Study on the Synthesis of Five 1-A1koxy-1-alkylthiomethane Type Compounds

HOU Leshan, ZHENG Fuping, SUN Baoguo, DING Fuxin#, LIU Yuping
(School of Chemical Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100037
#Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084)

Abstract Five kinds of 1-A1koxy-1-alkylthiomethane compounds were synthesized by the reaction of a-chloromethyl propyl ether or a-chloromethyl amyl ether with n-propyl mercaptan, n-amyl mercaptan or furfuryl mercaptan respectively at 30～35°C in dichloromethane for 1h with the yield of 49.9%～92.9%. The procedure used was convenient and the reaction conditions were mild. The structures of the five compounds were identified by means of IR, GC-MS and 1H NMR.
Key words a-Chloromethyl ether, 1-Alkoxyl-1-alkylthiomesthare compounds, Synthesis
摘要 本文以两种a-氯甲基醚(a-氯甲基丙基醚和a-氯甲基戊基醚)与丙硫醇、戊硫醇及糠硫醇在二氯甲烷中30～35°C下分别反应1h，合成了五种1-烷氧基-1-烷硫基甲烷类化合物，产率为49.9%～92.9%。该方法操作简单，反应条件温和，反应产物未见文献报道。产物经质谱、红外光谱及核磁共振验证。
关键词 a-氯甲基醚 1-烷氧基-1-烷硫基甲烷类化合物 合成

五种1-烷氧基-1-烷硫基甲烷类化合物的合成

侯乐山 郑福平** 孙宝国 丁富新# 刘玉平
(北京工商大学化工学院 北京 100037  #清华大学化工系 北京 100084)

    含硫类香料通常阈值较低，带有一种特殊香气如菜香、葱蒜香及烤肉香，在食品香料中起着重要的作用。1-烷基-1-烷氧基-1-烷硫基甲烷类化合物作为一类极具开发潜力的香料，香气浓郁，具有烤香气味，日益引起了人们的注意。此类化合物的结构比较特殊，可看作是缩醛中的一个烷氧基被烷硫基取代的产物，也可看作是缩硫醛中的一个烷硫基被烷氧基取代的产物。近来对这一类化合物时有报道[1-3]，其中2-甲基-4-丙基-1,3-氧硫杂环己烷有着浓郁的水果香气，略带焦味，美国食用香料及萃取物制造者协会(FEMA)已批准此化合物可作食用香料使用。研究这类化合物在食品香料行业中的应用及合成有重要的意义。
    1-烷基-1-烷氧基-1-烷硫基甲烷类化合物的合成[2]，通常是用缩醛和烷硫基提供试剂反应得到目标产物，但其使用的催化剂如：二氰基乙烯酮、二乙基苯硫基铝、BF3·OEt2等较难得到；也有的用烯醚与硫醇反应，反应时间24h，；还有通过醛直接合成，反应温度较低(-78°C)；此外还有一些方法用缩醛与巯基乙醇在酸性催化剂的作用下，生成环状的1-烷基-1-烷氧基-1-烷硫基甲烷类化合物[3]。
    本研究室曾采用缩醛和硫醇直接反应的方法合成1-烷基-1-烷氧基-1-烷硫基甲烷类化合物[4-7]，此方法较简单，产率在40%～64%之间，但是容易有副产物缩硫醛生成。本文采用a-氯代甲醚[8]与硫醇在30～35°C二氯甲烷中反应1h的方法合成了五种此类化合物(见表1)，反应方程式如下：

 

表1 化合物1中的取代基

化合物

R1

R2

1a

CH2CH2CH3

CH2CH2CH3

1b

CH2CH2CH3

CH2CH2CH2CH2CH3

1c

CH2CH2CH2CH2CH3

CH2CH2CH3

1d

CH2CH2CH2CH2CH3

CH2CH2CH2CH2CH3

1e

CH2CH2CH2CH2CH3

产物结构经IR、GC-MS及1H NMR确认，其物理常数见表2。

 

