胺的异硫氰酸酯的合成,随着实验的改进,对于一些含强吸电子基团的芳香胺合成异硫氰酸酯的报道开始丁j泛.1967年,guntherbeckandeberhardderener141报道了含有多氯,多溴,以及碘等强吸电f基团的苯胺合成异硫氰酸酯的特殊方法,使刚毒性较人的氯苯作溶剂,再同流反应数小时,加入硫光气,同时二乙胺作缚酸剂,得产物,但合成产率较低,一股在30/50%,而且实验操作存在安全隐患,冈此推广.艮难.h,o<35cscl,h20,chci3r1reflux1-2hcsci2nh,0106h5,et3nda二csr,rcl,br,i,cf3,f.1.3

7、二(三氯甲基)碳酸酯法众所周知,芳磺酰异硫氰酸酯在医学领域具有较高的应用价值,可由光气法合成该化合物,但是由于光气是一种剧毒气体,对安全生产造成极人的危险,光气也没有:业原料,使川起来极为不便.2004年,杜晓华等pj研究了将三乙烯二胺应刚于合成各种难合成的芳基异硫氰酸酯,包括苯环上含有硝基,三氟甲基或者两个以上卤素及其他取代基的芳基异硫氰酸酯.由于氯甲酸甲酯或氯甲酸乙酯都高毒且为强烈刺激性的易燃,易挥发液体,研究人员则采j_l=j更安全方便的二(二氯甲基)碳酸酯cs,koh1.4二硫化碳.有机碱.氯甲酸酯分解法该法反应历是取代苯胺先和二硫化碳,有机碱反应形成二硫代氨基甲酸盐,再与氯甲酸酯作h

8、j制得苯基异硫氰酸酯化合物,此方法避免了使川有毒的硫代光气.其中使的有机碱主要有二乙烯胺(dabco),4一吡啶基吡啶,三乙胺(et;n)等.r5rncs(btc)米代替氯甲酸酯合成芳基异硫氰酸酯.实验结果表明,在三乙烯二胺催化下,用cs2代替剧毒的csci2合成各种难合成的芳基异硫氰酸酯效果较好,收率达剑71/o95%.并且用btc代替氯甲酸酯具有操作简便,对环境安全等优点.此方法简便,安全,有效.2009年,吕延文等ioi采用二(三氯甲基)碳酸酯(btc)代替光气合成芳磺酰异硫氰酸酯,产率达到61%75%.而且该方法具有化学计量准确,反应活性高,_-|22k化生产安全等优点.btcr一一n

9、csol981年,文献171报道了使j三乙胺,以2一甲氧基.4.甲基.5.氮基苯甲睃甲酯,二硫化碳,氯代甲酸甲酯为原料合成相应的异硫氰酸酯,产率达70%-85%,效果比较理想.l993年,mikioyamaguehi等l卅将4.氯一2.氟.5.甲氧碳基甲硫基苯胺,三乙烯二胺和甲苯混合丁反n一r20l】年第3期江西植保?131?应瓶中,在室温下滴加二硫化碳,滴加完成后,继续在室温一搅拌20h,反应完毕,过滤收集沉淀物,得到1,4.二氮杂二环2,2,2】一辛烷-n.(2一氟一4.氯一5-甲氧羰基甲硫基苯基)硫代氨基甲酸盐.将制备的二硫代氨基甲酸盐和二氯甲烷组成的混合溶液滴h3conh,加完后,继续

10、在0搅拌5h,使反应完全.反应混合物刚水洗涤,经无水硫酸镁干燥,蒸馏脱去二氯甲烷,得剑4氯一2一氟.5.甲氧羰基甲硫基苯基异硫氰酸酯.+cs2+n(c2h5)3cooch3hhh一人们又尝试使用其他溶剂代替了氯代甲酸酯.l997年,黄瑞秋等】也在专着中报道了取代苯胺异硫氰酸酯的合成路线,在其合成路线中各个原料的比例为:n(取代苯胺):i1(三乙胺):n(三氯氧磷):13(cs2)=l:3:1:l.后处理经萃取,饱和碳酸氢钠洗涤,无水硫酸镁干燥等步骤,随之经减压蒸馏得到对位取代异硫氰酸苯酯固体产物,产率为50.3%.2001年,李在国等i1o1在专着中阐述了使用三氯cir1.5硫脲分解法cs2c

