本发明属于有机合成、农药及医药化工合成技术领域，涉及一种有机小分子催化剂催化转化羰基硫与联烯酰胺类化合物环化反应合成6-亚烷基-1,3-噻嗪-2,4-二酮类化合物的方法。
背景技术：
含有氧、氮和硫杂原子的杂环骨架是许多合成药物、生物分子和天然产物中的代表性结构，特别是六元杂环噻嗪烷酮类化合物，其作为生物活性物质和重要的中间体在药物和有机合成化学中引起了广泛的关注，例如噻嗪烷二酮(n-甲基-1,3-噻嗪-[6,5-b]吲哚-2,4-二酮)是一类含硫杂环的植物抗毒素，其对病原微生物的生长起有效的抑制作用。因此，绿色高效构筑噻嗪类杂环化合物具有重要的理论研究和现实意义。
根据前人研究报道，噻嗪类杂环分子的构建基本上通过利用硫氰酸、2-巯基芳香酸、硫脲、二硫化碳、硫粉、硫代乙酰胺等作为硫源制备。尽管取得了一些进展，但这些反应多是通过化学计量反应实现的，并且存在类型较单一(shestakov,a.s.；prezent,m.a.；zlatoustovskaya,e.o.；shikhaliev,k.s.；falaleev,a.v.；sidorenko,o.e.chemistryofheterocycliccompounds2015,51,370.)，反应路线复杂(soliman,a.m.phosphorus,sulfur,andsiliconandtherelatedelements1994,97,1.)，反应条件苛刻(youssef,a.m.；azab,m.e.；youssef,m.m.molecules2012,17,6930.)等缺点。另外，k.takagi等人在1990年也报道了利用金属镍催化硫脲和邻碘苯甲酰胺反应制取噻嗪酮化合物(takagi,k.chemistryletters1990,19,2205.)。而采用羰基硫作为硫源，利用有机小分子催化剂催化羰基硫构筑噻嗪杂环化合物的研究至今还尚未报道。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种有机小分子催化剂催化羰基硫与联烯酰胺环化反应，选择性制备噻嗪二酮类杂环化合物的方法。该反应原料和试剂简单易得，底物适用性广，后处理过程简单，能以高收率、高化学选择性和高立体选择性获得目标产物，具有原子经济性。
本发明是以羰基硫和联烯酰胺衍生物为原料，在有机小分子催化剂的作用下催化环化反应合成噻嗪二酮六元硫杂环化合物，该方法反应条件较为温和，实验操作安全简单，所用底物毒性低，对环境友好，目标产物在噻嗪烷酮等系列农药、医药及天然产物合成中具有潜在的应用价值。
本发明的技术方案：
一种有机催化剂催化羰基硫转化合成噻嗪二酮杂环化合物的方法，步骤如下：在高压釜中加入联烯酰胺化合物和溶剂，加入氮杂环卡宾羰基硫加合物或氮杂环烯烃羰基硫加合物作为有机催化剂，通入羰基硫气体，在60～100摄氏度条件下搅拌12小时，反应结束后冷却至室温，缓慢释放未反应的羰基硫气体，抽干溶剂得粗产品，经柱层析纯化得到1,3-噻嗪-2,4-二酮类化合物；反应如下式所示：
其中，r1是苯基、甲基、乙基、异丙基、正己基、环戊基或环己基；
r2是氢、甲基、乙基或苯基；
r3是苄基、正丁基、异丙基、环己基、烯丙基或甲苯磺酰甲基。
所述有机催化剂的结构式如下：
氮杂环卡宾羰基硫加合物：
氮杂环烯烃羰基硫加合物：
其中，r4和r5是甲基、异丙基、叔丁基、苯基、2,4,6-三甲基苯基或2,6-二异丙基苯基，r4和r5相同或不同；
r6和r7是氢、甲基、乙基或异丙基，r6和r7相同或不同；
r8是甲基、乙基、异丙基、正丁基或苄基；n＝1或2；
进一步的，所述氮杂环卡宾羰基硫加合物的结构式如下a-f：
氮杂环烯烃羰基硫加合物的结构式如下g-j：
所述有机催化剂与联烯酰胺化合物的摩尔比为1:20。
所述溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、1,4-二氧六环或乙腈。
所述的反应压力为0.1～1.0mpa，所述高压釜为间歇式高压反应釜或连续式高压反应釜。
所述柱层析的洗脱液为正己烷和乙酸乙酯的混合溶剂，正己烷和乙酸乙酯的体积比为5:1。
本发明的有益效果：本发明采用有机小分子催化剂催化羰基硫与联烯酰胺衍生物环化反应，该方法具有反应条件较为温和，实验操作安全简单，反应底物毒性低及对环境友好等特点。该反应原料和试剂简单易得，底物适用性广，后处理过程简单，能以高收率、高化学选择性和高立体选择性获得目标产物,具有原子经济性，在噻嗪烷酮系列农药、医药等化工生产中有潜在的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方法和适用的底物不限于此。
实施例1
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的n-苄基-4-甲基戊-2,3-联烯酰胺，0.025毫摩尔的thpe-cos(j)，1毫升乙腈，在60摄氏度搅拌12小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的羰基硫。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯＝5:1)分离提纯。产率为96％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.44(d,j＝7.0hz,2h),7.28(dt,j＝16.6,4.7hz,3h),6.37(s,1h),5.18(s,2h),2.79–2.56(m,1h),1.24(d,j＝6.9hz,6h).13cnmr(126mhz,cdcl3)δ165.2,164.0,160.0,136.3,129.3,128.6,127.9,113.4,44.7,35.4,21.8.hrms(esi):calcdforc14h15no2s:262.0896[m+h]+.found:262.0897[m+h]+.irvc＝o:1689,1651cm-1(vs).
