一种二硫代草酰胺化合物及其制备方法

1.本发明涉及有机化合物制备技术领域，尤其涉及一种二硫代草酰胺化合物及其制备方法。


背景技术：

2.目前，同时含有氮原子与硫原子的化合物，如硫脲化合物、硫代酰胺化合物、硫代氨基甲酸酯化合物、苯并噻二唑化合物等在生物医药领域、有机合成化学、配位化学、太阳能电池、农药以及其他领域有着广泛的应用，对其合成及应用的研究具有重要意义。与之结构类似的二硫代草酰胺化合物也被发现在有机合成化学、配位化学等领域有着重要的应用，但相比上述的数类化合物，二硫代草酰胺化合物的合成方法相对较少，因此对二硫代草酰胺化合物在前述领域的应用的研究也受到限制。
3.目前已报道的二硫代草酰胺化合物的制备方法可以归类为两类：1、使用具有难闻味道的劳森试剂或五硫化二磷来处理草酰胺化合物，并得到相应的二硫代草酰胺化合物；2、使用胺基未取代的二硫代草酰胺与胺类化合物进行反应，并得到相应的二硫代草酰胺化合物。劳森试剂或五硫化二磷难闻、成本较高且可能仅取代草酰胺化合物中的一个氧原子并生成单硫代草酰胺化合物，而胺基未取代的二硫代草酰胺成本也较高，且反应放出氨气，这使得二硫代草酰胺化合物的生产成本较高。因此，开发一种利用廉价易得的单体的低成本制备方法来制备二硫代草酰胺类化合物具有重大意义。具有反应条件温和且操作简单，产物结构多样等特点的多组分反应(multicomponent reaction,mcr)已被证明可以令廉价易得或储量丰富的化合物，如水、二氧化碳等有效地参与到反应中并参与构筑结构复杂的功能分子。石油工业的发展使单质硫磺的产量与储存量增加，然而单质硫易氧化成硫氧化物的性质使得对硫的储存引发一定的安全问题与潜在的环境问题。一些多组分反应，如胺化合物、醛化合物与单质硫参与的willgerodt-kindler反应可以将低成本的单质硫磺高效地转化为硫代酰胺化合物，使得含氮元素与硫元素的化合物的合成成本降低，且更为绿色环保。被证明可以将低成本的单质硫磺高效地转化为硫代酰胺化合物等各种含硫化合物的多组分反应也被期望用于合成二硫代草酰胺化合物。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种二硫代草酰胺化合物及一种成本低、条件温和、反应效率高的二硫代草酰胺化合物的制备方法。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种二硫代草酰胺化合物，所述二硫代草酰胺化合物包含如下结构通式中的一种：
[0007][0008]
其中，r1和r2独立的为脂肪烃基、氧代脂肪烃基、带芳香取代基的脂肪烃基、带芳香取代基的氧代脂肪烃基、带卤代物取代基的脂肪烃基或带卤代物取代基的氧代脂肪烃基；
[0009]
r3和r4独立的为氢原子、烃基、烷氧基、卤素、羟基、酯基、羰基、芳基或氰基；
[0010]
r5和r6独立的为两侧同时与氮原子相连的烃基、带有芳香取代基的烃基或带卤代物取代基的烃基；
[0011]
r7和r8独立的为脂肪烃基、带有芳香取代基的脂肪烃基或带卤代物取代基的脂肪烃基。
[0012]
进一步的，所述二硫代草酰胺化合物具体包含以下结构式中的一种：
[0013][0014][0015]
本发明提供了一种二硫代草酰胺化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0016]
硫磺、四氯乙烷和胺类化合物进行反应得到的产物即为二硫代草酰胺化合物。
[0017]
进一步的，所述硫磺、四氯甲烷和胺类化合物的摩尔比为0.25～10.0：0.17～4.0：1.0～10.0。
[0018]
进一步的，所述胺类化合物包含以下结构通式中的一种：
[0019][0020]
其中，r1和r2独立的为脂肪烃基、氧代脂肪烃基、带芳香取代基的脂肪烃基、带芳香取代基的氧代脂肪烃基、带卤代物取代基的脂肪烃基或带卤代物取代基的氧代脂肪烃基；
[0021]
r3和r4独立的为氢原子、烃基、烷氧基、卤素、羟基、酯基、羰基、芳基或氰基；
[0022]
r5和r6独立的为两侧同时与氮原子相连的烃基、带有芳香取代基的烃基或带卤代
物取代基的烃基；
[0023]
r7和r8独立的为脂肪烃基、带有芳香取代基的脂肪烃基或带卤代物取代基的脂肪烃基。
[0024]
进一步的，所述胺类化合物具体包含以下结构式中的一种：
[0025][0026]
其中，n和k独立的为1～30的整数。
[0027]
进一步的，所述反应在溶剂中进行，所述胺类化合物与溶剂的摩尔体积比为0.01～5mol：1l；
