磺酰氯合成法.docx
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磺酰氯合成法
经典化学合成反应标准操作
磺酰氯合成法
目录
1.前言2
2.芳香磺酰氯的制备2
2.1直接氯磺化法制备芳香磺酰氯2
2.2芳香磺酸或盐氯化制备芳香磺酰氯3
2.3芳香硫醇及相关衍生物氯代、氧化合成芳香磺酰氯8
2.4.芳香硫醇的制备11
2.5Sandermeyer反应由芳胺合成芳香磺酰氯13
3.脂肪磺酰氯的制备
3.1烷基硫醇的合成及通过烷基硫醇合成脂肪磺酰氯14
3.2通过烷基硫脲合成脂肪磺酰氯16
3.3通过烷基异硫氰酸酯合成芳香磺酰氯17
3.4通过羧酸硫醇酯合成芳香磺酰氯17
3.5脂肪磺酰氯合成反应示例18
参考文献：
20
1.前言
磺酰氯是有机化学中非常重要的一类化合物，它们可以作为重要的中间体进行修饰。
比如，同胺类化合物作用生成的磺胺类药物是优良的化学治疗剂，开始应用于20世纪30年代。
它们能抑制多种细菌，如链球菌、葡萄球菌、肺炎球菌、脑膜炎球菌、痢疾杆菌等的生长和繁殖，因此常用以治疗由上述细菌所引起的疾病。
高碳烷基磺酸钠类化合物则是优良的合成洗涤剂。
磺酰氯主要分为脂肪族磺酰氯和芳香族磺酰氯。
芳香磺酰氯的来源有以下几类：
1）由硫酚，各种硫醚在酸性溶剂中导入氯气制得；2）芳香磺酸类化合物在氯化试剂作用下形成；3）磺化反应。
脂肪族磺酰氯的来源主要是硫醇或相关衍生物氯代或氧化。
因此，作为磺酰氯的重要前体，磺酸和硫醇类化合物的引入，也是合成磺酰氯基团的重要手段。
2.芳香磺酰氯的制备
芳香磺酰氯的制备一般分为以下几种方法，直接用氯磺化法制备芳香磺酰氯。
芳香磺酸或盐经氯化制备芳香磺酰氯。
芳香硫醇及相关衍生物氯化，氧化合成芳香磺酰氯。
Sandermeyer反应由芳胺合成芳香磺酰氯。
2.1直接氯磺化法制备芳香磺酰氯
氯磺酸是一类比较常用的直接氯磺化试剂，氯磺酸的活性比浓硫酸大，反应温度较低，同时可以直接得磺酰氯。
氯磺化也是亲电反应，选择性也遵循芳环取代基定位效应及其规则。
有规律可循。
如果希望反应比较缓和，可以用氯仿或其它卤代烷烃作为稀释剂。
反应温度一般都控制在0至20℃。
如果芳环上存在至钝基团，像羧基等，直接氯磺化的温度要提的比较高，要达到100多度。
1
当体系因为位阻，取代基定位效应劣势等等不能直接完成氯磺化时，就可以选择分两步走，先引入磺酸基团。
再转变为磺酰氯。
2.1.1芳香环磺化反应示例：
Inathreenecked500mLroundflaskequippedwithmechanicalstirring,wasplacedwithClSO3H（290g,2.49mol）.Thesystemwascooledto12－15℃usingicewater.N-Phenyl-acetamide（67.5g,0.5mol）wasaddeddropwise.Thetemperaturewasmaintainedat15oC.Afteraddition,thereactionmixturewasheatedat60oCfortwohours.Thereactionwascooleddowntoroomtemperatureandpouredslowlyinto1000mLofwaterunderfinelystirring.Theprecipitatewascollectedbyfiltration,washedwithwater,driedtoafforddesired4-Acetylamino-benzenesulfonylchloride（90g,77%yield）.Thissamplecouldbeusedinnextstepwithoutfurtherpurification.
