沈　超，張　侃，高建榮，李郁錦（浙江工業(yè)大學(xué)　化學(xué)工程學(xué)院，浙江　杭州　310014）

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氮雜環(huán)酰胺化合物合成研究

沈超，張侃，高建榮，李郁錦*
（浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，浙江杭州310014）

摘要：對氮雜環(huán)酰胺化合物的合成方法進(jìn)行了研究：在四氫呋喃溶劑中，在催化劑4-二甲氨基吡啶存在下，以苯并噻唑胺、噻二唑胺等雜環(huán)胺和4-取代苯甲酰氯為原料，經(jīng)酰胺化反應(yīng)，合成了12個氮雜環(huán)酰胺化合物。產(chǎn)率高達(dá)83.1%～96.3%。該法原料易得、操作簡單、條件溫和、收率高、底物適用范圍廣。

關(guān)鍵詞：氮雜環(huán)酰胺；苯并噻唑；1,3,4-噻二唑；4-二甲氨基吡啶

酰胺類化合物是廣泛應(yīng)用的化工原料，也是合成染料、色素、農(nóng)用化學(xué)品及醫(yī)藥品的重要中間體［1］；且其結(jié)構(gòu)極易與有機(jī)體形成氫鍵，從而顯示出良好的藥物活性［2-3］。含苯并噻唑、1，3，4-噻二唑結(jié)構(gòu)單元的氮雜環(huán)酰胺化合物是一類重要的化合物，在目前新農(nóng)藥研發(fā)中，此類化合物作為殺菌劑已得到廣泛應(yīng)用［4］。除了殺菌活性，很多酰胺類化合物還呈現(xiàn)出獨(dú)特的殺蟲機(jī)制和良好的除草性能，因此對于酰胺類化合物的合成研究具有十分廣闊的發(fā)展前景［5］。

酰胺傳統(tǒng)的合成方法主要是由羧酸及其衍生物與胺發(fā)生親核取代反應(yīng)得到。除此之外，酰胺的合成還可由Schmidt反應(yīng)、Staudinger ligation反應(yīng)、Beckmann重排、腈基部分水解得到［6］。文獻(xiàn)報(bào)道氮雜環(huán)酰胺化合物的合成主要采用傳統(tǒng)酰胺合成法，如羧酸與胺縮合法［5］、氰基轉(zhuǎn)化法［7］、酰氯法［8］等。本文以取代2-氨基苯并噻唑、2-氨基-5-苯基-1，3，4-噻二唑，色胺等胺和4-取代苯甲酰氯為原料，研究酰氯與胺的酰胺化反應(yīng)條件，最終得到一條操作簡單、后處理方便、條件溫和、收率高、底物適用范圍廣的酰胺合成路線。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

1H NMR和13C NMR在Bruker -AV -500 （500 MHz）核磁共振儀上測定，溶劑為DMSO-d6和CDCl3，內(nèi)標(biāo)為四甲基硅烷（TMS）。熔點(diǎn)測定采用X-4數(shù)顯顯微熔點(diǎn)儀（溫度計(jì)未校正）；TLC板用硅膠GF-254（青島海洋化工制）。

實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑和溶劑為市場采購分析純級別的試劑，除了論文中有特別說明以外，沒有進(jìn)一步純化。

1.2N-取代苯甲酰胺衍生物的合成方法

1.2.1N-苯并噻唑基苯甲酰胺衍生物的合成

N-苯并噻唑基苯甲酰胺衍生物（3a～3f）的合成通法如下，以3a為例：

在50 mL單口瓶中依次加入2-氨基苯并噻唑（0.3004 g，2 mmol），三乙胺（0.2021 g，2 mmol），DMAP（0.0122 g，0.1 mmol），四氫呋喃30 mL，室溫下逐滴滴加苯甲酰氯（0.3373 g，2.4 mmol）。TLC檢測原料噻唑反應(yīng)完全（2 h），加入30% Na2CO3溶液5 mL，攪拌10 min，加水150 mL稀釋，有大量白色固體析出。抽濾，用水洗滌產(chǎn)品，干燥稱重。得到目標(biāo)產(chǎn)品3a（0.4705 g，產(chǎn)率為92.5%）。

