專利名稱：一種有機含硫富氮化合物及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種含有兩個雜環(huán)的雜環(huán)化合物，以氮原子為雜環(huán)中的雜原子， 被含有硫原子的鏈作為鍵鏈連接；具體涉及一種有機含硫富氮化合物及其制備 方法，其中的雜環(huán)是四氮唑基團。
背景技術(shù)：
含四氮唑官能團化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領域都具有廣泛的應用。
1. 在生物學領域，某些生物指示劑和染色劑含有四氮唑基團，比如2，3，5-氯化三苯基四氮唑(2，3，5-triphenyltetrazolium，縮寫為TTC)是最早被人們發(fā) 現(xiàn)的人工受氫體，也是目前在脫氫酶活性檢測中應用最廣泛的人工受氫體，而 其鹽酸鹽是很好的生物活體染色劑，在細胞生物學研究中具有廣泛的應用。
2. 在農(nóng)業(yè)科學領域，四唑化合物因其具有優(yōu)良的生物活性而被人們開發(fā)作 為除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑(張?zhí)K杭、張玉清、王新德，四唑化合物的合成及 其在農(nóng)業(yè)上的應用，洛陽工業(yè)高等?？茖W校學報，2006, 16(2)， 16-18),比如 l-[5-(4-硝基芐基卜2H-四唑乙酰基-4-芳酰氨基硫脲具有促進小麥作物生長，改 善小麥產(chǎn)物品質(zhì)的作用；a-氨基四唑的Schiff堿具有較好的植物生長激素活性， 可以作為優(yōu)質(zhì)廉價的植物生長調(diào)節(jié)劑；3,6雙(l氫-，2，3，4-四唑-5-氨基)-1，2，4，5-四嗪(BTATz)不僅具有良好的生物活性，而且可用作殺蟲劑和除草劑；還有 l-(2-氯苯基)-5(4H)-四唑啉酮是合成新型四唑啉酮類高效除草劑的關鍵中間體， 該類除草劑的特點在于，通過改變它的取代基可以使其雜草譜和莊稼選擇性發(fā) 生巨大變化等。
3. 含能材料領域。四氮唑類化合物一般具有較高的含氮量，由于高氮含能 化合物具有很高的正生成焓，且分子結(jié)構(gòu)中的高氮低碳氫含量不僅使其具有較 高的密度，而且更容易達到氧平衡，可作為新型含能材料使用(Hiskey M， Chavez D， et al. Progress in high-nitrogen chemistry in explosives, propellants and pyrotechnics [A]. Proc. 27th International Pyrotechnics Seminar [C]， July16~21， USA: Colorado, 2000: 3-14 )，因此在高能鈍感炸藥、可取代RDX和HMX的低特征信號低感度推進劑、發(fā)展新型無毒高效低溫氣體發(fā)生劑、新型觀賞性 的低煙或無煙煙火技術(shù)以及無焰低溫滅火劑等含能領域具有廣泛的應用前景。4. 醫(yī)藥領域。具有含硫四氮唑官能團或類似官能團的化合物在醫(yī)藥領域具 有很高的應用價值，比如l-甲基-5-巰基四氮唑(簡稱甲基巰基四唑)是頭孢 類抗生素第三、四、五代產(chǎn)品的重要中間體。以甲基巰基四唑為原料合成的第 三代頭孢菌類抗生素類如頭孢哌酮、頭孢甲肟等，在國內(nèi)外抗生素類醫(yī)藥產(chǎn)品 中已是主流產(chǎn)品，其市場份額正逐步擴大；以甲基巰基四唑為原料合成的第四 代抗生素類產(chǎn)品頭孢匹羅等，國外剛開始上市，國內(nèi)正處于研究開發(fā)階段；以 甲基巰基四唑為原料合成的第五代抗生素類產(chǎn)品，目前國外正處于研究開發(fā)階 段，國內(nèi)的研究幵發(fā)剛起步。