11、s2nh2et3nnh,et3nr5cicooch3h3concs:兰h一cicoochclefhscooch2csncs氧磷作为原料进行反应,得到了异硫氰酸酯.这种方法大大地减少合成以及后处理的操作步骤.2007年,rincewongandsarahj.dolman.j报道了关于使用对甲基苯磺酰氯替代poci的方法合成一些难以合成的异硫氰酸酯,该方法考虑了环境友好以及试剂的毒性等因素,使用有机强碱(如nail,call2)等作为缚酸剂,均得剑了较好的收率,为异硫氰酸酯的合成进展提供了新思路,是异硫氰酸酯合成的次里程碑的转变.rncsdnhh苦ariicebarthcs2nh,solvent,

12、nahtcall2rci,br,l,cf3,f.rr5r1ncs使川单芳香基硫脲或者二取代硫脲在加热条f,i?132?江西植保2011年第3期下分解生成相应的异硫氰酸酯.相关合成路线文献ii_2j将1.萘硫脲和新蒸馏的氯代苯,加热同流,体经3o45min溶解,继续同流5h,然后减压蒸馏,蒸出氯代苯,刚环己烷幕取,得到黄色异硫氰酸一1一茶酯.这种方法只适合于原料限定在硫脲或者可以方便得到硫脲的反应体系中,对丁底物的选择性不高.3,4一二氟苯基异硫氰酸酯是合成喹诺酮类新药普卢利沙星的重要中间体,其主要合成方法是采川二硫化碳.有机碱,氯甲酸酯法.利州硫脲在酸性环境下加热,继而分解生成相应异硫氰酸酯的

13、原理.sffnh2nhjlics2/naoh/h20fnh,reflux5h彭锋等【i3j采3,4.二氟苯胺与二硫化碳在氢氧化钠水溶液中反应,生成二取代硫脲.然后将反应中间体转至在酸性介质中加热同流,得到相应的异硫氰酸酯.此方法的优点是使川的溶剂均为低毒(二硫化碳除外),溶剂简单易得,水在此反应中既是溶剂,又是反应物,符合绿色化学合成的思路.然而,此方法只适合于稳定的单芳香胺体系,对于复杂的二胺可能出现复杂的链反应,可能引发爆炸反应等,加大了推1,.的难度.ncsf卫ffncs1.6硫氰酸盐法1.6.1氯甲酸酯法合成异硫氰酸酯日前,n.烃氧基淡基异硫氰酸酯的合成方法主要是以氯甲酸酯和硫氰酸盐为

14、原料,采悄以水为溶剂的相转移催化合成方法,相转移催化剂(ptc)是其技术的关键.目前有很多国际知名公司对其进行工业化研究:美国氰胺公司和德国拜尔公司分别拥有n.烃氧基羰基异硫氰酸酯及其衍生物制备方法的专利,+fnhcoch3氰胺公司采用的催化剂为吡啶,喹啉等含有1个或2个氮原子的六元单环或十元稠合多环的芳香杂环化合物14-is】,而拜尔公司则采用n,n.二烷基芳胺fi6l.钟宏等【l7l则通过对合成n.烃氧基羰基异硫氰酸酯的研究,开发了一种新型的催化剂双(4-n,n.二烷基氨基苯基)甲烷,该技术已获国家发明专利.该发明专利的授权,打破了国际知识产权的限制及技术垄断.oociciior+scnh

