一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法

1.本发明涉及有机化合物的制备技术领域，具体涉及1,3-二氨基硫脲的合成方法，尤其是一种一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法。


背景技术：

2.1,3-二氨基硫脲为白色结晶固体，工业品略带灰色，不溶于乙醚，难溶于乙醇，易溶于烯酸、稀碱中，溶于热水，微溶于冰水中。其分子式为ch6n4s，分子量106.15，密度1.273g/cm3，沸点230.1
±
23.0℃，蒸汽压0.067mmhg at 25℃，闪点93℃，可用作有机合成试剂、药物、染料的中间体。
3.氨基硫脲及其衍生物在农药、医疗、化工等多个领域都得到了广泛的应用。主要如下：
4.(1)在农药领域，氨基硫脲及其衍生物在病虫害防治等领域被不断地发现和应用，如氨基硫脲又被叫做灭鼠特，被广泛应用于除虫剂和杀鼠剂；苯基硫脲对昆虫家蝇的酪氨酸酶即酚氧化酶有较为明显的抑制作用；苯甲醛缩氨基硫脲、4-甲氧基苯甲醛缩氨基硫脲、4-氰基苯甲醛缩氨基硫脲和4-氯苯甲醛缩氨基硫脲对菜青虫酚氧化酶粗酶液可以产生明显的抑制作用。
5.(2)在化工领域，氨基硫脲及其衍生物具有较好的光学性质，如荧光发光，二阶非线性光学等。如缩氨基硫脲类试剂在光度分析中荧光光度法、原子吸收广度法等得到了不断的开发和应用。此外，亚乙基硫脲可用作氯丁胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氯乙醇橡胶、聚丙烯酸酯橡胶的促进剂，也可用作镀铜光亮剂。
6.(3)在医药领域，氨基硫脲类schiff碱化合物具有明显的抑菌、治疗老年痴呆、抗肿瘤等生物活性；如酮缩氨基硫脲对多种细菌都有明显的抑制作用；氨基硫脲取代的吡唑类化合物以及氨基硫脲类化合物可用于治疗老龄痴呆；苯偶酰缩胺基脲的配合物对卵巢癌细胞具有抑制作用。
7.目前，对于1,3-二氨基硫脲的合成方法报道较少，目前常见的合成方法有以下几种：
8.(1)由氨和硫化钠在水热中进行反应而得到。实验首先用氨水和硫化钠(约等份)混合溶解在水中，其次加入硼砂溶液搅拌均匀，温度稳定在100-120℃之间，经一定时间(通常搅拌4-5小时)，产生1,3-二氨基硫脲。反应结束时，外加少量冷却剂，常温下结晶沉淀即可分离出1,3-二氨基硫脲晶体。虽然这种方法只需反应一次即可得到目标产物，但是这种制备方法不仅在反应时温度较高，对反应物的配比较为苛刻，而且最终合成的目标产物产率也相对较低(小于70％)。
9.(2)通过水合肼与2-氯乙醇反应得到。首先，将水合肼与2-氯乙醇在冰浴下混合，然后在搅拌下滴加二硫化碳，约1h加完，然后再在室温下搅拌30min，析出黄色的二硫代肼基甲酸肼晶体。然后再加入氢氧化钠固体，加热升温控制反应温度在75～85℃之间反应10h，反应完成有大量黄色沉淀析出，再将沉淀过滤、水洗，从而得到白色颗粒状的1,3-二氨
基硫脲。虽然这种方法的产率较高(约80％)，但是反应时间较长，并且在第二步需要严格控制中间体二硫代肼基甲酸肼的加热分解温度，否则很容易发生过度沸腾令物料冲满或冲出反应器，不仅会影响1,3-二氨基硫脲的收率，而且存在安全隐患。
10.因此，研究并设计一种1,3-二氨基硫脲的快速安全的合成方法，使其能够快速、方便、高效且低成本地完成1,3-二氨基硫脲的制备，对于降低1,3-二氨基硫脲的生产成本，扩大其应用范围来说实为必要。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于提供一种一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，以氨水、过氧化氢和二硫化碳为原料，巯基乙醇为催化剂，采用超声波辐射辅助反应的方式，一锅法快速高效地合成1,3-二氨基硫脲，解决了现有技术合成方法合成时间长，反应温度高，条件苛刻，产率不高等缺陷。