3a：白色固體，產(chǎn)率92.5%，m.p.183℃～184℃（ref:185℃～187℃）［9］；1H NMR（500 MHz，CDCl3）:δ 11.43（s，1H），8.01（d，J=7.4 Hz，2H），7.87 （dd，J=5.9，2.9 Hz，1H），7.59（t，J=7.4 Hz，1H），7.45（t，J=7.8 Hz，2H），7.34-7.29（m，3H）。

3b：白色固體，產(chǎn)率96.3%，m.p.178℃～179℃（ref:180℃～181℃）［9］；1H NMR（500 MHz，CDCl3）:δ 11.65（s，1H），7.90（d，J=8.2 Hz，2H），7.86 （d，J=7.3 Hz，1H），7.29（m，3H），7.21（d，J=8.0 Hz，2H），2.39（s，3H）。

3c：白色固體，產(chǎn)率91.4%，m.p.184℃～185℃（ref:185℃～186℃）［9］；1H NMR（500 MHz，CDCl3）:δ 11.21（s，1H），7.95～7.92（m，2H），7.90～7.87 （m，1H），7.43（dt，J=6.9，2.0 Hz，3H），7.39～7.33 （m，2H）。

3d：白色固體，產(chǎn)率93.1%，m.p.189℃～190℃（ref:190℃～192℃）［10］；1H NMR（500 MHz，CDCl3）:δ 11.29（s，1H），7.98（d，J=8.8 Hz，2H），7.88～7.84 （m，1H），7.45～7.41（m，1H），7.35～7.28（m，2H），6.91（d，J=8.7 Hz，2H），3.84（s，3H）。

3e：黃色固體，產(chǎn)率95.4%，m.p.293℃～294℃（ref:296℃～296.5℃）［10］；1H NMR（500 MHz，DMSO-d6）:δ 13.28（s，1H），8.38～8.34（m，4H），8.02 （d，J=7.8 Hz，1H），7.78（d，J=8.0 Hz，1H），7.51～7.46（m，1H），7.36（dd，J=11.2，3.8 Hz，1H）。

3f：白色固體，產(chǎn)率90.8%，m.p.199℃～200℃（ref:200℃～202℃）［11］；1H NMR（500 MHz，DMSO-d6）:δ 11.58（s，1H），8.00（d，J=7.3 Hz，2H），7.57 （t，J=7.4 Hz，1H），7.44（t，J=7.8 Hz，2H），7.32 （d，J=2.5 Hz，1H），7.13（d，J=8.9 Hz，1H），6.87 （dd，J=8.9，2.5 Hz，1H），3.88（s，3H）。

1.2.2N-（5-苯基-1，3，4-噻二唑-2-基）苯甲酰胺衍生物的合成

該反應(yīng)起始原料為取代苯甲酸，參考文獻(xiàn)［12］的合成方法，得到2-氨基-5-苯基-1，3，4-噻二唑及2-氨基-5-（4-甲氧基苯基）-1，3，4-噻二唑，而后再合成酰胺。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

在25 mL兩口瓶中依次加入苯甲酸（0.2442 g，2 mmol），氨基硫脲（0.1823 g，2 mmol），攪拌下分三次緩慢注射三氯氧磷1.2 mL，80℃反應(yīng)2.5 h。反應(yīng)完畢，冷卻至室溫，攪拌下分三次注射2.5 mL水，110℃反應(yīng)4 h。TLC檢測反應(yīng)完全，冷卻至室溫，將反應(yīng)液倒入15 mL冰水中，用40%NaOH溶液中和至pH=8。有大量白色沉淀產(chǎn)生，過濾，用水洗滌，濾餅用乙醇重結(jié)晶，得到產(chǎn)品2-氨基-5-苯基-1，3，4-噻二唑（0.3130 g，產(chǎn)率為88.3%）。

2-氨基-5-苯基-1，3，4-噻二唑：白色固體，產(chǎn)率88.3%，m.p.224℃～226℃（ref:220℃）［12］；1H NMR（500 MHz，CDCl3）:δ 7.82（dd，J=6.5，3.1 Hz，2H），7.45（dd，J=5.0，1.8 Hz，3H），5.21 （s，2H）。

2-氨基-5-（4-甲氧基苯基）-1，3，4-噻二唑：白色固體，產(chǎn)率86.4%，m.p.185℃～187℃（ref:181℃）［12］；1H NMR（500 MHz，DMSO-d6）:δ 7.69 （d，J= 8.6 Hz，2H），7.30（s，2H），7.02（d，J= 8.6 Hz，2H），3.80（s，3H）。

