硫醇类化合物合成工艺与方法分析

硫醇类化合物合成工艺与方法分析
发布时间：2021-11-15T07:43:31.227Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：曾晓龙[导读] 硫醇类化合物作为有机合成中间体和精细化工品在医药、农药、电化学、有机合成领域被广泛应用。

在我国，大多数硫醇在市场上供不应求，依赖进口，且许多硫醇（如甲硫醇、叔丁基硫醇、2-巯基苯并噻唑等）的合成技术储备不足山东滨农科技有限公司山东滨州 256600
摘要：硫醇类化合物作为有机合成中间体和精细化工品在医药、农药、电化学、有机合成领域被广泛应用。

在我国，大多数硫醇在市场上供不应求，依赖进口，且许多硫醇（如甲硫醇、叔丁基硫醇、2-巯基苯并噻唑等）的合成技术储备不足。

因此，开展硫醇合成的研究十分重要。

传统的硫醇合成工艺与方法大多存在三废多、流程长、产率低等缺陷；且硫源单一，以化学性质活泼的硫脲为主。

此外，许多合成工艺与方法存在反应歧视，不具备普适性。

催化科学的崛起和精细有机合成方法与理论的完善为解决这些问题提供了理论依据。

关键词：硫醇类；化合物；合成工艺；方法
0引言
硫醇类化合物是指含巯基官能团的有机物，包括烷基硫醇、芳基硫醇等。

其中，甲硫醇（CH3SH）是合成饲料中氨基酸如蛋氨酸、甲硫氨酸的必需中间体；短链烷基硫醇是合成农药的重要中间体和工业常用赋臭剂；长链烷基硫醇作为聚合物分子量调节剂和链转移剂在高分子合成领域被广泛应用，特别是在ABS树脂和橡胶合成中不可替代，它还可吸附在贵金属上形成自组装单分子层有序膜（SAMs），该类膜具有易制备、稳定性好、能预先进行表面设计以及对金属表面有保护和强化作用等特点，在微电子、电化学领域备受关注。

此外，硫醇类化合物也是合成精细和医药含硫化学品的重要中间体和原料。

1醇合成硫醇 1H2S为硫源与醇合成硫醇 H2S与醇的硫醇化工艺适用性较广、路线简单、原料易得，但该工艺副反应较多，目标产物分离纯化困难。

硫醇化反应仅在有催化剂存在下发生，且伴随醇分子间与分子内脱水的副反应，同时，形成的硫醇也可发生脱除反应形成硫醚或二硫化物，整个反应体系可能进行的反应如图1所示。

图2醇与硫氢化物一锅法合成硫醇反应历程
2卤代烃合成硫醇
1H2S及硫脲为硫源相转移催化合成硫醇
相转移催化包括液-液相转移催化（L-LPTC）和液-液-固相转移催化（L-L-SPTC）。

L-LPTC所用催化剂是较小化学结构的有机铵盐，其既可溶于水相又可溶于有机相；而L-L-SPTC的催化剂是高聚合物键合的有机铵盐，其既不溶于水相，也不溶于有机相，而是单独成相。

相转移催化机制与相转移催化反应动力学模型的建立密切相关，Jha提出富含H2S的有机胺水溶液直接与卤代烃反应的相转移催化机制：在相转移催化过程中，水相存在电离平衡反应（1）—（4）；对于L-LPTC，水相中的阴离子亲核试剂附着在相转移催化剂的惰性部位，即未结合HS-和S2-的部位，随后发生离子交换反应；而对于L-L-SPTC，该过程仅发生在相界面处，如图5所示，此时相转移催化剂惰性部位即结合X-的部位，这种离子交换总处于稳态平衡，若离子交换后有HS-和S2-附着至相转移催化剂上，则认为此交换有效；有效离子交换后的相转移催化剂从水相迁移至有机相，然后进行亲核取代反应。

