氧化法制备1_2_苯并异噻唑啉_3_酮_张可青

75． 8
1∶ 1． 2
76． 1
源自文库
1∶ 1． 3
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69． 5
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36． 5
由表 2 可知，氧化剂双氧水与酰胺的摩尔比为 1∶ 1． 1 和 1 ∶ 1． 2 时，反应产率最高； 此后，随着双氧 水与酰胺的摩尔比逐渐增大，反应产率逐渐降低，当 双氧水与酰胺的摩尔比为 1 ∶ 2 和 1 ∶ 3 时，氧化剂大
在传统的卤素氧化法合成 BIT 的过程中，常使 用碱性催 化 剂 来 催 化 闭 环 反 应［7］，包 括 氢 氧 化 钠、 氢氧化钾等无机碱和吡啶、三乙胺等有机碱。另据 报道［8］，在双硫键的氧化断裂反应中，含 N、P、S 的 质子亲核试剂可催化氧化断键反应，使双硫键断裂 反应的时间明显缩短，使用较多的此类亲核试剂包 括三乙胺、氨水、酰胺、硫脲等。为研究上述催化剂 对本反应的影响，选择三乙胺为催化剂进行了合成 反应，为避免氧化时间过长导致过氧化发生，加入催 化剂后氧化反应时间缩短为 2 h，反应结果见表 3。
第 43 卷第 9 期 2014 年 9 月
应用化工 Applied Chemical Industry
Vol． 43 No． 9 Sep． 2014
氧化法制备 1，2-苯并异噻唑啉-3-酮
张可青，任蕊，杨俊伟，李程碑
（ 陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安 710054）
摘 要： 以二硫化二苯甲酸为起始原料，经酰胺化后以双氧水为氧化剂，制备 1，2-苯并异噻唑啉-3-酮。结果表明，
异噻唑啉酮是一类重要的工业杀菌剂，具有抗 菌能力强、应用剂量小、相容性好、药效持续时间长、 对环境安 全 以 及 抗 菌 谱 宽 广 等 优 良 性 能［1］，在 工 业、农业、医药等行业得到了广泛应用。在诸多异噻 唑啉酮化合物中，1，2-苯并异噻唑啉-3-酮（ BIT） 因 具有优异的耐温性和耐酸碱能力，在防腐杀菌领域 受到越来越多的关注［2］，已经在诸多常规防腐产品 难以发挥效果的特殊工业领域中显示出了独特的优 势。
（ Shaanxi Ｒesearch and Design Institute of Petroleum and Chemical Industry，Xi’an 710054，China）
Abstract： 1，2-Benzisothiazdin-3-one was prepared from 2，2-dithiobis-benzoic acid by acylation，oxidation with hydrogen peroxide． The result showed that the molar ratio of oxidant and amide was 1． 2∶ 1，the reaction time was 3 h，and the reaction temperature was about 60 ℃ ，and the total yield was 67． 7% ，the melting point product was 156 ～ 158 ℃ ． The oxidation reaction time was shortened to 2 h by the catalyst triethylamine，and yield of the reaction was increased to 79． 2% as well． Key words： 1，2-benzisothiazolin-3-one； antiseptic； 2，2-dithiobis-benzoic acid； oxidation
—S—S— 键断裂反应：
10 min。过滤，用水洗涤 至 中 性，再 用 少 量 乙 醇 洗 涤，即得白色 BIT 固体，熔点 156 ～ 158 ℃ ，与文献报 道相符 合，反 应 收 率 76． 1% 。IＲ （ γ / cm － 1 ） ： 3 056 （ Ar—H ） ，2 909，2 665 （ —CH3 ，—CH2 —） ，1 638 （ CO ） ，1 443，1 461（ 苯环骨架） ，1 316（ N—S） ， 1 147（ C—N） ，742（ 苯环上邻二取代） ，606（ C—S） 。
