硫代磺酸酯化合物制备研究进展_杨金山.pdf

第 51 卷第 2 期2023 年 1 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.2Jan.2023硫代磺酸酯化合物制备研究进展杨金山,袁 森,符 艺,毛艺洁(西华大学理学院,四川 成都 610039)摘 要:硫代磺酸酯类化合物因其显示出多种生物活性而受到广泛关注。鉴于该类化合物的广阔应用前景,合成制备此类化合物不仅具有重要的理论意义更拥有广阔的应用价值。本文依据是否需要使用氧化剂,拟从两个方面对此类工作进行论述,即不需要使用氧化剂的分子间交叉偶联策略及需要使用氧化剂的分子间氧化策略对硫代磺酸酯类化合物的制备方法进行综述。最后,通过对比上述方法,我们认为电化学合成硫代磺酸酯类化合物发展前景更为广阔。关键词:硫代磺酸酯;分子内氧化;分子间氧化中图分类号:O622 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)02-0042-04 第一作者:杨金山,男,硕士,研究方向为含硫功能材料绿色合成方法学。Research Progress on Preparation of Thiosulfate CompoundsYANG Jin-shan,YUAN Sen,FU Yi,MAO Yi-jie(School of Science,Xihua University,Sichuan Chengdu 610039,China)Abstract:Thiosulfate compounds have received widespread attention due to their display of various biologicalactivities.Given the broad application prospects of these compounds,the synthesis and preparation of such compounds notonly had important theoretical significance,but also had broad application value.This work was intended to discuss fromtwo aspects according to whether an oxidant was needed,namely the intermolecular cross-coupling strategy without usingan oxidant and the intermolecular oxidative strategy using an oxidant to prepare thiosulfate compounds.Finally,bycomparing the above methods,it was believed that electrochemical synthesis of thiosulfate compounds had a broaderdevelopment prospect.Key words:thiosulfonate;intramolecular oxidation strategy;intermolecular oxidation strategy有机硫化物广泛存在于自然界中,因其表现出的多种性质而引起研究人员日益浓厚的兴趣1-3。各种有机硫化合物中,硫代磺酸酯类化合物,在结构上与某些抗菌剂,如大蒜素等化合物类似(硫代亚磺酸二烯丙酯),而显示出多种生物活性4。在有机合成方法学研究中,硫代磺酸酯类化合物已被用作多种合成前体,通过各种化学反应将 R1SO2-5-6和 R2S-7-8基团引入有机分子中,或者用于连接功能化聚合物9-10。鉴于硫代磺酸酯类化合物广阔的应用前景,绿色、高效的制备此类化合物不仅具有重要的理论意义更拥有广阔的应用价值。目前,硫代磺酸酯类化合物的合成方法依据是否使用氧化剂及氧化剂的种类分为以下几类:(1)通过分子间交叉偶联的策略制备得到;(2)以无机物、有机物或者电作为氧化剂通过分子间氧化制备该类化合物。1 硫代磺酸酯类化合物合成研究1.1 分子间交叉偶联制备硫代磺酸酯1964 年,Weidner 课题组11为进一步探究 RS-基团抗菌性质,以卤代烃和硫代磺酸盐为底物,加热回流 20 h 成功制备得到对称及不对称的烷基硫代磺酸酯类化合物(图 1)。通过此方法可以制备若干硫代磺酸酯类化合物,然而该方法底物范围较窄,且反应的收率较低,限制了此方法的应用。图 1 卤代烃与硫代磺酸盐制备硫代磺酸酯反应Fig.1 Reaction of halogenated hydrocarbon with thiosulfonate toprepare thiosulfonate1971 年,Bentley 课题组12以二硫醚和甲基亚磺酸钠为反应物,银离子为催化剂,丙酮与水的混合溶剂为反应溶液,成功制备得到了烷基硫代磺酸酯化合物(图 2)。图 2 银催化二硫醚与甲基亚磺酸钠偶联反应Fig.2 Silver-catalyzed coupling reaction of disulfide withsodium methyl sulfite2012 年,Wu 课题组13采用 N-琉基琥铂酸亚胺作为硫化第 51 卷第 2 期杨金山,等:硫代磺酸酯化合物制备研究进展43 试剂,用 5 mol%的三氟甲烷磺酸钪作催化剂,溶剂为离子液体和水混合溶液,合成了硫代磺酸酯化合物(图 3)。