硫酚的合成-硕士论文

浙江大学 硕士学位论文 硫酚的合成 姓名：周美华 申请学位级别：硕士 专业：化学工程 指导教师：陈新志 20040301 浙江大学硕+ 学位论文 摘要 以间甲氧基苯胺为原料，经重氮化、黄原酸钠酯化、碱性水解、酸化合成间 甲氧基苯硫酚；以氯苯为原料，通过氯磺酸氯磺化再还原合成对氯苯硫酚；以 B 一萘磺酸钠为原料通过二氯亚砜氯化后还原合成B 一萘硫酚。 间甲氧基苯硫酚合成中，以廉价易得的间二硝基苯为原料，经过相转移催化 的亲核取代得到间硝基苯甲醚，合适的反应条件为：氢氧化钠：间二硝基苯= 1 2 5 ： 1 ，反应温度1 2 0 。C ，反应压力0 6 5 M p a ，氢氧化钠溶液滴加时间为3 h ，总反应 时间9 h ，合适的催化剂用量为1 8 一冠一6 醚0 1 ，四丁基溴化铵1 ( 相对于间二 硝基苯的质量百分比) ，间硝基苯甲醚收率9 5 0 1 。合成间甲氧基苯胺时采用 水合肼还原间硝基苯甲醚，合适原料配比为水合肼：问硝基苯甲醚= 1 7 5 ：1 ( 摩尔 比) ，问甲氧基苯胺收率8 5 7 8 。问甲氧基苯胺合成间甲氧基苯硫酚时，对酯 化反应进行了优化，得出较合适的反应条件：对于每1 0 0 9 间甲氧基苯胺，酯化 温度为2 0 。C ，酯化时间5 0 m i n 。特别是我们在酯化时加入甲苯作溶剂，可以有效 保护间甲氧基苯黄原酸酯，酯化产物中酯含量5 4 3 2 ，使酯化收率达到8 3 5 2 ； 以及在碱性水解时加入水合肼，可有效防止目标产物间甲氧基苯硫酚不被氧化， 不但省略了后续还原步骤，并使问甲氧基苯硫酚收率提高到7 3 2 0 。 对氯苯硫酚的合成中，通过对反应条件改进和优化，合适的氯磺化反应条件 为：氯磺酸：氯苯= 3 ：1 ( 摩尔比) ，对每0 2 m o l 氯苯，6 0 m l 四氯化碳为溶剂， 反应中分批加入N a C I ，加入量为9 9 J ，l m o l 氯苯。对氯苯磺酰氯收率8 7 ，6 8 ，以 氯苯计算的对氯苯硫酚收率7 3 3 2 ，硫酚中邻氯苯硫酚含量0 0 8 。 肛萘硫酚的合成以p 萘磺酸为原料，经酰氯化和还原合成得到，合适的反 应条件为：p 萘磺酸钠：S O C l 2 = 1 ：2 1 ( 摩尔比) ，N ，N 一二甲基甲酰胺( D M F ) 为溶剂，4 0 。0 酰氯化，合成磺酰氯的收率为收率8 8 3 8 ，以间甲氧基计算的肛 萘硫酚的收率为7 5 2 6 。 关键词：间甲氧基苯硫酚，对氯苯硫酚，B 一萘硫酚，间硝基苯甲醚，水合肼还 原，间甲氧基苯胺，重氮化，间甲氧基苯磺原酸酯，氯磺化 2 浙江大学硕士学位论文 A B S T R A C T m m e t h o x y b e n z e n e t h i o l w a s s y n t h e s i z e d 、 ，i mn l m e t h o x y a n i l i n e a st h er a w m a t e r i a l ，t h r o u g hd i a z o l e da n d f o l l o w e db ye s t e r i f i e dw i t hs o d i u m e t h y lx a n t h a t ea n d h y d r o l y z e d i n10 s o d i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n ，a n d t h e na c i d i f i c a t i o n P - C h l o r o b e n z e n e t h i o la n d 1 a p h t h a l e n e t h i o l w e r ea l s o s y n t h e s i z e dt h r o u g ht h e c o r r e s p o n d i n gc h l o r o s u l f o n y la c i d ，t h e n r e d u c t i o n D u r i n gt h es y n t h e s i so fm - m e t h o x y b e n z e n e t h i o l ，f i r s ts y n t h e s i z e dm n i t r o a n i s o l e w i t hc h e a pa n de a s i l yo b a t a i n e dm d i n i t r o b e n z e n ea sr a wm a t e r i a l ，u n d e rt h ep h a s e t r a n s f e rc a t a l y s i s ，t h r o u g hn u c l e o p h i l i cr e p l a c e m e n tw i t hN a O Hm e t h a n o ls o l u t i o n ， d r a w e dt h e p r e f e r a b l y r e a c t i o nc o n d i t i o n ：t h em o lr a t i oo fN a O Ht o m - d i n i t r o b e n z e n ew a s1 2 5 ( m o lr a t i o ) ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e1 2 0 。