CN115974809B - 一种经氧转移反应制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法 - Google Patents
一种经氧转移反应制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及一种经氧转移反应制备苯并[d]异噻唑啉‑3(2H)‑酮的方法，其特征在于：在添加剂存在下，使原料化合物与氧转移剂在有机溶剂中接触发生氧转移反应生成苯并[d]异噻唑啉‑3(2H)‑酮，为含有苯并[d]异噻唑啉‑3(2H)‑酮的混合物，其中所述氧转移剂包括N‑羟基化合物，所述原料化合物包括选自2‑巯基苯腈或者2,2’‑二硫代二苯腈中的一种或两种。这种经氧转移反应的“一锅煮”制备BIT的方法，反应条件温和，氧转移剂和添加剂易于从体系中分离，产品纯度高，不使用强腐蚀性化学品，避免含盐废水，反应效率高，制备工艺简捷，产物选择性高，具有较强的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮制备技术领域，具体涉及一种一种经氧转移反应制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法。
背景技术
苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮（简称BIT）是一种重要的抗菌剂，以其制成的杀菌防腐剂具有优良的杀菌、防霉、防腐性能，杀菌效率高，杀菌谱广，广泛用于日化产品、高分子制品、粘合剂、纺织、涂料、造纸、建材、制革、轻工、油品、油墨、工业循环冷却水、农林环保等领域。
BIT主流工业生产方法有二种。
方法一以2-氯苯腈为原料，先与甲硫醇反应生成2-甲硫基苯腈，再经脱甲基环合生成BIT。使用的脱甲基环合剂有：氯气（Jpn. Kokai Tokkyo Koho, 2013043882；PCT Int.Appl., 2012127996），SO2Cl2（Can. Pat. Appl., 2483487）等。该工艺使用的甲硫醇有浓烈恶臭味，不利于操作。反应式如下：
方法二以2-巯基苯甲酰胺或者2,2’-二硫代二苯甲酰胺为原料，再经环合生成BIT。反应式如下：
文献报道的环合方法有：（1）氯气为环合剂[中国专利文献：CN111253335A；CN110467584A；CN110483438A；CN103172588A；CN103130738A；CN102002015A；CN102491955A；CN104529932A ]；（2）Br2为环合剂[S. Chen et al. PCT Int. Appl.,2019174279]；（3）SOCl2或者SO2Cl2为环合剂[中国专利文献：CN108239038A；J. Su et al.Bioorganic Chemistry, 2019, 84, 192-201; 应用化工, 2014, 43(9), 1637-1639；M.Pietka-Ottlik et al Molecules, 2010, 15, 8214-8228;];（4）H2O2 为环合剂[Jin etal. Synlett, 2003, (13), 1967; C. Berg et al. U.S. Pat. Appl. 0130109864; R.Baum. PCT Int. Appl., 2015055293; 张可青等. 应用化工, 2014, 43, 09]。（5）催化分子氧氧化：T. Li等报道了一种在DMSO溶液中催化分子氧氧化环合制备BIT的方法，使用的催化剂为CuBr，配体(S)-Proline [T. Li et al. Organic & Biomolecular Chemistry,2016, 14(26), 6297]。G.Yang等报道了水相中催化分子氧氧化环合制备BIT的方法，使用的催化剂为水溶性过渡金属酞菁化合物[中国专利ZL201811093408.2]。G.Yang等报道了使用金属锰盐或者锰配合物为催化剂的催化氧化环化制备BIT的方法[中国专利ZL202110526254.7]。
上述专利采用的氯气、液溴、SOCl2、SO2Cl2等化学品强腐蚀性，安全隐患大，使用伴生大量含盐废水，不利于其应用。
发明内容
本发明提出了一种经氧转移反应制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法，以N-羟基化合物为氧转移剂，在添加剂存在下，与2-巯基苯腈或者2,2’-二硫代二苯腈发生氧转移反应，实现氰基氧转移水解和S-N偶联反应协同串联发生，生成BIT。这种经氧转移反应的“一锅煮”制备BIT的方法，反应条件温和，氧转移剂和添加剂易于从体系中分离，产品纯度高，不使用强腐蚀性化学品，避免含盐废水产生等优点，尚未见文献报道，具有明显的新颖性和优异的应用前景。
具体发明内容如下：