中图分类号： TQ 455． 4
文献标识码： A
文章编号： 1671 － 3206（ 2014） 09 － 1637 － 03
Synthesis of 1，2-benzisothiazolin-3-one by oxidation
ZHANG Ke-qing，ＲEN Ｒui，YANG Jun-wei，LI Cheng-bei
幅过量，产物大量过氧化，反应产率急剧下降。考虑 到双氧水在反应前可能出现少量分解的情况，双氧 水与酰胺的最佳摩尔比应为 1∶ 1． 2。 2． 4 碱性强弱对氧化反应的影响
为研究反应体系碱性强弱对反应产率的影响， 在 pH 为 8 ～ 14 的条件下进行了合成反应。实验表 明，当反应体系 pH 低于 9 后，二硫化二苯甲酰胺在 反应过程中未能完全溶解，而反应产率也明显降低， 这可能是因为未溶解的酰胺难以发生氧化反应。熔 点测定表明，大部分产物在标准熔点 157 ℃ 左右熔 解，但少量产物在 180 ℃ 以上仍不熔，表明产物中有 未反应的酰胺，证实了上述推论。当反应体系 pH 值在 9 ～ 14 时，酰胺均可完全溶解，反应产率较高。 2． 5 质子催化剂对氧化反应的催化作用
011） 作者简介： 张可青 （ 1979 － ） ，女，内蒙古呼和浩特人，陕西省石油化工研究设计院工程师，博士，主要从事防腐剂的合成研
究。电话： 029 － 85542660，E － mal： zhkeqing2001@ 163． com
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应用化工
第 43 卷
1． 2． 1 2，2-二硫化二苯甲酰氯的合成( Ⅰ) 在带 有回流和尾气吸收装置的 500 mL 四口烧瓶中，加入 30． 6 g（ 0． 1 mol） 二硫化二苯甲酸、100 mL 甲苯和 8 mL吡 啶，开 动 搅 拌，在 室 温 下 缓 慢 滴 加 47． 6 g （ 0． 4 mol） 氯化亚砜，滴完后将反应温度升至 60 ～ 70 ℃ ，保温反应 1 h，停止加热，减压蒸馏回收过量 的氯化亚砜 （ 温度 35 ～ 40 ℃ ） ，得 棕 黄 色 悬 浮 液。 抽滤，用丙酮洗涤，在 50 ℃ 真空烘箱中干燥 8 h，即 得黄色 2，2-二 硫 化 二 苯 甲 酰 氯 粉 末，熔 点 154 ～ 157 ℃ （ 文献值 155 ～ 159 ℃ ） ，反应收率 93． 3% 。 1． 2． 2 2，2-二硫化二苯甲酰胺的合成 ( Ⅱ) 在 500 mL 三口烧瓶中加入 100 mL（ 约 1． 5 mol） 氨水 和 50 mL 甲苯，开动搅拌，控制温度在 30 ℃ 以下，分 次加入 34． 3 g（ 0． 1 mol） （ Ⅰ） ，在室温下反应 1 h。 抽滤，以水洗涤数次，在 50 ℃ 真空干燥 8 h，即得淡 黄色 2，2-二 硫 化 二 苯 甲 酰 胺 固 体，熔 点 197 ～ 202 ℃ ，与文献相符，反应收率 95． 4% 。 1． 2． 3 BIT 的 合 成 ( Ⅲ ) 在 带 有 回 流 装 置 的 500 mL四口瓶中加入 15． 2 g（ 0． 05 mol） （ Ⅱ） 和约 100 mL 氢 氧 化 钠 水 溶 液 （ 含 氢 氧 化 钠 8． 0 g / 0． 2 mol） ，升温至 60 ℃ ，保持该温度，搅拌下在 2 h 内缓 慢 滴 加 20． 4 g 10% 双 氧 水 溶 液 （ 0． 06 mol H2 O2 ） ，滴加完后降温至 50 ℃ ，继续反应 1 h。冷却 至室温，用稀盐酸调节 pH 为 4 ～ 5，放入冰箱冷冻
长 期 以 来，BIT 的 合 成 方 法 多 采 用 卤 素 氧 化 法［3］，该法需使用氯气 / 液溴等剧毒、强腐蚀原料， 使用极其不便，且过量的卤素吸收不完全，极易造成 二次污染，已经难以达到目前的环保要求。如何在 不使用卤素的前提下寻找产率高、价格低廉且工艺 简单的 BIT 新型生产工艺，成为了防腐剂生产领域 的热门问题。
由于氧化剂过量可引起产物过氧化，因此氧化 剂与酰胺的摩尔比不宜过高。表 2 为不同氧化剂用 量所得反应产率。