C ，r e a c t i o np r e s s u r e 0 6 5 M p a ，a d d i n gt h es o d i u mh y d r o x i d es o l u t i o nt i m e3 h ，t h et o t a lr e a c t i o nt i m e9 h ， s u i t a b l e a m o u n t o f l g - c r o w D _ 6 - e t h e r s O 1 T B A B ( b a s e d o n t h eq u a l i t y p e r c e n t a g e o f m d i n i t r o b e n z e n e ) ，m n i t r o a n i s o l ey i e l di s9 5 0 1 T h e nr e d u c e d m n i t r o a n i s o l ew i t h h y d r a z i n e t os y n t h e s i z em m e t h o x y a n i l i n e ，t h eo p t i m i z em a t e r i a lr a t i ow a s h y d r a z i n e ： m n i t r o a n i s o l e = 1 7 5 ：l ( m 0 1 ) o b t a i n e d8 5 7 8 y i e l d F o rt h ep r o c e s so fs y n t h e s i z i n g m m e t h o x y p h e n e t h i o l f r o mm m e t h o x y a n i l i n e ，o p t i m i z e dt h e e s t e r i l y i n g r e a c t i o n c o n d i t i o n ，d r a w e d t h ec o n c l u s i o n st h a tf o r 1 0 0 9m m e t h o x y a n i l i n e ：s e t e r i f i e d t e m p e r a t u r e2 0 * C 、s e t e r i f i e dt i m e5 0m i n u t e s ，a m o u n t o f w a t e rf o rs e t e r i f i e di s3 0 0 m l ， i n p a r t i c u l a r , w ea d d e dt o l u e n e a se s t e r i f i e ds o l v e n t st os e r v et h e m m e t h o x y b e n z e n e x a n t h a t e a n do b t a i n e d5 4 3 2 c o n t e n to fm m e t h o x yb e n z e n e x a n t h ei nt h e e s t e r i f y i n gp r o d u c t i o n ，e n h a n c e dt h em - m e t h o x yb e n z e n e x a n t h ey i e l dt o 8 3 5 2 ， d u r i n gt h ea l k a l e s e n c eh y d r o l y z a t i o nt h r o u g ha d d e dh y d r a z i n et op r e v e n tt h eo b j e c t p r o d u c t i o nf r o mo x i d i z i n g ，o b t a i n e d t h em - m e t h o x y p h e n e t h i o ly i e l d7 3 2 0 ，b a s e d o nt h em m e t h o x y a n l i n e D u r i n gt h es y n t h e s i so fp - c h l o r o b e n z e n e t h i o l ，o p t i m i z e dt h er e a c t i o nc o n d i t i o n ， t h ec h l o r o s u l f o n y lc o n d i t i o n ：t h em o lr a t i oo fc h l o r o s u l f o n y la c i dt oc h l o