一种水溶性氨基酸催化合成二硫代二乙二醇的方法与流程

文档序号：12856186阅读：879来源：国知局

一、技术领域：

本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种水溶性氨基酸催化合成二硫代二乙二醇的方法。

二、

背景技术：
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二硫代二乙二醇是一种工业价值很高的化合物，其市场前景广阔。目前，国内外二硫代二乙二醇的合成方法是以β-巯基乙醇(hoch2ch2sh)为原料，采用不同的氧化剂和催化剂，氧化偶联得到二硫代二乙二醇。根据所用氧化剂的不同，该方法又可大致分为氧气氧化法、过氧化物氧化法和其他氧化偶联方法如醋酸铅氧化、硫单质氧化、三溴喹啉氧化等。

现有传统的制备方法中，收率较高的反应大都存在重金属污染、催化剂难以回收利用等缺陷；其中部分操作简单的工艺，则存在催化剂的制备较为复杂、所用溶剂价格昂贵、所得产品纯度不够高等不足之处。如何简化其制备过程，并实现其工业化生产仍是当前研究的重点。

(一)氧气氧化法制备二硫代二乙二醇：

目前，报道氧气氧化法制备二硫代二乙二醇方法较多，大致有如下几种情况：

1、m.m.khodaei等(m.m.khodaei,i.mohammadpoor-baltork,k.nikoofar.bismuth(iii)nitratepentahydratebi(no3)3·5h2o:aninexpensiveandmildreagentfortheefficientandcleanoxidationofthiolstodisulfides[j].bulletinofthekoreanchemicalsociety.2003,24(7):885-886.)；该文献以乙腈作为溶剂，向其中加入β-巯基乙醇和30mol％的bi(no3)3·5h2o，以空气中的o2为氧化剂，加热回流反应，反应后经过后处理，制得产品二硫代二乙二醇。该操作方法虽然反应过程容易控制，但是反应过程需要充分考虑催化剂bi(no3)3·5h2o的回收利用，容易造成重金属离子的污染问题，不利于环境保护；同时，催化剂的使用量也较大，如果得不到合理回收，工业生产的成本较高。

2、makotooba等(makotooba,kazuhitotanaka.aerobicoxidationofthiolstodisulfidescatalyzedbydiaryltelluridesunderphotosensitizedconditions[j].thejournaloforganicchemistry.2011,(76):4173-4177.)；该文献以β-巯基乙醇为原料、二氯甲烷作溶剂、1mol％的双(4-甲氧基苯基)碲化物(an2te)作为催化剂、0.1mmol的四苯基卟啉(tpp)为感光剂，置于反应容器中进行反应，从而制得产物二硫代二乙二醇。该方法未能改善以o2作为氧化剂时需要过渡金属催化从而存在的重金属离子污染问题，而且反应较为繁琐，条件要求较多等缺陷。

在碱性介质中，金属酞菁衍生物(铜酞菁、钴酞菁等)可以作为催化剂，催化β-巯基乙醇与o2发生反应，生成二硫代二乙二醇。许多技术人员对于该种方法都开展了一定的研究工作(例如：姚玉元、吕汪洋等.苯乙烯-二乙烯苯树脂负载双核钴酞菁对巯基乙醇的催化性能[j].功能材料.2009.2(40):271-273；段喜鑫、郭黎平.双核磺化酞菁钴-表面活性剂薄膜电极对巯基乙醇的电催化氧化[j].北华大学学报.2010,11(5):396-400；陈伟、庞美玲等.酞著铜/介孔分子筛复合催化剂催化氧化琉基乙醇的研究[j].化学工业与工程技术.2013,34(1):1-4.)。但是，金属酞菁催化氧化硫醇的研究，目前一般是针对石油和工业废水的脱硫脱臭，目的是转化和脱除硫醇，不为获得氧化产物二硫代二乙二醇为最终目的。而且，该种方法采用的原料(石油或工业废水)中硫醇的含量一般不高，获取氧化产物并无较大经济效益。因此，在该种方法的研究中，一般是以催化氧化的反应速率为考察指标，而不追求二硫代二乙二醇的收率最大化。