一种经氧转移反应制备BIT的方法，以N-羟基化合物为氧转移剂，在添加剂存在下，与原料2-巯基苯腈或者2,2’-二硫代二苯腈在有机溶剂中发生氧转移反应生成BIT和由氧转移剂形成的胺。反应式如下：
所述原料可以是2-巯基苯腈、2,2’-二硫代二苯腈的任意一种或者一种以上混合。
所述氧转移剂N-羟基化合物为N-羟基二甲胺、N-羟基二乙胺、N-羟基二异丙胺、N-羟基叔丁胺、N-羟基二叔丁胺、N-氧-2,2,6,6-四甲基哌啶中的任意一种或多种。
所述添加剂为甲醛、乙醛、丙醛、异丁醛、甲酸、水合肼溶液的任意一种或者一种以上混合。虽然本申请的反应机理还不确定，但是认为，添加剂所起到的作用是氢源的作用，整个反应需要氢，例如有助于将羟胺上的羟基变成氢，或者在使用2,2’-二硫代二苯腈时，需要较多的氢来形成BIT。
所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇中的任意一种或者一种以上混合。
所述N-羟基化合物的用量为原料化合物中2-巯基苯腈和2,2’-二硫代二苯腈的1-5当量。
所述添加剂的用量为原料化合物中2-巯基苯腈和2,2’-二硫代二苯腈的0-5当量。所述添加剂可以是一种化合物或多种化合物的组合。若同时使用多种化合物作为添加剂，该多种化合物可以以任何比例进行组合。
所述溶剂的用量为原料化合物中2-巯基苯腈和2,2’-二硫代二苯腈的3-20倍。
所述反应温度40-120℃、反应时间为1-20 h。
本发明中，用于氧转移剂N-羟基化合物和添加剂可以直接购买相应的化工产品，也可以合成后使用。
本发明在使用过程中，反应效果随氧转移剂用量增加而提高，但氧转移剂用量增加生产成本也随之增加，过量的氧转移剂会带来分离困难。
本发明的方法在有机溶剂进行，有机溶剂的用量增加会降低反应液粘稠度而提高搅拌效果，进而提高反应效果，但有机溶剂的用量过大会降低反应效率，增加能源消耗。
本发明中制备反应结束后，后处理工艺过程没有特别限定，产物分离提纯可以通过以下方法进行：反应结束后，放置冷却，减压蒸去溶剂、残留的氧转移剂N-羟基化合物、添加剂以及N-羟基化合物氧转移后的胺，剩余物经有机溶剂溶解、洗涤、重结晶，然后过滤、烘干得到产物。
本发明的有益效果是：这种经氧转移反应的“一锅煮”制备BIT的方法，反应条件温和，反应效率高，氧转移剂和添加剂易于从体系中分离，制备工艺简捷，产物选择性高，产品纯度高，不使用强腐蚀性化学品，避免含盐废水，具有较强的工业应用前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供一种经氧转移反应制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法，其特征在于：在添加剂存在下，使原料化合物与氧转移剂在有机溶剂中接触发生氧转移反应生成苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮，为含有苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的混合物，其中所述氧转移剂包括N-羟基化合物，所述原料化合物包括选自2-巯基苯腈或者2,2’-二硫代二苯腈中的一种或两种。这种经氧转移反应的“一锅煮”制备BIT的方法，反应条件温和，反应效率高，氧转移剂和添加剂易于从体系中分离，制备工艺简捷，产物选择性高，产品纯度高，不使用强腐蚀性化学品，避免含盐废水，具有较强的工业应用前景。
在一些实施方式中，所述原料化合物是2-巯基苯腈、2,2’-二硫代二苯腈的任意一种或者两种的混合。
在一些实施方式中，所述N-羟基化合物包括选自以下的一种或多种：N-羟基二甲胺、N-羟基二乙胺、N-羟基叔丁胺、N-羟基二叔丁胺、N-氧-2,2,6,6-四甲基哌啶。
在一些实施方式中，所述添加剂包括选自以下的一种或多种：甲醛、乙醛、丙醛、异丁醛、甲酸、水合肼。
在一些实施方式中，所述有机溶剂包括选自以下的一种或多种：乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇。
在一些实施方式中，所述N-羟基化合物的用量为原料化合物中2-巯基苯腈和2,2’-二硫代二苯腈的1-5当量。
在一些实施方式中，所述添加剂的用量为原料化合物中2-巯基苯腈和2,2’-二硫代二苯腈的0.1-5当量；所述添加剂可以是一种化合物或多种化合物的组合。虽然本申请的反应机理还不确定，但是认为，添加剂所起到的作用是氢源的作用，整个反应需要氢，例如有助于将羟胺上的羟基变成氢，或者在使用2,2’-二硫代二苯腈时，需要较多的氢来形成BIT。
在一些实施方式中，所述溶剂的用量为原料化合物中2-巯基苯腈和2,2’-二硫代二苯腈质量的3-20倍。
在一些实施方式中，所述反应温度40-120℃、反应时间为1-20 h。