N-（5-苯基-1，3，4-噻二唑-2-基）苯甲酰胺衍生物（3g～3j）的合成通法如下，以3g為例：

在50 mL單口瓶中依次加入2-氨基-5-苯基-1，3，4-噻二唑（0.3544 g，2 mmol），三乙胺（0.2021 g，2 mmol），DMAP（0.0122 g，0.1 mmol），四氫呋喃30 mL，室溫下逐滴滴加苯甲酰氯（0.3373 g，2.4 mmol）。TLC檢測原料噻唑反應(yīng)完全（2.5h）。加入30%Na2CO3溶液5mL，攪拌10min，加水150 mL稀釋，有大量白色固體析出。抽濾，用水洗滌產(chǎn)品后乙醇重結(jié)晶得純品3g（0.4861 g，產(chǎn)率為86.4%）。

3g：白色固體，產(chǎn)率86.4%，m.p.234℃～235℃（ref:237℃～238℃）［13］；1H NMR（500 MHz，CDCl3）:δ 12.08（s，1H），8.30～8.28（m，2H），7.99 （dd，J=6.5，3.1 Hz，2H），7.70（t，J=7.4 Hz，1H），7.60（t，J=7.7 Hz，2H），7.54～7.51（m，3H）。

3h：白色固體，產(chǎn)率84.3%，m.p.249℃～251℃（ref:245℃）［13］；1H NMR（500 MHz，DMSO-d6）:δ 13.00（s，1H），8.17（d，J=8.7 Hz，2H），8.03～7.94 （m，2H），7.55（d，J=5.7 Hz，3H），7.11（d，J=8.7 Hz，2H），3.87（s，3H）。

3i：黃色固體，產(chǎn)率83.1%，m.p.＞300℃（ref:271℃）［14］；1H NMR（500 MHz，DMSO-d6）:δ 13.65 （s，1H），8.38（dd，J=17.1，8.4 Hz，4H），8.00（d，J= 5.4 Hz，2H），7.56（d，J=5.3 Hz，3H）.

3j：米色固體，產(chǎn)率85.5%，m.p.230℃～232℃；1H NMR（500 MHz，DMSO-d6）:δ 13.09（s，1H），8.15（d，J=7.5 Hz，2H），7.93（d，J=8.7 Hz，2H），7.68（t，J=7.3 Hz，1H），7.58（t，J=7.6 Hz，2H），7.11（d，J= 8.7 Hz，2H），3.85（s，3H）。

1.3 N1，N2-二取代乙二酰胺化合物的合成反應(yīng)

1.3.1N1，N2-二（苯并噻唑-2-基）乙二酰胺的合成

在50 mL單口瓶中依次加入2-氨基苯并噻唑（0.3004 g，2 mmol），三乙胺（0.2021 g，2 mmol），DMAP（0.0122 g，0.1 mmol），四氫呋喃30 mL，室溫下逐滴滴加乙酰氯（0.3373 g，1.2 mmol）。TLC檢測原料噻唑反應(yīng)完全（2 h）。加入30%Na2CO3溶液5 mL，攪拌10 min，加水150 mL稀釋，有大量黃色固體析出。抽濾，用水洗滌產(chǎn)品。干燥稱重。得目標(biāo)產(chǎn)品6a（0.6542 g，產(chǎn)率為92.3%）。

6a：黃色固體，產(chǎn)率92.3%，m.p.350℃～351℃；1H NMR（500 MHz，DMSO-d6）:δ 12.76（s，2H），8.15（d，J= 6.8 Hz，2H），7.95（d，J=7.6 Hz， 1H），7.74（d，J=8.0 Hz，1H），7.45～7.38（m，1H），7.32～7.25（m，1H），6.74（d，J=6.7 Hz，2H）。

1.3.2N1，N2-二色氨基乙二酰胺的合成

在50 mL單口瓶中依次加入色氨（0.3204 g，2 mmol），三乙胺（0.2021 g，2 mmol），DMAP （0.0122 g，0.1 mmol），四氫呋喃30 mL，室溫下逐滴滴加乙酰氯（0.3373 g，1.2 mmol），TLC檢測原料反應(yīng)完全（2 h）。加入30%Na2CO3溶液5 mL，攪拌10 min，加水150 mL稀釋，有大量黃色固體析出。抽濾，用水洗滌產(chǎn)品。干燥稱重。得目標(biāo)產(chǎn)品6b（0.7180 g，產(chǎn)率為95.9%）。

