一种制备硫脲衍生物并联产巯基丙酸的方法与流程

本发明涉及有机化工领域，具体涉及一种制备硫脲衍生物及3-巯基丙酸的工方法。

背景技术：

硫脲衍生物是在硫脲分子nh2-c(＝s)-nh2的基础上，引入各种基团取代h原子而形成的化合物。因硫脲衍生物含有活性原子硫或氮，使得其在农业、医药、有机合成、矿物浮选、环境监测等方面都具有广泛的应用。

现有合成硫脲衍生物的主要方法有：异硫氰酸酯法、二硫化碳法和硫代羰基转移法等。(1)异硫氰酸酯法，即以硫氰酸盐和卤化物制备异硫氰酸酯中间体，然后与有机胺加成合成硫脲(reeveswp，simmonsja，rudisja.phasetransfercatalysispreparationofarylthioethers.syntheticcommunications，1981，11(10)：781-785.；linq，fuyp，chenp，etal.colorimetricchemosensorsdesignedtoprovidehighsensitivityforhg²⁺inaqueoussolutions.dyesandpigments，2013，96(1)：1-6.)。由于卤化物的结构影响其与硫氰酸盐的反应效率，仅在酰基硫脲、苄基硫脲和烯丙基硫脲等制备时才获得好的效果。(2)二硫化碳法，即二硫化碳和有机胺为原料合成硫脲衍生物(allencfh，edensco，vanallanj.ethylenethiourea.organicsynthesis，1959，3：394-395；ballabenim，ballinir，bigif，etal.synthesisofsymmetricaln，n′-disubstitutedthioureasandheterocyclicthionesfromaminesandcs2overazno/al2o3compositeasheterogeneousandreusablecatalyst.journaloforganicchemistry，1999，64(3)，1029-1032)。该方法主要用来合成环状硫脲和对称硫脲，但原料单耗高。(3)硫代羰基转移法，该方法将硫代羰基转移试剂与有机胺通过亲核反应合成硫脲衍生物(mohantapk，dhars，samals，etal.1-(methyldithiocarbonyl)imidazole：ausefulthiocarbonyltransferreagentforsynthesisofsubstitutedthioureas.tetrahedron，2000，56(4)：629-637；maddanim，prabhukr.aconvenientmethodforthesynthesisofsubstitutedthioureas.tetrahedronletters，2007，48(40)：7151-7154)。该方法所采用的硫代羰基试剂(如二硫代氨基甲酸钼)不易制得，且价格较高。

3-巯基丙酸分子中同时含有巯基和羧基，是医药芬那露的中间体，也可用于制备热稳定剂、固化剂和抗氧化剂，是一种重要的工业原料，市场前景十分广阔。

现有3-巯基丙酸合成方法主要有：(1)丙烯酸-硫化氢高压合成法，以硫化氢作为巯基化试剂，与带有双键的丙烯酸进行加成反应生成3-巯基丙酸。该法合成工艺简单，但需要用到毒性很大的硫化氢为原料，并有副产物2-巯基丙酸和3，3’-硫代二丙酸生成。(2)硫氢化钠法是以硫氢化钠为巯基化试剂，与丙烯腈或丙烯酸发生亲核加成反应合成3-巯基丙酸的方法(姜旭，陈稼轩，龙春梅，蒋文伟.β-巯基丙酸的合成.精细化工中间体，2004，35(3)：48-49；冯柏成.β-巯基丙酸的合成研究.青岛化工学院学报，1998，19(1)：64-66)。(3)硫脲法是硫脲与丙烯酸在盐酸存在下，生成s-丙烯酸异硫脲，然后与氢氧化钠作用生成3-巯基丙酸盐，经酸化得到3-巯基丙酸；或硫脲法与一氯代丙酸反应，制得3-巯基丙酸。(4)硫代硫酸钠法是硫代硫酸钠与一氯代丙酸钠先发生取代反应生成中间产物，然后分解该中间产物得到3-巯基丙酸(刘德福，王密，高素华，等.3-氯丙酸路线合成3-巯基丙酸.化学工业与工程，2006，23(2)：130-132；中浜哲郎，高柳恭之.β-メルカペロヒォン酸の制造方法[p].jp昭59-29656，1984-09-07)。不难发现，3-巯基丙酸的合成中或用到剧毒的硫化氢气体，或合成过程中容易产生硫化氢气体(硫氢化钠法)，或要使用一氯代丙酸或硫脲等较贵的化工原料，这些都限制了3-巯基丙酸的工业生产或应用。

