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含肟醚的新型噻二唑類化合物的合成及表征

                      含肟醚的新型噻二唑類化合物的合成及表征
                                曹宇,黃講,黃振宇,楊小洪
           ( 湖北民族學院化學與環境工程學院,湖北恩施445000)
    摘要: 氯乙酸與氨基硫脲反應合成了2-氨基-5-氯甲基-1,3,4-噻二唑,芳香醛與羥胺反應合成了取代苯基甲酮肟,2-氨基-5-氯甲基-1,3,4-噻二唑與取代苯基甲酮肟反應得到6 個未見文獻報道的目標化合物肟醚。經元素分析、IR 和1HNMR進行了結構確認。
    關鍵詞: 肟醚; 噻二唑; 合成
    中圖分類號: O626 文獻標識碼: A 文章編號: 0258-3283( 2013) 10-0951-03
    含氮雜環由于其廣泛的生物活性及已上市的許多優秀農藥品種已被大眾所熟知,其藥效性之高、殺菌譜之廣、內吸性之好一直是藥物和農藥化學研究的重點和熱點[1-8]。2-氨基-5-烷基-1,3,4-噻二唑類化合物自1998 年報道以來,用濃硫酸作脫水劑和催化劑的合成路線已被廣大雜環合成工作者所認同,但縱觀國內外文獻報道,雖然合成的該類雜環化合物數以萬計,但以氯乙酸作起始原料,濃硫酸作脫水劑合成2-氨基-5-氯甲基-1,3,4-噻二唑結構的方法難覓蹤跡。作者按文獻的方法合成該化合物未果,推測其主要原因在于氯乙酸在該反應條件下的強活性: 在反應前期容易脫羧,反應后期容易水解。通過改進,以較高產率得到了目標化合物。
    肟醚類化合物也是一類具有廣譜生物活性的物質,在農藥中被用作殺蟲、除草、殺菌等方面[9-12]。本實驗根據電子等排原理,將1,3,4-噻二唑活性亞結構引入到肟醚中,希望得到生物活性優良的化合物,有關這些化合物的生物活性正在研究中,合成路線如下所示。
    
    1· 實驗部分
    1. 1 主要儀器與試劑
    IR200 型紅外光譜儀( KBr 壓片,美國Nicolet公司) ; Esquire 3000 質譜儀( 德國Bruker 公司) ;DPX400 MHz 核磁共振儀( TMS 作內標,CDCl3作溶劑,美國Bruker 公司) ; Flash EA 1112 型元素分析儀( 德國Elementar 公司) ; X-6 型顯微熔點測定儀( 北京泰克儀器有限公司) ; JA2003 型電子天平( 北京賽多利斯儀器有限公司) 。
    氨基硫脲( 化學純,國藥集團化學試劑有限公司) ; 其他試劑均為國產分析純。
    1. 2 實驗步驟
    1. 2. 1 2-氯甲基-5-氨基-1,3,4-噻二唑的合成
    參照文獻[13],分別稱取0. 1 mol 氨基硫脲和0. 12 mol 氯乙酸,加入到250 mL 三口燒瓶中,在0 ~ 5 ℃下加入30 mL DMF,攪拌至完全溶解。升溫至40 ℃,攪拌回流2 h,緩慢滴加10 mL 濃硫酸,升溫至80 ℃,回流6 h,冷卻至室溫,在0 ~5 ℃下用氨水中和至pH 7,靜置過夜,抽濾得淺黃色固體粉末。用無水乙醇重結晶,得產品。
    1. 2. 2 中間體2 的合成
    分別取0. 1 mol 芳香醛、0. 12 mol 鹽酸羥胺和30 mL 無水乙醇,加入到250 mL 三口燒瓶中,充分攪拌,升溫至60 ℃,分批次加入0. 12 mol 氫氧化鈉,回流2 h,冷卻至室溫,有大量白色固體出現,抽濾,無水乙醇重結晶,得白色晶體化合物2a ~ 2f,測得化合物2a: m. p. 32 ~ 33 ℃( 文獻值:32 ~ 33 ℃) ,產率78%; 化合物2b: m. p. 108 ~109 ℃( 文獻值: 108 ~ 109 ℃) ,產率64%; 化合物2c: m. p. 148 ~ 149 ℃( 文獻值: 148 ~ 149 ℃) ,產率72%; 化合物2d: m. p. 129 ~ 130 ℃ ( 文獻值:128 ~ 129 ℃) ,產率86%; 化合物2e: m. p. 28 ~29 ℃( 文獻值: 28 ~ 29 ℃) ,產率75%; 化合物2f:m. p. 121 ~ 122 ℃ ( 文獻值: 122 ~ 123 ℃) ,產率70%[14, 15]。
    1. 2. 3 目標化合物的合成
    分別取0. 01 mol 化合物1 和2 于三口瓶中,加20 mL 無水乙醚,攪拌至完全溶解,加入0. 015mol 碳酸鉀,升溫回流,用TLC[硅膠GF254,展開劑: V( 乙酸乙酯) ∶ V( 石油醚) = 3∶ 1]跟蹤反應,反應結束后旋干溶劑,晾干,無水乙醇重結晶,得產品化合物3a ~ 3f。各化合物的物理常數及波譜數據見表1 ~ 3。
    
