4-N,N-二甲氨基硫代苯甲酸合成工艺的研究

汪 锐，赵晓敏，解凯钧，李政浩，樊飞龙，王振宣，付 强，潘高峰*，刘恒驿

(1.吉林化工学院 石油化工学院，吉林 吉林 132022；2.吉林省第二地质调查所，吉林 吉林 132000；3.吉林化纤集团有限公司，吉林 吉林 132115)

4-N,N-二甲氨基硫代苯甲酸(DMATBA)是一种重要的有机化工原料，广泛应用在材料以及医药中间体的合成等领域[1-2].比如用作激素和头孢菌素的改性剂[3]、聚合物的改性和添加剂[4]、半导体材料[5-6]和电池储能材料[7-8]的合成以及作为化学试剂[9-10]等.

工业上常用的合成硫代酸类化合物的工艺路线主要有3种：一是采用硫化氢与酸酐类化合物为原料，在催化剂的作用下，生成相应的硫代酸.其工艺比较简单，但存在对设备要求比较严格、容易造成环境污染及较大的安全隐患等问题[4,11]；二是以五硫化二磷和羧酸类化合物为原料合成硫代酸.该工艺反应原料易得、条件温和、产品纯度高，但收率低、副反应较多、分离难度及操作难度大[12]；三是从原料酰氯和NaHS出发，在甲醇溶剂中，通过亲核取代反应，实现硫代酸生成[13-15]，该方法原料易得、操作简单、反应时间短且产品收率和纯度较高，因此广为采用.但当我们采用第3种工艺在甲醇溶剂中合成DMATBA时，发现目标产物不能合成，而是以93.1%收率得到了醇解产物4-N,N-二甲氨基苯甲酸甲酯.

为此，针对上述第3种合成DMATBA的工艺进行了探索，得到了其可控合成和分离的最佳条件.该优化后的工艺一方面抑制了副反应的发生(酰氯的水解和醇解)；另一方面简化了分离处理过程，产物结构通过1H NMR和13C NMR分析表征.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

药匙2个、玻璃棒1个、100 mL量筒1个、100 μL移液枪1个、100 mL烧杯1个、250 mL烧杯1个、50 mL三口圆底烧瓶1个、胶头滴管2个、250 mL分液漏斗1个、旋转蒸发器FRE-52Cs1台、SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵1台、电子天平1台、恒压滴液漏斗1个、Bruker AVANCE NEO 500和Bruker Fourier 80核磁共振波谱仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标).

4-N,N-二甲基苯甲酰氯(97%)；NaHS(68%～72%)；THF、无水乙醇、甲醇、DMF、MeCN均为分析纯.

1.2 实验过程

(1)向装有温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中加入NaHS 1.6 g(20 mmol)，随后加入5 mL DMF，在冰水浴中搅拌，使其充分溶解；

(2)将溶解在5 mL DMF中的4-N,N二甲氨基苯甲酰氯(1.89 g，10 mmol)，用恒压滴液漏斗，滴加到反应体系中(2～3 s1滴)，滴加结束后，维持冰水浴，继续反应60 min；

(3)随后，反应体系温度升至室温(25 ℃)，继续反应2.5 h；

(4)后处理：首先，将反应后的体系倒入15 mL水中，使用乙酸乙酯萃取(3×6 mL)，保留水相；其次，对上述得到水相使用1倍量的HCl(1 N，20 mL)滴加酸化，直至pH=3；再次，使用乙酸乙酯萃取酸化水相(3×10 mL)，合并有机相，用无水MgSO4干燥，最后，过滤并减压浓缩得到产品DMATBA，收率为81.9%，纯度为93.6%.

2 结果与讨论

2.1 反应溶剂对产物收率的影响

表1 不同溶剂对DMATBA收率的影响

由表1可知，以DMF为溶剂，产品收率最高，故选用DMF作为最佳反应溶剂.值得注意的是，以甲醇/乙醇为溶剂时，4-N,N-二甲氨基苯甲酰氯与甲醇/乙醇会发生酯化反应，分别生成相应的4-N,N-二甲氨基苯甲酸甲酯(白色固体，收率93.1%)和4-N,N-二甲氨基苯甲酸乙酯(黄色固体，收率92.6%)，我们推测可能是由于其结构上强供电子的二甲氨基与苯环共振，显著地促进了酰氯的醇解过程.

2.2 反应浓度对产物收率的影响

由图1可知，反应浓度在0.05 mol·L-1时，DMATBA收率仅为78.5%；当反应浓度调整到0.1～1.0 mol·L-1之间时，反应浓度对产品收率影响不大；一旦反应体系浓度大于1.0 mol·L-1时，产品收率降低.考虑到成本及产品收率问题，故确定最佳反应浓度为1.0 mol·L-1.

2.3 投料比对产物收率的影响

2.4 反应时间对产物收率的影响

由图3可知，随着时间的增加，在1.0～2.5 h内，产品收率呈现递增的趋势；2.5 h后，再继续延长反应时间，产品收率降低，故确定最佳反应时间为2.5 h.

2.5 反应温度对产物收率的影响

由图4可知，反应温度在25 ℃时，DMATBA收率最大；当反应温度进一步提高时，产品收率大大降低，因此，最佳反应温度为25 ℃.

2.6 n(NaHS)n(HCl)用量比对产物收率的影响

表2 不同n(NaHS)n(HCl)用量比对DMATBA收率的影响

3 谱图分析

4 结 论

(2) 该优化后的工艺，抑制了经典工艺中酰氯水解和醇解的副反应，选择性合成相应硫代酸产物的同时，提高了产品的收率，简化了后处理过程，为后续工业化生产做了初步探索.