技术实现要素：

本发明拟克服现有硫脲衍生物和3-巯基丙酸合成技术的不足，提供一种全新的制备硫脲衍生物并联产3-巯基丙酸的方法，以实现硫脲衍生物和3-巯基丙酸的高效经济合成。

本发明提供了一种制备硫脲衍生物并联产巯基丙酸的方法，以具有式(i)结构式的s-丙烯酸-二硫代氨基甲酸酯为原料，在水相或有机溶剂中经碱中和后再与化学式为r²nhr³的有机胺进行胺解，获得具有式(ii)所示结构式的硫脲衍生物和3-巯基丙酸盐；3-巯基丙酸盐经酸化制得3-巯基丙酸；

其中，r¹、r²独自选自c1-c18的烃基或c3-c18的含氧烃基；r³为c1-c18的烃基、c3-c18的含氧烃基或氢。

本发明技术方案，以s-丙烯酸-二硫代氨基甲酸酯为原料，预先和碱反应，随后再和所述的有机胺进行氨解，分离硫脲衍生物和3-巯基丙酸，本发明方法反应时间短、工艺流程简单，反应较温和。

碱和氨解的反应体系可以是水溶液体系或者有机溶剂体系。

作为优选，所述的有机溶剂为二氧六烷、甲醇、乙醇、四氢呋喃、异丙醇中的至少一种。

所述的碱为优选为碱金属氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐或者氨水中的至少一种；进一步优选为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾或氨水中的至少一种。

作为优选，式(1)的s-丙烯酸-二硫代氨基甲酸酯和碱反应的温度例如为0～30℃。

作为优选，式(1)原料和碱反应后，添加有机胺，进行氨解反应。

作为优选，有机胺(r²nhr³)与s-丙烯酸-二硫代氨基甲酸酯的物质的量比为0.9～1.2。

作为优选，胺解反应温度为30-80℃；优选为60～70℃。

氨解反应时间优选为2～4小时。

氨解反应结束后，萃取分相，从有机相中分离获得硫脲衍生物；水相酸化(酸化ph优选为1～2)分离得到3-巯基丙酸。

本发明所述的r¹、r²、r³中，所述的c1-c18的烃基优选为c2-c12的烷基、c6-c12的芳基、c5-c12的五元或者六元的环烃基；进一步优选为c2-c8的烷基、苯基或苄基。所述的c3-c18的含氧烃基的结构式例如为-r4·o-r5，其中，r4、r5的总碳数为3～18。

作为优选，所述的r¹为c2-c12的烷基、c6-c12的芳基、c5-c12的五元或者六元的环烃基或c4-c15的含氧烃基；优选为c2-c8的烷基、苯基、苄基或c4-c11的含氧烃基；进一步优选为乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、正己基、正辛基、异辛基、乙氧丙基、丙氧丙基、异丙氧丙基、丁氧丙基或己氧丙基。

作为优选，所述的r²为c2-c12的烷基、c6-c12的芳基、c5-c12的五元或者六元的环烃基或c4-c15的含氧烃基；优选为c2-c8的烷基、苯基、苄基或c4-c11的含氧烃基；进一步优选为乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、正己基、正辛基、异辛基、乙氧丙基、丙氧丙基、异丙氧丙基、丁氧丙基或己氧丙基。

作为优选，r³为c2-c12的烷基、c6-c12的芳基、c5-c12的五元或者六元的环烃基、c4-c15的含氧烃基或氢；优选为c2-c8的烷基、苯基、苄基、c4-c11的含氧烃基或h；更进一步优选为氢、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、正己基、正辛基、异辛基、乙氧丙基、丙氧丙基、异丙氧丙基、丁氧丙基或己氧丙基。

