硫代磺酸酯和磺酰卤的绿色合成研究_乃比江·赛米.pdf

有机化学有机化学 Chinese Journal of Organic Chemistry ARTICLE *Corresponding authors.E-mail:; Received May 7,2022;revised August 1,2022;published online August 25,2022.Project supported by the Scientific Research Program of the Higher Education Institution of Xinjiang(No.XJEDU2020I015).新疆维吾尔自治区高校科研计划自然科学重点(No.XJEDU2020I015)资助项目.236 http:/sioc- Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences Chin.J.Org.Chem.2023,43,236243 DOI:10.6023/cjoc202205010 研究论文研究论文 硫代磺酸酯和磺酰卤的绿色合成研究 乃比江赛米 张 蕾 买地娜沙拉木 曾 竟*阿布都热西提阿布力克木*(新疆师范大学化学系 乌鲁木齐 830054)摘要摘要 利用 2-碘酰基苯甲酸(IBX)的氧化作用,在四丁基溴化铵(TBAB)作为添加剂的条件下,硫酚、硫醇类化合物在室温快速反应生成相应的硫代磺酸酯类化合物,共获得了 11 个硫代磺酸酯,产率为 54%83%;而该氧化体系在加入浓盐酸(w36%)或浓氢溴酸(w46%)的条件下,硫酚或硫醇均顺利被氧化卤代成相应的磺酰氯或磺酰溴,分别获得了11个磺酰氯和 11 个磺酰溴产物,产率为 62%84%.这两种体系都简单、高效,使用了绿色氧化剂和溶剂、具有处理简单、条件温和等优点,所有合成产物均经1H NMR、13C NMR 结构确证.关键词关键词 一锅法;2-碘酰基苯甲酸(IBX);卤化;绿色合成 Green Synthesis of Thiosulfonates and Sulfonyl Halides Naibijiang,Saimi Zhang,Lei Maidina,Shalamu Zeng,Jing*Abulikemu,Abudu Rexit*(Department of Chemistry,Xinjiang Normal University,Urumqi 830054)Abstract Using the oxidation between 2-iodoylbenzoic acid(IBX)and tetrabutylammonium bromide(TBAB),thiophenols and thiols reacted rapidly to form corresponding thiosulfonates at room temperature,and 11 thiosulfonates were obtained with yields ranging from 54%to 83%.It was also found that the catalytic system in the presence of aqueous HCl(w36%)and HBr(w46%)oxidatively halogenated thiophenols and thiols,respectively,11 kinds of sulfonyl chlorides and 11 kinds of sulfonyl bromides were obtained with yields ranging from 62%to 84%.The method has the advantages of simple and effi-cient,simple post-treatment,green oxidant and solvent,mild conditions,etc.All products were confirmed by 1H NMR,13C NMR structure.Keywords one-pot reaction;2-iodoylbenzoic acid(IBX);halogenation;green synthesis 硫代磺酸酯是一类重要的合成中间体,广泛应用于医药、农药、颜料等相关领域1-2.同时硫代磺酸酯类化合物也具有抗细菌、抗真菌和抗病毒作用3.有机磺酰卤在有机合成中是一种非常重要的保护剂,也是制备磺酸、磺酰胺和磺酸盐的有用前体4.此外,磺酰卤也是制造药品、染料、洗涤剂、离子交换树脂、除草剂和杀虫剂的重要中间体5.鉴于硫代磺酸酯和磺酰卤的重要价值和应用前景,化学工作者们对硫代磺酸酯和磺酰卤的合成进行了广泛的研究.例如1976年,Kice课题组6报道了在20 的氯仿中,以过氧乙酸作为氧化剂,把亚磺酸酯氧化为相应的硫代磺酸酯的方法.2010 年,陈久喜课题组7报道了 CAN/I2(硝酸铈铵/碘)在聚乙二醇(PEG-400)中将二硫化物和硫醇通过氧化得到相应的硫代磺酸酯,具有较高的化学选择性和产率,2011 年,Sobhani 课题组8采用以硫醇、硫酚作为原料,在三水重铬酸锌的作用下一锅法合成硫代磺酸酯.2012 年,Bahrami 课题组9开发了一种使用四氯化钛和过氧化氢将硫醇、硫酚氧化氯化成磺酰氯的新方法,并将硫醇、硫酚直接转化为其相应的硫代磺酸酯.2012 年,陈久喜课题组10还报道了一种通用的N-溴代丁二酰亚胺(NBS)促进的亚磺酸酯与二硫化物的磺基化方法,该方法将二硫化物作为亲电硫源,从而生成硫代磺酸酯.2016年,Shyam课题组11研究了在CuI为催化剂,1,5,7-三氮杂二环4.4.0癸-5-烯(TBD)为添加 Chinese Journal of Organic Chemistry ARTICLE Chin.J.Org.Chem.2023,43,236243 2023 Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences http:/sioc- 剂的条件下以良好的产率得到亚磺酸酯和硫代磺酸酯.2018 年,伍勇课题组12通过电化学氧化方法合成了硫代磺酸酯,该方法是制备对称硫代磺酸酯的一种新颖、高效、绿色环保的合成方法.2019 年,孙培培课题组13报道了芳基亚磺酸与苯硫酚的电化学氧化交叉脱氢偶联法,该方法中芳基亚磺酸与二硫化物或二硒化物发生反应,得到相应的硫代磺酸酯或硒代磺酸酯.2020 年,谢媛媛课题组14报道了以常用的叔丁基过氧化氢(TBHP)作为氧化剂,成功地研发出了高选择性硫醚氧化成亚砜和二硫醚氧化成单砜的新方法.