[0028]
所述溶剂包含n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺和二甲基亚砜中的一种或几种。
[0029]
进一步的，所述反应在保护气氛下进行，所述保护气氛包含氮气和/或氩气。
[0030]
进一步的，所述反应的温度为20～120℃，反应的时间为2～48h。
[0031]
进一步的，所述反应在催化剂的作用下进行，所述催化剂为碱性化合物，所述碱性化合物包含n,n-二异丙基乙胺、三乙胺、氟化钾和碳酸钾中的一种或几种；所述催化剂的用量为10～40：1～10。
[0032]
本发明的有益效果：
[0033]
(1)本发明可提供芳香基取代的二硫代草酰胺化合物，而不限制于其他方法制备的脂肪基取代的二硫代草酰胺化合物。
[0034]
(2)本发明的制备方法反应原料廉价且可通过商业渠道购买而不需要额外的合成步骤，且有机反应的条件温和、工艺简单、反应效率高。同时，本发明可以实现之前较少的由单质硫到二硫代草酰胺化合物的一步转化。
[0035]
(3)本发明中的制备方法具有良好的反应物普适性，兼容脂肪基伯胺，脂肪基仲胺以及芳香基伯胺，并且可以合成结构范围较广的二硫代草酰胺化合物。
[0036]
(4)本发明中的制备方法可以单次制备克级规模的二硫代草酰胺化合物。
[0037]
(5)本发明制备的二硫代草酰胺化合物被发现具有与金属离子进行配位的能力，表明该二硫代草酰胺化合物可应用于配位化学的领域。
附图说明
[0038]
图1为本发明实施例2制备的二硫代草酰胺化合物在二氯甲烷-正己烷溶剂体系中培养的单晶的单晶x射线衍射解析图；
[0039]
图2为本发明实施例1制备的二硫代草酰胺化合物在氘代二甲基亚砜中核磁共振氢谱图；
[0040]
图3为本发明实施例1制备的二硫代草酰胺化合物在氘代二甲基亚砜中核磁共振碳谱图。
具体实施方式
[0041]
本发明提供了一种二硫代草酰胺化合物，所述二硫代草酰胺化合物包含如下结构通式中的一种：
[0042][0043]
其中，r1和r2独立的为脂肪烃基、氧代脂肪烃基、带芳香取代基的脂肪烃基、带芳香取代基的氧代脂肪烃基、带卤代物取代基的脂肪烃基或带卤代物取代基的氧代脂肪烃基；
[0044]
r3和r4独立的为氢原子、烃基、烷氧基、卤素、羟基、酯基、羰基、芳基或氰基；
[0045]
r5和r6独立的为两侧同时与氮原子相连的烃基、带有芳香取代基的烃基或带卤代物取代基的烃基；
[0046]
r7和r8独立的为脂肪烃基、带有芳香取代基的脂肪烃基或带卤代物取代基的脂肪烃基。
[0047]
在本发明中，r1和r2独立的优选为环己基、环戊基、苯甲基或苯乙基。
[0048]
在本发明中，r3和r4独立的优选为氢原子、甲基或溴。
[0049]
在本发明中，r5和r6独立的优选为4～8个碳原子的环状烷烃。
[0050]
在本发明中，r7和r8独立的优选为4～8个碳原子的链状烷烃。
[0051]
在本发明中，所述二硫代草酰胺化合物优选为以下结构式中的一种：
[0052]
[0053]
本发明提供了一种二硫代草酰胺化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0054]
硫磺、四氯乙烷和胺类化合物进行反应得到的产物即为二硫代草酰胺化合物。
[0055]
在本发明中，所述二硫代草酰胺化合物的反应方程式如下式(ⅰ)：
[0056][0057]
其中，r9和r
10
独立的为r1～r8中的任一种。
[0058]
在本发明中，所述硫磺、四氯甲烷和胺类化合物的摩尔比为0.25～10.0：0.17～4.0：1.0～10.0，优选为0.5～8.0：0.3～3.0：2.0～8.0，进一步优选为1.0～6.0：1.0～2.0：8.0。
[0059]
在本发明中，所述胺类化合物包含以下结构通式中的一种：
[0060][0061][0062]
其中，r1和r2独立的为脂肪烃基、氧代脂肪烃基、带芳香取代基的脂肪烃基、带芳香取代基的氧代脂肪烃基、带卤代物取代基的脂肪烃基或带卤代物取代基的氧代脂肪烃基；
[0063]
r3和r4独立的为氢原子、烃基、烷氧基、卤素、羟基、酯基、羰基、芳基或氰基；
[0064]
r5和r6独立的为两侧同时与氮原子相连的烃基、带有芳香取代基的烃基或带卤代物取代基的烃基；
[0065]
r7和r8独立的为脂肪烃基、带有芳香取代基的脂肪烃基或带卤代物取代基的脂肪烃基。
[0066]
在本发明中，所述r1优选为环己基、环戊基、苯甲基或苯乙基。