表 2 氧化剂用量对反应的影响 Table 2 Effect of amount of oxidant on the reaction
酰胺∶ 双氧水 /摩尔比
Ⅲ产率 /%
1∶ 1
74． 9
1∶ 1． 1
—N—S— 键生成反应：
第9 期
张可青等： 氧化法制备 1，2-苯并异噻唑啉-3-酮
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2． 2 双氧水滴加时间对反应的影响 本反应中双氧水分解所得的 HO·自由基可将
—S—S— 键氧化断裂，但如果体系中双氧水浓度过 高，自由基产生的速度快于环合反应，则多余的自由 基易于将断键生产的 ＲS— 进一步氧化为硫醇的氧 化副产物 和 磺 酰 化 合 物［6］。 为 避 免 单 位 时 间 内 反 应体系中氧化剂浓度太大而导致产物过氧化，双氧 水需在整个氧化过程内缓慢加入。在不同反应时间 下进行了氧化反应，实验结果列于表 1。
1 实验部分
1． 1 试剂与仪器 二硫化二苯甲酸、氢氧化钠、氯化亚砜、吡啶、丙
酮、甲苯、氨水（ 25% ） 、双氧水（ 30% ） 、乙醇均为化 学纯； 浓盐酸，工业品。
WＲS-2 型熔点测定仪； VX-70 型红外吸收光谱 仪。 1． 2 实验方法
合成过程按照如下反应方程式分步进行：
收稿日期： 2013-12-20 修改稿日期： 2014-04-11 基金项目： 延长石油集团科技攻关项目（ Ycsy2011Ky-B-112） ； 陕西省石油化工研究设计院青年创新基金项目（ 2011QCX-
本文提出了一种简便环保的合成 BIT 的方法，
即以二硫化二苯甲酸为起始原料，通过酰氯化、酰胺 化反应，然后采用双氧水氧化法制备得到 BIT； 产物 结构通过红外光谱加以确认，反应总收率 67． 7% 。 该法以双氧水氧化过程代替传统工艺中卤素的氧化 过程，合成过程清洁环保，成本低廉，且产率更高，产 品纯度更好，对于 BIT 的大规模工业生产具有很大 的意义。
表 1 双氧水滴加时间对反应的影响 Table 1 Effect of drop time of hydrogen peroxide
on the reaction
双氧水滴加时间 /h
Ⅲ产率 /%
熔程 /℃
1
68． 4
142 ～ 175
2
76． 1
156 ～ 158
3
73． 2
156 ～ 159
由表 1 可知，双氧水在 2 h 内滴加完时，产率最 高，且熔程仅为 2 ℃ ，表明产物纯度很好。滴加时间 缩短为 1 h 时，产率降低，熔程延长，其中一部分产 物的熔点在 170 ℃ 以上，表明反应没有进行完全。 滴加时间延长为 3 h 后，产率低于滴加时间 2 h 所得 产物，且产物纯度较低，表明反应时间延长导致过氧 化反应的发生。上述现象均说明双氧水滴加时间对 于氧化反应的影响很大，时间太短，反应不能进行完 全，而时间太长，反应易于发生过氧化副反应。因此 双氧水滴加时间以 2 h 为最佳。 2． 3 氧化剂用量对反应的影响
在氧化剂与酰胺的摩尔比为 1． 2∶ 1，反应时间为 3 h，反应温度 60 ℃ 条件下，反应总收率可达 67． 7% ，产物熔点 156
～ 158 ℃ 。加入催化剂三乙胺，可加速反应，使得反应时间缩短为 2 h，同时氧化反应产率提高为 79． 2% 。
关键词： 1，2-苯并异噻唑啉-3-酮； 杀菌剂； 二硫化二苯甲酸； 氧化反应
2 结果与讨论
由于本文合成过程的前两步，即羧酸酰氯化和 酰胺化过程均属经典反应，在这里不作探讨。本文 重点对双氧水氧化成环的关键一步进行讨论。 2． 1 氧化反应及成环机理
异噻唑啉酮杂环的闭合是通过 —S—S— 键的 断裂和 —N—S— 键的形成来完成的，—S—S— 键 的断裂为自由基取代历程［4］，而 —N—S— 键的形 成为亲核取代历程［5］，总反应历程推测为： 双氧水 在碱性条件下生成 HO·自由基，进攻 —S—S— 键 使其断裂，生成 ＲS—OH 和 ＲS·自由基，ＲS·自由 基与双氧水反应，再次生成 ＲS—OH 和 HO·自由 基，从而使得自由基取代反应持续进行。在碱性条 件下，酰胺基氮原子上的孤对电子进攻带有微量正 电荷的 ＲS—OH，OH － 离去，与氮原子上脱去的 H + 结合生成 H2 O，同时 N—S 键形成，从而形成较为稳 定的苯并异噻唑啉酮五元环。