一种芳香亚磺酸类化合物的制备方法

摘要

本发明涉及一种芳香亚磺酸类化合物的制备方法；以路易斯酸作为催化剂，以芳香族化合物为原料与1,4‑二氮杂二环[2.2.2]辛烷(DABSO)在溶剂中进行傅克酰基化反应，生成相应的芳香亚磺酸类化合物。与目前工业上芳香亚磺酸的制备方法相比，本发明可一步合成芳香亚磺酸类化合物，简化了实验操作，省略了高污染的氯磺化反应步骤；本发明反应条件温和，一般常温条件下即可反应，降低大量的生产能耗；DABSO较于气体SO

说明书

技术领域

本发明属于有机合成领域，涉及芳香亚磺酸类化合物的一种新的制备方法。它们可以其钠盐的形式得到。

背景技术

作为一类重要的反应中间体，芳香亚磺酸类化合物在医药、印染、农药、有机合成等领域都有着广泛的应用。该类化合物可由磺酰氯被锌粉或亚硫酸钠等还原剂还原，二氧化硫与芳烃进行傅克反应，硫醇的氧化以及二氧化硫与格氏试剂或芳香族重氮盐反应等途径制得。Knoevenagel等人[Chemische Berichte 1908,41,3315]最早利用傅克反应制备了芳香族亚磺酸。文献报道了将二氧化硫通入芳香族化合物、三氯化铝和氯化氢的混合物中，气液两相法合成芳香族亚磺酸的方法。但该反应需要操作两种有毒气体，反应时间长，反应温度低，后续鲜有此法改进的文献报道。付洪娥等[中国专利：CN102731349B]采用氯铝酸离子液体，既作催化剂又作溶剂，使芳香族化合物和二氧化硫进行傅克反应生成芳香亚磺酸。但氯铝酸离子液体的制备成本昂贵，且用量大，需严格无水保存，反应后处理存在困难，产物与离子液体无法很好的分离等问题影响了其实际应用。目前工业上芳香亚磺酸类化合物是由芳香族化合物经氯磺化、还原剂还原两步反应得到。但反应需用到过量的氯磺酸，反应后处理会得到大量含有硫酸、盐酸以及硫酸钠、氯化钠等的废水、废渣，不符合经济环保的要求。

文献[J.Am.Chem.Soc.2010,132,16372]首次报道了利用DABSO(1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷和SO₂的加合物)代替气体二氧化硫合成芳香族磺酰胺的方法，而后利用DABSO代替气体二氧化硫合成芳香亚磺酸类化合物的文献也大量涌现，开启了新的研究热点。文献[Angew.Chem.2013,125,12911]利用芳基锂与DABSO反应生成芳基亚磺酸锂；文献[Org.Lett.2014,16,150]利用格氏试剂与DABSO反应，制备得到相应的亚磺酸并参与下一步反应，但反应需在-40℃进行；文献[Angew.Chem.2016,128,757]利用芳香族硼酸与DABSO在醋酸钯的催化下制备得到芳香族亚磺酸；文献[Tetrahedron>

本发明采用路易斯酸作为催化剂，芳香族化合物与DABSO(1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷和SO₂的加合物)反应制备芳香亚磺酸类化合物的方法具有原料廉价易得、反应条件温和、操作简单易行、实际应用潜力大等优点。

发明内容

本发明旨在公开一种芳香亚磺酸类化合物的制备方法。本发明所称的芳香亚磺酸类化合物是指苯系亚磺酸类化合物。本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：通过大量实验，确定以一种路易斯酸作为反应适宜的催化剂，将芳香族化合物(苯系化合物)与DABSO(1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷和SO₂的加合物)进行傅克酰基化反应制备得到芳香亚磺酸类化合物；同时研究确定了制备芳香亚磺酸类化合物适宜的工艺条件。

本发明的技术方案如下：

一种芳香亚磺酸类化合物的制备方法，以路易斯酸作为催化剂，以芳香族化合物为原料与1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(DABSO)在溶剂中进行傅克酰基化反应，生成相应的芳香亚磺酸类化合物。

所述路易斯酸选自下述化合物中任意一种：氯化锌、氯化铝、氯化铁、氯化锡、四氯化钛或氯化铜。

所述溶剂选自下述化合物中任意一种：二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、二硫化碳、苯、甲苯、硝基苯、乙腈、丙腈、乙醚、四氢呋喃、1,4-二氧六环、丙酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或乙酸乙酯。

优选催化剂用量为：DABSO与催化剂的摩尔比1：2～8。

优选芳香族化合物与DABSO的摩尔比为1：1～3.

优选反应温度为0～40℃,

优选反应时间为4～24h。

上述芳香亚磺酸类化合物的制备方法，所述DABSO的基本制备方法是本领域的技术人员所公知的，例如可以参考文献J.Mol.Struct.Santos,P.S.1988,178,121报道的制备方法。

本发明的制备方法适宜进行下述反应：

式中，Ar代表芳香族化合物，即为苯系化合物；该芳香族化合物上含有单个取代基，所述的取代基选自C₁-C₄链烷基、卤素、甲氧基OCH₃或乙酰胺基NHAc。

上述各基团定义如下：

“C₁-C₄链烷基”可以理解为表示具有1到4个碳原子的直链或支链烃基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、1-丁基、2-丁基、2-甲基丙基或叔丁基。

“卤素”意指氟、氯、溴或碘。

本发明的有益效果在于：(1)DABSO较于气体SO₂具有便于存储和运输、常温常压下性质稳定、操作安全简便等优点；(2)与目前工业上芳香亚磺酸的制备方法相比，本发明可一步合成芳香亚磺酸类化合物，简化了实验操作，省略了高污染的氯磺化反应步骤；(3)原料廉价易得，降低生产成本；(4)反应条件温和，一般常温条件下即可反应，降低大量的生产能耗；(5)实际应用潜力大。