    
    2· 結果與討論
    2. 1 合成部分
    在合成中間體1 的時候,相似化合物的文獻方法是在濃硫酸的作用下,氨基硫脲與有機酸在80 ℃條件下回流6 h,冷卻,然后將反應液倒入冰水中,調節至pH 8,靜置過夜,抽濾得產品。然而我們在用相同的方法操作時卻不能得到產品。經分析認為,一方面由于氯乙酸羧基的α 位有吸電子的氯原子,并且反應體系中有強脫水劑濃硫酸,所以氯乙酸非常容易脫羧,操作中表現為有大量氣泡產生,從而有效有機酸的量大大減少,轉化到目標產物的就更少; 另一方面,即使有少量氯乙酸和氨基硫脲反應生成了目標產物,但按文獻方法,在將反應液倒入冰水時仍會產生大量的熱,導致體系溫度上升,并且后期會調節至pH 8,在堿性環境里靜置過夜,在該條件下,處于芳香環噻二唑側鏈α 位的氯原子非常活潑,也會水解,導致產物很少。
    綜合考慮以上因素及在按文獻操作時的實際情況,我們改進了實驗條件,即用DMF 作溶劑,在0 ~ 5 ℃攪拌至完全溶解,升溫至40 ℃,攪拌回流2 h,讓氯乙酸與氨基硫脲充分完成酸堿中和反應及部分脫水反應,然后緩慢滴加10 mL 濃硫酸,升溫至80 ℃,回流6 h,完成酰胺硫脲的脫水關環反應,最后將反應體系冷卻至室溫,在冰水浴中用氨水中和至pH 7,低溫和保持中性環境,減少了發生水解反應的可能性,最終以較高產率得到產品。可能的反應機理如下所示。
    
    2. 2 目標化合物的波譜特征
    目標化合物的IR 中1 500 cm - 1 左右出現苯環的特征碳骨架伸縮震動吸收峰,1 300 cm - 1 左右出現噻二唑雜環中C=N雙鍵的吸收峰,3000cm - 1左右出現噻二唑環NH2的吸收峰; 1HNMR中δ7. 0 左右出現苯環上氫的化學位移,δ8. 12 左右為苯環側鏈 α 位 N=CH 中氫的化學位移,δ4. 58左右為芳雜環側鏈α 位CH2的化學位移; MS 數據與目標化合物的分子量相符; 元素分析結果與理論值吻合良好。以上數據說明,所合成的化合物確為合成路線中所示化合物結構。
    3· 結論
    3. 1 以DMF 作溶劑, 40 ℃完成酸堿中和反應和部分銨鹽脫水反應生成酰胺,然后在濃硫酸的催化下, 80 ℃條件下回流反應6 h; 控制溫度在0 ~5 ℃,中性條件下處理產品,以較高產率得到中間體1。
    3. 2 在無水條件下完成中間體1 即鹵代烴的醇解,制得目標化合物肟醚,對所有目標化合物進行了詳細表征。
參考文獻:
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