2-(1,3-二烷硫基)亚甲基-3-羰基丁酰胺作为代硫醇试剂的缩硫醛化学反应研究
尹彦冰, 刘海艳, 许 钱, 姜海燕, 杨 颖
(齐齐哈尔大学化学与化学工程学院,黑龙江齐齐哈尔161006)
摘 要:探讨了以2-(1,3-二烷硫基)亚甲基-3-羰基丁酰胺为代硫醇试剂,苯甲氯为催化剂,乙醇为溶剂的缩硫醛化反应。结果表明,该代硫醇试剂能快速与芳香醛以较高产率生成缩硫醛类化合物,研究其合成方法,对各化合物进行了结构表征,对其反应机理进行了初步探讨。
关键词:2-(1,3-二烷硫基)亚甲基-3-羰基丁酰胺;代硫醇试剂;缩硫醛化反应
中图分类号:O 621·3 文献标志码:A 文章编号:0367-6358(2012)01-0033-04
硫醇作为一类重要有机合成试剂经常被应用在生物、医约、农药、香料等领域[1]。硫醇与羰基化合物的缩硫醛/酮化反应是保护羰基官能团的常用方法,在多步合成或天然产物的合成中有重要而广泛的应用[2-4]。其产物如1,3-二噻烷类等化合物在有机合成中具有重要作用,能作为羰基的极性反转试剂和多种亲电体经偶联反应形成新的碳碳键,是一类重要的有机合成前体或中间体[5-7],因此,缩硫醛/酮化反应得到了人们的广泛关注。然而、分子量较小的硫醇如甲硫醇、乙硫醇、乙二硫醇等易挥发、易燃,且具有恶臭气味,不仅对环境造成污染,而且危害使用者的健康。随着世界范围内对环境问题的日益重视,以环境友好为目标的硫醇替代试剂研究正在兴起,一些研究者已经开始致力于硫醇试剂的无毒、无气味化改造,通过增加烷基链长度或在芳环上引入硅烷基等方式合成无气味的硫醇[8-9]以及制备无气味的树脂化硫醇替代物[10],并将其应用到缩硫醛/酮化反席中。但是,这些无气味硫醇替代物的制备常常需要多步反应,并使用较昂贵的试制或催化剂,而且又多采用小分子硫醇或其它有毒含硫试剂作原料,未能从源头上解决问题。因此,进一步开发实用的无气味的硫醇或其替代试剂十分重要。
α-羰基二硫缩烯酮作为一类重要的反应中间体在有机合成中得到广泛的应用,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-亚基-2,4-戊二酮[11,12]作为1,3-丙二硫醇的替代物,被成功用于“分子间烷硫基转移”的选择性缩硫醛/酮化反应中,解决了相对分子质量低的硫醇在缩硫醛/酮化学反应中的环境与安全问题。为了进一步拓展α-羰基二硫缩烯酮类化合物作为硫醇替代试剂的应用,我们开展了无气味的乙硫醇、乙二硫醇及苄硫醇替代试剂的合成与应用。本文报道以无气味的2-(1,3-二烷硫基)亚甲基-3-羰基丁酰胺为代硫醇试剂,研究其在缩硫醛/酮化反应中的应用,具体反应式如下
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
Bruker-400型核磁共振仪,瑞士Bruker公司;Spectrum One FT IR Spectrometer显微红外光谱(KBr压片法),美国PE公司;WRR数字熔点仪,昆山市顺诺仪器有限公司。实验所用试剂均为分析纯,化合物1的合成参见文献[13]的方法。
1.2 化合物的合成
以化合物2b的合成为例,分别称取化合物1b406 mg(2·0 mmol)和苯甲醛0·22 mL(2 mmol)加到25 mL圆底烧瓶中,加入5 mL乙醇和0·34mL(3·0 mmol)苯甲酰氯,搅拌,加热回流25 min,TLC监测至苯甲醛消失,冷却后,反应液倾入100mL水中,用10%(质量分数)的NaHCO3溶液调pH=7。用乙醚萃取(10 mL×3),合并有机层,用无水MgSO4干燥,柱层析(洗脱液 石油醚∶乙醚=60∶1),得无色液体产物2b330 mg,产率90·8%。化合物2a,2c~2i的合成参照如上方法。实验结果参见表1。
1.3 化合物的结构表征
2a:无色液体,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:无色液体,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:白色固体, 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:无色液体,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:白色固体, 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:白色固体, 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:无色液体,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:白色固体, 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:白色固体, 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 结果与讨论