[0067]
在本发明中，r3优选为氢原子、甲基或溴。
[0068]
在本发明中，r5优选为4～8个碳原子的环状烷烃。
[0069]
在本发明中，r7和r8独立的优选为4～8个碳原子的链状烷烃。
[0070]
在本发明中，所述胺类化合物进一步优选为以下结构式中的一种：
[0071][0072]
其中，n和k独立的为1～30的整数。
[0073]
在本发明中，n和k独立的优选为5～20的整数，进一步优选为10～15的整数。
[0074]
在本发明中，所述反应在溶剂中进行，所述胺类化合物与溶剂的摩尔体积比为0.01～5mol：1l，优选为0.5～4mol：1l，进一步优选为1～3mol：1l。
[0075]
在本发明中，所述溶剂包含n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺和二甲基亚砜中的一种或几种，优选为二甲基亚砜。
[0076]
在本发明中，所述反应在保护气氛下进行，所述保护气氛包含氮气和/或氩气，优选为氮气。
[0077]
在本发明中，所述反应的温度为20～120℃，反应的时间为2～48h；优选的，反应的温度为50～100℃，反应的时间为5～40h；进一步优选为，反应的温度为60～80℃，反应的时间为10～30h。
[0078]
在本发明中，通过搅拌加速反应的进行，所述搅拌的转速为300～800rpm，优选为500rpm。
[0079]
在本发明中，所述反应在催化剂的作用下进行，所述催化剂为碱性化合物，所述碱性化合物包含n,n-二异丙基乙胺、三乙胺、氟化钾和碳酸钾中的一种或几种，优选为n,n-二异丙基乙胺。
[0080]
在本发明中，所述催化剂和胺类化合物的摩尔比为10～40：1～10，优选为40：10。
[0081]
在本发明中，反应结束后需要对反应产物进行提纯处理，所述提纯处理为：用乙酸乙酯稀释反应液，过滤除去固体物质并对剩余液体顺次进行萃取处理、洗脱处理、干燥即得提纯后的产物。
[0082]
在本发明中，所述萃取处理的水相为饱和氯化铵水溶液、油相为乙酸乙酯；所述洗脱处理用到的溶剂为体积比为3～5：1的石油醚和乙酸乙酯，优选为4：1。
[0083]
在本发明中，所述干燥的温度为50～70℃，干燥的时间为10～30min；优选的，干燥的温度为60℃，干燥的时间为20min。
[0084]
在本发明中，使用的化学药品均可自化学试剂公司购得，其中，环己胺、四氯乙烷、
n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二异丙基乙胺与2-苯乙胺购自安耐吉公司，对甲氧基苯甲胺购自tci公司，哌啶购自凯信化学，硫磺(升华硫)购自阿法埃沙公司，十二胺购自阿拉丁公司。
[0085]
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0086]
实施例1
[0087]
利用单质硫磺、四氯乙烷和胺化合物制备二硫代草酰胺化合物的多组分反应制备环己基取代的二硫代草酰胺，反应方程式如式(ⅱ)：
[0088][0089]
该合成方法步骤如下所示：
[0090]
在灌注氮气的反应器内，将8mln,n-二甲基乙酰胺加入8mmol的环己胺、2mmol的四氯乙烷与10mmol的硫磺中，使其溶解，并加热到100摄氏度500rpm下搅拌8小时。
[0091]
反应结束后，停止加热并加入100ml乙酸乙酯淬灭并稀释反应液，而后通过过滤去除反应液中析出的固体。使用饱和氯化铵水溶液作为水相，乙酸乙酯作为有机相，对去除固体后的反应液进行萃取，而后将所得到的有机相进行合并。通过加热减压蒸发将合并后的有机相的溶剂去除并得到粗产物。而后，通过硅胶柱层析法并使用石油醚与乙酸乙酯体积比为4：1的混合溶剂作为洗脱剂，将提纯产物从体系中分离出来并在60℃下干燥20min，最后以59％的产率得到橙红色固体产物，即环己基取代的二硫代草酰胺化合物。
[0092]
本实施例中所得的二硫代草酰胺化合物如compound 1所示。
[0093][0094]
本实施例制备的二硫代草酰胺化合物的表征数据如下所示：
[0095]
二硫代草酰胺化合物，橙红色固体，产率为59％。核磁数据如下：1h nmr(400mhz,cdcl
3-d),δ(tms,ppm):10.35(d,1h,-nh-),4.25(m,1h),2.05(m,2h),1.79(m,2h),1.66(m,1h),1.44(m,4h),1.33(m,1h).
