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定稿
学生毕业设计（论文）
课题名称
2-氨基-5-邻羟基苯基-1,3,4-噻二唑席夫碱的合成
姓名
李习都
学号
0908102-16
院系
化学与环境工程学院
专业
化学工程与工艺
指导教师
刘长辉讲师
2013年6月14日
湖南城市学院本科毕业设计（论文）诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的本科毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
本科毕业设计（论文）作者签名：
二○一二年五月二十八日
1.1.22-巯基-5-甲基-1,3,4-噻二唑的合成…………………………………3
1.1.32-氨基-5-苯基-1.3.4噻二唑的合成………………………………4
1.2.3微波法合成席夫碱……………………………………………………5
1.3研究内容……………………………………………………………………5
2.2.15-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑的合成…………………………………6
2.2.25-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对甲氧基苯甲醛的合成……………7
2.2.35-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对硝基苯甲醛的合成………………7
2.2.45-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩苯甲醛的合成………………………7
3.1.15-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑的红外表征…………………7
3.1.25-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩苯甲醛的红外表征……………8
3.1.35-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对甲氧基苯甲醛的红外表征…8
3.1.45-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对硝基苯甲醛的红外表征……9
2-氨基-5-邻羟基苯基-1,3,4-噻二唑及其席夫碱的合成
李习都
（湖南城市学院化学工程与工艺专业2013届学生）
摘要：
以浓盐酸为催化剂，邻羟基苯甲酸和氨基硫脲为原料合成了5-（邻羟基苯基）-2-氨基-1,3,4-噻二唑，考察了反应温度、反应时间和催化剂用量对反应收率的影响，优化了反应工艺。
在邻羟基苯甲酸与氨基硫脲摩尔比为1:
1,催化剂为HCl80mL,于80℃反应80min,收率可达54.4%。
将其分别与取代苯甲醛反应合成了3种新型的席夫碱，在以无水乙醇作为溶剂，pH为7~8的条件下，反应收率为分别为12.6%、67.48%和10.6%。
所有产物的结构经红外光谱表征。
关键词：
1,3,4-噻二唑；席夫碱；苯甲醛；合成
Synthesisof2-Amino-5-（o-Hydroxyphenyl）-1,3,4-ThiadiazoleanditsSchiffBases
LiXiDu
（2013YearstudentofChemicalEngineeringandTechnologyMajor,HunanCityUniversity）
Abstract:
2-Amino-5-（o-hydroxyphenyl）-1,3,4-thiadiazolewassynthizedinyieldof54.4%at80℃for80minusingo-hydrobenzoicacidandthiosemicarbazideasrawmaterialswiththemoleratio1:
1and80mLHClascatalyst,thereactiontemperature,reactiontimeandtheamountofcatalystwereinvestigated.ThenSchiffbaseswereobtainedinyielsof12.6%,67.48%and10.6%,respectively,by2-Amino-5-（o-hydroxyphenyl）-1,3,4-thiadiazolewithsubstitutedbenzaldehyde,etholassolventandpHvalue7-8.AndalloftheproductswerecharacterizedbyIR.
