异硫氰酸酯的制备及应用_袁露

王帅等［９］以对苯二甲酰氯和硫氰酸钠为原料 ， 采 用固－ 液相转移催化法， 制备了对苯二甲酰基二异硫 氰酸酯， 产品收率达 ９８．０％， 纯度达 ９８．２％。 ２．２ 二硫化碳法 ２．２．１ 三乙烯二胺催化合成法
杜 晓 华 等 ［ １０］ 用 三 乙 烯 二 胺 催 化 合 成 各 种 不 易 合 成 的芳基异硫氰酸酯， 包括苯环上含有硝基、三氟甲基 或者两个以上卤素及其它取代基的芳基异硫氰酸酯， 且使用了更为安全、方便的双 （ 三氯甲基） 碳酸酯 （ ＢＴＣ） 来 代 替 氯 甲 酸 酯 进 行 反 应 。在 三 乙 烯 二 胺 催 化下， 用二硫化碳代替剧毒二氯硫化碳合成各种含有 硝基、二氯甲基或两个以上卤素及其它取代基的难以 合 成 的 芳 基 异 硫 氰 酸 酯 效 果 较 好 ， 收 率 达 到 ７１％￣ ９５％， 因此这是一种简便、安全有效的方法。 ２．２．２ 重金属盐催化合成法
摘 要： 异硫氰酸酯作为一类重要的有机合成中间体， 其制备及应用受到广泛关注。笔者综述了异硫氰酸酯的多种
制备方法及其在化合物合成、生物技术方面的应用， 并对糖基异硫氰酸酯这类特殊的异硫氰酸酯的应用作了较详尽
的阐述。
关键词： 异硫氰酸酯； 制备； 应用
中图分类号： ＴＱ６１２．９
文献标识码： Ａ
文章编号： １００９－ ９２１２（ ２００７） ０６－ ００１０－ ０４
钟 宏 等［６］ 近 年 来 通 过 Ｎ－ 烃 氧 基 羰 基 异 硫 氰 酸 酯 的合成研究， 开发了一种新型的催 化 剂 双 （ ４－ Ｎ， Ｎ－ 二烷基氨基苯基） 甲烷， “一种 Ｎ－ 烃氧基羰基异硫氰 酸酯及其衍生物的制备方法”已获国家发明专利。该 发明专利的授权， 突破了国外知识产权的限制及技术 垄断。 ２．１．３ 酰氯与硫氰酸盐反应合成法
此方法一般用于合成酰基异硫氰酸酯， 反应方程 式如下：
魏 太 保 等［７， ８］ 分 别 采 用 固－ 液 相 转 移 催 化 法 和 液－ 液相转移催化法合成了苯甲酰基异硫氰酸酯， 并分别 考察了各反应条件对收率的影响， 在 ｎ（ 苯甲酰氯） ∶ｎ （ 硫氰酸胺） ＝０．０１０ ∶０．０１５、反应时 间 为 １ ｈ 时 收 率 最 高 ， 为 ９８％。 其 中 采 用 固 － 液 相 转 移 催 化 法 时 ， 用 ＰＥＧ－ ４００ 作 相 转 移 催 化 剂 ， 二 氯 甲 烷 作 溶 剂 ； 采 用 液－ 液相转移催化法时， 用四丁基碘化铵 （ ＴＢＡＢ） 作 相转移催化剂， 苯作溶剂。
第６期
袁 露， 等： 异硫氰酸酯的制备及应用
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是以氯甲酸酯和硫氰酸盐为原料， 采用以水为溶剂的 相转移催化合成方法， 相转移催化剂是其技术关键。
美国氰胺公司和拜尔公司分别拥有 Ｎ－ 烃氧基 羰 基异硫氰酸酯及其衍生物制备方法的专利， 氰胺公司 采用的催化剂为吡啶、喹啉等含有 １ 个或 ２ 个氮原子 的 六 元 单 环 或 十 元 稠 合 多 环 的 芳 香 杂 环 化 合 物 ［３， ４］， 而拜尔公司则采用 Ｎ， Ｎ－ 二烷基芳胺［５］。
第 ３７ 卷第 ６ 期 ２００７ 年 １２ 月
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综述与专论
精细化工中间体
ＦＩＮＥ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＴＥＲＭＥＤＩＡＴＥＳ
Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ６ Ｄｅｃ ２００７