表2 目标产物的物理常数

化合物

分子式

沸点

产率/%

1a

C7H16OS

54～56°C/3300Pa

81.1

1b

C9H20OS

108～110°C/3100Pa

82.5

1c

C9H20OS

96～98°C/3600Pa

92.9

1d

C11H24OS

118～120°C/6700Pa

84.4

1e

C11H18O2S

128～130°C/4700Pa

49.9

    此方法为一步反应，反应无须加催化剂，操作简便，合成的产物产率高，在收集的产品中没有缩硫醛。

1 实验部分
1.1 仪器及试剂
    试剂均为市售化学纯。Bruker Vector22型傅立叶变换红外光谱仪(液膜法)，岛津GC-17A/QP-5000型色-质联机(离子源为EI)， Bruker DMX-300核磁共振波谱仪(溶剂为CDCl3，TMS为内标)。
1.2 a-氯代甲基醚的合成
    在1000mL的四口烧瓶中加入180g(3mol)正丙醇和90g(1mol)三聚甲醛，混合后通入干燥的氯化氢气体至反应液分层(约4h)。分取上层液体，用无水碳酸钠中和至体系pH值为6～7，再用无水氯化钙干燥，减压蒸馏收集26～28°C/4200Pa的馏分210g，即为a-氯代甲基丙基醚，产率64%；IR，umax/cm-1：647.1，1048.2，1117.8，1317.3，1381.0，1465.4，2874.5，2960.4。
    用正戊醇代替正丙醇，按上述方法进行反应，反应液分层后收取上层澄清液体用水泵抽真空至反应液pH值为6～7，用无水氯化钙干燥，减压蒸馏收集58～63°C/3000Pa的无色油状液体，则得a-氯代甲基戊基醚，产率45.9%。IR,umax/cm-1：646.5，1052.0，1137.5，1316.8，1466.3，2873.8，2958.1。
1.3 1-烷氧基-1-烷硫基甲烷的合成
1.3.1 1-丙氧基-1-丙硫基甲烷的合成 量取10mL丙硫醇(0.1mol)、16mLa-氯代甲基丙基醚(0.12mol)和30mL二氯甲烷加入100mL四口烧瓶中，水浴控温 30～35°C，搅拌1h后停止反应, 反应液经过水洗、干燥，再减压蒸馏收集54～56°C/3300Pa的无色油状液体1-丙氧基-1-丙硫基甲烷12.7g，产率81.1%。IR，umax/cm-1：2963.1，2877.1，1463.5，1384.6，1041.5，645.2；MS, m/Z：148(M+)，103(M+-H3CH2CH2S)；1H NMR，d：0.918～1.010(m，6H，-CH3)，1.556～1.689(m，4H，-CH2-)，2.593～2.641(t，2H，-SCH2-)，3.500～3.544(t，2H，-OCH2-)，4.681(s，2H，-OCH2S-)。
1.3.2 1-丙氧基-1-戊硫基甲烷的合成 与1.3.1方法相同，用a-氯代甲基丙基醚与0.1 mol戊硫醇反应1h，减压蒸馏收集108～110°C/3100Pa馏份，即得无色油状液体1-丙氧基-1-戊硫基甲烷14.5g，产率82.5%。IR，umax/cm-1：2963.0，2877.6，1504.4，1458.1，1310.9，1244.5，1151.4，1083.7，1042.8，1010.9，685.9，598.9；MS m/Z：176(M+)，113(M+-C5H11+)，43(C3H7+)；1H NMR,d：0.894～0.981(m，6H， -CH3)，1.310～1.411(m，6H，-SCH2-(CH2)3-)，1.565～1.658(m，2H，-OCH2-CH2-)，2.594～2.644(t，2H，-SCH2-)，3.499～3.521(t，2H，-OCH2-)，4.685(s，2H，-OCH2S-)。
1.3.3 1-戊氧基-1-丙硫基甲烷的合成 与1.3.1方法相同，用a-氯代甲基戊基醚与0.1 mol丙硫醇反应，减压蒸馏，收集96～98°C/3600Pa馏份，即得无色油状液体1-戊氧基-1-丙硫基甲烷17.9g，产率92.9%。IR，umax/cm-1：2933.5，2872.8，1465.8，1380.0，1117.0，1058.1，648.0；MS，m/Z：175(M+-1),131(M+-2-CH3CH2CH2+)，101(M+-CH3CH2CH2S+)，71(C5H11+)，43(C3H7+)；1H NMR，d：0.868～0.913(t，3H，-O(CH2)4-CH3)，0.951～0.977(t，3H，-S(CH2)2-CH3)，4.649(s，2H，-OCH2S-)。
1.3.4 1-戊氧基-1-戊硫基甲烷的合成 与1.3.1方法相同，用a-氯代甲基戊基醚与0.1 mol戊硫醇反应，减压蒸馏，收集118～120°C/6700Pa馏份，即得无色油状液体1-戊氧基-1-戊硫基甲烷18.1g，产率84.4%。IR，umax/cm-1：2932.0，2872.4，1466.3，1380.4，1115.3，1085.2，647.5；MS，m/Z：131(M+-2-C5H11)，117(M+-OC5H11)，101(M+- SC5H11)，71(C5H+11)；1H NMR,d：0.903～0.924(d，6H，CH3)，1.331～1.418(m，6H，-SCH2-(CH2)3-),1.543～1.682(m，6H，-OCH2-(CH2)3-)，2.596～2.645(t，2H，-SCH2-)，2.717～2.766(t，2H，-OCH2-)，4.660(s，2H，-OCH2S-)。
1.3.5 1-戊氧基-1-糠硫基甲烷的合成 与1.3.1方法相同，用a-氯代甲基戊基醚与0.1 mol糠硫醇反应方法，减压蒸馏，收集128～130°C/47Pa馏份，即得无色油状液体1-戊氧基-1-糠硫基甲烷11.0g，产率49.9%。IR，umax/cm-1：2933.6，1594.4，1504.1，1466.5，1380.6，1311.1，1244.5，1086.7，1010.9，598.8，m/Z：214(M+)，126(M+-1-CH3CH2CH2CH2CH2O)，113(M+-C5H11OCH2)，81(M+-C5H11OCH2S)，43(C3H7+)，1H NMR，d：0.902～0.954(t，3H，CH3)，1.357～1.656(m，6H，-(CH2)3-)，3.519～3.563(t，2H，-OCH2-)，3.804(s，2H，-SCH2-)，4.656(s，2H，-OCH2S-)，6.217～6.227(d，1H，5H-furan-H)，6.326(s，1H，4H-furan-H)，7.376(s，1H，3H-furan-H)。