12.本发明具体是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，包括以下步骤：
13.(1)、取一四口烧瓶，将其装备温度计、滴液漏斗及含有导管的活塞，滴液漏斗开关关闭，导管的出口通入稀氢氧化钠溶液中，备用；
14.(2)、在步骤(1)的四口烧瓶中加入一定量质量分数为10％的氨水溶液、一定量质量分数为5％的过氧化氢溶液及一定量的巯基乙醇，加完后用活塞封闭加料口，向滴液漏斗中加入一定量二硫化碳，备用；
15.(3)、将步骤(2)的四口烧瓶置于超声波反应器中，设定超声波频率为60-65khz，功率为400w，加热温度为40℃；
16.(4)、当温度计显示烧瓶内物料温度为40℃时，打开滴液漏斗开关开始向烧瓶中缓慢滴加二硫化碳，同时开启超声波辅助反应；反应结束后，自然冷却至室温，有大量黄色沉淀析出；
17.(5)、对步骤(4)制得的反应产物进行过滤，所得滤渣即为粗品1,3-二氨基硫脲；
18.(6)、将步骤(5)所得粗品1,3-二氨基硫脲进行水洗并过滤3～5次对产物进行纯化，然后放入烘箱，在烘箱中于37℃左右常压干燥，得到成品1,3-二氨基硫脲。
19.前述的一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，步骤(2)中，氨水与过氧化氢的摩尔比为2：(1-1.2)。所取的巯基乙醇与氨水的摩尔比为1：(14-20)。
20.前述的一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，步骤(2)中，二硫化碳与氨水的摩尔比为(1-1.2)：4。
21.前述的一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，步骤(4)中，二硫化碳的滴加时间为1h，超声波辅助反应时间为2～3h，滴加二硫化碳的同时进行超声波辅助反应。
22.前述的一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，最终所得高纯1,3-二氨基硫脲相比二硫化碳的摩尔收率为89.3～92％。
23.本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有广泛的利用价值，其至少具有下列优点：
24.(1)、本发明的一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，工艺步骤简单、操作方便，与传统合成1,3-二氨基硫脲的工艺相比，本发明以氨水、过氧化氢和二硫化碳为反应原料，
原料易得、使用安全、操作友好、成本低，同时，以2-巯基乙醇为调聚剂，使生成的1,3-二氨基硫脲不易分解，并使中间产物的聚合程度得到有效控制，从而大大降低了副产物的生成，减少了原料的损耗，避免了浪费。
25.(2)、本发明在合成工艺中采用了超声波辐射辅助反应的方式，在特定的超声波频率和超声功率下，通过超声波震荡，使得原料分子间接触更加充分，原料之间的基础反应和键合更为快速、充分和彻底，目标产物的转化率更高。经测定，本发明的工艺方法目标化合物1,3-二氨基硫脲的摩尔产率可达85％以上，大大节约了反应时间，提高了反应效率和成品化合物的纯度以及品质。
附图说明
26.图1是本发明实施例1所制备的成品1,3-二氨基硫脲的单晶xrd图；
27.图2是本发明实施例1所制备的成品1,3-二氨基硫脲的衍射峰图。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明所提供的一种一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，以氨水、过氧化氢和二硫化碳为原料，巯基乙醇为催化剂，采用超声波辐射辅助反应的方式，实现了1,3-二氨基硫脲的快速、高效制备。工艺方法的重点在于反应原料之间的物料配比、超声波辐射频率参数的设定等。具体的工艺步骤包括：