更进一步优选，所述的r³为h。

优选的制备方法是：在10～30℃和搅拌下，往含s-丙烯酸-二硫代氨基甲酸酯的反应釜中加入naoh水溶液，待s-丙烯酸-二硫代氨基甲酸酯固体或有机相完全消失后，加入有机胺r²nhr³，并升温至60～70℃温度下搅拌2～4小时。反应结束后，静置分液，硫脲衍生物产品在有机相中。水相加入hcl将ph调至1～2，然后加入乙酸乙酯进行萃取，静置分液，脱溶后，得到3-巯基丙酸产品。其中优选的s-丙烯酸-二硫代氨基甲酸酯：naoh：有机胺：水的物质的量之比为1∶1∶1.1∶5～12，乙酸乙酯与水溶液的体积比为1∶1。优选的脱溶方法为常减压蒸馏。

本发明的有益效果：

现有的3-巯基丙酸的合成中或用到剧毒的硫化氢气体，或合成过程中容易生成硫化氢气体(硫氢化钠法)，或要使用一氯代丙酸或硫脲等较贵的化工原料。而硫脲衍生物的制备过程中或原料较贵，或原料单耗高，或只能合成特定硫脲衍生物。

本发明拟克服现有硫脲衍生物和3-巯基丙酸合成技术的不足，提供一种全新的制备硫脲衍生物并联产3-巯基丙酸的方法，以实现硫脲衍生物和3-巯基丙酸的同时高效经济合成。主要原料s-丙烯酸-二硫代氨基甲酸酯可通过有机胺、二硫化碳以及丙烯酸经麦克尔(michael)加成反应近原子经济性合成，经过中和、胺解制得相应硫脲衍生物和3-巯基丙酸，过程简单，反应温和，成本低，无有毒气体产生，具有商业化生产潜力。

附图说明

附图1为实施例1制得的n-正丙基-n′-异丙氧基丙基硫脲红外光谱；

附图2为实施例3制得的n-异丙氧基丙基-n′-丁氧基丙基硫脲的红外光谱；

附图3为实施例4制得的n-异丙氧基丙基-n′-乙氧基丙基硫脲红外光谱；

附图4为实施例5制得的n，n′-二丁氧基丙基硫脲的红外光谱；

附图5为3-巯基丙酸的红外光谱；

附图6为实施例1制得的n-正丙基-n′-异丙氧基丙基硫脲¹hnmr图；

具体实施方式

本发明由以下实施例进一步说明，但不受这些实施例的限制。实施例中所有份数和百分数除另有规定外均指质量。

实施例1n-正丙基-n′-异丙氧基丙基硫脲的制备

将21.13份纯度为99％的s-丙烯酸-n-正丙基二硫代氨基甲酸酯加入反应器中，将4.07份naoh溶于22.02份水后加入反应器，开启搅拌，观察到固体消失后，升温至65℃，然后加入13.14份异丙氧基丙胺，反应2小时。反应结束，往反应器中加入19.82份乙酸乙酯并充分搅拌，静置分液得上层有机相和下层水相，取上层有机相进行减压蒸馏，获得n-正丙基-n′-异丙氧基丙基硫脲(红外光谱见图1，h-nmr图见图6，谱图数据见表1)，收率为95.6％。下层水相用hcl将ph调至1～2，然后加入19.82份乙酸乙酯进行萃取，分液，取有机相，减压蒸馏脱除乙酸乙酯，获得3-巯基丙酸，收率为94.1％。

表1

实施例2n，n′-二正丙基硫脲的制备

用6.44份丙胺取代13.14份异丙氧基丙胺，其余条件同实施例1，获得收率为96.5％n，n′-二正丙基硫脲和收率为93.6％的3-巯基丙酸。

实施例3n-异丙氧基丙基-n′-丁氧基丙基硫脲的制备

将25.18份纯度为99％的s-丙烯酸-n-异丙氧基丙基二硫代氨基甲酸酯加入反应器中，将3.79份naoh溶于20.48份水后加入反应器，开启搅拌，观察到溶液无分层后，升温至70℃，然后加入13.69份丁氧基丙胺，反应2.5小时。反应结束，往反应器中加入18.43份乙酸乙酯并充分搅拌，静置分液得上层有机相和下层水相，取上层有机相进行溶剂脱除，获得n-异丙氧基丙基-n′-丁氧基丙基硫脲(红外光谱见图2)，收率为94.9％；下层水相用hcl将ph调至1～2，然后加入18.43份乙酸乙酯萃取，分液，取有机相，再减压蒸馏脱除乙酸乙酯，获得3-巯基丙酸，收率为93.6％。