实施例2
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的n-苄基-4-甲基己-2,3-联烯酰胺，0.025毫摩尔的thpe-cos(j)，1毫升乙腈，在60摄氏度搅拌12小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的羰基硫。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯＝5:1)分离提纯。产率为99％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.51–7.39(m,2h),7.28(dq,j＝14.2,7.0hz,3h),6.35(s,1h),5.17(s,2h),2.54–2.37(m,1h),1.67–1.46(m,2h),1.21(d,j＝6.9hz,3h),0.91(t,j＝7.4hz,3h).13cnmr(101mhz,cdcl3)δ165.2,163.8,159.0,136.2,129.3,128.5,127.9,114.2,44.7,42.8,28.9,19.7,11.7.hrms(esi):calcdforc15h17no2s:276.1053[m+h]+.found:276.1051[m+h]+.irvc＝o:1684,1652cm-1(vs).
实施例3
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的n-苄基-3-亚环己基联烯酰胺，0.025毫摩尔的thpe-cos(j)，1毫升乙腈，在60摄氏度搅拌12小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的羰基硫。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯＝5:1)分离提纯。产率为87％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.50(d,j＝6.8hz,2h),7.41–7.26(m,3h),6.41(s,1h),5.23(s,2h),2.37(m,j＝11.0hz,1h),1.91(m,j＝17.7,9.9hz,4h),1.77(d,j＝12.6hz,1h),1.49–1.17(m,5h).13cnmr(101mhz,cdcl3)δ165.2,163.9,158.9,136.2,129.2,128.4,127.8,113.4,44.9,44.5,32.1,25.9,25.4.hrms(esi):calcdforc17h19no2s:302.1209[m+h]+.found:302.1211[m+h]+.irvc＝o:1683,1651cm-1(vs).
实施例4
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的n-苄基-4,5-二甲基己-2,3-联烯酰胺，0.025毫摩尔的thpe-cos(j)，1毫升乙腈，在60摄氏度搅拌12小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的羰基硫。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯＝5:1)分离提纯。产率为93％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.36(d,j＝7.0hz,2h),7.29–7.09(m,3h),6.25(s,1h),5.08(s,2h),2.30–2.04(m,1h),1.73–1.57(m,1h),1.09(d,j＝7.0hz,3h),0.84(t,j＝6.6hz,6h).13cnmr(101mhz,cdcl3)δ165.1,163.7,158.8,136.2,129.2,128.4,127.8,114.5,48.1,44.6,32.6,21.1,19.5,17.0.hrms(esi):calcdforc12h15no2s:290.1209[m+h]+.found:290.1207[m+h]+.irvc＝o:1686,1647cm-1(vs).
实施例5
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的4-乙基-n-(丙-2-炔-1-基)己-2,3-联烯酰胺，0.025毫摩尔的thpe-cos(j)，1毫升乙腈，在60摄氏度搅拌12小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的羰基硫。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯＝5:1)分离提纯。产率为97％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ6.39(s,1h),4.76(d,j＝2.3hz,2h),2.40–2.14(m,2h),1.73–1.61(m,2h),1.55(tt,j＝14.5,7.4hz,2h),0.93(t,j＝7.4hz,6h).13cnmr(101mhz,cdcl3)δ164.3,162.4,157.9,115.0,77.5,71.1,51.0,30.5,27.2,27.0,11.7.hrms(esi):calcdforc12h15no2s:238.0896[m+h]+.found:235.0895[m+h]+.irvc＝o:1695,1651cm-1(vs).