30.(1)、取一四口烧瓶，将其装备温度计、滴液漏斗(滴液漏斗开关关闭)及含有导管的活塞，将导管的出口通入稀氢氧化钠溶液中，备用。
31.(2)、在步骤(1)的四口烧瓶中加入一定量质量分数为10％的氨水溶液、一定量质量分数为5％的过氧化氢溶液及一定量的巯基乙醇，加完后用活塞封闭加料口；并向滴液漏斗中加入一定量二硫化碳，备用；
32.(3)、将步骤(2)的四口烧瓶置于超声波反应器中，设定超声波反应器的频率为60-65khz，功率为400w，加热温度为40℃；
33.(4)、当温度计显示烧瓶内物料温度为40℃时，打开滴液漏斗开关开始向四口烧瓶中缓慢滴加二硫化碳，同时开启超声波辅助反应；反应结束后，自然冷却至室温，有大量黄色沉淀析出；
34.该步骤中控制二硫化碳的滴加时间为1h，超声波辅助反应时间为2～3h，滴加二硫化碳的同时进行超声波辅助反应。
35.该步骤的反应方程式为：
36.37.产生的硫化氢气体随导管进入稀氢氧化钠溶液中进行吸收处理。所得目标产物1,3-二氨基硫脲的结构式为：
[0038][0039]
(5)、对步骤(4)制得的反应产物进行过滤，所得滤渣即为粗品1,3-二氨基硫脲。
[0040]
(6)、将步骤(5)所得粗品1,3-二氨基硫脲通过水洗并过滤3～5次对产物进行纯化，然后放入烘箱，在烘箱中于37℃左右常压干燥，即得成品1,3-二氨基硫脲。
[0041]
在一种应用例中，所制备的高纯1,3-二氨基硫脲可再进行进一步处理用于制备药物中间体，比如与醛酮反应制备席夫碱类化合物。
[0042]
较佳地，步骤(2)中，氨水中的nh3与过氧化氢的摩尔比控制为2：(1-1.2)，所取的巯基乙醇与氨水中的nh3的摩尔比控制为1：(14-20)，二硫化碳与氨水中的nh3的摩尔比控制为(1-1.2):4。
[0043]
进一步地，反应过程中尽可能使四口烧瓶处于密封状态，避免生成的硫化氢气体逸出。
[0044]
下面以具体实施例对本发明进行详细说明，下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法；所述的实验过程若未加指明均是在常温常压条件下进行；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。实施例中产物高纯1,3-二氨基硫脲相对于二硫化碳的收率(摩尔收率)的计算公式为：
[0045][0046]
实施例1
[0047]
(1)、取一四口烧瓶，将其装备温度计、滴液漏斗(滴液漏斗开关关闭)及含有导管的活塞，将导管的出口通入稀氢氧化钠溶液中，备用。
[0048]
(2)、在步骤(1)的四口烧瓶中加入7.12ml(氨水中氨的物质的量为0.400mol)质量分数为10％的氨水溶液、8.16ml(过氧化氢的物质的量为0.240mol)质量分数为5％的过氧化氢溶液及1.89ml(0.027mol)的巯基乙醇，加完后用活塞封闭加料口，向滴液漏斗中加入6.04ml(0.100mol)二硫化碳，备用。
[0049]
(3)、将步骤(2)的四口烧瓶置于超声波反应器中，设定超声波频率为60khz，功率为400w，加热温度为40℃；
[0050]
(4)、当温度计显示烧瓶内物料温度为40℃时，打开滴液漏斗开关开始向烧瓶中缓慢滴加二硫化碳，同时开启超声波辅助反应；二硫化碳的滴加时间为1h，超声波辅助反应时间为2.5h，滴加二硫化碳的同时进行超声波辅助反应，反应结束后，自然冷却至室温，有大量黄色沉淀析出；
[0051]
(5)、对步骤(4)制得的反应产物进行过滤，所得滤渣即为粗品1,3-二氨基硫脲。
[0052]
(6)、将步骤(5)所得粗品1,3-二氨基硫脲进行水洗并过滤4次进行纯化，然后放入烘箱，在烘箱中于37℃左右常压干燥，即得成品1,3-二氨基硫脲。干燥后称重得1,3-二氨基硫脲为9.715g，以二硫化碳计算1,3-二氨基硫脲的摩尔收率为91.7％。
