专利名称：一种硫代氨基甲酸酯的制备方法
技术领域：
本发明涉及有机化合物制备领域，具体涉及芳香硝基化合物与硫醇或与硫酚在离 子液体中以Pd-Fe/Ti02为催化剂的羰基化反应，制备氨基甲酸酯的方法。
背景技术：
硫代氨基甲酸酯是一种分子内含有氧、氮、硫等多个杂原子和多种官能团的化合 物，大多数具有较好的生物活性，在医药、农药和有机合成等方面有着广泛的应用，可以用 作除草剂、杀虫剂、杀菌剂、抗病毒剂和生物调节剂等，因而对该类化合物进行合成研究有 着重要的意义。文献报道合成硫代氨基甲酸酯的方法主要有水解醇解法、异氰酸酯法、三氯乙酰 氯法和羰基化法等。羰基化法是合成氨基甲酸酯类化合物的一种非常有效的非光气方法， 是C1化学的一个主要研究方向。芳胺或芳香硝基化合物的羰基化反应由于工艺简单，原子 利用率高，对环境友好，符合绿色化学的发展方向，已经成为羰基化法合成氨基甲酸酯的研 究热点。钯、铑、钌、钴、金、铜、镍等过渡金属催化剂和硒、硫等非金属催化剂可以有效催化 芳胺或芳香硝基化合物的羰基化反应，但这些催化剂大都在均相体系中进行反应，难以分 离回收，不能重复使用。因此，对有利于产物纯化和催化剂回收利用的负载型催化剂的研究 引起了人们的关注，如 Zn0-Ti02、NaI-Pd/C、Cu0/MCM-41 与 CuCl2/HZSM-5、PdCl2/Zr02_S04 等 可以用于较好地催化苯胺的氧化羰基化反应；张俊等发现PdCl2/PVP和FeCl3助催化剂共同 存在时，可以高效地催化硝基苯羰基化，并易于分离回收。离子液体由于具有能促进反应速度，提高反应的选择性，实现反应过程的绿色化 等优势，已经作为反应介质和催化剂成功应用于许多有机合成反应，但离子液体在芳香硝 基化合物羰基化反应中的应用文献报道较少。尤其是在离子液体中加入负载型催化剂在芳 香硝基化合物羰基化反应中的应用未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种硫代氨基甲酸酯的制备方法，即在离子液体 中Pd-Fe/Ti02催化芳香硝基化合物羰基化合成硫代氨基甲酸酯的方法。本发明转化率高、 反应速度快，离子液体、以及Pd-Fe/Ti02催化剂经简单处理可重复多次使用，具有节约、环 保的优点。本发明通过以下技术方案实现—种硫代氨基甲酸酯的制备方法，包括如下步骤将芳香硝基化合物与硫醇、或与硫酚以mol比为1 0. 8-1. 2加入带有搅拌的 容器内，以每向容器内加入芳香硝基化合物IOmmol计，则向容器内加入催化剂Pd-Fe/ Ti0225-45mg、离子液体5_15mL，然后将容器密封后抽真空，真空度低于400Pa，通入CO置换 一次以上，在20-40°C、400-1400Pa、搅拌反应3 8h ；反应结束后，用有机溶剂萃取，得到的萃取液用水清洗，并经干燥处理后，再减压蒸去有机溶剂，得到的粗产物用石油醚重结晶得到硫代氨基甲酸酯。本发明进一步改进方案是，所述催化剂Pd-Fe/Ti02，其中Pd的负载量质量百分比 为0. 2-0. 7%, Fe的负载量质量百分比为0. 15-0. 45%。本发明更进一步改进方案是，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、 或乙晴、或N，N-甲基甲酰胺、或二甲基亚砜中的一种。本发明通过大量实验，确定了羰基化反应的反应介质、催化剂、硝基化合物与硫醇 或与硫酚物质的量比、以及反应温度、反应时间、催化剂的Pd和Fe负载量。