13
c nmr(100mhz,cdcl
3-d),δ(tms,ppm):183.09(c＝s),55.82,30.64,25.45,24.35。
[0096]
实施例2
[0097]
利用单质硫磺、四氯乙烷和胺化合物制备二硫代草酰胺化合物的多组分反应制备对甲氧基苯甲基取代的二硫代草酰胺，反应方程式如式(ⅲ)：
[0098][0099]
该合成方法步骤如下所示：
[0100]
将8mmol的对甲氧基苯甲胺、2mmol的四氯乙烷与10mmol的硫磺加入反应器内中并
灌注氮气，加热到100摄氏度500rpm下搅拌8小时。
[0101]
反应结束后，停止加热并加入60ml乙酸乙酯与50ml纯净水淬灭并稀释反应液，而后通过过滤去除反应液中析出的固体。使用饱和氯化铵水溶液作为水相，乙酸乙酯作为有机相，对去除固体后的反应液进行萃取，而后将所得到的有机相进行合并。通过加热减压蒸发将合并后的有机相的溶剂去除并得到粗产物。而后，通过硅胶柱层析法并使用石油醚与乙酸乙酯体积比为4：1的混合溶剂作为洗脱剂，将提纯产物从体系中分离出来并在60℃下干燥20min，最后以47％的产率得到黄色固体产物，即对甲氧基苯甲基取代的二硫代草酰胺化合物。
[0102]
本实施例中所得的二硫代草酰胺化合物如compound 2所示。
[0103][0104]
作为对实施例2中得到的二硫代草酰胺化合物的结构证明手段，以体积比为1：1的二氯甲烷与正己烷为混合溶剂培养了该化合物的条状单晶，并对单晶进行了单晶x射线衍射的测试，测试结果证明了该二硫代草酰胺化合物的结构，单晶x射线衍射分析显示的化合物结构如图1所示。
[0105]
实施例3
[0106]
利用单质硫磺、四氯乙烷和胺化合物制备二硫代草酰胺化合物的多组分反应在加入碱试剂的情况下制备对甲基苯基取代的二硫代草酰胺，反应方程式如式(ⅳ)所示：
[0107][0108]
该合成方法步骤如下所示：
[0109]
在灌注氩气的反应器内，将8ml的n,n-二甲基乙酰胺与5573.7μl的n,n-二异丙基乙胺(32.0mmol)加入8mmol的对甲基苯胺、6mmol的四氯乙烷与10mmol的升华硫中，使其溶解，并加热到100摄氏度400rpm下搅拌8小时。
[0110]
反应结束后，停止加热并加入100ml乙酸乙酯淬灭并稀释反应液，而后通过过滤去除反应液中析出的固体。使用饱和氯化铵水溶液作为水相，乙酸乙酯作为有机相，对去除固体后的反应液进行萃取，而后将所得到的有机相进行合并。通过加热减压蒸发将合并后的有机相的溶剂去除并得到粗产物。而后，通过硅胶柱层析法并使用石油醚与乙酸乙酯体积比为4：1的混合溶剂作为洗脱剂，将提纯产物从体系中分离出来并在50℃下干燥10min，最后以26％的产率得到橙红色固体产物，即对甲基苯基取代的二硫代草酰胺化合物。
[0111]
本实施例中所得的二硫代草酰胺化合物如compound3所示。
[0112]
[0113]
实施例4
[0114]
利用单质硫磺、四氯乙烷和胺化合物制备二硫代草酰胺化合物的多组分反应制备哌啶基取代的全取代二硫代草酰胺，反应方程式如式(
ⅴ
)所示：
[0115][0116]
该合成方法步骤如下所示：
[0117]
在灌注氩气的反应器内，将8ml的n,n-二甲基乙酰胺与加入8mmol的哌啶、2mmol的四氯乙烷与10mmol的硫磺中，使其溶解，并加热到100摄氏度800rpm下搅拌8小时。
[0118]