r o b e n z e n e W a s3 ，f o re v e r yO 2 m o lc h l o r o b e n z e n e ，u s e d6 0 m lc a r b o nt e t r a c h l o r i d ea ss o l v e n t ， a d d e dN a C It ot h er e a c t i o n s y s t e m ，t h e a m o u n to fN a C lw a s 9 9 f o r p e r m o l c h l o r o b e n z e n e P c h l o r o b e n z e n e s u l f o n y l c h l o r i d e y i e l dw a s8 6 7 8 ，t h ey i e l d o f P c h l o r o b e n z e n e t h i o lw a s 7 3 3 2 o - c h l o r o b e n z e n e t h i o lc o n t e n tw a sO 0 8 D u r i n gs y n t h e s i so f 3 - n a p h t h a l e n e t h i o l ，u s e d1 3 - N a p h t h y l s u l f o n i e a c i da s 3 浙江_ 久学硕士学位论文 m a t e r i a l ，t h r o u g ha c y l c h l o r i d ea n dd e o x i d i z e ，t h eo p t i m i z er e a c t i o nc o n g d l i t i o nw a s t h em a t e r i a lm o lr a t i oo fS O C l 2t o1 3 - N a p h t h y l s u l f o n i ea c i d2 1 ，w i t hD M Fa ss o l v e n t ， d i f f e r e n ts o l v e n t sg a v ed i f f e r e n ty i e l d ，a n dt h es u i t a b l es o l v e n t sw a sD M F , 4 0 t e m p e r a t u r e ，t h e1 3 - N a p h t h ) r l s u l f o n i c c h l o r i d e y i e l d8 8 3 8 ，t h ey i e l d o f 1 3 - n a p h t h a l e n e t h i o lw a s7 5 2 6 ，b a s e do n t h eI ： - N a p h t h y l s u l f o n i ca c i d K e y w o r d s ；m m e t h o x y p h e n e t h i o l ，P c h l o r o b e n z e n e t h i o l ，脚a p h t h a l e n e t h i o l ， m - n i t r o a n i s o l e ，h y d r a z i n er e d u c t i o n ，删一m e t h o x y a n i l i n e ，d i a z o t i z a t i o n ， m - m e t h o x y b e n z e n ex a n t h a t e ，c h l o r o s u l f o n a t i o n 4 浙江大学硕上学位论文 第1 章前言 硫酚是重要的化工原料和有机合成中间体，可广泛用于药物和染料的合成以 及高分子合成原料、铝合金缓蚀剂、重金属离子络合分析试剂、感光材料的还原 剂以及阻聚剂等。另外，由于它有极臭的臭味，其本身也可用于煤气检漏。 本文研究了三种硫酚，即问甲氧基苯硫酚、对氯硫酚、p 萘硫酚的合成工艺。 得到了合适的合成： 艺条件，分析和分离方法，为它们的工业生产提供了有用的 基础数据。 合成间甲氧基苯硫酚时，以间二硝基苯为起始原料，在相转移催化剂作用下 与N a O H 的甲醇溶液发生甲氧基化反应得到间硝基苯甲醚，将其用水合肼还原 得到间甲氧基苯胺，然后重氮化、乙基黄原酸钠酯化、碱性水解、酸化得到间甲 氧基苯硫酚，具体合成框架及合成工艺路线如图1 1 和图1 ，2 所示。 各步所取得的成果有以下一些： 间甲氧基 苯硫酚 1 碱性水解 间甲氧基苯胺 I 重氮化 2 乙基黄原 酸钠酯化 间甲氧基苯黄 原酸酯 图1 1 间甲氧基苯硫酚合成图 第一步：间硝基苯甲醚的合成 问二硝基苯为原料，与甲醇、相转移催化剂1 8 冠一6 醚和四丁基演化胺在 高压釜内混合，升温至1 2 0 。C ，通过滴加N a O H 的甲醇溶液合成间硝基苯甲醚， 收率9 5 0 1 。综合考察影响该反应的各因素，得到了合适的反应条件是：反应 温度1 2 0 。