一、不同反应介质对羰基化反应的影响。羰基化反应合成硫代氨基甲酸酯属于亲核取代反应，反应介质的极性对硫代氨 基甲酸酯的收率有显著影响。因此，我们选用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐 ([―加化&入乙腈、^^甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)作为反应介质，探讨不同 反应介质对羰基化反应的影响，结果见表1。可以看出，在离子液体[bmim]PF6介质中，硝基 苯与乙硫醇能很好地发生羰基化反应，以极高的收率得到硫代氨基甲酸酯，这是由于离子 液体的强极性作用，极大地促进了羰基化反应的进行，同时[bmim]PF6中咪唑阳离子可以与 Pd发生配位作用，使Pd-Fe/Ti02催化剂表现出更优越的催化能力和稳定性。离子液体的 用量对羰基化反应有一定的影响，离子液体用量较少时，催化剂不能较好地分散在离子液 体中，反应时底物不能有效地与催化剂接触，硫代氨基甲酸酯的收率稍低；当离子液体用量 为IOmL时，硫代氨基甲酸酯的收率最高；继续增加离子液体的用量，由于过量的离子液体 减小了反应物的浓度，硫代氨基甲酸酯的收率反而略有下降。使用乙腈作为反应介质，由于 其具有较强的极性作用，硝基苯与乙硫醇能也能较好地发生羰基化反应。而在极性较小的 DMF和DMSO中，硫代氨基甲酸酯的收率较低。表1不同反应介质对羰基化反应的影响 反应条件:W(Pd)= 0. 3%, w(Fe) = 0. 1%, t = 4h.二、催化剂的Pd和Fe负载量对羰基化反应的影响。图1为催化剂中Pd和Fe负载量对羰基化反应的影响。可以看出，不含Fe的Pd/ TiO2催化剂和不含Pd的Fe/Ti02催化剂对羰基化反应的催化活性很低，而Pd-Fe/Ti02催化 剂的催化活性显著提高，硫代氨基甲酸酯的收率明显增加。Pd-Fe/TiOjI化剂中Pd负载量 较低时，TiO2表面形成的催化活性位较少，催化活性较低；增加Pd负载量可以提高TiO2表 面的催化活性位数量，催化活性也逐渐提高，硫代氨基甲酸酯的收率逐渐增加；当Pd负载 量为0. 5%时，TiO2表面结合的位点基本饱和，继续增加Pd负载量，会造成Pd晶粒的沉积 和团聚，不能继续提高催化活性，硫代氨基甲酸酯的收率增加不明显。Pd-Fe/TiOjI化剂中 Fe负载量较小时，催化活性较低，硫代氨基甲酸酯的收率不高；增加Fe负载量，硫代氨基甲 酸酯的收率逐渐提高；当Fe负载量大于0. 3%时，继续增加Fe负载量，硫代氨基甲酸酯的 收率反而有所降低。
三、硝基化合物与硫醇物质的量比对羰基化反应的影响。图2为硝基苯与乙硫醇物质的量比对羰基化反应的影响(硝基化合物与硫醇或 与硫酚物质的量比对羰基化反应的影响也如此)。可以看出，随着硫醇用量的增加，硫代氨 基甲酸酯的收率也逐渐增加，这可能是因为在反应中硝基苯首先被还原为苯胺，然后在离 子液体[-加化&与催化剂Pd-Fe/Ti02的协同作用下生成中间体氨基羰基钯，此中间体可 以与硫醇发生反应生成目标产物硫代氨基甲酸酯，也可以接受苯胺的进攻生成副产物二苯 脲；因为苯胺的亲核能力比硫醇强，所以大部分苯胺生成了中间体氨基羰基钯，再接受硫醇 的进攻生成硫代氨基甲酸酯，而只有少量的苯胺与中间体氨基羰基钯反应生成少量的副产 物二苯脲；但是如果反应中硝基苯过量，就会有过量的苯胺与中间体氨基羰基钯反应生成 大量的副产物二苯脲，从而使目标产物的收率下降。