一种制备2‑甲基‑5‑硫氰基噻吩的方法与流程

本发明属于有机化学合成技术领域，具体涉及一种制备2-甲基-5-硫氰基噻吩的方法。

背景技术：

硫氰基是有机合成中的重要官能团，它可以直接转化为含硫杂环化合物，也可以转化为硫酚、硫醚等化合物。因此带有硫氰基的噻吩是一种有价值的有机合成原料。噻吩的硫氰化反应是合成2-甲基-5-硫氰基噻吩的重要方法，使用的硫氰化试剂主要是硫氰酸盐。从电子得失守恒原理来看，硫氰酸盐中的硫氰负离子(SCN^-)不能直接取代芳环上的氢原子；需要加入氧化剂，把硫氰负离子氧化成硫氰自由基或正离子，反应才能进行；因此这类反应也被称为氧化硫氰化反应。目前，在噻吩的氧化硫氰化方面，化学工作者已经开发多种有效的氧化剂，例如：过硫酸氢钾(Org.Biomol.Chem.2015,13,6031-6038)、三氯化铁(Synthesis 2005,6,961-964)、高氯酸钠(Tetrahedron Lett.2014,55,4306-4309)、矾酸铵(J.Sulfur Chem.2014,35,606-612)、双氧水(Catal.Commun.2012,26,34-38)等化合物。从降低生产成本和减少污染的方面考虑，空气是一种更受青睐的氧化剂。然而在噻吩的氧化硫氰化方面，目前还未见使用空气作为氧化剂的报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种制备2-甲基-5-硫氰基噻吩的方法，使用空气作为氧化剂，生产成本低。

本发明采用如下技术方案：

一种制备2-甲基-5-硫氰基噻吩的方法，将2-甲基噻吩和硫氰酸盐溶解于有机溶剂制成反应液并在反应液中加入酸，然后反应液在二氧化氮和空气作用下，于反应容器中0～60℃密闭反应0.5～8h制备得到2-甲基-5-硫氰基噻吩；

所述2-甲基噻吩的结构式为：

所述2-甲基-5-硫氰基噻吩的结构式为

其中，所述2-甲基噻吩、硫氰酸盐和二氧化氮的摩尔比为1:(0.9～3):(0.03～0.3)。

进一步地，所述酸为三氟醋酸或盐酸，优选三氟醋酸，酸作为助剂，能够帮助催化剂二氧化氮发挥催化作用。

进一步地，所述酸的用量为每毫摩尔2-甲基噻吩加入0.02～0.6mL酸，优选0.4mL。

优选地，所述2-甲基噻吩、硫氰酸盐和二氧化氮的摩尔比为1:(1.8～3):(0.10～0.2)，最佳地，2-甲基噻吩、硫氰酸盐和二氧化氮的摩尔比为1:3:0.092。

优选地，制备时，反应温度为0～20℃，反应时间为2～8h，最佳地，反应温度为15℃，反应时间为5h。

具体地，所述硫氰酸盐为硫氰酸铵、硫氰酸钠、硫氰酸亚铜中的任意一种，优选硫氰酸铵。

具体地，所述有机溶剂为乙腈、甲苯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种，优选乙腈。

具体地，所述有机溶剂的用量为每毫摩尔2-甲基噻吩加入1～8mL有机溶剂，优选3mL。

本发明的有益效果如下：

本发明的基本原理为：在二氧化氮的催化和酸的助催化作用下，空气中的氧气把硫氰酸盐中的硫氰负离子氧化，生成具有亲电性的硫氰中间体，该硫氰中间体与苯环反应，生成2-甲基-5-硫氰基噻吩产物。

在反应容器中加入2-甲基噻吩、硫氰酸盐、有机溶剂和酸，再注入二氧化氮，密封反应容器后，在空气条件下反应制得2-甲基-5-硫氰基噻吩，反应式如下：

所得2-甲基-5-硫氰基噻吩产物通过气相色谱内标法进行定量，产率最高达91％，使用柱色谱法对进行提纯(流动相：体积比为8:1的石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂)，利用¹³C-NMR和¹H-NMR确定产物结构如下：