15、20/ptcr.cl+scn一or1.6.2酰氯和卤代烃合成异硫氰酸酯lewellyn等【isj采用四丁基溴化铵作为相转移催化剂,通过硫氰酸钠利氯丙烯在水溶液中进行相转移催化反应,制备烯丙基硫氰酸酯中间体,然后升温,回流,使硫氰酸酯异构成异硫氰酸酯(人造芥子油).栾和i林等【i9j以多碳醇作为均相介质,采jj硫氰酸盐与氯丙烯反应生成硫氰酸酯,升温同流使硫氰酸酯异构成异硫氰酸酯,然后合成相应的硫代氨基甲酸酯.该反应过无水参与,整个反应中不需要分相和使用蒸馏方法除去多余的水分,实现一锅法生产,简化了i艺,改善了操作环境,提高了生产效率.1.6.3醇类合成异硫氰酸酯nasser等【2u1】对叔醇为原

16、料制备叔烃基异硫氰酸酯做了相关研究.2004年曾报道过在三苯基膦(pph)/二乙基偶氮二羧酸酯(dead)/nh4scn体系与叔醇反应制备叔烃基异硫氰酸酯.2006年报道利刚三苯基磷,2,3一二氯.5,6.二氰基苯醌(ddq),n一四正丁基硫氰酸铵组成pph3/ddq/n.bu4nscn试2011年第3期江西植保?133?剂与叔醇反应制备异硫氰酸酯.硫氰酸盐与伯醇则生成相应的硫氰酸酯,与仲醇反应会生成硫氰酸酯和异硫氰酸酯的混合物,与叔醇主要生成异硫氰酸酯.接下米义报道了使氯丙烯合成异硫氰酸酯,但是氯丙烯沸点为45,极易挥发,同时_义有易燃性,较强腐蚀性和较高毒性,因此不利丁贮存,运输和使刚.2

17、009年,为了克服以上方法的不足,武荣成等i22】采,l以丙烯醇代替氯丙烯,丙烯醇沸点97,低毒,无腐蚀性,能与硫氰酸铵反应生成烯丙基硫氰酸酯,同时异构化成烯丙基异硫氰酸酯,从而提供一种更为安全,环保的制备异硫氰酸酯的方法.hph3p/ddq/n.bu4sncnch3cn1.7其他合成方法合成异硫氰酸酯1982年,研究人员开始使用毒性较小的试剂进行异硫氰酸酯的合成方法的探索:p.molina等【23】利用二溴化三苯基膦与伯胺反应,之后缓慢加入二rnh,(c6h5)3pbr2硫化碳得到异硫氰酸酯产物,此法避免了使川有机碱和毒性人的氯代甲酸酯,合成路线简单易行:使用简单的萃取,减压蒸馏分离得到产物

18、.其主要的反应过程:rn=p(c6h5)3rncs+s-p(c6h5)32方法讨论从上述合成方法,不难发现:异硫氰酸酯的合成路线日益趋于完善:从传统的光气法发展到硫代光气,火人地缩短了反应时间,后处理经柱层析,萃取等即可得到产物,但硫代光气法的毒性让人望而生畏.亟待需要探索出更加安全有效的合成方法.于是人们便开始尝试二(三氯甲基)碳酸酯(btc)取代硫代光气,从而开发出一种反应活性高好,化学计量准确,工业优化路线;研究人员也使川二硫化碳作原料代替毒性大的硫代光气,使其合成路线简单,方便,快捷.在碱性介质中,胺变成铵盐后,经碱性置换最终得到异硫氰酸酯,使用的有机碱包括三乙胺,4.吡啶基吡啶,三乙

19、烯二胺等;无机碱如硫酸铜溶液,硝酸铅,三氯氧磷等;笔者分析并总结目前各种异硫氰酸酯合成方法的差异性(见表i):上表阐述了目前简单的芳香胺合成异硫氰酸酯,对于含取代基团的芳香胺类异硫氰酸酯化合物的合成鲜有报道.表1异硫氰酸酯合成方法的对比table1thecomparisonofthesynthesisofisothiocyanates薪沣:btc:二(三氯甲)碳睃酯3结语支莒翕襄综上所述,异硫氰酸酯是一种应jj极jih的有机足之处,如:合成:艺复杂,产物的收率低,成本较?134?江西植保2011年第3期高,原料不易得,试剂毒性火等缺陷;冈此,探索新的异硫氰酸酯的制备方法同时综合考虑剑绿色,环保