在一些实施方式中，所述方法还包括对反应产物进行分离提纯，方法如下，将反应得到的所述含有苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的混合物通过以下方法进行分离和提纯：
使所述含有苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的混合物冷却，
减压蒸去有机溶剂、残留的氧转移剂N-羟基化合物、添加剂以及N-羟基化合物经氧转移后的胺得到剩余物，
将所述剩余物经有机溶剂溶解、洗涤、重结晶，然后过滤、烘干得到经提纯的苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮。本申请的技术效果尤其是体现在产物的后处理上，这种经氧转移反应的“一锅煮”制备BIT的方法，反应条件温和，反应效率高，氧转移剂和添加剂易于从体系中分离，制备工艺简捷，产物选择性高，产品纯度高，不使用强腐蚀性化学品，避免含盐废水，具有较强的工业应用前景。
实施例
下面将通过实施例来进一步说明本申请，但是本申请并不因此而受到任何限制，本申请实施例所采用的仪器和试剂，如无特别说明，均为本领域技术人员所常用的仪器和试剂。
实施例1
在2 L的反应釜中，投入135.2 g 2-巯基苯腈（1 mol）、183.2 g N-羟基二甲胺、300.4 g 40%乙醛和1080 mL异丙醇；搅拌下加热升温至100℃，反应18小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 139.1 g，收率为92%，熔点156-157℃，液相色谱仪分析产物纯度为98%。
实施例2
在2 L的反应釜中，投入67.6 g 2-巯基苯腈、37.6 g N-羟基二异丙胺、104.4 g异丁醛、4.0 g 80%水合肼和1020 mL乙醇；搅拌下加热升温至120℃，反应20小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 136.1 g，收率为90%，熔点155-158℃，液相色谱仪分析产物纯度为98%。
实施例3
在2 L的反应釜中，投入13.5 g 2-巯基苯腈、26.8 g 2,2’-二硫代二苯腈，145.2g N-羟基二叔丁胺、4.1 g甲酸、和800 mL丙醇；搅拌下加热升温至40℃，反应10小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 38.6 g，收率为85%，熔点157-158℃，液相色谱仪分析产物纯度为98.5%。
实施例4
在2 L的反应釜中，投入268.4 g 2,2’-二硫代二苯腈，312.5 g N-氧-2,2,6,6-四甲基哌啶、75.2 g 40%甲醛、9.2 g 甲酸和810 mL甲醇；搅拌下加热升温至50℃，反应15小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 241.9 g，收率为80%，熔点157-158℃，液相色谱仪分析产物纯度为99%。
实施例5
在2 L的反应釜中，投入105.8 g 2-巯基苯腈、80.5 g 2,2’-二硫代二苯腈，133.6g N-羟基叔丁胺、232.3g的丙醛、和1120 mL甲醇；搅拌下加热升温至120 ℃，反应19小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 241.9 g，收率为80%，熔点156-158℃，液相色谱仪分析产物纯度为99%。
实施例6
在2 L的反应釜中，投入135.2 g 2-巯基苯腈（1 mol）、356.6g的N-羟基二乙胺、232.3g的丙醛和675mL甲醇；搅拌下加热升温至60℃，反应10小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 140.6 g，收率为93%，熔点156-158℃，液相色谱仪分析产物纯度为99%。
实施例7
在2 L的反应釜中，投入135.2 g 2-巯基苯腈（1 mol）、178.2g的N-羟基叔丁胺、21.6g的异丁醛和950mL乙醇；搅拌下加热升温至70℃，反应2小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 137.6 g，收率为91%，熔点156-158℃，液相色谱仪分析产物纯度为99%。
实施例8
在2 L的反应釜中，投入135.2 g 2-巯基苯腈（1 mol）、267.2g的N-羟基叔丁胺、138.1g的甲酸和1220mL异丙醇；搅拌下加热升温至90℃，反应3小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 119.4 g，收率为79%，熔点156-158℃，液相色谱仪分析产物纯度为99%。
实施例9