实施例6
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的n-苄基-4-苯基戊-2,3-联烯酰胺，0.025毫摩尔的thpe-cos(j)，1毫升乙腈，在60摄氏度搅拌12小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的羰基硫。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯＝5:1)分离提纯。产率为98％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.42(d,j＝7.1hz,2h),7.35–7.13(m,8h),6.43(s,1h),5.12(s,2h),3.79(q,j＝7.0hz,1h),1.55(d,j＝7.2hz,3h).13cnmr(101mhz,cdcl3)δ164.8,163.7,157.6,140.2,136.1,129.2,129.0,128.4,127.9,127.8,127.5,114.4,45.5,44.6,19.6.hrms(esi):calcdforc19h25no2s:332.1679[m+h]+.found:332.1680[m+h]+.irvc＝o:1682,1651cm-1(vs).
实施例7
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的4-苯基n-(甲苯磺酰甲基)戊-2,3-联烯酰胺，0.025毫摩尔的thpe-cos(j)，1毫升乙腈，在60摄氏度搅拌12小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的羰基硫。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯＝5:1)分离提纯。产率为98％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.77(d,j＝8.3hz,2h),7.37(t,j＝7.3hz,2h),7.32(dd,j＝7.5,3.8hz,3h),7.24–7.20(m,2h),6.45(s,2h),5.42(s,1h),3.87(q,j＝7.0hz,3h),2.44(s,2h),1.63(d,j＝7.1hz,3h).13cnmr(126mhz,cdcl3)δ164.1,162.2,158.8,145.5,139.9,136.2,130.0,129.3,128.7,128.3,127.6,113.9,60.4,45.8,21.8,19.8.hrms(esi):calcdforc20h19no4s2:402.0828[m+h]+.found:402.0847[m+h]+.irvc＝o:1698,1658cm-1(vs).
实施例8
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的4-苯基-n-(甲苯磺酰基甲基)丁-2,3-联烯酰胺，0.025毫摩尔的thpe-cos(j)，1毫升乙腈，在60摄氏度搅拌12小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的羰基硫。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯＝5:1)分离提纯。产率为98％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.77(d,j＝8.3hz,2h),7.44–7.28(m,5h),7.24–7.14(m,2h),6.34(s,1h),5.43(s,2h),3.78(s,2h),2.44(s,3h).13cnmr(126mhz,cdcl3)δ164.0,161.9,153.7,145.5,136.3,134.0,130.0,129.3,129.3,128.7,128.3,115.4,60.4,42.2,21.9.hrms(esi):calcdforc19h17no4s2:388.0672[m+h]+.found:388.0667[m+h]+.irvc＝o:1698,1656cm-1(vs).
实施例9
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的n-丁基-4-甲基戊-2,3-联烯酰胺，0.025毫摩尔的thpe-cos(j)，1毫升二甲基亚砜，在100摄氏度搅拌12小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的羰基硫。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯＝5:1)分离提纯。产率为94％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
1hnmr(500mhz,cdcl3)δ6.35(s,1h),4.07–3.85(m,2h),2.78–2.62(m,1h),1.59(dt,j＝15.3,7.6hz,2h),1.36(dq,j＝14.8,7.4hz,2h),1.26(d,j＝6.9hz,6h),0.94(t,j＝7.4hz,3h).13cnmr(126mhz,cdcl3)δ165.0,164.1,159.7,113.3,41.8,35.4,29.8,29.8,21.8,20.3,13.8.hrms(esi):calcdforc11h17no2s:228.1053[m+h]+.found:228.1051[m+h]+.irvc＝o:1689,1655cm-1(vs).
实施例10
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的n-环己基-4-甲基戊-2,3-联烯酰胺，0.025毫摩尔的thpe-cos(j)，1毫升二甲基亚砜，在100摄氏度搅拌12小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的羰基硫。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯＝5:1)分离提纯。产率为98％。
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ6.30(s,1h),4.85(tt,j＝12.2,3.7hz,1h),2.67(hept,j＝6.8hz,1h),2.33(qd,j＝12.3,3.3hz,2h),1.87–1.78(m,2h),1.63(dd,j＝7.7,3.6hz,3h),1.45–1.27(m,3h),1.25(d,j＝6.9hz,6h).13cnmr(101mhz,cdcl3)δ165.1,164.8,159.6,113.6,55.7,35.1,28.7,26.4,25.3,21.6.hrms(esi):calcdforc13h19no2s:254.1209[m+h]+.found:254.1213[m+h]+.irvc＝o:1687,1651cm-1(vs).