本发明以便宜清洁的空气为氧化剂，易于分离的二氧化氮为催化剂，提供了一种制备2-甲基-5-硫氰基噻吩的方法，生产成本低，污染少，环保经济。

附图说明

图1为实施例1所得2-甲基-5-硫氰基噻吩的¹H-NMR图谱(图1所示的¹H-NMR图谱与文献(J.Sulfur Chem.2014,35,606-612)中该化合物的图谱相吻合：其中δ＝7.22(d,1H)处为噻吩环上邻近硫氰基的一个氢的峰，6.73-6.74(m,1H)(m,2H)处为噻吩环上邻近甲基的一个氢的峰，2.50(d,3H)处为甲基上的三个氢的峰，与该化合物的结构相吻合)；

图2为实施例1所得2-甲基-5-硫氰基噻吩的¹³C-NMR图谱(图2所示的¹³C-NMR图谱与文献(J.Sulfur Chem.2014,35,606-612)中该化合物的图谱相吻合：δ＝15.9,110.8,114.6,126.8,138.3,149.3，共6种类型的碳，与该化合物的结构相吻合)。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明，但所述实施例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

把0.5mmol 2-甲基噻吩、1mmol硫氰酸铵、1.5mL乙腈和0.2mL三氟醋酸(三氟醋酸的质量分数为100％)加入到反应管中，再用注射器注入0.046mmol二氧化氮，密封反应管后在15℃反应5h(密封反应管时，空气也被密封在反应管中，所以该反应是在空气中进行，空气中的氧气发挥氧化作用)；待反应结束后，利用气相色谱内标法进行定量分析，产率为87％，通过柱色谱法对2-甲基-5-硫氰基噻吩产物进行分离提纯(流动相：体积比为8:1的石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂)，使用如图1所示的¹H-NMR和如图2所示的¹³C-NMR确定产物的结构如下：

实施例2

将实施例1中的三氟醋酸用等体积的盐酸(盐酸的质量分数为40％)替代，其他条件同实施例1。2-甲基-5-硫氰基噻吩产物的产率为66％。

实施例3-4

将实施例1中的硫氰酸铵分别用等摩尔量的硫氰酸钠、硫氰酸亚铜替代，其他条件同实施例1。2-甲基-5-硫氰基噻吩产物的产率分别为83％、50％。

实施例5-7

将实施例1中的乙腈分别用等体积的甲苯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺替代，其他条件同实施例1。2-甲基-5-硫氰基噻吩产物的产率分别为35％、19％、9％。

实施例8-13

将实施例1中的反应温度分别变为0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、60℃，其他条件同实施例1。2-甲基-5-硫氰基噻吩产物的产率分别为85％、87％、80％、59％、51％、32％。

实施例14-18

将实施例1中的反应时间分别变为0.5h、1h、2h、3h、8h，其他条件同实施例1。2-甲基-5-硫氰基噻吩产物的产率分别为55％、67％、80％、86％、85％。

实施例19-23

将实施例1中的硫氰酸铵的用量分别变为0.45mmol、0.65mmol、0.9mmol、1.2mmol、1.5mmol，其他条件同实施例1。2-甲基-5-硫氰基噻吩产物的产率分别为71％、78％、80％、85％、91％。

实施例24-28

将实施例1中的二氧化氮的用量分别变为0.015mmol、0.03mmol、0.08mmol、0.12mmol、0.15mmol，其他条件同实施例1。2-甲基-5-硫氰基噻吩产物的产率分别为37％、63％、86％、79％、73％。

实施例29-32

将实施例1中的三氟醋酸的用量分别变为0.01mL、0.1mL、0.15mL、0.3mL，其他条件同实施例1。2-甲基-5-硫氰基噻吩产物的产率分别为8％、65％、79％、82％。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。