具体实施方式

结合以下实施例，对本发明作进一步详细说明以便更好地理解本发明。本发明绝非仅限于这些实施例。实施例中所用试剂均为市售。

实施例1:4-甲基苯亚磺酸钠的制备

1)DABSO(1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷和SO₂的加合物)的制备：

在一接有尾气吸收装置的100mL三颈烧瓶中，依次加入50mmol1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷和50mL二氯甲烷，之后在常温下缓慢通入60mmol的SO₂气体，通毕后常温反应4h，抽滤，干燥，得到的固体保存待用；

2)4-甲基苯亚磺酸钠的制备：

在常压下，向带有机械搅拌的100mL三颈烧瓶中，在20℃中依次加入40mL二氯甲烷、8.0mmol甲苯、25.0mmol三氯化铝、8.2mmol上述自制的DABSO，而后加热升温至25-30℃，反应8-10h,液相色谱检测至反应液中甲苯含量低于10％，且不再降低时，反应结束。将反应液倒入饱和碳酸氢钠水溶液中进行碱性水解；抽滤，取滤液相；分液，取水相；减压蒸馏除去水，后用甲醇提取；再次减压蒸馏除去甲醇后，乙醇重结晶，得到4-甲基苯亚磺酸钠白色固体1.18g,产率83％。其反应式如下：

核磁数据如下：

4-甲基苯亚磺酸钠：¹H>2O,δ):7.47-7.40(d,2H,aromatic),7.30-7.23(d,2H,aromatic),2.28(s,3H,CH₃).

实施例2:4-乙酰胺基苯亚磺酸钠的制备

DABSO(1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷和SO₂的加合物)的制备同实施例1，下同。

在常压下，向带有机械搅拌的100mL三颈烧瓶中，在20℃中依次加入20mL1,2-二氯乙烷、3.0mmolN-乙酰苯胺、24.0mmol三氯化铝、3.0mmol上述自制的DABSO，而后加热升温至25-40℃，反应20-24h,液相色谱检测至反应液中N-乙酰苯胺含量低于1％时，反应结束。后处理操作同实例1，得到4-乙酰胺基苯亚磺酸钠白色固体粉末0.53g,产率80％。其反应式如下：

核磁数据如下：

4-乙酰胺基苯亚磺酸钠：¹H>4,δ):7.67-7.63(d,2H,aromatic),7.62-7.58(d,2H,aromatic),2.15(s,3H,COCH₃).

实施例3:4-氯苯亚磺酸钠的制备

在常压下，向带有机械搅拌的100mL三颈烧瓶中，在25℃中依次加入25mL二氯甲烷、6.2mmol氯苯、18.8mmol三氯化铝、6.2mmol上述自制的DABSO，而后加热升温至30-35℃，反应12-14h,液相色谱检测至反应液中氯苯含量低于5％，且不再降低时，反应结束。后处理操作同实例1，得到4-氯苯亚磺酸钠白色固体粉末1.08g,产率88％。其反应式如下：

核磁数据如下：

4-氯苯亚磺酸钠：¹H>4,δ):7.68-7.60(m,2H,aromatic),7.46-7.42(m,2H,aromatic).

实施例4:4-溴苯亚磺酸钠的制备

在常压下，向带有机械搅拌的100mL三颈烧瓶中，在20℃中依次加入25mL三氯甲烷、2.1mmol溴苯、18.8mmol三氯化铝、6.3mmol上述自制的DABSO，而后加热升温至30℃，反应12-14h,液相色谱检测至反应液中溴苯含量低于5％，且不再降低时，反应结束。后处理操作同实例1，得到4-溴苯亚磺酸钠白色固体粉末0.46g,产率91％。其反应式如下：

核磁数据如下：

4-溴苯亚磺酸钠：¹H>2O,δ):7.62-7.56(m,2H,aromatic),7.46-7.41(m,2H,aromatic).

实施例5:4-甲氧基苯亚磺酸钠的制备

在常压下，向带有机械搅拌的250mL三颈烧瓶中，在20℃下依次加入50mL硝基苯、5.2mmol苯甲醚、16.0mmol三氯化铁、5.2mmol上述自制的DABSO，而后加热升温至25-40℃，反应6-8h,液相色谱检测至反应液中苯甲醚含量低于5％，且不再降低时，反应结束。后处理操作同实例1，得到4-甲氧基苯亚磺酸钠白色固体粉末0.91g，收率90％。其反应式如下：

核磁数据如下：

4-甲氧基苯亚磺酸钠：¹H>4,δ):7.63-7.56(m,2H,aromatic),7.01-6.96(m,2H,aromatic),3.83(s,3H,OCH₃).

实施例6:4-叔丁基苯亚磺酸钠的制备

在常压下，向带有机械搅拌的250mL三颈烧瓶中，在0℃下依次加入50mL四氢呋喃、4.0mmol叔丁基苯、8.4mmol四氯化钛、4.2mmol上述自制的DABSO，而后加热升温至30℃，反应16-18h,液相色谱检测至反应液中叔丁基苯含量低于10％，且不再降低时，反应结束。后处理操作同实例1，得到4-叔丁基苯亚磺酸钠白色固体粉末0.64g，收率73％。其反应式如下：

核磁数据如下：

4-叔丁基苯亚磺酸钠：¹H>4,δ):7.62-7.58(m,2H,aromatic),7.51-7.47(m,2H,aromatic),1.34(s,9H,C(CH₃)₃).

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。