而且水或醇类溶剂也能得到较好反应收率。本反应底物范围广,反应产率较高,但是操作不易。图 3 三氟甲烷磺酸钪催化 N-琉基唬铂酸亚胺和苯亚磺酸钠的反应Fig.3 The reaction of N-sulfosuccinimide and sodiumbenzenesulfinate catalyzed by scandium trifluoromethanesulfonate同年,Wu 课题组14以二硫醚和亚磺酸钠盐为反应物,溴代丁二酰亚铵(NBS)催化剂,乙睛为溶剂,在 25 条件下反应 6 15 h,成功制备得到对称和不对称硫代磺酸酯化合物(图 4)。研究发现溶剂对该反应有较大影响,在质子性溶剂中反应产率会明显降低。当直接用中间体 N-琉基琥铂酸亚胺与亚磺酸钠盐反应时,得到的硫代磺酸酯化合物产率较高。图 4 NBS 催化二硫醚和亚磺酸钠制备硫代磺酸酯的反应Fig.4 NBS-catalyzed reaction of disulfide and sodium sulfite toprepare thiosulfonate2016 年,Yadav 课题组15采用亚磺酸钠盐和硫酚为反应物,氯化铁作催化剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)做溶剂,室温条件下反应30 60 min,制备得到硫代磺酸酯类化合物(图 5)。该方法可以高选择性的获得对称的杂环或烷基硫代磺酸酯。然而缺点是反应收率较低。图 5 氯化铁催化苯硫酚和亚磺酸钠的反应Fig.5 Reaction of thiophenol and sodium sulfite catalyzedby ferric chloride2017 年,Menezes 和 Oliveira 课题组16采用亚磺酸钠为底物,碘化铜为催化剂,硫酸为添加剂,二氯乙烷为溶剂,25 下生成硫代磺酸酯类化合物(图 6)。该方法适用于对称硫代磺酸酯类化合物的合成,该方法可以在非常短的时间下得到目标化合物。图 6 CuI 催化亚磺酸钠生成硫代磺酸酯的反应Fig.6 CuI catalyzes the reaction of sodium sulfite to thiosulfonate图 7 H2PMo12O40催化苯磺酰肼生成硫代磺酸酯的反应Fig.7 The reaction of phenylsulfonyl hydrazine to thiosulfonatecatalyzed by H2PMo12O402021 年,Yang 课题组17采用苯磺酰肼为底物,H2PMo12O40为催化剂,CH3NO2为溶剂,在空气中 90 条件下反应 3 h 得到目标产物(图 7)。作者发现,吸电子取代基和给电子取代基都能以中等以上的产率得到目标化合物,而且多环取代磺酰肼也能以良好的产率转化为相应的目标化合物。该方法还适用于不同取代基团的磺酰肼合成不对称的硫代磺酸酯类化合物。1.2 分子间氧化制备硫代磺酸酯类化合物1997 年,Langlois 课题组18采用亚磺酸钠和二硫醚为反应物,双(三氟乙酰氧基)碘苯为氧化剂,0 下直接生成对应的硫代磺酸酯类化合物(图 8)。本方法底物范围较小,其中,R4基团只适用于三氟甲基亚磺酸钠、苯亚磺酸钠,而且二硫醚底物范围较窄。图 8 双(三氟乙酞氧基)碘苯氧化二硫醚制备硫代磺酸酯反应Fig.8 Preparation of thiosulfonate by oxidation of disulfide withbis(trifluoroethoxy)iodobenzene2010 年,Wu 课题组19用二硫醚为底物,20mol%硝酸铈铵(CAN)/I2作氧化剂,聚乙二醇和水作溶剂,得到了对称芳基或烷基硫代磺酸酯类化合物,产率高达 99%(图 9)。此方法简单、易操作,化学选择性好,且目标产物收率高,为合成硫代磺酸酯化合物提供了方便的途径。图 9 CAN/I2氧化二硫醚的反应Fig.9 Oxidation of disulfide by CAN/I22011 年,Sobhani 课 题 组20采 用 硫 酚 作 为 反 应 底 物,ZnCr2O73H2O 作为氧化剂,CH3CN 作为溶剂,在室温条件下反应得到目标产物(图 10)。该方法具有操作简单、产物产率高、反应时间短等优点。ZnCr2O73H2O 是一种易得和高效的试剂,可以选择性氧化芳基硫醇、异芳基硫醇、烷基硫醇和环硫醇来得到目标产物。图 10 ZnCr2O73H2O 选择性氧化硫酚的反应Fig.10 Selective oxidation of thiophenol by ZnCr2O73H2O图 11 H2O2-TiCl4氧化苯硫酚的反应Fig.11 Oxidation of thiophenol by H2O2-TiCl42012 年 Khaledian 课题组21采用苯硫酚作为反应底物,H2O2-TiCl4为氧化剂,CH3CN 作为溶剂,25 条件下反应得到目标化合物(图11)。该方法合成硫代磺酸酯产率高、反应时间短,且具有供电子基团的芳基硫醇和吸电子基团的芳基硫醇44 广 州 化 工2023 年 1 月都能以较高的产率得到目标化化合物。但是对于烷基硫醇具有一定局限性且反应机理方面作者没有进行深入的探索。2014 年,Taniguchi 课题组22采用苯硫酚和苯亚磺酸钠为底物,铜盐作催化剂,反应中添加配体和适量的氟硼酸铵盐,以 V(N,N-二甲基苯胺)V(水)=3 1 作溶剂,氧气条件下反应 18 h,得到硫代磺酸酯化合物(图 12)。