預計甲基巰基四唑的市場需求隨著第三、四、五 代頭孢類抗生素的生產(chǎn)和普及應用將不斷擴大。然而，目前甲基巰基四唑的生產(chǎn)狀況普遍存在收率低、成本高問題，特別 是甲基巰基四唑的液相色譜相關雜質(zhì)偏高，迫切需要改進工藝提髙甲基巰基四 唑的液相色譜純度(碩士學位論文頭孢類藥物中間體的合成研究，山東師范 大學，呂瑞敏)。5. 配位化學領域。在當今熱門的配位化學領域，含硫富氮化合物可作為潛 在的多齒橋聯(lián)配體與金屬配位，從而合成出結(jié)構(gòu)復雜并具有一定功能的金屬配 合物。Heinrieh N.等人在"The Molecular Structure of Some Transition-Metal Complexes with l，2，3，4-Tetrazole-5-thiolate Anions" —文中 (Eur. J. Inorg. Chem. 1998, 93-99)較系統(tǒng)地研究了含硫四氮唑類官能團與Pd， Cu， Ag， Au， Hg 等過渡金屬的配位活性，但總體來講，有關對該類配體的配位性能的報道并不 多見。現(xiàn)有技術(shù)中，四氮唑類化合物的化學合成是以胺或胺鹽催化劑在有機溶劑 中制備，如美國專利US 4,097,479中公開了一種5位取代的四氮唑的合成方法， 用1 mol腈和lmol疊氮化鈉在lmol胺鹽的催化作用下反應制得四氮唑。該方 法需要等摩爾的胺鹽作為催化劑，反應溫度高，而且收率普遍較低。而且現(xiàn)有 技術(shù)合成的都是一端含有四氮唑官能團的化合物，含有兩個對稱的含硫四氮唑 官能團的化合物未見報道。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種易溶于多種溶劑(如甲醇、乙醇、丙酮、四氫呋 喃、N，N'-二甲基甲酰胺等)、配位能力以及實用性強的含有兩個對稱的含硫四氮 唑官能團的新型有機含硫富氮化合物；同時本發(fā)明還提供該化合物的制備方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種有機含硫富氮化合物，含有兩個對稱的含硫四氮唑官能團，由下列式(l)表示Hm一N N、m 3 、>_S_CH2_S、 SN、N N一N …H (1)其具體制備方法包括以下步驟-(1) 將二硫氰基甲烷、疊氮化鈉以及鹵化鋅以摩爾比1 : 2 2.2 : 0.5 2混合 于水中，攪拌回流；(2) 加入濃度為3M的鹽酸水溶液，過濾，接收濾液；(3) 靜置上述濾液得到白色晶狀不溶物；(4) 過濾、洗滌、干燥上述白色晶狀不溶物，獲得目標白色晶狀固體，即為所 需的有機含硫富氮化合物。上文中，利用二硫氰基甲烷與疊氮化鈉，通過Demko-Sharpless [2+31環(huán)加 成反應，同時在二硫氰基甲烷的原有骨架上引入兩個四氮唑官能團，而硫原子 在產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)中得到了保留。在反應中，二硫氰基甲垸與疊氮化鈉的理論反應 摩爾比為1:2，但為了能讓二硫氰基甲烷充分反應，疊氮化鈉以稍過量為宜。 鹵化鋅為催化劑，對于小劑量合成目標化合物來講(目標化合物的量為lOmmol 左右)，鹵化鋅的相對用量需要較大， 一般疊氮化鈉與鹵化鋅的摩爾比約為1 : 1 或更大，而對于大劑量合成目標化合物來講(目標化合物的量在lmol以上)， 催化劑鹵化鋅的相對用量可以減少，此時疊氮化鈉與鹵化鋅的摩爾比可以為1 : 0.5。所述二硫氰基甲烷[CH2(SCN)2l為前驅(qū)物，所述鹽酸水溶液作為酸化回流產(chǎn) 物的酸試劑。上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)中，加入鹽酸水溶液時的溫度不低于80°C; 即，在加熱回流停止后，盡快將鹽酸水溶液加入其中，過濾前體系溫度如果太 低會導致產(chǎn)物晶體析出，從而造成損失。