(二)过氧化物氧化法制备二硫代二乙二醇：

venkitasamykesavan等在含氟溶剂(六氟异丙醇或三氟乙醇)中加入β-巯基乙醇，室温搅拌下加入一定量30％h2o2，tlc/gc监测β-巯基乙醇消失为反应终点。反应结束，反应液先蒸除氟溶剂，残留物用乙醚萃取三次，有机相再用无水mgso4干燥后，真空浓缩得到产物二硫代二乙二醇。

对于六氟异丙醇，反应只需进行10min，二硫代二乙二醇的收率即达到95％；对于三氟乙醇，反应进行6h，收率达到96％。选择六氟异丙醇作溶剂是因为其在氧化反应中已被证明能提供很好的选择性，而其在过氧化氢氧化β-巯基乙醇生成二硫代二乙二醇的反应中，也表现出了非常好的选择性氧化效果，使得该法具有温和、高效的优点。但是，无论是六氟异丙醇还是三氟乙醇，其价格都比较昂贵，而反应却需要大量的溶剂，因而需要充分考虑溶剂的回收利用。另外，含氟溶剂毒性较大，对环境也会造成较大的污染，因而不适宜大规模的工业生产，寻找替代溶剂将会是解决办法之一。

rajenders.varma等以过二硫酸铵为氧化剂，以乙二胺为溶剂，与β-巯基乙醇在研钵中研磨20min，经处理得到二硫代二乙二醇，收率为71％。

该方法简单温和，但收率较低。abdolr.hajipour等将一定量的β-巯基乙醇、k2s2o8、1-丁基-3甲基咪唑溴离子液体混合，于65-70℃下保温反应25min，经处理得到产物二硫代二乙二醇，收率达到84％。

2011年，卫洁公布了一种二硫代二乙二醇的发明专利，该专利是以硫醇为起始原料，在溴离子溶液中，经由过二硫酸钾氧化生成二硫醚，方法与abdolr.hajipour等人的合成方法基本一致。离子液体以其低蒸汽压、较好的热力学稳定性能、可回收利用、对许多有机和无机的物质都具有良好的溶解性能等优点，而越来越多地被用来替代传统有机溶剂。在此处，溴离子液体除了作为溶剂之外，还起到了一定酸催化的作用。该方法条件温和，反应时间短，但其收率还有待进一步提高。

(三)二硫化钠-氯乙醇法：

2002年，张田林等在电解还原二硫代二乙二醇合成β-巯基乙醇的研究中，利用二硫化钠和氯乙醇为原料合成出了二硫代二乙二醇。该研究内容是在一定温度下，向二硫化钠的水溶液中滴入氯乙醇，搅拌反应，反应完毕，用乙酸乙酯萃取3-5次，合并有机相，蒸馏除去乙酸乙酯，制得二硫代二甘醇。并进一步考察了物料配比、反应温度、反应时间和加料方式对二硫代二甘醇收率的影响，优化出合成二硫代二甘醇的适宜工艺条件：硫化钠、硫磺粉、氯乙醇的摩尔配比为1：1.08：1.35，反应温度为80℃，反应时间6h，最佳收率可达到98％以上。

2004年，王知彩同样以硫磺、硫化钠、2-氯乙醇为起始原料合成了二硫代二乙二醇，该研究内容以乙醇为溶剂，硫化钠187mmol，n(2-氯乙醇)：n(硫磺)：n(硫化钠)＝1.8：1.2：1.0，回流反应30min，二硫代二乙二醇产率达88.5％。该方法中，二硫化钠溶液不稳定，其配制较为关键。

(四)催化光转化法：

2010年，khengyeedesmondtan等在25℃下用紫外灯照射cpmn(co)3、β-巯基乙醇和苯的混合溶液2.5小时，得到二硫代二乙二醇，收率达到99％。

此反应过程中唯一的副产物就是h2，使得该反应清洁无污染，而且对许多种类的硫醇都适用。该方法需要在惰性环境中进行，如果有氧分子存在，二硫化物的产量将会很低，原因与cpmn(co)3的分解有关。

