异硫氰酸乙氧羰酯的合成

梁文杰，钟 宏，何谋海

（中南大学 化学化工学院，长沙 410083）

异硫氰酸乙氧羰酯的合成

梁文杰＊，钟 宏，何谋海

（中南大学 化学化工学院，长沙 410083）

以氯甲酸乙酯和硫氰酸钠为原料，席夫碱为催化剂，采用相转移催化法合成异硫氰酸乙氧羰酯.研究了催化剂用量、反应温度、反应时间和原料配比等对产品收率的影响.结果表明：适当提高反应温度和延长反应时间有利于反应收率的提高；通过试验确定了该合成反应的适宜条件为：反应温度35℃，反应时间3h，硫氰酸钠、氯甲酸乙酯和席夫碱催化剂的摩尔比为1.1∶1∶0.015，产品收率96.8%.

异硫氰酸乙氧羰酯；合成；席夫碱；相转移催化

异硫氰酸酯及其衍生物是一类重要的有机合成中间体，可参与多种有机反应，用于合成多种类型的含硫、含氮、含氧的有机化合物，广泛应用于农药、医药、染料等有机合成产品的制备［1-4］，因此，对它们进行深入的研究具有十分重要的意义.异硫氰酸乙氧羰酯是异硫氰酸酯中的一类很重要的衍生物，是一个非常有用的有机合成试剂，可以用于合成多种类型的杂环化合物［5］.其合成的杂环化合物大多数具有生物活性，如在农药上用作抗菌、杀虫剂、除草剂等，在医药上用于抗菌消炎以及癌症等疾病的治疗，还可以用于测定肽和蛋白质中氨基酸顺序以及作为荧光素标记物.异硫氰酸乙氧羰酯的合成主要是以氯甲酸乙酯和硫氰酸钠为原料，采用相转移催化合成法进行合成［6］，相转移催化剂是其关键技术.美国拜尔公司和氰胺公司分别申请了烷氧基羰基异硫氰酸酯及其衍生物合成方法的专利［7-8］.拜尔公司采用 N，N－二烷基芳胺作为催化剂；而氰胺公司采用的催化剂为喹啉、吡啶等含有一个或两个氮原子的六元单环或十元稠合多环的芳香杂环化合物，但是这些芳胺类催化剂大多有毒.

席夫碱（schiff碱）是一类含亚胺基的有机化合物，许多具有生物活性且基本无毒.席夫碱的应用非常广泛，在医学、催化、分析化学、腐蚀以及光致变色领域都有重要应用［9-10］.目前，席夫碱及其配合物已广泛应用于催化剂领域［11-12］.根据席夫碱的结构特征分析及初步实验证实，席夫碱可望成为异硫氰酸酯相转移催化合成的高效低毒催化剂.本文以席夫碱为相转移催化剂研究异硫氰酸乙氧羰酯的合成工艺，整个反应过程操作简单，条件温和，同时产率也较高，基本上属于绿色高效合成方法.反应方程式为：

1 试验部分

1.1 主要试剂与仪器

Vario EL型元素分析仪；Nicode FT－5DX型红外光谱仪（KBr压片）.

氯甲酸乙酯，硫氰酸钠，环己酮，3－二甲氨基丙胺，苯，六氢吡啶均为分析纯，席夫碱催化剂JA－1（自制）.

1.2 催化剂的制备

在150mL的烧瓶中分别加入20mL苯，0.1mol的3－二甲氨基丙胺和0.11mol的环己酮，装上分水器和回流装置，然后在集热式恒温加热磁力搅拌器中反应，反应温度为120℃，反应时间为2小时.反应完后，采用旋转蒸馏装置减压蒸馏出反应溶剂苯，得到席夫碱催化剂JA－1，收率达到94.4%.采用KBr压片法对产品进行红外光谱分析，在1661cm－1处出现了－C＝N－双键的伸缩振动吸收，而在谱图中没有出现C＝O和－NH2的特征吸收峰，说明底物中的C＝O与－NH2已缩聚得到具有亚胺（－C＝N－）结构化合物，即席夫碱.

1.3 合成实验基本步骤

在150mL的三颈烧瓶中加入15mL的环己酮，然后依次加入一定量的硫氰酸钠和上述自制的催化剂JA－1，装好搅拌装置后置于恒温水浴锅中，设定反应温度后，在搅拌下滴加0.05mol的氯甲酸乙酯，添加完毕后，开始计时.反应结束后，减压蒸馏除去反应溶剂（可回收再利用），得到红棕色油状液体即为异硫氰酸乙氧羰酯，采用滴定法测定异硫氰酸乙氧羰酯的收率.

2 结果与讨论

2.1 异硫氰酸乙氧羰酯含量的测定

异硫氰酸乙氧羰酯的含量可以采用六氢吡啶直接滴定法测定［13］.其原理是：先用过量的标准六氢吡啶溶液和产品中的异硫氰酸乙氧羰酯反应，生成相应的取代硫脲固体，然后用盐酸标准溶液滴定过量的六氢吡啶，按照式（1）计算出基于氯甲酸乙酯的异硫氰酸乙氧羰酯的收率.

式（1）中，m：合成所得产品的总质量，g；c1：六氢吡啶标准溶液的标定浓度，mol／L；c2：盐酸标准溶液的标定浓度，mol／L；v1：用于中和异硫氰酸乙氧羰酯的六氢吡啶标准液的体积，mL；v2：用于滴定过量六氢吡啶所消耗盐酸标准溶液的体积，mL；w：合成所得产品的取样量，g；n：用于合成异硫氰酸乙氧羰酯的氯甲酸乙酯的用量，mol.