上述技術(shù)方案中，使用了水作為回流液，水的沸點在通常情況下為IO(TC, 本發(fā)明中由于在水溶液體系中加入了二硫氰基甲烷、疊氮化鈉以及鹵化鋅等化 合物，因此溶液沸點略有上升，反應時，保證體系在沸騰狀態(tài)下實現(xiàn)回流即可， 優(yōu)選的技術(shù)方案是，控制所述反應溫度在105'C至115'C之間，更優(yōu)選的回流溫度選擇在no'c左右。上述技術(shù)方案中，步驟(l)所述鹵化鋅選自ZnCh或ZnBr2中的一種。步驟 (4)所述洗滌過程使用去離子水。上述技術(shù)方案中，還可對產(chǎn)物作進一步純化，從而獲得所述有機含硫富氮 化合物的無色片狀晶體，以滿足更高純度的需要，所述純化過程為在常溫下 將所述白色晶狀固體溶解在甲醇中，靜置揮發(fā)甲醇后，析出無色片狀晶體，在 50nC真空干燥，即得高度純化的所述有機含硫富氮化合物。由于上述技術(shù)方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1. 本發(fā)明的化合物具有兩個帶氫的四氮唑官能團，可以進一步在四氮唑官 能團上連接其它有機基團，作為合成其它化合物的中間體；2. 本發(fā)明的化合物對金屬離子配位能力強，且自身對于多種溶劑具有很好 的溶解性，故可使其在多種反應環(huán)境中達到對金屬配合物及簇合物的合成；3. 本發(fā)明的有機含硫富氮化合物與其它含氮化合物相比具有很高的含氮 量，與其他含硫化合物相比具有無異臭的優(yōu)點，而與其它多齒配體相比具有相 對更多的配位點；4. 本發(fā)明產(chǎn)物原料來源廣泛，容易獲得；5. 本發(fā)明方法的反應裝置簡單，操作步驟少，以水作為反應回流液，無需 惰性氣體保護；產(chǎn)率在60%以上，純度達100。/。；6. 作為合成本發(fā)明所述的化合物的原料，二硫氰基甲烷[CH2(SCN)2本身 就是一種高效殺藻殺菌化學藥物，其特點在于高效低殘留、適用范圍廣、對人/ 畜無害、安全無污染，是目前最佳的廣譜殺藻/菌藥物；而本發(fā)明所述的化合物 保留了二硫氰基甲烷[CH2(SCN)2l的原有元素和骨架結(jié)構(gòu)，因此其在殺藻殺菌方 面會有更好的表現(xiàn)和獨特的優(yōu)點。


附圖1為本發(fā)明實施例一的空間結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本發(fā)明實施例一的晶胞堆積圖(虛線表示氫鍵作用)。 其中，〇為H原子具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一參見附圖1和附圖2所示， 一種有機含硫富氮化合物，含有兩 個對稱的含硫四氮唑官能團，其制備方法是-(1) 將10毫摩爾份的二硫氰基甲烷CH2(SCN)2、22毫摩爾份的疊氮化鈉 (NaN3)以及20毫摩爾份的氯化鋅(或溴化鋅)加入到250 mL圓底燒瓶中，加入40mL水?；旌衔镉?05 °C ~ 115 °C溫度條件下攪拌回流48小時，得到 白色沉淀。(2) 趁熱直接將40 mL的3 mol/L鹽酸水溶液加入到圓底燒瓶中，繼續(xù)攪拌片 刻后，白色沉淀溶解并得到淡黃色溶液。過濾，得到無色透明濾液。(3) 在常溫下將濾液靜置10小時，得到白色晶狀沉淀。過濾，用去離子水洗 滌五次，于50 °C真空干燥得本發(fā)明產(chǎn)品，產(chǎn)率60%~70%。參見附圖1所示，本發(fā)明產(chǎn)品1，1'-2-(1-氫-四氮唑基-5-巰基)甲垸具有兩 個含硫四氮唑官能團。(4) 純化該步驟用于進一步純化產(chǎn)物，以滿足更高純度的需要將產(chǎn)物的白色晶狀 固體溶于甲醇，常溫下靜置揮發(fā)掉甲醇后得到無色片狀晶體，晶化過程中得到 了適合X-射線單晶衍射分析的1，1'-[2-(1-氫-四氮唑基-5-巰基)1甲垸單晶，再在 50。