在2 L的反应釜中，投入135.2 g 2-巯基苯腈（1 mol）、435.7g的N-羟基二叔丁胺、160g的60%水合肼和820mL异丙醇；搅拌下加热升温至85℃，反应5小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 125.5 g，收率为83%，熔点156-158℃，液相色谱仪分析产物纯度为99%。
实施例10
在2 L的反应釜中，投入135.2 g 2-巯基苯腈（1 mol）、305.4g的N-羟基二甲胺、90.1g的40%乙醛和1250mL异丙醇；搅拌下加热升温至95℃，反应4小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 134.6 g，收率为89%，熔点156-157℃，液相色谱仪分析产物纯度为99%。
实施例11
在2 L的反应釜中，投入135.2 g 2-巯基苯腈（1 mol）、89.2g的N-羟基二乙胺、29g的丙醛和1500mL异丙醇；搅拌下加热升温至75℃，反应1小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 145.1 g，收率为96%，熔点157-158℃，液相色谱仪分析产物纯度为99%。
实施例12
在2 L的反应釜中，投入135.2 g 2-巯基苯腈（1 mol）、300.5g的N-羟基二异丙胺、216.1g的异丁醛和1080mL乙醇；搅拌下加热升温至65℃，反应8小时后停止反应，减压蒸馏除去溶剂等至无液体馏出，冷却至室温，剩余物用乙酸乙酯重结晶，过滤，水洗涤滤饼，烘干得白色固体BIT 136.1 g，收率为90%，熔点156-158℃，液相色谱仪分析产物纯度为99%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种经氧转移反应制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法，其特征在于，在添加剂存在下，使原料化合物与氧转移剂在有机溶剂中接触发生氧转移反应生成苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮，为含有苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的混合物，其中所述氧转移剂为N-羟基化合物，所述原料化合物为选自2-巯基苯腈或者2,2’-二硫代二苯腈中的一种或两种，所述添加剂选自以下的一种或多种：甲醛、乙醛、丙醛、异丁醛、甲酸、水合肼，所述N-羟基化合物选自以下的一种或多种：N-羟基二甲胺、N-羟基二乙胺、N-羟基叔丁胺、N-羟基二叔丁胺、N-氧-2,2,6,6-四甲基哌啶。
2.根据权利要求1所述的制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法，其特征在于，所述原料化合物是2-巯基苯腈、2,2’-二硫代二苯腈的任意一种。
3.根据权利要求1所述的制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法，其特征在于，所述有机溶剂包括选自以下的一种或多种：乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法，其特征在于，所述N-羟基化合物的用量为原料化合物的1-5当量。
5.根据权利要求1或2所述的制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法，其特征在于，所述添加剂的用量为原料化合物的0.1-5当量。
6.根据权利要求1、2和3任一项所述的制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法，其特征在于，所述溶剂的用量为原料化合物的3-20倍。
7. 根据权利要求1所述的制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法，其特征在于，所述反应温度40-120℃、反应时间为1-20 h。
8.根据权利要求1所述的制备苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的方法，其特征在于，将所述含有苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的混合物通过以下方法进行分离和提纯：
使所述含有苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮的混合物冷却，
减压蒸去有机溶剂、残留的氧转移剂N-羟基化合物、添加剂以及N-羟基化合物经氧转移后的胺得到剩余物，
将所述剩余物经有机溶剂溶解、洗涤、重结晶，然后过滤、烘干得到经提纯的苯并[d]异噻唑啉-3(2H)-酮。
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