C ，反应压力O 6 5 M p a ，N a O H 的甲醇溶液滴加时间3 h ，总反应时间9 h ， N a O H ：间二硝基苯= 1 2 5 ：1 ( 摩尔比) ，以反应物甲醇为溶剂，合适的溶剂用甲 醇量为3 0 0 m I 0 5 t o o l 间硝基苯甲醚，供溶解N a O H 的甲醇用量为 1 4 0 m l 2 5 9 N a O H 0 5 t o o l 间硝基苯甲醚，相转移催化剂1 8 冠6 醚用量为O 1 ， 浙江大学硕士学位论文 四丁基溴化胺1 ( 相对于间二硝基苯的质量百分比) 。为间硝基苯甲醚的工业 生产提供了一条以间二硝基苯为原料，无需使用其它溶剂直接以反应物甲醇为溶 剂、操作方便、后处理简单、纯度好、收率高的台成路线。实验所得到的数据不 仅对间硝基苯甲醚的合成具有重要的指导意义，而且也可以为问甲氧基苯硫酚合 成中总收率提高及成本节约作出很大贡献。 文献报道的该步反应中存在的最大问题是：为了获得较高的原料转化率，采 用了若干极性非质予溶剂，如氯苯、D M F 、D M S O 、H M P A ( 六甲基磷酰胺) 、环 丁砜等，由于产物在这些溶剂中不能结晶，只能使用减压精馏分离产物，即使在 高真空条件下，仍有很高的釜温，引起产物分解结焦，收率下降。所以文献方法 溶剂价格高、收率低，后处理麻烦。本文成功采用相转移催化方法，使用甲醇既 作为甲氧基化试剂，又作为溶剂，反应后脱除回收，脱除溶剂后产物结晶析出， 纯度好，收率高。本文方法较文献方法有很大改进。 第二步：合成间甲氧基苯胺 以第一步反应合成得到的间硝基苯甲醚为原料，甲醇作溶剂，在F e C l 3 活 性炭催化体系作用下，于回流温度用水合肼还原合成间甲氧基苯胺。得出合适的 反应条件是：水合肼：间硝基苯甲醚= 1 7 5 ：l ( 摩尔比) ，活性炭5 7 2 ， F e C l 3 3 2 7 ( 相对间硝基苯甲醚的质量百分比) ，回流温度反应6 h ，收率8 5 7 8 。本反应环境污染小、反应条件温和、操作简便、适合于工业化生产的特点。 第三步：合成间甲氧基黄原酸酯 将间甲氧基苯胺于低温下重氮化，然后用乙基黄原酸钠酯化合成了间甲氧基 黄原酸酯。得到了合适的酯化反应条件是对于1 0 0 9 间甲氧基苯胺，酯化温度T = 2 0 ，酯化时间t = 5 0 m i n ，甲苯作溶剂，保护间甲氧基黄原酸酯。此条件下间甲氧 基黄原酸酯收率为8 3 5 2 ，原工艺不加惰性溶剂时，收率只有6 0 4 4 。 间甲氧基黄原酸酯在没有惰性溶剂保护的情况下，容易被氧化为二硫醚和 砜，虽然在原工艺中二硫醚等可用锌粉和浓盐酸还原为硫酚，不但成本增加，产 生大量的废渣，污染环境，而且砜等物质不能被锌粉还原为硫酚，影响收率。我 们在酯化中加入惰性溶剂甲苯，使酯的收率得以很大提高，从而提高了硫酚收率。 第四步：间甲氧基黄原酸酯的碱性水解 通过加入水合肼，可以防止水解的硫酚钠盐被氧化为二硫醚，得到了合适的 浙江大学硕士学位论文 水解反应条件：水解温度8 5 。C ，水解时间2 5 h ，水合肼加入量1 5 9 n O O g 问甲氧 基苯胺。 我们在碱性水解时) J H A 水合肼，可以防止间甲氧基苯硫酚钠盐被氧化为二硫 醚，从而只需酸化后即可得到间甲氧基苯硫酚，缩短了工艺流程，减少了还原步 骤对环境的污染。文献中需要用锌粉和浓盐酸将其还原，不仅难以完全回收被氧 化的硫酚钠，而且耗费锌粉，产生大量废渣，污染环境。 本研究由间甲氧基苯胺合成间甲氧基苯黄原酸酯的收率为8 3 5 2 ，合成间 甲氧基苯硫酚的收率为7 3 2 0 。 N a N O ， 驾丝g ! - 一2 M e O N 。鼍壁；塑整整堡磐剂 06 5 h 仲a ：1 2 0 C H S N a 图1 2 问甲氧基苯硫酚合成路线图 对氯苯硫酚合成是以氯苯为原料经氯磺化合成对氯苯磺酰氯，然后还原得到 反应式( 1 1 ) 。 + 2H S 0 3 C I 掣 堕堕竖L 回流 S O ，C l ( 1 1 ) “ - S H 合适的氯磺化反应条件：氯苯：氯磺酸= 1 ：3 ( 摩尔比) ，程序升温。反应 中分批加入N a C I ，总用量为9 9 2 2 5 9 氯苯，四氯化碳作溶剂，用量为6 0 m l 2 2 5 9 氯苯，氯磺化时间为2 h ，合成对氯苯磺酰氯收率8 7 6 8 ，还原时消耗3 0 9 F e 粉， l O O m l 浓盐酸，还原对氯苯磺酰氯合成对氯苯硫酚收率8 3 6 2 ，以氯苯为原料 合成对氯苯硫酚的收率为7 3 3 2 ，邻氯苯硫酚含量0 0 8 。改进后的工艺大大 6 6 浙江大学硕士学位论文 减少了氯磺酸的用量。 p 萘硫酚的合成采用p 萘磺酸钠为原料，以N ，N 一二甲基甲酰胺( D M F ) 为溶剂，经s 0 2 C l 氯化合成p 萘磺酰氯，然后用铁粉和浓盐酸还原得到，反应 式( 1 2 ) 。 q 将 了叩器 H z ， 合适的氯化条件为：B 萘磺酸钠：S O C l 2 = 1 ：2 1 ( 摩尔比) ，D M F 为溶剂， 反应温度4 0 。C ，氯化反应时间2 5 h ，还原用3 0 F e 粉4 6 9 B - 萘磺酸钠，还原反应 时间l h 。由B 萘磺酸钠合成p 萘硫酚的收率7 5 2 6 。 