实施例4n-异丙氧基丙基-n′-乙氧基丙基硫脲的制备

用24.52份纯度为99％的s-丙烯酸-n-乙氧基丙基二硫代氨基甲酸酯取代25.18份s-丙烯酸-n-异丙氧基丙基二硫代氨基甲酸酯，12.57份异丙氧基丙胺取代13.69份丁氧基丙胺，其余条件同实施例3，获得收率为94.5％的n-异丙氧基丙基-n′-乙氧基丙基硫脲(红外光谱见图4)和收率为92.5％的3-巯基丙酸。

实施例5n，n′-二丁氧基丙基硫脲的制备

将27.48份纯度为99％的s-丙烯酸-n-丁氧基丙基二硫代氨基甲酸酯加入反应器中，将3.93份naoh溶于21.24份水后加入反应器，开启搅拌，观察到溶液无分层后，升温至70℃，然后加入14.20份丁氧基丙胺，反应2小时。反应结束，往反应器中加入14.03份正己烷并充分搅拌，静置分液得上层有机相和下层水相，上层有机相进行减压蒸馏，获得n，n′-二丁氧基丙基硫脲(红外光谱见图5)，收率为98.5％。下层水相用hcl调ph至1～2，然后加入19.12份乙酸乙酯萃取，分液，取有机相，再减压蒸馏脱除乙酸乙酯，获得3-巯基丙酸，收率为95.7％。

实施例6n-正丙基-n′-异丙氧基丙基硫脲的制备

将22.93份纯度为99％的s-丙烯酸-n-正丙基二硫代氨基甲酸酯溶于20.56份二氧六环后加入反应器中，将4.42份naoh固体加入反应器，开启搅拌，观察到固体消失后，升温至65℃，然后加入14.26份异丙氧基丙胺，反应3小时。反应结束，减压蒸馏出二氧六环，然后往反应器中加入19.91份蒸馏水并充分搅拌，静置分液，所需的n-正丙基-n′-异丙氧基丙基硫脲在有机相中，其收率为91.5％。水相加hcl将ph调至1～2，然后加入17.92乙酸乙酯进行萃取，分液，有机相再减压蒸馏脱除乙酸乙酯，得3-巯基丙酸，收率为86.1％。

实施例7n-丁氧基丙基-n′，n′-二乙基硫脲的制备

将29.32份纯度为99％的s-丙烯酸-n-丁氧基丙基二硫代氨基甲酸酯加入反应器中，将4.20份naoh溶于22.67份水后加入反应器，开启搅拌，观察到溶液无分层后，然后加入8.44份二乙胺，升温至70℃，反应2小时。反应结束，往反应器中加入14.96份正己烷并充分搅拌，静置分液得上层有机相和下层水相，上层有机相进行减压蒸馏，获得n-丁氧基丙基-n′，n′-二乙基硫脲，收率为93.6％。下层水相用hcl调ph至1～2，然后加入20.41份乙酸乙酯萃取，分液，取有机相，再减压蒸馏脱除乙酸乙酯，获得3-巯基丙酸，收率为87.2％。

实施例8n-苄基-n′-乙氧基丙基硫脲的制备

将27.26份纯度为99％的s-丙烯酸-n-苄基二硫代氨基甲酸酯溶于19.85份二氧六环后加入反应器中，将4.27份naoh固体加入反应器，开启搅拌，观察到固体消失后，然后加入12.12份乙氧基丙胺，升温至65℃，反应3小时。反应结束，减压蒸馏出二氧六环，然后往反应器中加入19.21份蒸馏水并充分搅拌，静置分液，所需的n-苄基-n′-乙氧基丙基硫脲在有机相中，其收率为89.3％。水相加hcl将ph调至1～2，然后加入17.29乙酸乙酯进行萃取，分液，有机相再减压蒸馏脱除乙酸乙酯，得3-巯基丙酸，收率为85.1％。