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异硫氰酸酯的制备及应用
袁 露， 钟 宏， 刘广义
（ 中南大学 化学化工学院， 湖南 长沙 ４１００８３）
杨 旭 等 ［ １９］ 用 异 硫 氰 酸 酯 为 原 料 合 成 了 具 有 生 物 活 性的 ２－ （ １， ５－ 亚戊基） － ５－ 取代亚氨基－ △３－ １， ３， ４－ 噻 二唑啉。初步杀菌活性实验结果表明， 所有目标化合 物 在 １００ ｍｇ ／Ｌ 和 ５０ ｍｇ ／Ｌ 的 浓 度 下 ， 对 棉 花 立 枯 病 菌及棉花枯萎病有一定杀菌活性。
３ 异硫氰酸酯的应用
３．１ 异硫氰酸酯在化合物合成方面的应用 异硫氰酸酯分子中位于－ Ｎ＝Ｃ＝Ｓ 中的 Ｃ 有高度的
亲电性， 能够与亲核试剂发生亲核加成反应。 氨基、羟基、硫醇、β－ 羰基、羧酸等作为亲核试
剂都能与异硫氰酸酯发生亲核加成反应， 生成相应的
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精细化工中间体
第 ３７ 卷
硫脲。陈国广等［１６］针对不同活性的取代硫脲， 采用脂 肪胺或取代苯胺与二硫化碳或不同种类的异硫氰酸酯 反应， 合成了 ４ 种对称的和 １２ 种 非对称的硫脲衍生 物 。 刘 莹 等 ［ １７］ 用 取 代 吡 唑 醛 与 水 合 肼 反 应 生 成 的 腙 与 异氰酸酯、异硫氰酸酯反应， 制得一系列新型 Ｎ－ （ １－ 苯基－ ３－ 甲基－ ５－ 氯－ ４－ 吡唑 亚甲胺基） － Ｎ′－ 苯 基 脲 类 化合物。乐长高等［１８］ 用 ５－ 乙基－ ２－ 氨 基－ １， ３， ４－ 噻 二 唑和异硫氰酸苯酯为原料合成得到具有较强的抗菌活 性的 １－ （ ５－ 乙基－ １， ３， ４－ 噻唑基） － ３－ 苯基硫脲。
Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅｓ ＹＵＡＮ Ｌｕ， ＺＨＯＮＧ Ｈｏｎｇ， ＬＩＵ Ｇｕａｎｇ－ ｙｉ （ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅｓ ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓ， ａｎｄ ｉｔｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｐａｉｄ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｓｅｖｅｒａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ａｎｄ ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ， ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｌｙｃｏｓｙｌ ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅｓ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅｓ； ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
硫光气与３ ｈ） ， 收率较高 （ ７２％￣８０％） ， 步 骤也简单， 但是硫光气是剧毒的挥发性液体， 其生 产、贮运和使用都不安全， 对环境的危害也较大。 反应如下：
