脂肪族取代脲的合成研究

丁晨 鄭添裕 蔡波（中國藥科大學，江蘇南京 211198）

脂肪族取代脲的合成研究

丁晨 鄭添裕 蔡波（中國藥科大學，江蘇南京 211198）

脂肪族二取代脲是一種綠色環保的合成碳二亞胺的前體。本文主要論述了利用脂肪伯胺和三光氣反應合成對稱的脂肪族二取代脲以及利用伯胺和N，N’-羰基二咪唑合成不對稱脂肪族二取代脲的方法。該實驗方法簡單，時間短，產率高，具有很高的理論和實際應用價值。

伯胺；二取代脲；碳二亞胺；N，N’-羰基二咪唑；三光氣；合成

碳二亞胺化合物（Carbodiimides）［1］，就是結構中含有碳二亞胺基團的化合物，其通式如下：R1-N=C=N-R2

分子結構中的累積二烯結構使碳二亞胺具有很強的化學活潑性，不僅可以和許多酸性化合物反應，也可以和醇、胺及含活潑亞甲基等活潑氫一類化合物起反應，其參與的反應具有條件溫和、操作簡便和收率高的特點。碳二亞胺化合物不如含有N=C=O，O=C=C，S=C=S等基團的相似結構的化合物活潑，其參與的化學反應的動力主要來源于結構中N=C=N雙鍵的不飽和性，作為一種良好的有機試劑。它在非催化條件下很穩定，而在催化條件下表現出很強的反應性。碳二亞胺化合物最早用作酯化反應以及氨基酸合成多肽的脫水劑。

此外DCC和DMSO亦可對醇就行的Pfitzener-Moffatt氧化反應［2］。

1 實驗部分

1.1 合成路線

所設計的合成路線如圖2-1所示：

圖1-1 二取代脲及對應碳二亞胺的合成路線

1.2 合成化合物

1.2.1 合成對叔丁基脲

反應方程式如圖1-2：

圖1-2 對叔丁基脲的合成路線

實驗步驟：

于500 mL四頸瓶中依次加入450 mL甲苯、叔丁胺94 g（1293 mmol，6 e.q.）、三乙胺130 g（1293 mmol，6 e.q.）后加塞，電動攪拌冰水浴冷卻。于恒壓滴液漏斗中緩慢加入54 g（215.5 mmol，1 e.q.）三光氣的400 mL甲苯溶液。控制內溫不得超過20℃，滴畢rt反應3h，TLC追蹤反應。

表1-1 合成S1a實驗的投料狀況

TLC如圖（展開劑：P/E=1：2，顯色劑：磷鉬酸）

圖1-3 對叔丁基脲反應液的TLC示蹤

反應結束后取250 mL水淬滅反應，轉移至分液漏斗中，分出水相后用甲苯反萃取，合并有機相，有機相用水洗兩次，然后用5%鹽酸洗一次，再用飽和NaCl aq洗兩次。濃縮溶劑，加水漿洗后減壓過濾，固體用無水乙醇重結晶，收集白色針狀晶體68.04 g（72.52%）。

mp：199.6-202.1℃..IR（KBr）：3352.11，2964.53，1638.22，1381.61，1360.82 cm-1.1H NMR（CDCl3，300 MHz）：δ5.82-5.74（m，2H），3.09（td，J=7.0，2.3 Hz，2H），2.92（dd，J=6.9，2.4 Hz，2H），1.67（dtd，J=13.4，6.7，2.4 Hz，1H），1.45-1.19（m，4H），0.86（td，J=6.6，2.1 Hz，9H）.

1.2.2 合成1-正丁基-3-異丁基脲

反應方程式如圖1-4

圖1-4 1-正丁基-3-異丁基脲的合成路線

實驗步驟：

在50 mL圓底燒瓶中依次N，N’-羰基二咪唑20.03 g（123.6 mmol，1.17e.q.）和20 mL二氯甲烷使成漿狀，磁力攪拌，在冰水浴條件下滴加異丁胺2.0 mL（20.55 mmol，1 e.q.），滴畢加2.5mL二氯甲烷洗滌恒壓滴液漏斗，rt反應20 min，留樣β并TLC示蹤。加入15 mL水攪拌30 min，分去水相后繼續在冰水浴條件下滴加異戊胺3.6 mL（30.62 mmol，1.49 e.q.），滴畢加2.5 mL二氯甲烷洗滌恒壓滴液漏斗，回流反應1h，TLC示蹤。

表1-2 合成實驗的投料狀況

TLC如圖（展開劑：P/E=1：3，顯色劑：磷鉬酸）

圖1-5 1-正丁基-3-異丁基脲反應液的TLC示蹤

反應結束后，轉移至分液漏斗中用20 ml 10%HCL洗，分液水相用10mL二氯甲烷反萃取，合并有機相后再用飽和食鹽水洗兩次，最后有機相用無水硫酸鎂干燥30min，減壓過濾后濃縮溶劑收得白色蠟狀固體粗品S3b（13.86 g）。

mp：48.4-50.2℃..IR（KBr）：3342.05，，1637.53，1573.86 cm-1.1H NMR（CDCl3，300 MHz）：

產物提純后TLC如圖（展開劑：P/E=1：3，顯色劑：磷鉬酸）

圖1-6 1-正丁基-3-異丁基脲提純后的TLC圖

圖1-7 三光氣發生SN2反應的機理

不對稱產物的紅外光譜與核磁圖譜：

圖1-8 1-正丁基-3-異丁基脲的H1-HMR圖譜

2 實驗結果

鑒于此次對碳二亞胺前體對稱和不對稱二取代脲合成的研究，分別選擇了較為溫和反應條件的Triphosgene法和CDI法，比之于工業上的異氰酸酯與胺的親核取代及CO2or CO與胺在金屬催化劑及高溫高壓條件下顯得更為綠色低毒，且溫和而產率較高。

［1］Williams，A.；Ibrahim，I.T.；Carbodiimide Chemistry：Reagent Advances，Chem，Rev.1981，81.589-636.

［2］Pfitzner，K.E.；Moffatt，J.G.；A New and Selective Oxidation of Alcohols，J，Am，Chem，Soc.1963，85.3027-3028.