图 12 铜盐催化苯硫酚和苯亚磺酸钠的反应Fig.12 The reaction of thiophenol and sodium benzenesulfinatecatalyzed by copper salt2015 年,Wu 课题组23采用单一的二硫醚为反应底物,Ozone/MX(MX=KBr,KCl,NaBr and NaCl)作氧化剂,以 V(乙睛)V(水)=1 1 作溶剂,25 条件得到对称硫代磺酸酯化合物(图 13)。作者发现反应中混合溶剂的比例对产率影响较大,而且单纯二氯甲烷、丙酮、二氯乙烷作溶剂时均得不到目标产物。图 13 ozone/MX 选择性氧化二硫醚的反应Fig.13 Selective oxidation of disulfide by Ozone/MX2017 年,Zou 课题组24首次使用磺酰肼和硫酚类化合物为底物,一价铜为催化剂,乙睛作溶剂,于 80 下反应 2 h,以较好的收率得到硫代磺酸酯类化合物(图 14)。机理研究发现去掉金属催化剂只用氧化剂的条件下,薄层色谱(TLC)检测不到目标产物的生成。底物拓展研究发现,该反应体系对芳香族磺酰肼作底物时选择性较好。而且作者还捕获了反应中的自由基间体,进一步推测反应通过自由基机理进行。图 14 溴化铜催化磺酰肼和苯硫酚的反应Fig.14 Copper bromide catalyzes the reaction ofsulfonylhydrazine and thiophenol2018 年,Chen 课题组25采用苯磺酰肼和对甲苯硫酚为底物,四丁基碘化铵为电解液,乙睛作溶剂,铂作电极,以较高收率得到目标产物(图 15)。当作者用二硫醚类化合物作底物时,检测不到目标产物。图 15 电化学合成硫代磺酸酯的反应Fig.15 Electrochemical synthesis of thiosulfonate2019 年,Zhang 课题组26利用芳基亚磺酸与苯硫酚作为底物,铂作为阴极和阳极,LiClO4(0.3 M)作为电解质,室温下发生自由基反应实现了电化学氧化还原偶联合成硫代磺酸酯(图16)。该实验展示了他们在亚磺酸与硫醇、二硫化物和二硒化物的电化学氧化方面的初步努力,从而产生了各种硫代磺酸酯和硒代磺酸酯产物,这种电化学方法也可用于芳基亚磺酸与二硫化物或二硒化物的反应,以获得硫代磺酸盐或硒代磺酸盐。该方法使用有毒且有臭味的苯硫酚作为底物。图 16 电化学合成硫代磺酸酯的反应Fig.16 Electrochemical synthesis of thiosulfonate2022 年,Julia Strehl 课题组27描述了一种电氧化合成对称硫代磺酸盐的方法(图17),实现了二硫化物的氧化生成对称的硫代磺酸盐,使用简单的准分隔电池设计进行直接合成,由此不需要使用支持电解质。由此原理扩展到通过两种不同的对称二硫化物开始合成不对称硫代磺酸盐,可直接生成不对称硫代磺酸盐。图 17 电氧化合成对称硫代磺酸盐Fig.17 Synthesis of symmetric thiosulfonate by electrooxidation2 结 语本综述从分子间交叉偶联及分子间氧化两个方面对硫代磺酸酯类化合物的合成方法进行了概述。目前该类化合物的合成方法已经取得了重大进展,电化学合成方法的引入,使得该类化合物的合成效率提高的同时,也变得更加绿色环保。然而,硫代磺酸酯类化合物的电化学合成仍然存在着过电势过高,原子经济性较差等问题,急需开发更加高效、环保的方法以实现该类化合物的工业化生产。参考文献1 Ni C,Hu M,Hu J.Good Partnership Between Sulfur and Fluorine:Sulfur-Based Fluorination and Fluoroalkylation Reagents for OrganicSynthesisJ.Chemical Reviews,2015,115(2):765-825.2 Taylor J E,Bull S D,Williams J M.Amidines,Isothioureas,AndGuanidines as Nucleophilic CatalystsJ.Chemical Society Reviews,2012,41(6):2109-2121.3 郑效.硫代磺酸酯和不对称亚砜的合成方法学研究D.长沙:湖南大学,2019.4Smith M,Hunter R,Stellenboom N,et al.The Cytotoxicity of Garlic-Related Disulphides and Thiosulfonates in Whco1 Oesophageal CancerCells Is Dependent on S-Thiolation and Not Production of RosJ.Biochimica Et Biophysica Acta(Bba)-General Subjects,2016,1860第 51 卷第 2 期杨金山,等:硫代磺酸酯化合物制备研究进展45 (7):1439-1449.5 Shyam P K,Son S,Jang H Y.Copper-Catalyzed Sulfonylation ofAlkenes and Amines by Using Thiosulfonates as A Sulfonylating AgentJ.European Journal of Organic 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