20、,安全等因素已经引起许多有机化学r:作者的重视,新型合成方法的研究必将是一个常广阔的发展领域,值得人们进一步去深入探索.参考文献:【l】diekor4k,leverkusen,kfihlee.sulfonylisothiocyanatesandaproeessfortheirproductionp.us3346590,l967.10.10.【2】stanleyrs,wolfk.organicfunctionalgrouppreparations,secondeditionm.newyork:academicpress,1986:359.360.i3】goddard,stevenj.novel2

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25、硫氰酸酯及其衍生物的制备方法【pi.cn1220678c,2005.09.28.【18】lewellynme.processforthepreparationofn-allyl-o-aiky-thionocarbamatesp.us4482500.i98421-15.【l9】栾和林,姚文,武荣成.一种硫代氨綦甲酸酯类化合物的制备方法【p】.cni153774a,1997-7.9.,【20lnasserl,habibf,batoola,eta1.conversionofalcohols,thiols,carboxylicacids,trimethylsilylethers,andcarboxyl

26、atestothiocyanateswithtriphenylphosphine/diethylazodicarboxylate/nh4scniji.synthesis,2o04,(1):92.96.【21nasserl,habibnajmenn.preparationofthiocyanateandisothiocyanatesfromalcohols,thiols,trimethylsilylandtetrahydropyranylethersusingtriphenylphosphine/2,3-dichloro?5.6-dicyanobenzoquinone(ddq)/nbu4nscn

27、systemj.tetrahedron,2006,62(23):5498-5501.【22】武荣成,成建良.硫代氨基甲酸酯的制各方法【p】.cnl0l367755a.2009.2.18.【23】molinaalajarinm,arquesa.convenientimprovedsynthesesofisocyanatesorisothiocyanatesfromaminesj.synthesis.i982:596597.(下接第136页)?136?江西植保2011年第3期各适度发展粳稻的条仆.具体是:(j)粳稻在江做二晚栽培也可高产.2009年江省农业技术推j总站和扬州人学在江曲鄱同i县种植泰

28、粳394平fi甬优8号,施氮量18-20kg/667m,产达剑665680kg/667【ij.2010年住江髑上高县种植的甬优8号,产姑达600kg/667m以上.2010年,江硝农业人学在江两进贤县种植了6个粳稻品种,在施氮鼙12kg/667m水平下,其中江9403利2809两个米自扬州大学的品种,产量达到520kg/667m,与当地的籼稻品种产量相当.所种植的粳稻产量高,一方面与粳稻品种不断遗传改良有关,那一方面与现在的施肥水平较高也是密切相关的.(2)机械化收获的快速发展解决了粳稻脱粒难的问题.近年米,在国家农机补贴的激励下,水稻的机械化收获发展很快,平原地区80%以上为机械化收获.机收

29、的发展解决了双季稻地区粳稻现收现脱脱粒难的问题,为粳稻发展提供了良好的基础.(3)稻米蒸煮方式方法的改变.由于计划生育政策实施平农村劳动力的转移,家庭人口减少,再则由丁家川电器的及,过去那种先煮后蒸的做饭方法不仅在城市已淘汰,在农村也越来越少,取而代之的是电饭煲,高压锅.蒸煮方法的改变为粳稻的发展提供了空间.(4)流动人口增多.随着市场经济的发展,人口流动加人,南方城市喜食粳米的北方人增多,带米了对粳米需求的增加.可见,无论从产还是销的角度,都为江西适度发展粳稻提供了空间.3江西适度发展粳稻的建议(1)立足双季晚稻,立足常规粳稻,尤其是双季晚稻的常规粳糯.目前江两没有自己的粳稻品种,种植粳稻必须从江_曲以北稻