将 Ｎ 取代的硫脲与氯苯加热回流， 可以得到异 硫氰酸－ １－ 萘酯。此反应收率较高， 约为 ８６％￣８８％。 以 Ｎ， Ｎ－ 二苯基取代的硫脲为原料， 可得到苯基异硫 氰酸酯［１５］。此方法的反应时间约 ６￣７ ｈ， 收率为 ６８％， 但反应过程中应随时蒸出苯基异硫氰酸酯， 否则会极 大地降低收率。此外， 反应过程中还有水解副反应的 发生。
利用酰肼和异硫氰酸酯反应也可制得一系列的硫 脲及相关杂环衍生物， 这些衍生物大多具有较强的生 物活性。吴 厚 斌 等［２０］ 用 异 硫 氰 酸 酯 与 ２－ 氯 异 烟 酰 肼 反应制得具除草活性的 ２－ ［ （ ２－ 氯吡啶） － ４－ 基］ － ５－ 烷 氨基－ １， ３， ４ 噻二唑。所有化合物在土壤和茎叶处理 时均表现 出 一 定 的 除 草 活 性 。覃 兆 海 等［２１］ 也 用 ２－ 氯 异烟肼与芳基异硫氰酸酯合成了对水稻纹枯病菌的生 长具有较强的抑制活性的化合物 ２－ ［ （ ２－ 氯吡啶） － ４－ 基］ － ５－ 芳胺基－ １， ３， ４－ 噻二唑。 ３．２ 异硫氰酸酯在生物技术方面的应用
胡 浩 斌 等 ［ １４］ 以 烯 丙 基 卤 和 硫 氰 酸 盐 为 原 料 、 甲 醇 为溶剂， 利用微波能， 使反应在均相条件下进行， 合 成烯丙基异硫氰酸酯。采用微波能来合成该化合物， 反应速度明显加快， 反应时间由传统方法的 ２￣３ ｈ 缩 短为 ０．３ ｈ， 收率提高到 ９７．８％。原因主要是因为甲醇 是一种极性溶剂， 分子存在瞬时偶极， 在微波作用 下， 分子吸收了微波能后运动速度加快， 其热能通过 分子碰撞被转移到反应物分子上， 大大增加了反应物 分子的碰撞频率， 即加快了化学反应速度。
２ 异硫氰酸酯的制备方法
２．１ 相转移催化法 以硫氰酸盐为原料的相转移催化法是制备异硫氰
酸酯中间体的常用方法。
２．１．１ 卤代烃与硫氰酸盐反应合成法 活泼的卤代烃与硫氰酸盐发生亲核取代反应， 在
不同反应试剂和反应条件下可得到异硫氰酸酯。
Ｌｅｗｅｌｌｙｎ 等［１］采用四丁基溴化铵做相转移催化剂， 通过硫氰化钠和烯丙基氯在水溶液中进行相转移催化 反应， 制备烯丙基硫氰酸酯 （ 人造芥子油） 中间体， 然后升温、回流， 使硫氰酸酯异构成异硫氰酸酯。
国内学者有许多关于异硫氰酸苯酯应用的报道， 如利用异硫氰酸苯酯柱前衍生化反相高效液相色谱法 同 时 测 定 １８ 种 氨 基 酸 ［２２］， 利 用 柱 前 衍 生 ＨＰＬＣ 法 ， 以异硫氰酸苯酯为衍生试剂分离并测定羚羊角和羚羊 角塞针剂中氨基酸含量。
相似的方法可制备取代苄基异硫氰酸酯［１２］， 收率 为 ４５．８％。用 α－ 甲基苄胺和对氯 α－ 甲基苄胺代替苄 胺， 可制得 α－ 甲基苄基异硫氰酸酯或对氯 α－ 甲基苄 胺异硫氰酸酯， 收率分别为 ４２．５％和 ４０．２％。 ２．２．３ 无机碱催化合成法
胺与二硫化碳在无机碱作用下加成， 制成氨基二 硫代甲酸钠盐， 然后与氯代甲酸酯反应， 再用苛性钠 溶液水解并水蒸气蒸馏， 脱去醇及硫代碳酸气， 能得 到 较 好 收 率 的 异 硫 氰 酸 苯 酯 ［ １３］ 。 ２．３ 其它方法
在冰盐冷却下， 氨水、苯胺和二硫化碳反应生成 的有机中间体， 再在重金属盐作用下可得到异硫氰酸
苯酯。重金属盐常用硫酸铜、硝酸铅、硝酸钴、硝酸 镉。乐长高［１１］ 报道了优惠的工艺条件为 ｎ （ 苯胺 ） ∶ｎ （ 二硫化碳） ∶ｎ（ 氨） ∶ｎ（ 硫酸铜） ＝ １ ∶１．１８ ∶１．９７ ∶１．６２， 搅 拌 时 间 为 ０．５ ｈ。此 法 简 单 易 操 作 ， 收 率 较 高 ， 为 ７６．８％左右。