Keywords:
1,3,4-thiadiazole;Schiffbase;benzaldehyde;synthesis
1前言
Schiff碱是一类非常重要的化合物，是指含有亚氨基C=N的化合物，它作为螯合剂、稳定剂、生物活性剂、分析试剂和催化试剂等已广泛应用于化工生产和科学研究的很多领域，可以作为良好的配体和金属形成配合物。
它也具有抗癌作用，在农业及医药等领域都有着广泛的应用[1-5]。
因此，研究以简单的方法合成多种席夫碱具有重要的实际意义。
目前，文献报导的新型席夫碱化合物有很多，研究发现含芳环和杂环的席夫碱化合物具有很高的植物生长激素活性，英国专利[3]曾报道，某些芳香席夫碱具有很好的生物活性，可使豆类大幅度增产。
龙德清等[4-7]还相继报道了多种三唑类席夫碱大部分化合物具有很好的杀菌性，具有植物生长调节性及生根性能，其过渡金属配合物对肿瘤和病菌有一定抑制作用；而酚醛席夫碱及其金属配合物,具有良好的抗菌、抗癌活性[5-8]。
张建民[9]等研究发现，许多2价过渡金属离子的甲酞基甲酸缩氨基硫脉一甘氨酞甘氨酸席夫碱配合物同样具有杀菌活性，且杀菌活性的大小与配合物的稳定性有关，配合物越稳定其杀菌活性越强。
叶勇[10]等用2-羟基萘基甲醛与D-葡萄糖胺合成了席夫碱，发现此席夫碱的铜、铁、钻的配合物与DNA有很强的作用，有望成为一种新的抗癌药物。
Baseer[11]等用3-碘-2-羟基苯乙酮和苯胺合成的卤代席夫碱类化合物用于抗菌活性的研究。
Nyarku[11]等用对硝基苯甲醛与对氨基苯酚合成的席夫碱与铬的配合物用于抗菌研究，发现此配合物对假单细胞菌有很好的抑制作用。
席夫碱化合物在催化剂方面的应用也受到关注，如魏丹毅[14]等合成了9种稀土元素（La,Pr,Nd,sm,Gd,Tb,Er,Yb,Y）与水杨醛-缩ß-丙氨酸（HZL）的双核配合物，发现此配合物对甲基丙烯酸甲醋（MMA）的聚合反应有催化活性。
姚克敏[8]等用直链醚-脂肪族氨基酸新型Schiff碱作为综合配体与稀土离子配位，发现它们在甲基丙烯酸甲醋聚合中有较好的催化活性。
Yong[15]等发现钦席夫碱配合物对乙烯、苯乙烯的聚合反应有很好的催化活性。
近年来，不对称催化环丙烷化反应已经成为研究的热点，在其催化剂体系中铜的席夫碱配合物是被研究最早最深人的体系之一。
cai[16]等用氨基醇合成了双核席夫碱配合物，用于催化反应，顺式产物与反式产物最好结果比为1，顺式产物的收率为87%，反式产物的收率为93%。
仇敏[17]等用制备的系列取代水杨醛的铜一席夫碱配合物做催化剂，发现在水杨醛苯环上引入吸电子取代基后催化剂的催化效果明显改善，产物的收率和光选择性明显提高。
李深[18]等合成了一种新型的具有相对柔性手性环境的含C2对称轴的手性席夫碱化合物，初步考察了其铜配合物在不对称催化环丙烷化反应中的催化性能。
1.11,3,4-噻二唑衍生物的合成
1,3,4-噻二唑的衍生物种类繁多，既有仅含一个噻二唑环的单体衍生物，又有多个噻二唑环连在一起的复合噻二唑衍生物。
本文以几个简单典型的噻二唑衍生物的合成为例概括噻二唑衍生物类化合物的合成方法。
1.1.12-巯基-1,3,4-噻二唑的合成
文献[3]中以水合肼、二硫化碳、原甲酸三乙酯、氨等为原料，经成盐、环合、精制，制得了2-巯基-1,3,4-噻二唑，探讨了合成2-巯基-1,3,4-噻二唑的最佳条件，即反应温度20℃，配料比n（水合肼）:
n（二硫化碳）=1:
1.05，原甲酸三乙酯与肼基二硫代甲酸铵配料比0.95:
1。
对产品的结构做了表征，各项谱图符合国外文献报道，并测的其熔点为142-144℃，与文献值[4]一致。
1.1.22-巯基-5-甲基-1,3,4-噻二唑的合成
2-巯基-5-甲基-1,3,4-噻二唑是制造头孢菌素[KTV-][13]的中间体之一，而头孢菌素[KTV-]是当今世界很流行的注射用抗生素药物。
因此，2-巯基-5-甲基-1,3,4-噻二唑作为合成头孢菌素[KTV-]的重要的中间体日益受到人们的重视。
王艺[13-14]等用水合肼和乙酸乙酯作为起始原料先合成出乙酰肼，然后在KOH的甲醇溶液中，通过乙酰肼与二硫化碳反应生成钾盐。