[0053]
对所制备的1,3-二氨基硫脲进行元素分析，采用perkin-elmer 1400c型元素分析仪。所得数据为：c：11.16％(理论值为11.31％)，h：5.78％(理论值为5.70％)，n：52.98％(理论值为52.78％)s：30.28％(理论值为30.21％)。看出产物的分析数值与理论值基本一致。
[0054]
对本实施例制得的高纯1,3-二氨基硫脲进行单晶x射线衍射分析检测，得到单晶xrd图谱使用mercury软件解析得到样品的单晶xrd图和衍射峰图分别如图1和图2所示。
[0055]
实施例2
[0056]
(1)、取一四口烧瓶，将其装备温度计、滴液漏斗(滴液漏斗开关关闭)及含有导管的活塞，将导管的出口通入稀氢氧化钠溶液中，备用。
[0057]
(2)、在步骤(1)的四口烧瓶中加入7.12ml(氨水中氨的物质的量为0.400mol)质量分数为10％的氨水溶液、6.80ml(过氧化氢的物质的量为0.200mol)质量分数为5％的过氧化氢溶液及1.40ml(0.020mol)的巯基乙醇，加完后用活塞封闭加料口，向滴液漏斗中加入6.04ml(0.100mol)二硫化碳，备用。
[0058]
(3)、将步骤(2)的四口烧瓶置于超声波反应器中，设定超声波频率为62khz，功率为400w，加热温度为40℃；
[0059]
(4)、当温度计显示烧瓶内物料温度为40℃时，打开滴液漏斗开关开始向烧瓶中缓慢滴加二硫化碳，同时开启超声波辅助反应；二硫化碳的滴加时间为1h，超声波辅助反应时间为3h，滴加二硫化碳的同时进行超声波辅助反应，反应结束后，自然冷却至室温，有大量黄色沉淀析出；
[0060]
(5)、对步骤(4)制得的反应产物进行过滤，所得滤渣即为粗品1,3-二氨基硫脲。
[0061]
(6)、将步骤(5)所得粗品1,3-二氨基硫脲进行水洗并过滤3次进行纯化，然后放入烘箱，在烘箱中于37℃左右常压干燥，即得成品1,3-二氨基硫脲。干燥后称重得1,3-二氨基硫脲为9.466g，以二硫化碳计算1,3-二氨基硫脲的摩尔收率为89.3％。
[0062]
实施例3
[0063]
(1)、取一四口烧瓶，将其装备温度计、滴液漏斗(滴液漏斗开关关闭)及含有导管的活塞，将导管的出口通入稀氢氧化钠溶液中，备用。
[0064]
(2)、在步骤(1)的四口烧瓶中加入7.12ml(氨水中氨的物质的量为0.400mol)质量分数为10％的氨水溶液、6.80ml(过氧化氢的物质的量为0.200mol)质量分数为5％的过氧化氢溶液及1.75ml(0.025mol)的巯基乙醇，加完后用活塞封闭加料口，向滴液漏斗中加入7.25ml(0.120mol)二硫化碳，备用。
[0065]
(3)、将步骤(2)的四口烧瓶置于超声波反应器中，设定超声波频率为65khz，功率为400w，加热温度为40℃；
[0066]
(4)、当温度计显示烧瓶内物料温度为40℃时，打开滴液漏斗开关开始向烧瓶中缓慢滴加二硫化碳，同时开启超声波辅助反应；二硫化碳的滴加时间为1h，超声波辅助反应时间为2h，滴加二硫化碳的同时进行超声波辅助反应，反应结束后，自然冷却至室温，有大量黄色沉淀析出；
[0067]
(5)、对步骤(4)制得的反应产物进行过滤，所得滤渣即为粗品1,3-二氨基硫脲。
[0068]
(6)、将步骤(5)所得粗品1,3-二氨基硫脲进行水洗并过滤5次进行纯化，然后放入烘箱，在烘箱中于37℃左右常压干燥，即得成品1,3-二氨基硫脲。干燥后称重得1,3-二氨基
硫脲为11.473g，以二硫化碳计算1,3-二氨基硫脲的摩尔收率为90.1％。
[0069]
上述实施例中液体的取用均可以采用移液枪移取。
[0070]