当硝基化合物与硫醇物质的mol比增 加到1.0 1.1后，再增加硫醇的用量，硫代氨基甲酸酯的收率无明显提高。四、催化剂用量对羰基化反应的影响。在硝基化合物lOmmol，乙硫醇llmmol，离子液体10mL，30°C反应4h的条件下，探 讨了催化剂用量对羰基化反应的影响，结果见图3。由图3可知，催化剂的用量较少时，硫 代氨基甲酸酯的收率较低；当催化剂用量达到36mg以上时，可能是由于催化剂的用量增大 时，增加了生成二苯脲等副反应的发生机会，致使硫代氨基甲酸酯的收率稍有降低。五、反应温度对羰基化反应的影响。图4为反应温度对羰基化反应的影响。可以看出，离子液体中硝基苯与乙硫醇的 羰基化反应在较低温度下就能顺利进行，以较高的收率得到硫代氨基甲酸酯，这说明离子 液体和Pd-Fe/Ti02催化体系具有良好的低温催化活性。反应温度升高到40°C以上时，硫代 氨基甲酸酯的收率有一定下降，这说明升高反应温度不利于硫代氨基甲酸酯的生成。六、催化剂、离子液体具有多次重复使用的性能。以硝基苯与乙硫醇的羰基化反应为例，探讨了离子液体[bmim]PF6*催化剂 Pd-Fe/Ti02的重复使用情况，结果见表2。结果表明，离子液体和催化剂体系经过简单处理， 重复使用6次后，硫代氨基甲酸酯的收率仍达到95%以上，说明离子液体和Pd-Fe/Ti02催 化剂用于芳香硝基化合物的羰基化反应具有良好的重复使用性能。表2离子液体和催化剂的重复使用结果 反应条件:w(Pd)= 0. 5%, w(Fe) = 0. 3%, t = 4h.
图1为催化剂Pd-Fe/Ti02中Pd和Fe负载量对羰基化反应的影响(反应条件t =4h ；w(Fe) = 0. 3% ；w(Pd) = 0. 5% )；图2为硝基化合物与醇物质的量比对羰基化反应的影响(反应条件:w(Pd)= 0. 5%, w(Fe) = 0. 3%, t = 4h)；图3为催化剂用量对羰基化反应的影响(反应条件w(Pd) = 0.5%, w(Fe)= 0. 3%, t = 4h)图4为反应温度对羰基化反应的影响(反应条件w(Pd) =0. 5%,w(Fe) =0.3%,t = 4h)
具体实施例方式实施例1将硝基苯与乙硫醇以mol比为1 1. 1加入带有搅拌的容器内(即向容器内加入 IOmmol硝基苯，Ilmmol乙硫醇)，再向容器内加入催化剂Pd-Fe/Ti0236mg(催化剂中Pd的 负载量质量百分比为0. 5%, Fe的负载量质量百分比为0. 3% )、离子液体1- 丁基_3_甲 基咪唑六氟磷酸盐([bmim]PF6) 10mL，将容器密封后抽真空，真空度低于400Pa，通入常压CO 置换三次，(每隔10分钟左右通一次⑶，然后抽真空使真空度低于400Pa，再通CO。通CO 主要是为了排除氧气、及其他气体，保证反应的纯度)，在30°C、500Pa左右、搅拌反应4h。反应结束后，用乙酸乙酯(也可用乙醚)萃取(5mLX3)。得到的萃取液用水清洗 (5mLX3)，并用无水MgSO4干燥后(生产中可采用其他干燥方法)，再减压蒸去乙酸乙酯，得
到的粗产物用石油醚重结晶得到硫代氨基甲酸酯0Nis、\以硝基化合物计算硫代
氨基甲酸酯的收率为97. 3%，硫代氨基甲酸酯的熔点为53-54°C。实施例18离子液体选用乙晴(即向容器内加入IOmL乙晴)，得到的硫代氨基甲酸酯
以硝基化合物计算硫代氨基甲酸酯的收率为94. 3%。其余实施如实施例 实施例2-17，所用的原料(是指芳香硝基化合物与硫醇、或与硫酚)、反应时间、以 及得到的硫代氨基甲酸酯的收率、熔点，如表3所示。其余实施如实施例1。表3