C真空干燥，即得高度純的所述有機含硫富氮化合物。(5) 對上述1，1'-[2-(1-氫-四氮唑基-5-巰基)甲垸單晶進行紅外光譜分析、元素 分析、NMR分析以及13C NMR分析，確認其結(jié)構(gòu)，并證明了經(jīng)過純化后， 本發(fā)明產(chǎn)品的純度達到100%。表1、表2和表3分別列出了所述含硫富氮化合物的晶體學參數(shù)及部分重要 的鍵長、鍵角。 表1. l，l'-[2-(l-氫-四氮唑基-5-巰基)]甲烷的晶體學參數(shù)分子式C3H4，2晶系單斜分子量216空間群P 2，/c測試溫度 z 密度 體積-80 flC 4 1.808 g/cm3 0.7945(4)腿3晶胞參數(shù)a = 1.3365(3) nm b = 0.42456(8) rnn c = 1.9256(6) 咖 P = 133.351(18)。表2. i，r-[2-(l-氫-四氮唑基-5-巰基)l甲垸的部分鍵長(nm)S(l)-C(2)0.1736(3)S(l)-C(l)0.1810(3)S(2)-C(3)0.1743(3)S(2)-C(1)0.1811(3)N(l)-C(2)0.1336(3)N(l)-N(2)0.1349(3)N(2)-N(3)0.1291(3)N(3)-N(4)0.1360(3)N(4)-C(2)0.1324(3)N(5)-C(3)0.1339(3)N(5)-N(6)0.1352(3)N(6)-N(7)0.1287(3)N(7)-N(8)0.1373(3)N(8)-C(3)0.1323(3)表3. 1,1'-2-(1-氫-四氮唑基.-5-巰基)1甲烷的部分鍵角(°)C(2)-S(l)-C(l)97.66(13)C(3)-S(2)-C(l)97.15(13)C(2)-N(l)-N(2)108.7(2)N(3)-N(2)-.N(l)105.8(2)N(2)-N(3)-N(4)111.7(2)C(2)誦N(4).即)105.0(2)C(3)-N(5)-N(6)108.4(2)N(7)-N(6).■N(5)106.2(2)N(6)-N(7)-N(8)111.6(2)C(3)-N(8).■N(7)104.6(2)S(l)-C(l)-S(2)115.96(16)N(4)-C(2).-N(l)108.8(2)N(4)-C(2)-S(l)126.3(2)N(l)-C(2).s(i)124.9(2)N(8)-C(3)誦N(5)109.2(2)N(8)-C(3).-S(2)125.3(2)N(5)-C(3)-S(2)125.4(2)元素分析實測值(％): C， 16.48; H， 1.81; N， 51.72;理論值(％): C, 16.66; H， 1.86; N， 51.82;8IR(KBrcnT1) : 3545 (w)， 3440 (w)， 3014 (m)， 2959 (m), 2940 (w)， 2771 (w)， 2706 (w)， 1622 (w)， 1477(s)， 1386 (w)， 1360 (m)， 1297 (m)， 1236 1221 (w)， 1088 1068 (s)， 1042 (w)， 996 (m)' 817 (w)' 787 (m)， 730 (w)，673 (m)， 575 (w)， 487 (w)。NMR (DMSO-d6, 3 ppm): 8 5.116 (s， 2H， CH2)， 8 13.199 (brs， 2H，CN4H)。13C NMR (DMSO-d6， S ppm): S 36.116 (CH2)， 8 153.302 (tetrazolyl)。實施例二重復實施例一的步驟(1)至(3)，不同點在于混合物于105 °C ~ 115 °C溫度 條件下攪拌回流12小時，得到白色沉淀。 