6911-51-9 / 雙(2-噻吩基)二硫醚的制備

背景及概述

二硫醚是一種重要的有機(jī)試劑和合成中間體，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成、高分子等領(lǐng)域。在高分子領(lǐng)域，二硫醚可以作為硫化劑，用于生產(chǎn)合成橡膠、天然橡膠以及其他高彈體，可以使它們具有良好的抗拉強(qiáng)度。在醫(yī)藥領(lǐng)域，二硫醚是一種重要的藥物合成中間體。另外，烯丙基二硫醚、二烯丙基二硫醚等對(duì)降血壓有非常明顯的作用，可用于預(yù)防脂肪肝等，同時(shí)在降低血黏和聚集方面的效果非常明顯。此外，二硫醚極壓抗磨添加劑還是一種重要的潤滑油添加劑，可廣泛應(yīng)用于金屬加工極壓潤滑和潤滑油極壓抗磨等領(lǐng)域。有些二硫醚還可以應(yīng)用于飼料添加劑、香料香精、農(nóng)藥等的合成。在生物領(lǐng)域，二硫醚也有很多用途。由于二硫醚的應(yīng)用非常廣泛，研究者報(bào)道了二硫醚類化合物的多種合成方法。二噻吩二硫英文名稱：2,2'-DithienylDisulfide，中文別名：2-噻吩基二硫，CAS號(hào)：6911-51-9，分子式：C8H6S4，分子量：230.393，為黃色至綠色晶體，密度：1.45g/cm3，沸點(diǎn)：325.2ºCat760mmHg，熔點(diǎn)：55-60°C(lit.)。

制備

目前合成2-噻吩基二硫醚的主要方法有:1)以2-碘噻吩基為原料，在氧化銦納米顆粒的催化下，與納米硫反應(yīng)，該方法所需原料價(jià)格昂貴;2)以2-噻吩基甲醚為原料，與5-甲基-1，3，4-噻吩-2-硫醇鉀反應(yīng)，其反應(yīng)所需5-甲基-1，3，4-噻吩-2-硫醇鉀不易得，且反應(yīng)所需時(shí)間較長;3)以2-噻吩基硫基苯甲酸酯為原料，在二碘化釤催化下還原裂解，此方法所用催化劑較為昂貴。以2-噻吩基磺酰氯為原料，經(jīng)碘化鉀/亞硫酸氫鈉/甲酸體系還原制備2-噻吩基二硫醚，用亞硫酸氫鈉在質(zhì)子酸作用下產(chǎn)生的二氧化硫?qū)崿F(xiàn)了碘元素的部分循環(huán)，并考察了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、原料用量比和酸的種類等因素的影響，得到了最優(yōu)工藝條件，該方法具有易操作、反應(yīng)時(shí)間短和收率較高等優(yōu)點(diǎn)，加大了該技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)的可能性[1]。其制備反應(yīng)式如下圖：

圖1 雙(2-噻吩基)二硫醚制備反應(yīng)式

向三口瓶中依次加入2-噻吩基磺酰氯、KI、NaHSO3和水，攪拌并升溫至70～120℃，待溶液為有白色絮狀物的透亮淡黃色液體時(shí)，用自動(dòng)注射泵滴加甲酸1h，繼續(xù)反應(yīng)1～5h。反應(yīng)結(jié)束后抽濾得到白色固體，水洗掉無機(jī)鹽，用1，2-二氯乙烷重結(jié)晶，得到純度96%的2-噻吩基二硫醚。

結(jié)果與討論

酸對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

亞硫酸氫鈉在酸的存在下釋放的二氧化硫可以還原反應(yīng)產(chǎn)生的碘單質(zhì)，在5.1g原料(如無特殊說明，下文中原料即指2-噻吩基磺酰氯)、0.46g碘化鉀、14.07g亞硫酸氫鈉和30mL水條件下，考察22.6mmol鹽酸、11.3mmol硫酸、22.6mmol甲酸和22.6mmol乙酸對(duì)產(chǎn)品收率的影響，相同條件下，與HCl、H2SO4和CH3COOH相比，HCOOH得到的粗產(chǎn)品的收率最大，H2SO4和HCl次之。可能是因?yàn)橐宜岬乃嵝蕴酰焕趤喠蛩釟溻c的分解，產(chǎn)生二氧化硫的量太少，不能及時(shí)將主反應(yīng)產(chǎn)生的碘單質(zhì)還原為碘離子，不利于原料轉(zhuǎn)化率的提升，鹽酸和硫酸的酸性太強(qiáng)，不利于還原反應(yīng)的發(fā)生，因此選用酸性適中的甲酸。