实施例14甲二 基苯乙硫醇
9 4- ‘ ST
实施例15 mm^ 一乙硫醇
实施例16稍氣乙硫醇 实施例！7 3 _肖基二Λ乙硫醇 从表3可知，在确定的优化反应条件下，在离子液体中Pd-Fe/Ti02催化一系列芳 香硝基化合物与硫醇或与硫酚的羰基化反应。在Pd-Fe/Ti02作用下，不同结构的硫醇在 [bmim]PF6介质中能顺利进行羰基化反应，大多数的硫醇以90%以上的收率得到相应的硫 代氨基甲酸酯，而叔丁硫醇因为空间位阻较大，难以接近中间体氨基羰基钯的反应活性中 心，抑制了硫代氨基甲酸酯的生成，使反应向生成二苯脲的方向进行，故硫代氨基甲酸酯的 收率只有65. 8%。苯甲硫醇的反应活性较高，只需反应3h，就以98. 2%的高收率得到硫代 氨基甲酸酯。不同取代的硫酚也能与硝基苯发生羰基化反应，但由于硫酚的亲核性较弱，导 致其发生羰基化反应的活性下降，硫代氨基甲酸酯的收率较低。邻位取代基的空间位阻对 硫酚进行羰基化反应基本没有影响，但是取代基的电子效应对硫酚羰基化反应的收率有一 定的影响；给电子基团使硫酚的反应活性增强，硫代氨基甲酸酯的收率明显提高；吸电子 基团使硫酚的反应活性减弱，硫代氨基甲酸酯的收率有所下降。
权利要求
一种硫代氨基甲酸酯的制备方法，其特征在于包括如下步骤将芳香硝基化合物与硫醇、或与硫酚以mol比为1∶0.8 1.2加入带有搅拌的容器内，每向容器内加入芳香硝基化合物10mmol，则向容器内加入催化剂Pd Fe/TiO225 45mg、离子液体5 15mL，然后将容器密封后抽真空，真空度低于400Pa，通入CO置换一次以上，在20 40℃、400 1400Pa、搅拌反应3～8h；反应结束后，用有机溶剂萃取，得到的萃取液用水清洗，并经干燥处理后，再减压蒸去有机溶剂，得到的粗产物经石油醚重结晶得到硫代氨基甲酸酯。
2.根据权利要求1所述的一种硫代氨基甲酸酯的制备方法，其特征在于所述催化 剂Pd-Fe/TiO2，其中Pd的负载量质量百分比为0. 2-0. 7 %，Fe的负载量质量百分比为 0. 15-0. 45%o
3.根据权利要求1所述的一种氨基甲酸脂的制备方法，其特征在于所述离子液体为 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、或乙晴、或N，N-甲基甲酰胺、或二甲基亚砜中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种硫代氨基甲酸酯的制备方法，包括如下步骤将芳香硝基化合物与硫醇、或与硫酚以mol比为1∶0.8-1.2加入带有搅拌的容器内，以每向容器内加入芳香硝基化合物10mmol计，则向容器内加入催化剂Pd-Fe/TiO225-45mg、离子液体5-15mL，然后将容器密封后抽真空，真空度低于400Pa，通入CO置换一次以上，在20-40℃、400-1400Pa、搅拌反应3～8h；反应结束后，用有机溶剂萃取，得到的萃取液用水清洗，并经干燥处理后，再减压蒸去有机溶剂，得到的粗产物用石油醚重结晶得到硫代氨基甲酸酯。
文档编号C07C333/08GK101921218SQ201010272418
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月6日 优先权日2010年9月6日
发明者刘长春, 金德宽 申请人:江苏食品职业技术学院