本文研究和改进的两种合成硫酚的方法( 芳胺重氮化一酯化一水解法和磺酰氯 的还原法) ，不仅为间甲氧基苯硫酚、对氯苯硫酚、S 一萘硫酚的生产获得了有 用的数据，而且对其它硫酚的合成借鉴作用。 浙江大学硕士学位论文 2 1 硫酚的用途 第2 章文献综述 硫酚是重要的有机化合物，广泛应用于医药、农业、染料行业，如用于合成 凝血酶阻聚剂，杀菌剂，治皮炎药物；硫酚也是高分子合成原料，铝合金缓蚀剂， 重金属离子络合分析试剂，感光材料的还原剂以及在农药上用于合成除草剂。目 前，硫酚在国内已有广泛生产。 2 1 1 在医药方面的应用 在医药上，间甲氧基苯硫酚可用于合成多种药物或药物中间体。如用于合成 带有某些取代基的联苯类化合物，这些化合物可以用作胰高血糖酶受体反协同 剂，用以治疗糖尿病”1 ；也可用于合成毗咯烷氧基苯并噻吩及其同系物，这些化 合物可以用作凝血酶阻聚剂，用于治疗败血症以及脓毒性休克“1 ；还可用于合成 苯磺胺类药物用做治疗内皮状的反协同剂，如甲氧基苯硫异唑苯磺胺药物的合 成，它是治疗内皮状的E T B 反协同剂”；另外，间甲氧基苯硫酚在医药上可用来 合成抗雄性激素，雌性激素药物，用于治疗甲状腺增生等疾病，如3 f 4 ( 2 胺基 乙氧基) 苯甲酰基1 苯并硫苯，分子结构式( V I ) ”1 ，合成过程：间甲氧基苯硫 酚与4 溴乙酰苯甲醚( I ) 反应，得到4 ，4 - 间甲氧基苯乙酰硫( I I ) ，式( 2 1 ) ， 产物与聚磷酸环化后脱甲基化反应得( I I I ) ，式( 2 2 ) ，( t I I ) 与氯甲基亚砜酯化 得( I V ) ，式( 2 3 ) ，( I V ) 与4 乙氧基二甲基氨基苯甲酰氯反应后重排得( V ) ， 式( 2 4 ) ，( V ) 水解得( V I ) ，式( 2 5 ) ，合成路线如图2 1 ： a H + 审 6 h B r + ( H 3 P 0 4 ) 翌兰， o M e 9 M ( I I ) ( 2 1 ) ( 22 ) 浙江大学硕士学位论文 + 2 M e S 叩嚣警 O M e O S O , M e ( 2 3 ) h 蚴2 N 旦M e 2 4 ， 图2 1 3 - 【4 一( 2 - 胺基乙氧基) 苯甲酰基1 苯并硫苯合成路线图 对氯苯硫酚也广泛应用于医药行业，如可以用来合成杀毒菌剂二氢苯并噻哺 a 9 了心 - 4 - 酮, 结构式 ，它是一种杀毒菌剂吲。对氯苯硫酚还可 N ( 0 H 3 ) 2 ，它适用于治疗忧郁症、精神分裂症、神经官能症及 兴奋躁动等，其合成方法是以邻氨基苯磺酸为原料经重氮化后，与对氯苯硫酚 缩合得4 一氯二苯硫一2 一羧酸，用浓硫酸脱水环合得2 一氯硫杂蒽酮，经G r i g n a r d 反 应，再用浓硫酸脱水得a ，B 一泰尔登混合物，用石油醚处理分离得a 体( z ) ，回 C + e 浙江大学硕上学位论文 收p 体( E ) 用硫酸转化为n 体。具体合成过程反应式图2 2 。p 萘硫酚在医药 合成中也是重要的合成中间体，如治疗乙肝，丙肝的一些药物通常是羟基嘌呤衍 生物，这些衍生物可以用作干扰素的诱发物，其合成中要用到B 一萘硫酚阻，p 一 萘硫酚还可用作流量泵阻聚剂肽类化合物的合成中间体“，也可用于皮炎治疗中 磷脂酶类抑制剂吲哚类化合物“”的合成。 噼“警孵“夕L 、N H 2 o 5 弋夕L 、N 删 c 一, - - - s “蜒= = 。I 一如一出文汐州 H 2 S 0 4 6 0 7 0 CHCH2CH2，N宇3一)2 a ，1 3 一泰尔登 图22 泰尔登合成路线图 。一泰尔登 2 1 2 在农药方面的应用 农药方面，对氯苯硫酚可以用来合成除草剂，如1 氯2 ( 8 - 氯4 ，4 - 二甲基 1 ，1 - 二氧代苯并二氢吡喃7 基) 羰基1 ，3 - 环己基3 酮就是其中一种，在出苗 后至成熟前的苗期使用时只使用0 2 5 0 5 k g h a 就有很好的除草活性m 1 。 2 1 3 在染料方面的应用 硫酚类化合物还广泛用在染料行业，间甲氧基苯硫酚可用于合成光致变色的 噻吩并一2 H 一铬，具体合成过程如下：间甲氧基苯硫酚与3 一溴一2 一丁酮在碱性介质 中反应，得到氧代( 酮基) 芳基硫化物，随后再与P 2 0 ，或聚磷酸进行环化得到羟 基苯并噻吩，它是合成光致变色的噻吩并一2 H 一铬的原料“。间甲氧基苯硫酚还可 用于合成多种染料，如其中共轭N ，N 一( 多烯二亚基) 二亚磺酰胺就是一类生 浙江大学硕上学位论文 色团，其中N ，N 一二( 芳基硫) 醌二亚胺是一类工业上常用的染料；如N ，N 一 二( 间甲氧基硫) 醌二亚胺是一种用以染色合成纤维的染料，在溶剂中可以将合 成纤维染成黄至紫色，其合成就是通过就是通过间甲氧基苯硫酚与对氯醌二亚胺 在二氧杂环己烷中反应3 0 一6 0 分钟得到1 ，反应方程式( 2 6 ) ： o 一一s w o o 一亿s ， 对氯苯硫酚在染料行业也是重要的合成中间体和原料，N ，N 一二( 对氯苯 基硫) 醌二亚胺也是一种重要的合成纤维的染料，其合成原料之一便是对氯苯硫 酚。具体合成过程是：对氯苯硫酚与1 ，4 - 二胺基苯在二氯甲烷和吡啶的混合溶 剂中缩合3 0 6 0 分钟得到，收率4 3 1 。