6b：黃色固體，產(chǎn)率95.9%，m.p.343℃～344℃（ref:＞320℃）［15］；1H NMR（500 MHz，DMSO-d6）:δ 10.83（s，1H），8.85（t，J=6.1 Hz，1H），7.58（d，J= 7.9 Hz，1H），7.34（d，J=8.1 Hz，1H），7.17（d，J=2.2 Hz，1H），7.11～7.03（m，1H），7.01～6.95（m，1H），3.44（dd，J=14.7，6.6 Hz，2H），2.89（t，J=7.5 Hz，2H）。

2　結(jié)果與討論

圖1　3a合成路線Fig.1　 Synthetic route of 3a

本文以2-氨基苯并噻唑和苯甲酰氯為起始原料，以3a為例對合成路線進(jìn)行探索。首先對催化劑進(jìn)行選擇。不采用催化劑，以二氯甲烷作溶劑，三乙胺作縛酸劑，加熱回流反應(yīng)4 h剩余大量原料，產(chǎn)率低于40%；采用DMAP（摩爾量5%）作為催化劑，以同樣的條件在室溫下反應(yīng)，產(chǎn)率即可達(dá)到72%。其次，對溶劑進(jìn)行了篩選，在二氯甲烷和甲苯中產(chǎn)物粗品產(chǎn)率可達(dá)到71%，但粗品需要過柱提純，步驟繁瑣且收率不高。而在THF中，反應(yīng)產(chǎn)生的三乙胺鹽酸鹽析出，促進(jìn)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率高；且加水產(chǎn)物即可析出，提純過程方便，產(chǎn)率可達(dá)90%。再次，對堿進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)在THF中用無機(jī)堿碳酸鈉或氫氧化鈉產(chǎn)率小于50%，反應(yīng)較長時間原料不能反應(yīng)完全，而用有機(jī)堿三乙胺或N，N-二異丙基乙胺，產(chǎn)率均能達(dá)到90%以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該反應(yīng)均相體系效果更佳。然后對加料方式也進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)以酰氯滴加的方式優(yōu)于三乙胺滴加。若以三乙胺滴加，酰氯和胺直接混合，反應(yīng)液中有明顯副產(chǎn)物產(chǎn)生。若以酰氯滴加，反應(yīng)溫和，無明顯的副產(chǎn)物產(chǎn)生，選擇性好，產(chǎn)率增加。本文對投料比進(jìn)行了篩選，嘗試用胺與酰氯摩爾比=1∶1，1∶1.1，1∶1.2～1∶2投料，發(fā)現(xiàn)酰氯小于1.2當(dāng)量時，同樣條件下胺反應(yīng)不完全；酰氯大于1.2當(dāng)量時，最終產(chǎn)品含有較多酰氯，純度達(dá)不到要求。故選擇最佳摩爾比為1∶1.2。合成路線見圖1。

在此基礎(chǔ)上，本文以2-氨基苯并噻唑?yàn)榈孜锇?，在四氫呋喃中，在催化劑DMAP存在下，室溫下先將氨和縛酸劑三乙胺在四氫呋喃中攪拌5 min，后滴加取代苯甲酰氯，反應(yīng)2 h，獲得90%以上的收率合成目標(biāo)酰胺化合物，且通過TLC跟蹤反應(yīng)，無明顯副產(chǎn)物生成；該方法后處理簡單，只需將反應(yīng)液用少量碳酸鈉溶液洗滌（除去酰氯分解產(chǎn)生的酸），倒入適量水中，過濾水洗即可得到純凈的目標(biāo)產(chǎn)物。反應(yīng)合成路線見圖2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖2　N-取代苯甲酰胺衍生物合成路線Fig.2　 Synthetic route of N-substituted benzamide derivatives

表1　N-取代苯甲酰胺衍生物的合成反應(yīng)Table 1 Synthesis of N-substituted benzamide derivatives