2.2芳香磺酸或盐氯化制备芳香磺酰氯
芳香磺酸或盐可以用氯气或者某些氯化试剂比如五氯化磷，三氯氧磷，二氯化砜等处理得到芳香磺酰氯。
这几种氯磺化试剂各有优缺点，五氯化磷，三氯氧磷反应效果较好，但是后处理比较繁琐，反应温度要求较高。
而二氯化砜后处理方便，往往蒸掉溶剂就可以直接投入下一步反应。
因此，芳香磺酸作为引入芳香磺酰氯基团重要的前体得到非常大的重视。
2.2.1芳香磺酸的制备
芳香磺酸的制备有几种办法，磺化，有机金属试剂同三氧化硫加成，Sandermeyer法合成芳香磺酸。
这几种合成芳香磺酸的方法也是各有特色，针对不同的底物也可有不同的选择。
磺化是对芳环体系直接的引入磺酸基团。
想把芳卤转变成芳香磺酰基团时，就可以考虑用有机金属试剂置换卤素后用三氧化硫处理即可以得到芳香磺酸。
Sandermeyer法则提供了由芳胺基团转变为芳香磺酸的一条途径。
2.2.1.1磺化
芳烃的磺化通常采用浓硫酸或含有5%-20%三氧化硫的发烟硫酸。
磺化反应是一可逆反应，欲得良好产率的磺酸，必须使用过量的磺化剂或者不断移去生成的水。
对于较难磺化的芳烃可采用三氟化硼，锰盐，汞盐，矾盐做催化剂。
苯在室温下可用浓硫酸磺化生成苯磺酸2；而在70-90oC磺化则生成间苯二磺酸，产率为90%3；间苯二磺酸钠在汞盐的催化下，与15%的发烟硫酸于275oC反应，则以73%产率生成1，3，5-苯三磺酸4。
由于磺化反应是一可逆反应，磺酸基位置随反应温度不同而改变5。
例：
甲苯的磺化与反应温度的关系6
例：
萘的磺化也有类似情况。
低温，小于80oC磺化，主要生成α-萘磺酸，这时由动力学控制，一旦达到160oC的反应温度，主要产生β-萘磺酸。
这时由热力学控制7。
例：
磺化反应的可逆性的一个重要应用是将磺酸基先临时占据芳环某特定位置，然后再进行其他的反应，待反应完成后，再在稀硫酸中加热，以移去磺酸基。
例如β-溴代萘的合成8。
芳香族化合物磺化时，芳环上存在的羟基，烷氧基，羧基，卤素等取代基均无影响。
芳胺与硫酸反应，首先生成胺盐，继而受热重排成对胺基苯磺酸9。
2.2.1.2有机金属试剂与三氧化硫的加成
三氧化硫对碳－金属键的插入反应，提供了由芳卤或烯卤制备磺酸的又一条途径。
有机锂是较为典型的试剂。
由于三氧化硫在操作中较为不便，而使用三氧化硫－吡啶或三氧化硫－三甲胺复合试剂能使反应在更为温和，便利的条件下进行。
以三氧化硫－三甲胺复合物为起始剂，在无水乙醚或四氢呋喃中与有机锂化合物反应，控制反应温度由－78oC到室温，得到磺酸盐，酸化后即得磺酸10。
2.
2.1.3芳香硫醇合成方法示例2
To4-bromotoluene（518mg,3.1mmol）wasaddedn-BuLi（2.3Minhexane,1.35mL,3mmol）over10minwithcooling（icebath）.After6hours,thesupernatantsolutionusedinthenextstage.ToastirredsuspensionofcrystallineSTTAC（sulfurtrioxide-trimethylaminecomplex,commerciallyavailable）（431mg,3.1mmol）indryTHF（15mL）at–78oCwasaddedthepreformedhexanesolutionofp-tolyllithiumdropwiseover15min.Thereactionmixturewasstirredfor2hoursat–78oCandthenallowedtowarmtoroomtemperatureover18hours.Afterremovalofsolvent,H2O（10mL）andKOH（3M,1mL,3mmol）wereaddedtothemixture,whichwasthenextractedwithEt2Otoremoveunreacted4-bromotoluene.Theaqueoussolutionwasevaporatedtoawhitesolid.HCl（6M,4mL,24mmol）wasadded.ThemixturewasextractedwithEtOAc（4×20mL）,andthecombinedorganicextractwasdried（MgSO4）andevaporatedtogiveamoistsolid.Et2O（15mL）wasaddedandsomewhitesolidprecipitated.ThiswaswashedwithfurtherEt2O（2×10mL）.ThecombinedEt2Oextractswereconcentratedtogivewhitecrystals（383mg,62%）ofthemonohydrate.