最后，钾盐在浓硫酸中，温度为0℃时经环化提纯制得了产品，并得出了合成该化合物的最佳工艺条件。
1.1.32-氨基-5-苯基-1.3.4噻二唑的合成
文献中用乙醇做溶剂，在乙酸存在的条件下，由苯甲醛与氨基硫脲经缩合反应合成苯甲醛缩氨基硫脲，然后苯甲醛与氨基硫脲再在氯化铁做催化剂的条件下，经闭环反应最终合成目标产物。
1.2新型席夫碱的合成
1.2.1冰浴法合成席夫碱
洪涌等[1]以取代苯甲醛与芳为原料,采用冰浴法合成具有荧光性能的席夫碱，可以将多个药效团集于同一分子中，具有独特的抗菌、抗肿瘤等生物活性，该工艺合成的席夫碱具有良好生物功能，是研究新型药物一种很好方法。
其合成路线如下：
1.2.2根据活性叠加原理合成席夫碱
杨锐生等[13]基于均三唑及吡啶类杂环衍生物独特的抗菌、抗肿瘤活性，根据药物设计的拼合及活性叠加原理,以4-氨基-5-（吡啶-3-基）-1,2,4-三唑硫醇
（1）为原料，经与碘甲烷硫醚化得3-甲硫基-4-氨基-5-（吡啶-3-基）-1,2,4-三唑中间体2，根据该原理可以开发多种新型席夫碱和药物，再与芳香醛缩合得相应目标化合物，以期获得具有抗肿瘤活性的先导化合物。
同时，根据该原理可以开发多种新型席夫碱和药物，合成路线如下：
1.2.3微波法合成席夫碱
胡玲玲等[9]以对苯二胺和对苯二甲醛为原料，采用微波方法合成共轭席夫碱。
将混合溶液倒入微波反应管，80℃恒温微波辐射25min后取出，冷却至室温，过滤，得产品，产率95.4%。
微波合成具有独特的热效应和非热效应，使不同电性的反应物离子与极性分子向相反方向运动，从而使反应物分子的相对运动能量和相互碰撞频率增加，使得反应速率比在常规加热条件下大为提高［11］。
微波合成方法操作简单，反应时间短，产率高，且后处理方便，符合绿色化学理念，为席夫碱在分子导线、发光材料、药物化学等方面的应用提供了更广阔的空间。
合成路线如下：
1.3研究内容
本文研究水杨酸与氨基硫脲反应生成2-氨基-5-邻羟基苯基-1,3,4-噻二唑，然后与苯甲醛、对硝基苯甲醛和对甲氧基苯甲醛反应形成的新型席夫碱，考察了反应的影响因素并优化了反应工艺。
合成路线如下：
2实验部分
2.1实验试剂与仪器
2.1.1实验试剂
表1实验试剂
试剂名称
规格
产地
水杨酸
分析纯
天津市光复精细化工研究院
氨基硫脲
化学纯
天津市光复精细化工研究院
无水乙醇
分析纯
天津市怛兴化学试剂制造有限公司
浓盐酸
化学纯
株洲市星空化玻有限公司
苯甲醛
分析纯
西陇化学股份有限公司
对甲氧基苯甲醛
分析纯
成都市科龙化工试剂厂
对硝基苯甲醛
分析纯
成都市科龙化工试剂厂
氢氧化钠
分析纯
湖南汇虹试剂有限公司
2.1.2实验仪器
表2实验仪器
试剂名称
规格
产地
玻璃仪器气流烘干器
KQ-C
巩义市予华仪器有限责任公司
干燥箱
101A-2
上海市实验仪器总厂
傅立叶变换红外光谱仪
WQ-F310
北京第二光学仪器厂
恒温加热磁力搅拌器
CL-2
巩义市予华仪器有限责任公司
电子天平
FC104
上海精密科学仪器有限公司
2.2合成
2.2.15-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑的合成
在三口烧瓶中加入水杨酸6.98g（50mmol）和氨基硫脲13.8g（50mmol），搅拌下分5批加入80mL浓盐酸，于80℃下回流80min。
冷至室温，分4次缓缓加入60mL水，再回流40min。
反应液冷至室温后倒入200mL水中，用40%NaOH中和至pH=8，产生大量白色固体。
抽滤，滤饼用热水洗涤两次，干燥得粗品，用混合溶剂[DMF/H2O]重结晶得白色粉末。
称量产品得5.3g，产率54.4%。
2.2.25-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对甲氧基苯甲醛的合成
在烧瓶中加入对甲氧基苯甲醛1.36g（20mmol），2-氨基-5-邻羟基苯基-1,3,4-噻二唑1.93g（25mmol），无水乙醇20mL，搅拌下回流3h。
当出现黄色固体时改为蒸馏装置，蒸出乙醇10mL。
残余物加入冷的无水乙醇，析出沉淀，冷却过夜。
抽滤，滤饼干燥得白色固体，用无水乙醇重结晶得白色粉末0.4g，收率12.6%。
2.2.35-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对硝基苯甲醛的合成