反应结束后，停止加热并加入100ml乙酸乙酯淬灭并稀释反应液，而后通过过滤去除反应液中析出的固体。使用饱和氯化铵水溶液作为水相，乙酸乙酯作为有机相，对去除固体后的反应液进行萃取，而后将所得到的有机相进行合并。通过加热减压蒸发将合并后的有机相的溶剂去除并得到粗产物。而后，通过硅胶柱层析法并使用石油醚与乙酸乙酯体积比为4：1的混合溶剂作为洗脱剂，将提纯产物从体系中分离出来并在60℃下干燥10min，最后以38％的产率得到黄色固体产物哌啶基取代的全取代二硫代草酰胺化合物。
[0119]
本实施例中所得的二硫代草酰胺化合物如compound4所示。
[0120][0121]
实施例5
[0122]
利用单质硫磺、四氯乙烷和胺化合物制备二硫代草酰胺化合物的多组分反应制备(2-苯乙基)取代的二硫代草酰胺，反应方程式如式(ⅵ)所示：
[0123][0124]
该合成方法步骤如下所示：
[0125]
在灌注氩气的反应器内，将8ml的n,n-二甲基乙酰胺与加入8mmol的2-苯乙胺、2mmol的四氯乙烷与10mmol的硫磺中，使其溶解，并加热到100摄氏度800rpm下搅拌8小时。
[0126]
反应结束后，停止加热并加入100ml乙酸乙酯淬灭并稀释反应液，而后通过过滤去除反应液中析出的固体。使用饱和氯化铵水溶液作为水相，乙酸乙酯作为有机相，对去除固体后的反应液进行萃取，而后将所得到的有机相进行合并。通过加热减压蒸发将合并后的有机相的溶剂去除并得到粗产物。而后，通过硅胶柱层析法并使用石油醚与乙酸乙酯体积比为4：1的混合溶剂作为洗脱剂，将提纯产物从体系中分离出来并在60℃下干燥10min，最后以25％的产率得到黄色固体产物(2-苯乙基)取代的全取代二硫代草酰胺化合物。
[0127]
本实施例中所得的二硫代草酰胺化合物如compound5所示。
[0128][0129]
实施例6
[0130]
利用单质硫磺、四氯乙烷和胺化合物制备二硫代草酰胺化合物的多组分反应制备十二烷基取代的二硫代草酰胺，反应方程式如式(ⅶ)所示：
[0131][0132]
该合成方法步骤如下所示：
[0133]
在灌注氩气的反应器内，将8ml的n,n-二甲基乙酰胺与加入8mmol的十二胺、2mmol的四氯乙烷与10mmol的硫磺中，使其溶解，并加热到100摄氏度800rpm下搅拌8小时。
[0134]
反应结束后，停止加热并加入100ml乙酸乙酯淬灭并稀释反应液，而后通过过滤去除反应液中析出的固体。使用饱和氯化铵水溶液作为水相，乙酸乙酯作为有机相，对去除固体后的反应液进行萃取，而后将所得到的有机相进行合并。通过加热减压蒸发将合并后的有机相的溶剂去除并得到粗产物。而后，通过硅胶柱层析法并使用石油醚与乙酸乙酯体积比为4：1的混合溶剂作为洗脱剂，将提纯产物从体系中分离出来并在60℃下干燥10min，最后以20％的产率得到黑色粘稠固体产物十二烷基取代的二硫代草酰胺化合物。
[0135]
本实施例中所得的二硫代草酰胺化合物如compound6所示。
[0136][0137]
由以上实施例可知，本发明提供了一种二硫代草酰胺化合物及其制备方法，本发明实现了对少有报道的n,n-二脂肪基取代二硫代草酰胺化合物以及n,n-二芳香基取代二硫代草酰胺化合物的高效低成本制备，且该发明的制备方法具有反应条件温和且操作简单，产物结构多样等特点。
[0138]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。