2.2.1.4Sandermeyer反应合成芳香磺酸
Sandermeyer反应的应用之一就是将芳香化重氮盐转化为芳香磺酸。
这是一类很经典的反应。
具体操作是将芳胺经重氮盐在二价金属离子催化下（一般是二价铜）用液态二氧化硫处理，就可以得到芳香磺酸。
2.2.2芳香磺酸或盐氯化制备芳香磺酰氯示例
Amixtureofsodium4'-cyanobiphenyl-4-sulfonate（251g）andphosphorousoxychloridewasrefluxedfor16h.Thereactionmixturewaspouredintoalargequantityofice/waterandtheresultingslurrywasextractedwithdichloromethane（1*1.8L）.Theorganicextractwaswashedwithbrine,driedovermagnesiumsulfate,filtered,andconcentratedtoapproximately200mL.Hexanes（200mL）wasadded.Theslurrywasstirredfor30min,filtered,washedwith1:
1dichloromethane/hexanes,anddriedtogiveproduct（82.1g）.Themotherliquorwasconcentratedandfurtherpurifiedbyflashchromatographyonsilicagel（40-->70percentdichloromethane/hexanes）togiveanadditional16.2gofwhitesolid.
2.2.3芳香环磺化反应示例
2-Nitro-phenylamine（13.8g）aredissolvedinconc.H2SO4（75mL）,H3PO4（100mL）andwater（50mL）.ThesolutionofNaNO2（8.3g）inwater（25mL）wasslowlyaddeddropwiseunderice-watercooling.Thetemperaturewasmaintainedat10－15oC.NH3-SO3HwasaddedinbatchestoremovetheextraformedHNO2.Thereactionwascooleddownto-10oC,liquidSO2（50mL）wasaddeddropwise.ThereactionmixturewaspouredintoanothermixtureofFeSO4.7H2O（55.7g）andCu（1g）.Halfanhourlater,thereactionwasfiltered,theresiduecakewaswashedwithmixtureofether（750mL）andCH2Cl2（750mL）.Thecombinedfiltrateandwashingswerewashedwithbrine,driedandconcentrated.Theresiduewasprecipitatedinwater（50mL）,thendilutedammoniawasusedtoadjustpHequal9understirring.Filtered,thefiltratewasacidifiedwithHCl（6N）,theprecipitatewascollectedbyfiltrationanddriedtoafforddesired2-Nitro-benzenesulfonicacid,（9.4g,65%yield.）
2.3芳香硫醇及相关衍生物氯代、氧化合成芳香磺酰氯
芳香硫醇及相关衍生物，比如硫醚，二硫化物在氧化性氯化试剂存在下，均能够较容易的转变成磺酰氯。
因此，芳香硫醇及其衍生物也是合成芳香磺酰氯的一类重要前体。
文献报道：
对硝基硫酚在以下两种条件下都可以很容易的转变成对硝基苯磺酰氯11：
Andrews,StephenP.报道：
将如下底物悬浮于醋酸水中，导入氯气，就能以76％的收率得到磺酰氯12。
二硫化物也是一类可以通过氯气处理转化成磺酰氯的重要前体。
如Berryman,K.A.报道13
2.3.1硫酚变磺酰氯合成方法示例
4-Nitro-3-trifluoromethyl-benzenethiol47gwasdissolvedinAcOH（100mL）,chlorinegaswasbubbledintothemixtureat0－10oC,TLCindicatethereactioncompleted.Theprecipitatewascollectedbyfiltration,washedwithwater.TakenintoCH2Cl2（200mL）.DrieduponanhydrousMgSO4,filtered,concentratedtoaffordthedesiredsulfonylchloride（22.3g）asanyellowoil,thissamplecouldbeusedinnextstepwithoutfurtherpurification.
2.3.2芳香硫醇相关衍生物氯代、氧化合成芳香磺酰氯举例
Chlorinegaswasbubbledthroughasuspensionofmethyl4-benzylsulfanyl-3-nitrobenzoate（25.4g,83.7mmol）inaceticacid/water（2:
3,500mL）for1.5h.Themixturewasstirredunderthechlorineatmospherefor19hwhenthesystemwaspurgedwithnitrogenandthesolventwasconcentratedinvacuo.Theresultingyellowprecipitatewascollectedbyfiltration,washedwithhexane（2×50mL）,andrecrystallizedfromchloroform/hexanetoaffordthesulfonylchlorideasawhitecrystal（17.8g,76%）.
2.3.3应用硝酸钾-SO2Cl2的反应示例
Toabovecompound1（6.55g,14.4mmol）andpotassiumnitrate（4.37g,43.0mmol）inacetonitrile（45mL）wasaddedsulfurylchloride（3.45mL,43.0mmol）dropwiseover7minandthereactionmixturewasstirredatroomtemperature.After5hsodiumbicarbonate（500mL,aqsatd）wasaddedandthesolutionextractedwithethylacetate（600mL）.Theorganicphasewaswashedwithbrine（400mL）,driedwithmagnesiumsulfate,andevaporatedinvacuotogivethetitlecompound（6.6g,78%）asanoil.Usedwithoutfurtherpurification.