2.2 催化剂用量的影响

在反应温度为35℃、反应时间为3h、硫氰酸钠与氯甲酸乙酯的摩尔比为1.10∶1的条件下，当催化剂JA－1的用量分别为氯甲酸乙酯（摩尔比）的0.25%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%时，按照上述试验基本步骤合成目标产物，考察催化剂用量对产品收率的影响，实验结果如图1所示.由图1可以看出，异硫氰酸乙氧羰酯的收率随催化剂用量增加而增加，但是当催化剂用量增加到1.5%时，若再继续增加催化剂用量，收率不再增加，因此，催化剂JA－1的最佳用量为1.5%.

2.3 原料配比对收率的影响

图1 催化剂用量对收率的影响Fig.1 Relationship between the quantity of catalyst and yield

设定反应温度为35℃、反应时间为3h、催化剂JA－1的用量为氯甲酸乙酯（摩尔比）的1.5%，加入不同用量的硫氰酸钠，其用量分别为氯甲酸乙酯（摩尔比）的1.0、1.05、1.1、1.15、1.20，考察不同原料配比对产品收率的影响，试验结果如图2所示.由图2可知，硫氰酸钠用量的增加有利于产品收率的提高.当两种原料的摩尔比为1.10∶1时，收率达到最大值，继续增大硫氰酸钠的用量，产品收率不再增加.由此可以看出，硫氰酸钠与氯甲酸乙酯的摩尔比为1.10∶1时较为合适.

图2 原料配比对收率的影响Fig.2 Relationship between the proportion of material and yield

2.4 反应时间和反应温度的影响

在100mL的三颈烧瓶中先加入15mL的环己酮，然后依次加入0.055mol干燥的硫氰酸钠，1.5%（与氯甲酸乙酯的摩尔比）的催化剂JA－1，设定不同的温度，在搅拌下滴加0.05mol的氯甲酸乙酯，滴加完毕后，开始计时，然后分别在设定的温度条件下反应不同的时间，考察反应温度和反应时间对产品收率的影响，试验结果如图3所示.从图3可以看出，升高温度不仅有利于催化合成异硫氰酸乙氧羰酯的收率的提高，而且还能加快反应的速率，同时，当反应温度一定时，反应收率随反应时间的延长而升高.反应温度较低时（15℃），反应速率也低，反应收率也相对比较低.当反应温度升高至25℃时，反应速率显著提高，反应收率也明显提高.进一步升高反应温度至35℃，反应1h后，反应收率就达到93.8%，3h后反应收率已达到最大值96.8%，且反应收率高于15℃和25℃下的最大值.在35℃下继续延长反应时间，反应收率变化不大.由此可以看出，该合成较适宜的反应温度为35℃，反应时间为3h.

图3 反应温度和反应时间对收率的影响Fig.3 Relationship between the reaction time and yield at different reaction temperature

综上所述，采用席夫碱JA－1作催化剂相转移催化合成异硫氰酸乙氧羰酯的适宜条件是：反应温度为35℃，反应时间为3h，硫氰酸钠和氯甲酸乙酯的配比为1.10∶1（摩尔比），催化剂的用量为1.5%（与氯甲酸乙酯的摩尔比），在此条件下，异硫氰酸乙氧羰酯的收率达到96.8%，高于国外专利水平.

2.5 产品分析

在上述优化条件下所制得的产品进行了元素分析，其结果为：测量值（理论值）%：C，36.61（36.59）；H，3.83（3.81）；N，10.66（10.67）.采用KBr压片法对产品进行红外光谱分析，特征峰（cm－1）：2 950（CH3）；2 866（CH2）；1 981和 865（N＝C＝S）；1 715（C＝O）；1 250（O－C）.测量所得的数据与文献值［14］一致，可确定最终产品为目标产物.

3 结论

以氯甲酸乙酯和硫氰酸钠为原料，席夫碱为催化剂，采用相转移催化法合成了异硫氰酸乙氧羰酯.该法反应时间短，反应条件温和，操作简单，收率高，催化剂催化效果好.

考察了催化剂用量、原料配比、反应温度以及反应时间对收率的影响，得出异硫氰酸乙氧羰酯适宜的合成工艺为：反应温度为35℃，反应时间为3h，催化剂用量为1.5%（与氯甲酸乙酯的摩尔比），原料配比为1.1∶1（硫氰酸钠和氯甲酸乙酯的摩尔比），在此条件下，异硫氰酸乙氧羰酯的收率达到96.8%.

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Study on the synthetic process of ethoxycarbonyl isothiocyanate

LIANG Wenjie，ZHONG Hong，HE Mouhai
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Central South University，Changsha 410083）

Using Schiff base as a phase transfer catalyst，ethoxycarbonyl isothiocyanate was synthesized by reacting ethyl chloroformate with sodium thiocyanate.Effect of the amount of catalyst，reaction temperature，reaction time and the proportion of material on the reaction yield was investigated.The results show that increasing reaction temperature or prolonging reaction time can improve the yield.The appropriate reaction condition was determined by experiment as follows：reaction temperature was 35℃，reaction time was 3hand the mol proportion of sodium thiocyanate，ethyl chloroformate and Schiff base catalyst was 1.1∶1∶0.015，the yield was 96.8%.

ethoxycarbonyl isothiocyanate；synthesis；Schiff base；phase transfer catalyst

O623.76

A

1000－1190（2011）04－0591－04

2011－06－17.

国家高技术研究发展计划项目（2007AA06Z122）；中国博士后科学基金项目（20110491267）；中南大学博士后科学基金项目（74341015502）.

＊E－mail：liang＿wenjie＠163.com.