碘化鉀的用量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

在溫度100℃、n(NaHSO3)∶n(2-噻吩基磺酰氯)=4∶1、n(HCOOH)∶n(2-噻吩基磺酰氯)=3∶1、30mLH2O、反應(yīng)時(shí)間4h的條件下，改變KI與原料的物質(zhì)的量比，通過反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相關(guān)知識(shí)，反應(yīng)物增加會(huì)使反應(yīng)平衡向產(chǎn)物增加的方向移動(dòng)，增大KI物質(zhì)的量，有利于原料充分轉(zhuǎn)化，從而提高產(chǎn)品收率。隨著KI量的增大，2-噻吩基二硫醚的收率不斷增加，當(dāng)物質(zhì)的量比達(dá)到3∶1時(shí)，繼續(xù)增加KI的物質(zhì)的量，產(chǎn)品收率基本不變，因此KI與2-噻吩基磺酰氯最佳物質(zhì)的量比為3∶1。亞硫酸氫鈉的用量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響在溫度100℃、n(KI)∶n(2-噻吩基磺酰氯)=3∶1、n(HCOOH)∶n(2-噻吩基磺酰氯)=3∶1、30mLH2O、反應(yīng)時(shí)間4h條件下，改變NaHSO3與原料的物質(zhì)的量比。增加NaHSO3的物質(zhì)的量，可以增加水溶液中二氧化硫的量，從而使反應(yīng)產(chǎn)生的碘單質(zhì)充分還原，有利于主反應(yīng)的進(jìn)行。由圖2可知，隨著NaHSO3用量的增加，2-噻吩基二硫醚的收率在物質(zhì)的量比為4∶1時(shí)達(dá)到最大，而且過量亞硫酸氫鈉增加了后處理的難度，故NaHSO3與2-噻吩基磺酰氯最佳物質(zhì)的量比為4∶1。

甲酸的用量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

在溫度100℃、n(KI)∶n(2-噻吩基磺酰氯)=3∶1、n(NaHSO3)∶n(2-噻吩基磺酰氯)=4∶1、30mLH2O、反應(yīng)時(shí)間4h的條件下，改變HCOOH與原料的物質(zhì)的量比。NaHSO3/KI/HCOOH是反應(yīng)的還原體系，其中甲酸的作用是質(zhì)子化NaHSO3，從而形成SO2，然后將其應(yīng)用于碘單質(zhì)的還原。隨著甲酸物質(zhì)的量的增大，2-噻吩基二硫醚的收率不斷增加，當(dāng)物質(zhì)的量比達(dá)到3∶1后，繼續(xù)增加甲酸的量，產(chǎn)品收率有所下降，可能原因是在甲酸過多的情況下，原料穩(wěn)定性降低，增大了副反應(yīng)發(fā)生的機(jī)率。因此HCOOH與2-噻吩基磺酰氯最佳物質(zhì)的量比為3∶1。

結(jié)論

本文以2-噻吩基磺酰氯為原料制備2-噻吩基二硫醚，采用KI/NaHCO3/HCOOH為還原體系，甲酸存在會(huì)使亞硫酸氫鈉釋放出二氧化硫，二氧化硫可用于還原反應(yīng)產(chǎn)生的碘單質(zhì)，因此實(shí)現(xiàn)碘元素的部分循環(huán)。通過單因素和正交試驗(yàn)得到了最佳工藝條件:n(NaHSO3)∶n(2-噻吩基磺酰氯)=4∶1、n(HCOOH)∶n(2-噻吩基磺酰氯)=3.5∶1、n(KI)∶n(2-噻吩基磺酰氯)=2.5∶1、反應(yīng)時(shí)間為2.5h、反應(yīng)溫度為100℃，此時(shí)產(chǎn)品收率為69.7%，經(jīng)重結(jié)晶處理后的產(chǎn)品純度可達(dá)96%以上。

參考文獻(xiàn)

[1]Soleiman-Beigi, Mohammad; Mohammadi, Fariba Tetrahedron Letters, 2012 , vol. 53, # 52 p. 7028 - 7030