2.4.芳香硫醇的制备
有机镁与有机锂试剂与硫发生插入反应，生成物进一步水解，则生成硫醇或硫酚。
由于硫醇可由多种其他方法制得。
因此，本法合成硫酚更具有实用价值。
例：
苯基锂与硫发生放热反应，生成物进一步水解则生成苯硫酚14。
二硫化物很容易被多种还原试剂还原成硫醇。
二硫化物本身也能被氯化试剂作用直接得到磺酰氯。
锌－乙酸15，氢化铝锂16等均为常用的还原试剂。
若为硝基取代的二芳基二硫化物被锌－乙酸还原时，硝基亦被还原成氨基。
但用二硫化钠做还原剂时，硝基不受影响。
铝－二氯化镍，四叔丁基硼氢化物也能还原二硫醚成硫酚。
作为Sandermeyer直接芳磺化的一种替代方法，在某些二氧化硫不适宜的情况下，成为了一种变通的选择。
邻氨基苯甲酸形成的重氮盐与二硫化钠反应，生成相应的二硫化物。
它与锌－乙酸共回流，则被还原生成邻巯基苯甲酸15。
经过氯气处理，即可生成相应的磺酰氯。
2.4.1.1芳香硫醇合成方法示例
2,4-Dibromo-6-methyl-benzothiazole（3.1g）andNaHS（1.0g）inmethanol（30mL）washeatedtorefluxfor1hour.TLCindicatedthereactioncompleted.Thesolventwasremovedunderreducedpressure.Water（30mL）wasadded.ThewaterlayerwasextractedwithCH2Cl2（100mL）threetimes.Combinedorganiclayerwaswashedwithbrine.DrieduponanhydrousNa2SO4,concentratedtoafforddesiredproduct.
2.5Sandermeyer反应由芳胺合成芳香磺酰氯
Sandermeyer反应的另一个应用是直接得到芳香磺酰氯。
这种反应对催化剂，反应条件的要求及控制都比成磺酸高。
市场上有二氧化硫醋酸溶液出售。
将芳胺做成重氮盐，以亚铜盐作为催化剂，醋酸做溶剂，再用二氧化硫处理就能够以较好的收率得到芳香磺酰氯。
17
2.5.1芳香环磺化反应示例
Toasuspensionof4-amino-2-chloro-3-methyl-benzonitrile（500mg,3.00mmol）in1.8mLof6NHClatroomtemperaturewasadded2mLofwaterfollowedbyasolutionofNaNO2（220mg,3.13mmol）in1mLofwaterdropwiseandthesuspensionstirredatroomtemperaturefor20min.ThesuspensionwasaddedtoasolutionofSO2inaceticacid（preparedbybubblingSO2gasintoaceticaciduntilsaturationatroomtemperature）andcopper（II）chloridedihydrate（60mg,3.52mmol）in0.15mLofwater.Thesuspensionwasstirredatroomtemperaturefor1.25handextractedwithEtOAc.Theorganiclayerwaswashedwithwaterandbrine,dried（MgSO4）,filteredandconcentratedunderreducedpressure.Theresiduewaspurifiedbyflashchromatography（silicagel,CH2Cl2/Hexanes,50:
50,75:
25and100:
0）toaffordthetitlecompound（305mg）asawhitesolid.
3.
脂肪磺酰氯的制备
脂肪磺酰氯大部分是由相应的硫醇及其衍生物用氯磺化试剂（比如氯气）作用得来。
因此，硫醇及其衍生物的引入是合成脂肪族磺酰氯的重要手段。
硫类得衍生物有多种，包括硫脲，异硫氰酸酯，硫代乙酸酯，磺原酸酯等等。
3.1烷基硫醇的合成及通过烷基硫醇合成脂肪磺酰氯
3.1.1硫醇的合成
硫醇可由硫氢化钠（钾）或硫化氢与烃化试剂进行亲核取代反应而制取。
常用的烃化试剂有卤代烃，醇，硫酸酯等。
将硫化氢通到乙醇钠的乙醇液中，首先得到的是硫氢化钠，继而与1，7-二溴庚烷反应，以88%的产率生成1，7-庚二硫醇19。
α-氨基腈在室温下就可以同硫化氢反应，高产率的生成硫醇。
α-氨基腈易由相应的醛，酮制得。
因此，本法是由醛酮合成硫醇的良好方法。
例：
3，4-二甲氧基苯甲醛与焦亚硫酸钠及叔丁胺在室温反应10分钟后加入氰化钠，就生成了氨基晴。
它在三乙胺或吡啶的存在下，通入硫化氢，室温反应就能以92%的产率生成3
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