反应方程式( 2 7 ) 。 一。叫啦监c 卜刚。刊 叫z ， 2 2 国内生产硫酚的公司 目前，浙江缙云寿尔福化工有限公司是国内生产巯基化合物的重要基地， 至今已开发研究生产对卤苯硫酚，对羟基苯硫酚，萘硫酚，间甲氧基苯硫酚等。 另外还有上海美环化工有限公司、浙江义乌高登精细化工有限有限公司、浙江 欣阳三友精细化工有限公司、南通巴城化学有限公司、如皋市恒祥化工有限责 任公司。 2 3 硫酚的合成 硫酚的合成方法有：1 芳胺重氮化一酯化一碱性水解一还原法；2 硫醚选择性 脱去烷基法：3 磺酰氯还原法；4 以酚为原料的分子内转化法；5 分解法；6 酚醚为原料，s 。C 1 。试剂缩合法：7 s 一芳基乙酸氧化法，分述如下。 1 芳胺重氮化一酯化一碱性水解一还原法 文献。”1 提及了合成了硫酚的一种方法，如合成间甲氧基苯硫酚，其制法是： 以间甲氧基苯胺为原料，用稀盐酸先合成盐酸盐，然后用等当量的N a N O 。于4 。C 以下重氮化，所得产物在8 5 9 0 。C 与黄原酸钾反应，生成间甲氧基硫代黄原酸酯 1 2 浙江大学硕士学位论文 中间产物，再用K O H 的乙醇溶液煮沸所得的黄原酸酯，然后水蒸汽蒸馏，得间甲 氧基苯硫酚。合成过程如下。 第一步：由问甲氧基苯胺合成盐酸盐 第二步：重氮化 Q c H 3 A k 多少州H 2 第三步：酯化 Q c 码 瓴：C l + N a N 0 2 a qH C I H C I 。 E t O C S 2 N a - - - - 第四步：碱性水解、酸化和还原 H C l ( 2 8 ) ，、+ N a C I + H 2 0 ( 2 9 ) ，C l 。 1 K o H 强：器o 。 N 2 f + N a c l ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) 此法的优点在于重氮化是较为经典的反应，理论和实践上这方面的工艺比 2 硫醚选择性脱去烷基法 S C a b i d d u 等人报道了以六甲基磷酰胺为溶剂，二乙基胺钠( 或锂) 试剂 可以选择性地脱去S 一烷基键，使得芳基硫化物作为一个很好的离去基团，从而 得到对应的硫酚“”。反应式( 2 1 2 ) 。 R 钞R 警R 钞H 眩 R ( R L - H ，H s C ，H 3 C O ，C 2 H 5 ；科= H ；R J = C U 3 ) 在上述反应式中当刚= m H , C 0 ；R 2 = H ：R 3 = C H 。时断裂S C H 3 键便得到间甲 k b d 浙江大学硕士学位论文 氧基苯硫酚，使用二乙基胺钠和二乙基胺锂时收率分别为8 8 和4 7 。 此法存在需要耗用昂贵的六甲基磷酰胺溶剂和二乙基胺纳试剂，以及原料来 源受到限制等缺点，因此难以工业化。 3 磺酰氯还原法 南非G u i d o ，W P 等人研究了4 一和6 一羟基硫茚类化合物的合成，其中涉及 间甲氧基苯硫酚的合成。其方法是：在O 一5 将间氨基苯磺酸重氮化，在7 5 用 硫酸二甲酯和氢氧化钠水溶液热处理l h r ，用硫酸中和，蒸发，残渣用五氯化磷 回流l h r ，加苯萃取，用水和碳酸氢钠水溶液洗涤萃取液，得到间甲氧基苯磺酰 氯，后者用过量锌，硫酸和水还原，得到间甲氧基苯硫酚“。反应式( 2 1 3 ) 6 罴6 喵。 。豢d Z n ，H 书0 4 ( 2 1 3 ) 其合成过程是氨基经重氮化、水解、甲基化合成醚基，然后，磺酸基经氯化 还原为相应的硫酚。从而，此法其实质是由芳基磺酰氯( 或磺酸) 经还原合成相 应硫酚的合成路线。 4 以酚为原料的分子内转化法 以芳基酚类化合物为起始原料，经与二甲基硫代氨基甲酰氯反应，得到0 一 芳基二甲基硫氨基甲酸盐，将此中间产物在1 7 0 2 9 5 温度下异构化，转变成s 一 芳基氨基甲酸盐，再水解得到对应的硫酚“”1 。二甲基硫代氨基甲酰氯的结构式 i c l c N ( c H 3 ) 2 。二甲基硫代氨基甲酰氯是二硫化四甲基秋兰姆四氯化碳溶剂中 回流温度下被c l 。氯化再蒸馏收集6 5 6 8 “ C 得到”。1 ，二硫化四甲基秋兰姆的结构 ii 式( H 3 C ) 2 N c 一卜r e _ N ( c H 3 ) 2 。制备二甲基硫代氨基甲酰氯的反应式 ( 2 1 4 ) ，以酚为原料合成硫酚反应式( 2 1 5 ) 。 鲫臼 浙江大学硕士学位论文 c 蝎q ：N 1 1 正岬毗警c 卜- l N 。c 蝴：+ ：。J c ：。， A r o H ，A r O C S N R 叁L A r s C O N R A r S H ( 2 1 5 ) 此法的缺点是二甲基硫代氨基甲酰氯的制备比较困难，而且收率不高，只有 4 0 。 5 分解法 W h i t e ，R c 等人研究了1 ，2 ，3 - 苯并噻二唑类化合物的热分解和光化学分 解，其中6 一甲氧基苯并噻二唑在回流温度下加热2 4 天，或者通过派热克斯玻 璃在室温光照4 - 8 h r s ，均可使它转变成间甲氧基苯硫酚，热分解收率为3 0 ，光 化学分解收率为1 0 “。反应方程式( 2 1 6 ) 。 ( R = 0 C H 3 ，C I ，e l l s ，H ) 很明显，此法受到原料来源的限制，而且收率低。 6 酚醚为原料，s 。c l 。试剂缩合法 R a y ，J N 在噻蒽系列的合成研究时发现苯甲醚与S 。c 1 。缩合后的产物在水 中分解，得到一种粘稠的红色的重油，其颜色具有硫酸特性，将其蒸馏得到间甲 氧基苯硫酚和对问甲氧基苯硫酚的混合物”，式( 2 1 7 ) 。 z 艿+ 墓, g c c ；一菠 9 M e o M e q f 旺m H 由这个方法得到的间甲氧基苯硫酚是邻位和对位的混合物，而且收率不详。 7 s 一芳基乙酸氧化法 K a b i l a n ，S 等人报道s 一芳基乙酸在矿物酸催化下被双氧水氧化，通过选择 性断裂S 一乙酸建得到相应的硫酚和乙醛酸。”。反应方程式( 2 1 8 ) 。 A r S C H ) C O O H H 1 0 1 ，二- A r S H + O H O E O O H ( 2 1 8 ) U 1 但是，起始原料s 一芳基乙酸的制备比较困难。 顶L 浙江大学硕上学位论文 2 4 本课题研究的目的与方案 2 4 1 本课题研究目的 研究和改进几个有实用价值的硫酚的生产工艺，具体的讲是间甲氧基苯硫 酚、对氯苯硫酚和t 3 一萘硫酚， 用间甲氧基苯胺重氮化、乙基黄原酸钠酯化、碱性水解及酸化的方法合成间 甲氧基苯硫酚；用氯苯氯磺化为对氯磺酰氯，然后还原合成对氯苯硫酚；用1 3 一 萘磺酸钠先氯化为磺酰氯再还原的方法合成B 一萘硫酚。 通过研究合成与分离工艺，提高产品收率，降低生产成本，减少污染排放， 为三个产品和工业化生产提供必要的基础数据。本研究对其它硫酚的生产有指导 意义。 2 4 2 实验方案的确定 由上可知，合成硫酚的方法较多，具体采用何种方法需要根据原料、市场情 况、工厂的生产设备等因素来确定，但是，重氮化一酯化一碱性水解酸化和还 原方法是合成硫酚最重要的两种方法，并广泛应用于研究和生产中，本研究选择 具有实际意义的三种硫酚，间甲氧基苯硫酚、对氯苯硫酚和1 3 一萘硫酚为研究 对象，可以对这三种硫酚及其它硫酚合成具有重要的实际和理论意义。 2 。5 三种硫酚的结构和物性参数 间甲氧基苯硫酚、对氯苯硫酚和肛萘硫酚的结构式图2 3 、2 4 和2 5 。物性 参数表2 1 1 。 a H S H 图2 3 间甲氧基苯硫酚图2 4 对氯苯硫酚 表2 1 三种硫酚的物性参数 1 6 图2 51 3 - 萘硫酚 H 浙江大学硕十学位论文 物质英文名分子式分子量熔点沸 C A S 溶解性 点( ) 间甲氧基z r - M e t h o x y b eC 7 H 8 0 S1 4 0 1 5B p ： 1 5 5 7 0 1 2 4 溶于苯、醚、 苯硫酚 n z e n e t h i 0 12 2 3 2 2 6 热醇和氯仿 对氯苯硫p - C h l o r o t h iC 6 f i 5 C 1 S 1 4 4 6 2 B p ： 1 0 65 47 溶于苯、醚、 酚 o p h e n o l 2 0 5 2 0 7 热醇 B 一萘硫 B N a p h t h y C l o H 8 S1 6 0 2 4 M p ：8 1 9 卜6 0 1 溶于苯、醚、 酚l t h i o l热醇 1 7 浙江大学硕十学位论文 3 1 引言 第3 章间甲氧基苯硫酚的合成 根据文献“”垮艮道，选择以间甲氧基苯胺为原料经重氮化、乙基黄原酸钠酯 化、碱性水解、还原的合成路线。具体合成路线如图3 1 所示。 9 C H 3 9 c H 3 嚣秽1 瓴 2 Z n 粉+ 浓盐酸 1 浓盐酸酸化 3 2 本章研究目标 图3 1 间甲氧基苯硫酚合成路线图 a 采用间二硝基苯为原料，在相转移催化和一定温度压力下合成间硝基苯甲 醚，简化后处理过程，提高收率，降低成本。 用水合肼还原间硝基苯甲醚为间甲氧基苯胺。 以间甲氧基苯胺为原料经重氮化、乙基黄原酸钠酯化、碱性水解、酸化合成 间甲氧基苯硫酚。寻找各步合成过程的关键因素，如合适的溶剂及用量、催化剂 及用量，使整个合成过程硫酚的收率比文献有所提高。 3 3 间硝基苯甲醚合成 图3 1 中的原料间甲氧基苯胺可以由间二硝基苯经甲氧根离子亲核取代合成 间硝基苯甲醚，再还原得到，图3 2 。 N O + 2 M e O H - I - N a O H 0 盥, 6 5 M P a 必；1 2 0 * C 瓴Q C H 3 羚瓴M 9 c H 3 N 如 岣艿 艿 浙江大学硕士学位论文 3 3 1 芳环上的亲核取代反应 在富电子的苯环上的亲屯取代反应可以在比较温和的条件下进行，丽亲核取 代则相对比较困难。一般在芳环已经存在较强的吸电子基团上如硝基、腈基、三 氟甲基等芳环的亲核取代反应可能发生，采用极性非质子溶剂D M F 、D M S O 、 H M P T ( 六甲基磷酰三胺) 可以提高底物的转化率。如间二硝基苯，与甲醇和氢氧 化钠在甲醇溶剂中回流反应9 h ，反应混合物中几乎检测不到间硝基苯甲醚。当 该反应在偶极性质子溶剂H M P T ( 六甲基磷酰胺) 中于目标温度下反应，可以得到 8 3 收率的问硝基苯甲醚”“。 