用三氯氧磷、浓盐酸、苯甲酰氯做催化剂,在乙醇溶剂中回流时,三者均都能很好的催化1b的缩硫醛/酮化反应,实验结果见表2。但用浓HCl催化该反应,反应时间长。因此,选择经济便宜的苯甲酰氯作此反应的催化剂。以2b的合成为例考察了催化剂、催化剂与原料配比、反应温度、反应时间等对比反应的影响,实验结果见表3。
从以上实验结果可知,催化剂的用量和反应温度对上述反应的速率有重要的影响。苯甲酰氯的量越大,反应温度越高,反应的速率越快(见表3)。因此,确定该反应的最佳反应条件是:乙醇作溶剂,苯甲酰氯作催化剂回流,1 h、芳醛和苯甲酰氯的摩尔比为2∶2∶3。
根据早期的工作[14,15]和以上实验结果,提出如下的可能反应机理:首先,2-(1,3-烷硫基)亚甲基-3-羰基丁酰胺1在由苯甲酰氯和乙醇酯化反应中产生的HCl的催化下,经过脱乙酰化反应生中中间体3。随后经过与氢质子加成转化为4,然后4被水或乙醇进一步进攻,分别得到中间体5、6,它们开环后生成7,7与醛反应生成2。
3 结论
根据实验结果,我们在以2-(1,3-二烷硫基)亚甲基-3-羰基丁酰胺为代硫醇试剂、乙醇为溶剂、苯甲酰氯为催化剂的条件下,合成了9种硫代缩醛类化合物。该反应的速度快,反应时间短,而且产物的产率普遍较高,同时,该方法合成简单,条件温和,后处理容易,产物易于分离,反应过程中没有臭味放出,对保护环境,发展绿色化学有重要意义。
参考文献:
[ 1 ] Barrett G C. Comprehensive Organic Chemistry;Organic Sulphur Compounds[M]. Pergamon Press,Oxford, 1979. 3-20.
[ 2 ] Greene T W, Peter G M. Protective Groups inOrganic synthesis[M]. Thrid Edition. New York:John Wiley & Sons, Inc. 1999. 747-779.
[ 3 ] Tietze L F, Weigand B, Wulff C. Synthesis [J],2000, (1):69-71.
[ 4 ] Kamal A; Chouhan G. Tetrahedron Lett[J], 2003,44(16):3337-3340.
[ 5 ] Takeda T, Kuroi S, Yanai K.et al.TetrahedronLett[J],2002,43(32):5641-5644.
[ 6 ] Horikawa Y, Nomura T, Watanabe M,et al.J Org.Chem[J],1997,62(11):3678-3682.
[ 7 ] Dong D W, Sun R, Yu H F,et al.TetrahedronLetters[J],2005,46(43):7331-7335.
[ 8 ] Node M, Kumura K, Nishide K,et al.TetradedronLett[J],2001,42(52):9207-9210.
[ 9 ] Nishide K, Miyamoto T, Kumura K,et al.Tetrahedron Lett[J],2002,43(47):8569-8573.
[10] Bertini V, Pocci M, Lucchesini, F,et al.Synlett[J], 2003,(6):864-866.
[11] Liu Q, Che G, Yu H,et al.J Org Chem[J],2003,68(23):9148-9150.
[12] YU H, Liu Q, Yin Y,et al.Synlett[J], 2004,(6):999-1002.
[13] 刘 郁,α-氰基二硫缩烯酮在Baylis-Hillman反应中的应用[D]:长春:东北师范大学,2006.
[14] 车广波.2-(2-氯烯丙亚基)-[1,3]二噻烷类化合物对羰基官能团的保护[D].长春:东北师范大学,2003.
[15] Jun Liu, Qun liu, Haifeng Yu,et al.SyntheticCommunications[J],2004,34(24):4545-4556.
来源：中国化学试剂网