即相转移催化剂在反应中充当亲核试剂的搬运工，在体系中不断反应和循环。

但因溶剂化作用和双相的严格搅拌，无论体系有无相转移催化剂，亲核取代反应同样可发生，此时，亲核试剂以硫氢化铵和硫化铵的形式进入有机相，故卤代烃经相转移催化的硫醇化反应，其总反应速率等于有催化剂参与和无催化剂参与的反应速率之和。

且该工艺因水溶液总存在HS-和S2-，同时硫醇也可与体系中的卤代烃反应，因此体系必然存在副产物硫醚的平行反应和连串反应。

2.2硫脲及无机硫化物为硫源催化偶联合成硫醇
2005年，Taniguchi等指出在90℃下CuI能单独催化偶联芳基碘与硫单质得到芳基二硫化物，再用Ph3P或NaBH4还原裂解处理可得到芳基硫醇。

但他们仅对一种芳基碘进行了研究，该方法不具备普适性且使用的偶联剂昂贵。

2009年，Ma等以硫单质或硫化钾为硫源与芳基碘化物在CuI催化下进行偶联反应，各种硫醇产率为82％~93％。

该偶联反应中，硫单质可促进金属二硫化物的形成并抑制二芳基硫化物的产生，从而显著提高硫醇的产率；该反应具有良好的官能团定向选择性和普适性，最大的缺点在于反应底物芳基碘较昂贵，而较廉价的芳基溴和芳基氯的反应活性很低。

2010年，Guo等以硫代硫酸钠为硫源，以更廉价易得的芳基氯化物、芳基溴化物和芳基三氟甲磺酸盐为反应底物，在钯的络合物催化下交叉偶联合成硫醇。

催化偶联反应的研究方式均是先以某一反应为模板，研究偶联配体、硫源、溶剂和碱种类等实验条件对反应的影响，然后在最佳实验条件下以不同的反应底物进行实验，检验反应适用范围。

不同催化偶联反应的机理大致相同，具体催化过程，硫单质可在碱存在下歧化产生硫化物和亚硫酸盐，前者可进一步与硫单质反应生成多硫化物，多硫化物离子可作为催化循环反应中的活性物质。

首先CuI氧化芳基碘得
到络合物A，再与多硫化物离子进行配体交换得到络合物B，其还原消除得到初始偶联产物C并再生CuI；然后中间体C和络合物A进行配体
交换形成配合物D，该配合物的还原消除可提供多硫化物F并再生CuI，最后，多硫化物F经NaBH4还原裂解得到芳基硫醇。

形成配合物B的另一途径是铜聚硫化物E氧化加成至芳基碘化物上，而络合物E由CuI与多硫化物反应生成。

2.3有机硫化物为硫源合成硫醇
Bandgar等用聚合物负载硫氢化物与卤代烃在乙腈溶液中快速、高产合成硫醇。

他们给出高聚物负载-SH的具体方法，同时指出高聚物可使-SH具有更强的亲核能力，从而使得产率大幅提升。

该反应和前述聚合物负载硫氢化物与醇合成硫醇的反应具有类似特性，如良好官能团定向选择性、普适性及较高硫醇产率。

特别地，该法硫醇只需经简单过滤、萃取即可提纯。

但他们的研究均仅给出实验方法和结果，并未解释反应详细机制，如在以聚合物负载硫氢化物为硫源时，无论以醇还是卤代烃为底物，为何硫醇均可高产形成而不会向二硫化物转化。

3结束语
硫醇类化合物性质较活泼易被氧化，合成过程存在的副反应较多，使许多高附加值的硫醇类化合物（如十六硫醇、4-甲氧基苄硫醇、2-巯基咪唑等）的合成均停留在实验室研发阶段。

如今，硫醇类化合物因诸多特有的理化性质，在医药、材料等领域的特殊用途已不可小觑，改进传统硫醇合成工艺及深入探索处于实验研发阶段甚至未被开发但应用前景广阔的硫醇合成方法具有重要的现实意义。

参考文献
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