使用相转移催化剂是一个有效的促进亲核取代反应的措施。相转移催化七十 年代初期发展起来的一项合成技术。6 “，通过相转移催化技术，使得大量原先速 度很慢或需苛刻条件的反应，在相转移催化技术下可在缓和的条件下，高收率地 完成。如对氯硝基苯与甲醇和氢氧化钠混合在8 5 条件下反应1 0 h ，反应混合物 中几乎检测不到对硝基苯甲醚。但据文献。”川报道，使用相转移催化剂，于8 56 C 条件下可以得到收率为9 4 7 的对硝基苯甲醚。 相转移催化剂种类很多，有蝓盐型( 季铵盐、叔胺、季钟盐、季鳞盐) 、- 丌 链聚醚、冠醚、聚乙二醇等。 3 3 2 文献合成间硝基苯甲醚方法 根据原料不同，合成间硝基苯甲醚的方法有以下合成路线： 方法一、以间硝基苯胺为原料、经重氮化、水解生成间硝基酚，再醚化反应 合成 通常，醚的合成是通过相应的胺，经重氮化后水解为相应的酚，然后用甲基 化试剂使酚转化为相应的醚，常用的甲基化试剂是硫酸二甲酯”“，具体合成过程 图3 3 。 d m 恭磐& 洲 ( C H 3 ) 2 S 0 4 O H H 0 2 吱删， 图3 3 以间硝基苯胺为原料合成间硝基苯甲醚 方法二、以间二硝基苯为原料，经甲氧根离子亲核取代反应合成 1 9 浙江大学硕上学位论文 间硝基苯甲醚也可以由间二硝基苯经亲核取代反应合成，反应式( 3 1 ) 。此 法的文献报道有以下一些。 堡旦旦巫璺旦掣 H M P A N 0 2 ( 3 1 ) O C H 3 B e c k ，J R 在偶极性质子溶剂中，如六甲基磷酰胺为溶剂实现了该反应过程， 得到8 3 收率的问硝基苯甲醚o ”。K a w a k a m i ，T 【等人对该反应过程进行了理论上 的研究，在l ，3 二甲基咪唑烷酮( D M I ) 中，通过改变甲氧根离子的浓度可以 得到不同组成的产物，具体合成过程为：间二硝基苯与1 _ 2 当量的甲醇钾在1 ， 3 二甲基咪唑烷酮( D M I ) 中室温反应，得收率为6 5 的间硝基苯甲醚，当甲醇 钾大大过量，如为8 当量时，则不仅生成间硝基苯甲醚，而且得到2 ，4 - 二硝基 苯甲醚副产物o “。 反应机理图3 4 ，甲氧根离子首先通过M e i s e n h e i m e r 加成到苯环上，具体加 成位置与甲氧根离子的浓度有关，当甲氧根离子浓度不大时，只能通过加成到其 中一个连有硝基的苯环碳原子上，随着甲氧根离子浓度的增大，其碱性和亲核性 也增大，足以置换苯环上与硝基处于邻对位的氢原子，从而生成2 ，4 - 二硝基苯 甲醚。 M e o K 一蟊一 I C H 3 图3 4 以间二硝基苯为原料，D M I 为溶剂 “ 合成间硝基苯甲醚 M o n t a n a r i ，F 等人以氯苯为溶剂，季类盐( 如三辛基甲基氯化铝) 为相转移 催化剂，l 摩尔问二硝基苯与1 4 摩尔纯度级的甲醇钠在8 0 下反应2 h 后水蒸 汽蒸馏得收率8 l 的间硝基苯甲醚o ”。 方法三、以问氯硝基苯为原料，在相转移催化下、经甲氧跟离子亲核取代反 降 + & 投 慨 文 浙江大学硕士学位论文 应合成，反应式( 3 2 ) 。 C- - I - M e o H + K O H 罴o - I - K C I + H 2 0 ( 3 2 ) O M e 最近国内首次报道以间氯硝基苯为原料，在相转移催化剂作用下，合成间硝 基苯甲醚，具体合成过程：0 1 m 0 1 间硝基氯苯，0 5 m o l 甲醇与2 5 ( 相对问 二硝基苯的重量百分比) 聚乙二醇一8 0 0 ( P E G 一8 0 0 ) 加热至回流温度滴加5 0 的K O H 溶液，K O H ：间二硝基苯= 3 ：1 ( 摩尔比) ，回流反应1 0 h ，甲苯萃取，减 压蒸馏得间硝基苯甲醚，收率8 5 3 汹1 。 此路线采用自j 氯硝基苯为原料，毒性大，会造成操作人员眼睛红肿、头晕、 恶心等身体不适反应。 方法一以间二硝基苯为原料，经重氮化、水解生成间硝基酚，再醚化合成流 程长，总收率不高。方法二以间二硝基为原料，在溶剂中与甲氧根离子发生亲核 取代反应而得，虽然流程短，一步即可完成，但文献报道均需要使用溶剂，使后 处理困难。方法三咀问硝基氯苯为原料，不需使用有机溶剂，在相转移催化剂下 与氢氧化钠的甲醇溶液反应而得。此路线虽然不需使用有机溶剂、反应条件温和、 流程短、收率高达8 4 7 ，原料不能完全转化，后处理需用甲苯萃取，后处理烦 琐。 我们选择方法二，以间二硝基苯为原料，以甲醇为溶剂和亲核试剂，通过加 入相转移催化剂，于一定压力和温度下滴加N a O H 甲醇溶液，实现间硝基苯甲醚 的合成。具体合成路线图3 2 。 反应机理图3 5 ：甲醇与氢氧化钠反应生成甲醇钠和水，这是一个可逆平衡 反应，式( 3 3 ) ；甲氧根离子与相转移催化剂结合成一种络合离子，式( 3 4 ) ； 络合离子通过M e i s e n h e i m e r 加成到苯环上，加成位置与甲氧根离子浓度有关， 即可以加成到与硝基相连的碳原子上，脱去硝基生成间硝基苯甲醚，式( 3 5 ) 也可以加成到硝基的邻对位，取代苯环上氢原子而生成2 ，4 - 二硝基苯甲醚，式 ( 3 6 ) 。 卜 浙江大学硕士学位论文 C H 3 0