本发明提供的一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，以氨水、过氧化氢和二硫化碳为原料，巯基乙醇为催化剂，借助超声波的声波辐射辅助反应，实现了1,3-二氨基硫脲的快速、高效制备，具有反应设备简单，反应条件温和，产率高，速度快，易操作，成本低，易分离提纯等优点。与传统合成方法相比，超声波技术具有操作简单、反应时间短、效率高及能耗低等优点。本发明的方法简单易行、便于操作，一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲，具有良好的工业应用前景。
[0071]
以上所述仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明还可以根据以上结构和功能具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、取一四口烧瓶，将其装备温度计、滴液漏斗及含有导管的活塞，滴液漏斗开关关闭，导管的出口通入稀氢氧化钠溶液中，备用；(2)、在步骤(1)的四口烧瓶中加入质量分数为10％的氨水溶液、质量分数为5％的过氧化氢溶液及巯基乙醇，加完后用活塞封闭加料口；向滴液漏斗中加入二硫化碳，备用；(3)、将步骤(2)的四口烧瓶置于超声波反应器中，设定超声波频率为60-65khz，功率为400w，加热温度为40℃；(4)、当温度计显示烧瓶内物料温度为40℃时，打开滴液漏斗开关开始向烧瓶中缓慢滴加二硫化碳，同时开启超声波辅助反应；反应结束后，自然冷却至室温，有大量黄色沉淀析出；(5)、对步骤(4)制得的反应产物进行过滤，所得滤渣即为粗品1,3-二氨基硫脲；(6)、将步骤(5)所得粗品1,3-二氨基硫脲进行水洗并过滤3～5次对产物进行纯化，然后放入烘箱，在烘箱中于37℃常压干燥，得到成品1,3-二氨基硫脲。2.如权利要求1所述的一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，其特征在于步骤(2)中，氨水与过氧化氢的摩尔比为2：(1-1.2)。3.如权利要求1所述的一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，其特征在于步骤(2)中，所取的巯基乙醇与氨水的摩尔比为1：(14-20)。4.如权利要求1所述的一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，其特征在于步骤(2)中，二硫化碳与氨水的摩尔比为(1-1.2)：4。5.如权利要求1所述的一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，其特征在于步骤(4)中，二硫化碳的滴加时间为1h，超声波辅助反应时间为2～3h，滴加二硫化碳的同时进行超声波辅助反应。6.如权利要求1所述的一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，其特征在于最终所得高纯1,3-二氨基硫脲相比二硫化碳的摩尔收率为89.3～92％。

技术总结
本发明涉及一种一锅法快速合成1,3-二氨基硫脲的方法，在一四口烧瓶上装备温度计、滴液漏斗及含有导管的活塞，在四口烧瓶中加入一定量质量分数为10％的氨水溶液、质量分数为5％的过氧化氢溶液及巯基乙醇，滴液漏斗中加入二硫化碳，四口烧瓶置于超声波反应器中，设定超声波频率为60-65kHZ，功率为400W，加热温度为40℃；当烧瓶内物料温度为40℃时，开始滴加二硫化碳，同时开启超声波辅助反应；反应结束后，自然冷却至室温，产物过滤得到粗品1,3-二氨基硫脲；纯化并烘干后得到成品1,3-二氨基硫脲。本发明采用超声波辐射辅助反应，可以一锅法快速高效地合成1,3-二氨基硫脲，解决了现有技术合成时间长，反应温度高，条件苛刻，产率不高等缺陷。不高等缺陷。不高等缺陷。


技术研发人员：刘娥 詹桉 张碧滢 张拦 朱心如 时梦绮 建方方
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/9