2 讨论
    a-氯代醚的合成过程中生成大量的氯化氢气体，大大影响了下一步1-烷氧基-1-烷硫基甲烷类化合物的合成。笔者采用水泵减压或无水碳酸氢钠中和的方法，除去氯化氢气体。最终产物采用水洗的方法去除a-氯代醚(a-氯代醚较活泼，遇水分解为相应的醇和醛)。
    1-戊氧基-1-糠硫基甲烷的收率较低，是因为在合成过程中糠硫醇遇酸分解，导致反应最终产物产率较低。
    a-氯代醚与硫醇反应生成1-烷氧基-1-烷硫基甲烷类化合物，在最终产物中未发现有副产物缩硫醛，反应中生成的氯化氢气体在反应进行的同时从反应体系不停逸出，使反应最大限度地生成目标产物，反应为一步反应，直接生成半缩硫醛，反应产率较高。在原合成方法[4-7]中，缩醛与硫醇的反应是两步可逆反应，如下：

反应在生成半缩硫醛后烷硫基继续取代半缩醛上的烷氧基，最终生成缩硫醛，而且此方法合成产物产率也不是很高。

3 结论
    a-氯代甲基丙基醚与丙硫醇、戊硫醇及a-氯代甲基戊基醚与丙硫醇、戊硫醇和糠硫醇反应分别得到了五种未见文献报道的化合物。此方法比较简便，产率高，不用催化剂，大大简化了化合物的合成步骤。

4参考文献
[1] Kim S, Park J H, Lee J M. Tetrahedron .Lett., 1993, 34:5769-5772.
[2] 孙宝国，傅翔，刘玉平.化学通报, 2000，63:w029.
[3] Fife T H, Jao L K. J .Am. Chem .Soc., 1969, 91(15):4217-4220.
[4] 傅翔，孙宝国. 精细化工, 2000，17(7):384-385.
[5] 傅翔，孙宝国，唐勇. 北京轻工业学院学报, 2000，18(4):17-19.
[6] 傅翔，孙宝国，刘玉平，郑福平. 精细化工, 2000，22(12):717-718.
[7] 傅翔，孙宝国，郑福平，刘玉平. 化学通报, 2001(2):72-75.
[8] 杨锦宗 著. 工业有机合成基础, 北京：中国石化出版社，1998:965-966.

侯乐山 男，25岁，硕士生，现从事香精香料的合成研究。 **联系人
国家自然科学基金资助项目(29872004)
2001-06-18收稿，2001-07-20修回