經(jīng)測試，產(chǎn)率為30°/。~40%。純化以及分析表明，獲得實施例一相同的產(chǎn)物。實施例三重復實施例一的步驟(1)至(3)，不同點在于混合物于105 °C ~ 115 °C溫度 條件下攪拌回流24小時，得到白色沉淀。 經(jīng)測試，產(chǎn)率為40%~50%。純化以及分析表明，獲得實施例一相同的產(chǎn)物。 實施例四.-重復實施例一的步驟(1)至(3),不同點在于混合物于105 °C ~ 115 °C溫度 條件下攪拌回流96小時，得到白色沉淀。 經(jīng)測試，產(chǎn)率為50%~60%。純化以及分析表明，獲得實施例一相同的產(chǎn)物。
權(quán)利要求
1. 一種有機含硫富氮化合物，其特征在于所述化合物含有兩個對稱的含 硫四氮唑官能團，由下列式(l)表示-<formula>formula see original document page 2</formula>(1)
2. 權(quán)利要求1所述化合物的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1) 將二硫氰基甲烷、疊氮化鈉以及鹵化鋅以摩爾比1 : 2 2.2 : 0.5 2混合 于水中，攪拌回流；(2) 加入濃度為3M的鹽酸水溶液，過濾，接收濾液；(3) 靜置上述濾液得到白色晶狀不溶物；(4) 過濾、洗滌、干燥上述白色晶狀不溶物，獲得白色晶狀固體，即為權(quán)利要 求1所述有機含硫富氮化合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機含硫富氮化合物的制備方法，其特征在于 所述步驟(2)中，加入鹽酸水溶液時的溫度不低于80'C 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述有機含硫富氮化合物的制備方法，其特征在于步 驟(l)所述回流攪拌反應溫度在105"C 115"C之間，反應時間為48~60小時。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述有機含硫富氮化合物的制備方法，其特征在于步 驟(l)所述鹵化鋅選自ZnCl2或ZnBr2中的一種。^
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述有機含硫富氮化合物的制備方法，其特征在于步 驟(4)所述洗滌過程使用去離子水。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一所述有機含硫富氮化合物的制備方法，其特 征在于在獲得白色晶狀固體后，對產(chǎn)物作進一步純化，純化方法為，將所述 白色晶狀固體溶解在甲醇中，經(jīng)靜置揮發(fā)后，析出無色片狀晶體，在50'C真空 干燥，即得高度純化的所述有機含硫富氮化合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機含硫富氮化合物，所述有機含硫富氮化合物含有兩個對稱的含硫四氮唑官能團。所述化合物的制備方法為取二硫氰基甲烷、疊氮化鈉以及鹵化鋅混合于水中，攪拌回流，加入鹽酸水溶液，過濾，濾液經(jīng)靜置后得到白色晶狀不溶物。過濾、洗滌、干燥，獲得白色晶狀固體，即為所述有機含硫富氮化合物。該化合物可作為合成其它化合物的前驅(qū)物，也可以作為殺藻殺菌的化學藥物，還可以作為合成金屬配合物、簇合物和聚合物的多齒含硫富氮配體。所述制備方法簡單，制備裝置簡易，原料廣泛易得，無需惰性氣體保護。
文檔編號C07D257/00GK101121700SQ20071013182
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者任志剛, 李紅喜, 郎建平, 陽 陳 申請人:蘇州大學