在探索的最佳條件下，筆者合成了6個N-苯并噻唑基苯甲酰胺衍生物，包括了酰氯苯環(huán)上給電子取代基甲基、甲氧基，吸電子取代基硝基，鹵原子等基團(tuán)，以及苯并噻唑6位上甲氧基取代基。這些化合物均達(dá)到了90%以上的收率，其中以酰氯苯環(huán)上甲基取代收率最高，達(dá)到了96.3%。

本文對拓展反應(yīng)底物也進(jìn)行了研究。嘗試了以2-氨基-5-苯基-1，3，4-噻二唑化合物為原料合成，通常含苯并噻唑，1，3，4-噻二唑結(jié)構(gòu)單元的化合物具有較好的生物活性。但因其溶解性的關(guān)系，以及氨基的反應(yīng)活性較脂肪族胺和苯胺差，且往往難于達(dá)到較理想的轉(zhuǎn)化率。表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：按照以上合成條件，對溶解性較差的2-氨基-5-苯基-1，3，4-噻二唑反應(yīng)效果亦顯著。收率普遍達(dá)到83%以上，最高可以達(dá)到86.4%。該路線與文獻(xiàn)［20］報(bào)道的方法相比，起始原料易得，反應(yīng)條件溫和，收率更高，且不必經(jīng)過劇毒中間體異硫氰酸酯。因此，本文所報(bào)道的方法，在氮雜環(huán)酰胺的合成中優(yōu)勢尤為明顯，且該反應(yīng)底物的適用范圍寬。

接著，本文對反應(yīng)底物做了進(jìn)一步拓展，采用較活潑的伯胺—色胺和不活潑的雜環(huán)胺—2-氨基苯并噻唑兩種原料合成兩種雙酰胺衍生物。合成路線見圖3。

圖3　N1, N2-二取代乙二酰胺化合物合成路線Fig.3 Synthetic route of N1, N2-disubstituted double amide derivatives

表2　N1, N2-二取代乙二酰胺化合物的合成反應(yīng)Table 2 Synthesis of N1, N2-disubstituted double amide derivatives

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：該路線對雙酰胺化反應(yīng)亦適用，效果均顯著，達(dá)到了92%以上的收率，其中使用活潑胺產(chǎn)率更高，達(dá)到了95.9%，進(jìn)一步展現(xiàn)了該方法的優(yōu)勢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2，所有產(chǎn)物結(jié)構(gòu)都經(jīng)熔點(diǎn)測試和1H NMR表征。

3　結(jié)論

綜合考慮各種因素后得出結(jié)論：在THF溶劑中，在催化劑DMAP存在下，n（胺）：n（酰氯）=1∶1.2，以酰氯滴加的方式加料，室溫下反應(yīng)1～2 h，可獲得90%以上的產(chǎn)率得到N-苯并噻唑基苯甲酰胺衍生物。并對該方法的適用范圍進(jìn)行拓展，同樣以85%和92%的高產(chǎn)率分別合成了N-（5-苯基-1，3，4-噻二唑-2-基）苯甲酰胺衍生物、N1，N2-二取代乙二酰胺衍生物。此方法原料易得、操作簡單、后處理方便、條件溫和、收率高、底物適用范圍廣，對于氨基的親核進(jìn)攻活性相對較小的雜環(huán)胺反應(yīng)效果均顯著。它提供了一種廣泛合成有機(jī)合成中間體酰胺的新方法。

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修回日期：2016-01-08

Synthesis of Nitrogen Heterocycle-Containing Amide Derivatives

SHEN Chao，ZHANG Kan，GAO Jian-rong，LI Yu-jin*
（College of Chemical Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，Zhejiang，China）

Abstract：A study for synthesis of nitrogen neterocycle-containing amide derivatives was provided.In this method，benzothiazolamine or thiadiazole amine reacted with benzoyl chloride in 1:1.2 molar ratio in THF with DMAP as the catalyst to form twelve amide derivatives with 83.1%～96.3%yields.The method was of readily available raw materials，simple operation，mild conditions，high yield，apply a wide range of substrates.

KeyWords：heterocyclic amide；benzothiazole；1，3，4-thiadiazole；DMAP

文章編號：1006-4184（2016）5-0005-05

作者簡介：沈超（1990-），男，碩士研究生。

*通訊作者：李郁錦，女，副教授。E-mail：lyjzjut@zjut.edu.cn。