(五)氧化偶联方法：

lamarfield和johne.lawson在25-30℃下，将一定量的pb(oac)4分批不断地加入到β-巯基乙醇的苯溶液中，加毕继续搅拌2h后，过滤；用乙腈萃取烧瓶内残留的胶状物，所得萃取液与上步滤液合并；旋蒸除去溶剂后，残液在hickman型短程蒸馏器内蒸馏得到二硫代二乙二醇，收率为91％。反应方程式如下：

2rsh+pb(oac)4→rssr+pb(oac)2+2hoac

采用pb(oac)4作为催化剂，有以下优点：较强的氧化能力和较高的选择性；可避免过度氧化或者氧化剂能与产物进一步反应的问题；苯作溶剂有利于产物二硫代二乙二醇从反应液中的分离。但是苯溶剂毒性较大、反应过程存在重金属污染问题是该方法的不足之处。

欧洲专利ep1428819提供了一种利用硫磺为氧化剂与β-巯基乙醇反应制备二硫代二乙二醇的方法。该方法是用过量1-10mol％的β-巯基乙醇与硫磺反应，以提高二硫代二乙二醇在产物中的比例，过程生成的h2s则通过真空或氮气喷雾移除。

2hoch2ch2sh+s→hoch2ch2ssch2ch2oh+h2s

由于产物中剩余的β-巯基乙醇不易与二硫代二乙二醇分离，所以在反应结束后，又使用了质量分数为35％-50％的双氧水处理反应液，从而使β-巯基乙醇的含量降至0.02wt％以下。该方法的优点是反应产物含水量低因而易于除去，不足之处是反应生成的h2s是有毒气体，其移除操作较为麻烦。

2007年，mohammadjoshaghani等以三溴喹啉为氧化剂，在不加任何溶剂的情况下，与β-巯基乙醇混合研磨5min，经处理得到二硫代二乙二醇，其收率可达到92％。

该方法条件温和，反应时间短，但不适用于大规模地工业生产。

综上所述，现有关于氧气氧化法制备二硫代二乙二醇方法的文献报道较多，而使用双氧水为氧化剂制备二硫代二乙二醇的方法相关文献报道较少，需要使用昂贵的有毒试剂，不利于环保。

三、

技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是：提供一种水溶性氨基酸催化合成二硫代二乙二醇的方法。本发明技术方案采用小分子催化剂即水溶性氨基酸催化合成制备二硫代二乙二醇。本发明制备方法操作简单、易于回收，并且在没有采用任何有机溶剂的条件下合成二硫代二乙二醇。采用本发明技术方案制备二硫代二乙二醇，生产成本低、反应条件温和，反应后产品易于分离，节能降耗。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

本发明提供一种水溶性氨基酸催化合成二硫代二乙二醇的方法，所述合成方法包括以下步骤：

a、以巯基乙醇为原料，以水溶性氨基酸作为催化剂，双氧水作为氧化剂；所述水溶性氨基酸的摩尔数占巯基乙醇摩尔数的5～10％，所述双氧水与巯基乙醇的摩尔比为0.6～1.5:1；

b、首先将水溶性氨基酸加入反应容器中，并加入去离子水充分溶解，溶解后加入原料巯基乙醇，然后滴加氧化剂双氧水进行反应，控制反应温度为20～60℃，反应时间为6～10h；

c、反应结束后，将所得反应液进行萃取，萃取后所得反应液依次进行洗涤、干燥和过滤，过滤后所得滤液进行减压蒸馏，除去萃取时采用的溶剂，最后得到产品二硫代二乙二醇液体。

根据上述的水溶性氨基酸催化合成二硫代二乙二醇的方法，所述水溶性氨基酸为脯氨酸、丝氨酸、赖氨酸或丙氨酸。

根据上述的水溶性氨基酸催化合成二硫代二乙二醇的方法，步骤b中所述控制反应温度为20～40℃，反应时间为7～9h。

根据上述的水溶性氨基酸催化合成二硫代二乙二醇的方法，步骤c中所述所得反应液进行萃取时，采用的溶剂为乙酸乙酯、乙醚或石油醚。

根据上述的水溶性氨基酸催化合成二硫代二乙二醇的方法，步骤c中萃取后所得反应液依次进行洗涤、干燥和过滤的具体操作过程为：萃取后所得有机相采用碳酸钠溶液进行洗涤，接着采用无水硫酸钠进行干燥，干燥后过滤。