通过以上方法都能得到相应的硫代磺酸酯类化合物,但也有不足.使用了硝酸铈铵、四氯化钛、重铬酸锌等金属催化剂,反应操作复杂,催化剂对环境不友好,反应时间较长.有机磺酰氯也是一种重要的合成中间体.2009 年,Bahrami 课题组15报道了在 H2O2与 SOCl2混合体系中,通过氧化氯化将硫醇、硫酚直接转化为相应的磺酰氯.2011 年,Veisi 课题组16利用三氯异氰尿酸(TCCA)和 N-氯丁二酰亚胺(NCS),通过氧化氯化将硫酚直接转化为相应的芳基磺酰氯.2014 年 Madabhushi 课题组17报道了在温和条件下,以水为溶剂,通过硫醇、硫酚和二硫化物与单过硫酸氢钾复合盐(Oxone)、KX(XCl 或 Br)的氧化卤代反应,高效、快速地制备磺酰氯和磺酰溴.2017 年,Jereb 课题组18报道了以硫醇、硫酚为原料,在硝酸铵、HCl 和 HBr 水溶液以及氧气作为氧化剂条件下,研发了一种环境友好合成磺酰氯和磺酰溴的新方法.2017 年,Lujan-Montelongo 课题组19设计了一种简便的合成路线,通过使用 N-卤代丁二酰亚胺(NXS)/异丙醇(XBr,Cl)作为氧化卤化试剂,制备了磺酰溴和磺酰氯.本论文在我们课题组前期工作基础上20-21,继续研究了硫代磺酸酯、磺酰氯(磺酰溴)的合成,发现硫酚、硫醇在乙腈为溶剂,2-碘酰基苯甲酸(IBX)为氧化剂,四丁基溴化铵(TBAB)为添加剂,室温条件下可以得到硫代磺酸酯.而在相同的氧化剂和添加剂的条件下加大氧化剂的量,并加入盐酸(氢溴酸)能顺利地得到对应的磺酰氯(磺酰溴),该研究具有简单、高效,使用绿色氧化剂和溶剂、处理简单、条件温和等优点.1 结果与讨论结果与讨论 1.1 硫代磺酸酯的合成 1.1.1 硫代磺酸酯的合成条件优化 为获得合成硫代磺酸酯化合物的最优条件,以对氟苯硫酚(1a)为底物建立模板反应,实验过程中考察了氧化剂和添加剂的种类以及用量、溶剂等因素对模板反应的影响.首先以二氯甲烷为溶剂,在 25 下对常见氧化剂进行了初步尝试,实验结果如表 1 所示,当添加叔丁基过氧化氢(TBHP)、过氧化氢、氯铬酸吡啶盐(PCC),高锰酸钾、次氯酸钠等氧化剂时,几乎没有产生目标产物 3a(Entry 15).当继续尝试过苯甲酸叔丁酯(BPD)、2,3-二氯-5,6-二氰基苯醌(DDQ)、氧化银(Ag2O)氧化剂时,以较高收率得到双硫化合物 2a,以及极少的目标产物 3a(Entry 68),但当使用 1.0 equiv.IBX 时,反应目标产物 3a 的收率提高到了 42%(Entry 9),因此在后续的条件优化中,选用 IBX 为氧化剂.下一步工作中继续考察了四氢呋喃(THF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、叔丁醇(TBA)、乙腈(CH3CN)等溶剂对反应的影响,研究发现溶剂对反应收率的影响较大,当以 THF、TBA 和甲苯为溶剂时,几乎无目标化合物 3a产生(Entries 1014),但以乙腈作为溶剂时,反应收率较好,产率可达 61%(Entry 15).筛选溶剂过程中发现,溶剂极性越大产率越高,为进一步提高产率在体系中添加了添加剂(TBAB),当添加1.0 equiv.IBX和0.12 equiv.TBAB 时,反应收率提高到了 73%(Entry 17);当添加0.15 equiv.TBAB 时,反应时间会缩短,但反应收率略有降低(Entry 18);当添加 1.2 equiv.IBX 和 0.12 equiv.TBAB 时,反应收率最高为 83%(Entry 19);而添加 0.12 equiv.TEAB 时反应收率为 65%(Entry 20).氧化剂(IBX)的量减少到 0.2 equiv.是没有产生目标产物,同时体系中产生了大量的中间体双硫化合物.综上所述,确定了模板反应的最佳条件:以对氟苯硫酚(1a,0.2 mmol)为底物,乙腈为溶剂,1.2 equiv.的 IBX 为氧化剂和 0.12 equiv.的 TBAB 为添加剂,在 25 下搅拌反应 4 h.1.1.2 硫代磺酸酯的合成底物拓展 选用最佳模板条件:室温下以1.2 equiv.的IBX为氧化剂,0.12 equiv.的 TBAB 为添加剂,乙腈为溶剂,分别考察了不同取代基的硫酚、硫醇合成硫代磺酸酯化物反应情况,反应结果如表 2 所示.对于硫酚类化合物,无论硫酚芳环的对位、邻位和对位上含吸电子基团(氟、氯、溴、三氟甲基),还是对位含供电子基团(甲氧基、叔丁基、甲基),均可实现相应硫代磺酸酯的合成,产率为 71%83%(3a3h).硫酚芳环上取代基位置会对硫代磺酸酯合成所需要的时间和产率有显著影响,硫酚芳环上氯基位置也对硫代磺酸酯收率产生了类似影响(3c和 3d).强给电子基团甲氧基和强吸电子基团三氟甲基在硫酚芳环对位时硫代磺酸酯产率基本相同(3e 和 3h),产率分别为76%和75%.同样的条件下还研究了三种脂肪族硫醇的反应,研究表明该反应条件同样适用于脂肪族硫代磺酸酯化物的合成,产率为 54%65%(3i3k).1.2 磺酰氯化合物的合成 1.2.1