在烧瓶中加入2-氨基-5-邻羟基苯基-1,3,4-噻二唑1.93g（20mmol），对硝基苯甲醛1.51g（25mmol），无水乙醇20mL，搅拌下回流3h。
当出现黄色固体时改为蒸馏装置，蒸出乙醇10mL，残余物加入冷的无水乙醇，析出沉淀，冷却过夜。
抽滤，滤饼干燥得黄色固体，用无水乙醇重结晶得黄色粉末2.2g，收率67.48%
2.2.45-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩苯甲醛的合成
在烧瓶中加入2-氨基-5-邻羟基苯基-1,3,4-噻二唑0.7g（9mmol）,苯甲醛0.4（3mmol），无水乙醇20mL,搅拌下回流反应3h,当出现红棕色浓液时改为蒸馏装置,蒸出乙醇10mL,残余物加无水乙醇,加入2ml的水，析出棕色沉淀。
抽滤,滤饼干燥得棕色固体粉末,用无水乙醇洗剂得浅黄色固体粉末,产品为0.1g，收率10.6%。
3结果与讨论
3.1红外谱图表征
3.1.15-（2-羟基苯）基-1,3,4-噻二唑红外表征
5-（2-羟基苯）基-1,3,4-噻二唑,的红外光谱图如图１所示。
由图1可知：
在3300cm-1处的单个中等强度的吸收峰为-OH伸缩振动；3100cm-1的吸收峰为-NH2伸缩振动，3100cm-1-3000cm-1的吸收峰为苯环的C-H伸缩振动，1650cm-1和1450cm-1处强的尖峰为苯环的骨架振动；在640cm-1和700有强的吸收峰为C-S-C的伸缩振动；在1496和1515、1355和1411、1022和1072处有强的吸收峰，故为N=C-S的伸缩振动；1350cm-1-1280cm-1处的强吸收峰为C-N伸缩振动。
故可基本推测产物5-（2-羟基苯）基-1,3,4-噻二唑。
图15-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑的红外光谱图
3.1.25-（2-羟基苯）基-1,3,4-噻二唑缩苯甲醛红外表征
5-（2-羟基苯）基-1,3,4-噻二唑缩苯甲醛的红外光谱图如图2所示。
由图2可知，在3300cm-1处的单个中等强度的吸收峰为-OH伸缩振动；3100cm-1-3000cm-1的吸收峰为苯环的C-H伸缩振动；3000cm-1-2800cm-1强吸收峰为饱和C-H对称和反对称伸缩振动；1650cm-1和1450cm-1处强的尖峰为苯环的骨架振动；在640cm-1和700有强的吸收峰为C-S-C的伸缩振动；在1496和1515、1355和1411、1022和1072处有强的吸收峰，故为N=C-S的伸缩振动；770和730、710和690有中等强度的吸收峰，故为苯的C-H面外弯曲振动单取代，说明苯环为单取代；1350cm-1-1280cm-1处的强吸收峰为C-N伸缩振动。
故可基本推测产物苯甲醛缩水席夫碱。
图25-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩苯甲醛的红外光谱图
3.1.35-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对甲氧基苯甲醛的红外表征
5-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对甲氧基苯甲醛的红外光谱图如图3。
由图2可知，在3300cm-1处的单个中等强度的吸收峰为-OH伸缩振动；3100cm-1-3000cm-1的吸收峰为苯环的C-H伸缩振动；3000cm-1-2800cm-1强吸收峰为饱和C-H对称和反对称伸缩振动；1650cm-1和1450cm-1处强的尖峰为苯环的骨架振动；在640cm-1和700有强的吸收峰为C-S-C的伸缩振动；在1496和1515、1355和1411、1022和1072处有强的吸收峰，故为N=C-S的伸缩振动；在1460cm-1和1380cm-1处强的吸收峰不明显，可推测分子中的基团对甲基的存在有一定的影响；1350cm-1-1280cm-1处的强吸收峰为C-N伸缩振动；833cm-1和810cm-1左右的吸收峰为苯环C-H面外弯曲振动，说明苯环为1，4-二取代[14-15]。
1260cm和1030有强吸收峰，故可以推测为C-O-C的反对称伸缩振动。
故可基本推测产物对甲氧基苯甲醛缩水席夫碱。
图35-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对甲氧基苯甲醛的红外光谱图