根据上述的水溶性氨基酸催化合成二硫代二乙二醇的方法，步骤c中所述减压蒸馏时控制压力为0.75mpa，温度为45℃。

本发明技术方案的合成路线示意图详见附图4。

本发明的积极有益效果：

1、本发明技术方案采用小分子氨基酸作为催化剂、巯基乙醇作为原料和双氧水作为氧化剂，一步合成本发明产品，产物只有二硫代二乙二醇和水。利用本发明方法制备二硫代二乙二醇，制备方法简单、易于分离提纯；并且在没有采用任何有机溶剂的条件下合成二硫代二乙二醇。采用本发明技术方案制备二硫代二乙二醇，生产成本低、反应条件温和，反应后产品易于分离，节能降耗，有利于环保。

2、本发明使用的催化剂小分子氨基酸是一种蛋白质结构的氨基酸，具有多种功能，来源广泛。氨基酸催化效果好，反应体系简单，反应温和，合成过程简便，反应在常温常压下进行，节能降耗，产品选择性好，无副产物，后续产品分离方便，大大节省了产物分离成本，经过萃取、洗涤及减压蒸馏可得到99％高纯度的二硫代二乙二醇产品，明显优于现有的方法。

3、本发明技术方案中没有采用有机溶剂，不需要加入昂贵的溶剂，从而有效地降低了生产成本。因此，具有显著的经济效益和社会效益。

4、本发明技术方案采用双氧水为氧化剂，双氧水来源广价格低，有助于降低生产成本；反应结束后副产物只有水、无污染，是一条环境友好型的清洁路线，可实现工业化生产。因此，本发明技术方案具有显著的经济效益和社会效益。

四、附图说明：

图1本发明所得产品二硫代二乙二醇的红外光谱图；

由图1可知：3350cm^-1处的吸收峰应对应分子中的o-h结构；2930cm^-1处的吸收峰应为分子中亚甲基-ch2的峰；1025cm^-1处的吸收峰应为分子中伯醇c-o键的峰；629cm^-1处的吸收峰应为c-s键出的峰；2550-2600cm^-1处本应是s-h的出峰位置，但图中该处并未出现吸收峰，可见产物中已不含β-巯基乙醇。以上官基团均与二硫代二乙二醇的分子结构相对应，所以能够证明本发明所得产物即为二硫代二乙二醇。

图2本发明产品的¹h-nmr谱图；

将本发明所得产品溶于氘代水(d2o)中，分别得到本发明产品的¹h-nmr谱图(详见图2)。

由图2可知：化学位移δ＝4.7处的峰应为溶剂氘代水的质子峰；δ＝3.7处的峰应代表与羟基相连的亚甲基质子；δ＝2.8处的峰应为与硫原子相连的亚甲基质子。另外，δ＝3.7处和δ＝2.8处的亚甲基都是三重峰，这种组合说明了“-ch2ch2-”结构的存在。二硫代二乙二醇的分子结构是对称的，同种类型的质子不重复出峰，所以该图显示的结果与二硫代二乙二醇的结构是完全相符的。

图3本发明产品分析的典型色谱图；

hplc条件如下：

采用岛津高效液相色谱(lc-20at)，反相c18150mm×4.6mm×5μm色谱柱，采用乙腈和水作为流动相。具体条件：流动相乙腈-水(乙腈与水的体积比为10：90)，流速1.0ml·min^-1，进样量0.5μl，检测波长272nm，柱温40℃。

在该色谱条件下对本发明产品二硫代二乙二醇产物进行分析。

由图3可知：二硫代二乙二醇5.91min为二硫代二乙二醇。由此可以说明本发明氨基酸催化合成二硫代二乙二醇的工艺，无其他副产物，后续产品分离纯化简单；

图4本发明技术方案的合成路线示意图。

五、具体实施方式：

以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明保护的技术内容。

实施例1：