3.1.45-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对硝基苯甲醛的红外表征
5-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对硝基苯甲醛的红外光谱图如图4。
由图4可知，在3300cm-1处的单个中等强度的吸收峰为-OH伸缩振动；3100cm-1-3000cm-1的吸收峰为苯环的C-H伸缩振动；3000cm-1-2800cm-1强吸收峰为饱和C-H对称和反对称伸缩振动；1650cm-1和1450cm-1处强的尖峰为苯环的骨架振动；在640cm-1和700有强的吸收峰为C-S-C的伸缩振动；在1496和1515、1355和1411、1022和1072处有强的吸收峰，故为N=C-S的伸缩振动；1350cm-1-1280cm-1处的强吸收峰为C-N伸缩振动；833cm-1和810cm-1左右的吸收峰为苯环C-H面外弯曲振动，说明苯环为1，4-二取代;在1600cm-1和1500cm-1处强的吸收峰不明显，可推测分子中的基团对硝基的存在有一定的影响；故可基本推测产物对硝基苯甲醛缩水席夫碱
图45-（2-羟基-苯）基-1,3,4-噻二唑缩对硝基苯甲醛的红外光谱图
3.2反应温度对反应收率的影响
在水杨酸与氨基硫脲均为0.01mmol，反应时间为80min，催化剂为20mL浓盐酸的条件下，考察了反应温度对收率的影响，结果见表3。
表3反应温度对收率的影响
序号
温度/℃
质量/g
产率/%
1
70
0.2
10.36
2
75
0.4
20.7
3
80
0.8
41.46
4
85
0.5
25.9
由表3可知,随着反应温度的升高，反应产率先升后降。
当反应温度为80℃时，反应产率达到最大值41.46%，继续升高温度，反应产率降低。
可能的原因是，若反应温度过低，达不到关环所需的温度和活化能，使收率偏低；但反应温度过高，会使反应剧烈，在强酸性条件下破坏了反应生成的环，从而导致副产物增多，导致收率降低，同时因为反应是一个放热反应，温度太高，也不利于反应向正反应方向移动。
因此，最佳的反应温度是80℃。
3.3反应时间对收率的影响
在水杨酸与氨基硫脲均为0.01mmol，反应温度为80℃，催化剂为20mL浓盐酸的条件下，考察了反应时间对收率的影响，结果如表4所示。
表4反应时间对收率的影响
编号
时间/min
质量/g
产率/%
1
60
0.5
25.9
2
70
0.8
41.4
3
80
1
51.8
4
90
0.4
20.72
由表4可见,随着反应时间的曾长，所得产物的产率是先升高后降低，当反应时间是80min时，生成物的产率最高51.8%；反应时间过短或过长，收率都偏低。
可能原因是关环反应需要一定的能量，若反应时间过短，达不到关环所需的能量，会使收率偏低；而若反应时间增加，溶剂和反应物大量挥发，导致反应物的浪费，同时中间产物会进一步反应，生成副产物，氨基也会被加速氧化，使收率降低。
因此，最佳反应时间是80min。
3.4催化剂用量对收率的影响
在水杨酸与氨基硫脲均为0.01mmol，反应温度为80℃，反应时间为80min，考察了催化剂用量对收率的影响，结果如表5所示。
表5催化剂用量对收率的影响
编号
催化剂/mL
质量/g
产率/%
1
10
0.5
15.9
2
15
0.5
25.9
3
20
0.6
31.1
4
25
0.6
33.1
由表5可知,随着催化剂用量的增多，产率逐渐增大，当催化剂从15mL到25mL，产率仅增加8%。
继续增加浓盐酸，收率变化不明显。
可能原因是因为水杨酸的反应活性较低，必须先转化成较活性较高的酰氯才能与氨基硫脲反应。
从成本的角度考虑，20mL最为合适。
因此，HCl最佳用量为20mL。
4结论
（1）以水杨酸和氨基硫脲为原料，合成了5-邻羟基苯基-1,3,4-噻二唑，优化了反应工艺，在最佳条件下如反应时间是80min，催化剂的用量是80ml的HCl，反应温度为80℃的条下，产物的收率可达54.4%。
（2）将5-邻羟基苯基-1,3,4-噻二唑与取代苯甲醛反应，以20mL无水乙醇作溶剂，反应时间3h，摩尔比n（5-邻羟基苯基-1,3,4-噻二唑）：
n（取代苯甲醛）分别为1.25：
1、1：
1.25、3:
1的条件下，以收率分别为12.6%、67.48%和10.6%得到3种新型的Shiff碱，其结构经红外光谱表征。
参考文献
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