技术领域
[0001] 本发明涉及一种Z-3-硫氰酸酯基丙烯酸酯化合物的绿色制备方法，特别涉及一种利用超声波辅助乳酸催化丙炔酸酯化合物、硫氰酸盐和水一步加成反应合成 Z-3-硫氰酸酯基丙烯酸酯化合物的方法，属于有机中间体合成技术领域。
相关背景技术
[0002] Z-3-硫氰酸酯基丙烯酸酯化合物不仅具有非常重要的生理活性，其含有的硫氰酸酯官能团、酯基、烯基团都是重要的可修饰官能团，是一类非常重要的药物及有机合成中间体化合物。现有技术中有酸性离子液体催化丙炔酸酯、硫氰酸盐和水的三组份反应来获得Z-3-硫氰酸酯基丙烯酸酯化合物，如(Green Chem.2018, 20,3683)，但是该反应还存在以下不足，限制其实际应用：
[0003] 1)酸性离子液体有毒，其制备过程也不环保，且成本高，无商业化产品。
[0004] 2)Z-3-硫氰酸酯基丙烯酸酯化合物的产率为78～94％，反应中存在E式异构体以及丙炔酸酯的分解产物丙炔酸和未反应的丙炔酸酯原料，纯度不高。
[0005] 3)产物的分离需要使用易挥发有机溶剂萃取，产物的提纯需要通过硅胶柱层析分离，分离过程不仅复杂、成本高，还会产生环境污染。
[0006] 4)酸性离子液体循环5次，效率降低13％，使用成本较高。
[0007] 现有的酸性离子液体催化丙炔酸酯、硫氰酸盐和水的三组份反应合成Z-3- 硫氰酸酯基丙烯酸酯化合物的方法具体情况如下表：
[0008]
具体实施方式
[0040] 以下具体实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
[0041] 对照实施例：
[0042] 以下对照实验组1～17均按以下反应方程式反应：
[0043]
[0044] 具体操作步骤为：在20mL反应管中，依次加入丙炔酸乙酯(1当量，10mmol)、硫氰酸盐、水以及生物质酸，所得混合液在的超声反应装置中反应 30min。反应结束后，加入18mL的水，即可得到目标产物，气相计算产率。
[0045]
[0046]
[0047] 上表中实验组1～3考察了各种硫氰酸源对丙炔酸乙酯、硫氰酸钾、水三组份加成反应的影响，从实验数据可以看出，廉价的硫氰酸钾相对硫氰酸钠或硫氰酸铵等可以明显提高三组份加成反应的效率。
[0048] 上表中实验组1及4～5考察了反应原料KSCN用量对丙炔酸乙酯、硫氰酸钾、水三组份加成反应的影响，通过实验表明KSCN的最佳摩尔用量为1.2当量；KSCN用量过低时，目标产物的收率降低，而再进一步增加KSCN，目标产物的收率不再增加。
[0049] 上表中实验组1及6～11考察了各种反应介质对丙炔酸乙酯、硫氰酸钾、水三组份加成反应的影响，从实验数据可以看出，在乳酸介质中反应相对其他反应介质，可以明显提高三组份加成反应的效率，且反应具有单一反应加成选择性。
[0050] 上表中实验组1及12～13考察了乳酸用量对丙炔酸乙酯、硫氰酸钾、水三组份加成反应的影响，通过实验表明乳酸的最佳摩尔用量为4当量；当乳酸用量高于4当量时，反应效率没有提高；当乳酸用量低于4当量时，目标产物的收率降低。
[0051] 上表中实验组1及14～17考察了超声辅助对对丙炔酸乙酯、硫氰酸钾、水共加成反应的影响，通过实验表明通过超声辅助反应，能够大大缩短反应时间，提高反应效率，特别是超声功率为35W/频率为40KHz时，共加成反应效果最佳，可以在较短时间内获得最佳的目标产物收率。
[0052] 循环实验结果
[0053] 在20mL反应管中，依次加入丙炔酸乙酯(10mmol)、硫氰酸钾(12mmol， 1.16g)、水(10mmol，0.18g)，乳酸(40mmol，3.60g)，所得混合液在35W/40KHz 的超声反应装置中反应30分钟。反应结束后，加入18ml水与乳酸形成乳酸水溶液，Z-3-硫氰酸酯基丙烯酸乙酯不溶于乳酸水溶液，析出，分液，真空干燥计算重量。减压除去乳酸水溶液中的水，直接用于下次循环实验，所得产率数据如下。
[0054]1 2 3 4 5
94％ 94％ 93％ 92％ 92％
[0055] 实施例1～16
[0056] 以下实施例1～16均按以下反应方程式反应：
[0057]
[0058] 具体操作步骤为：在20mL反应管中，依次加入丙炔酸酯(10mmol)、硫氰酸钾(12mmol，1.16g)、水(10mmol，0.18g)，乳酸(40mmol，3.60g)，所得混合液在35W/40KHz的超声反应装置中反应30分钟。反应结束后，加入18ml水与乳酸形成乳酸水溶液，Z-3-硫氰酸酯基丙烯酸酯不溶于乳酸水溶液，析出，分液，真空干燥计算重量。
[0059] 实施例1
[0060] 原料： 目标产物：
[0061] ethyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0062] 产率:94％.
[0063] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.14(d,J＝9.2Hz,1H),6.25(d,J＝9.2Hz,1H),4.25 (q,J＝7.2Hz,2H),1.32(t,J＝6.8Hz,3H).
[0064] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.2,138.1,119.9,112.3,61.6,14.0.
[0065] 实施例2
[0066] 原料： 目标产物：
[0067] methyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0068] 产率:95％.
[0069] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.15(d,J＝9.2Hz,1H),6.27(d,J＝9.2Hz,1H),3.80 (s,3H).
[0070] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.6,138.4,119.5,112.2,52.4.
[0071] 实施例3
[0072] 原料： 目标产物：
[0073] tert-butyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0074] 产率:90％
[0075] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.04(d,J＝9.2Hz,1H),6.17(d,J＝9.2Hz,1H),1.50 (s,9H).
[0076] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ165.6,136.5,121.6,112.7,83.0,28.0.
[0077] 实施例4
[0078] 原料： 目标产物：
[0079] phenyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0080] 产率:91％
[0081] δ7.44–7.40(m,2H),7.34(d,J＝9.6Hz,1H),7.31–7.27(m,1H),7.15–7.13(m,2H), 6.50(d,J＝9.6Hz,1H).
[0082] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ164.7,149.8,140.7,129.6,126.5,121.1,119.1,111.8.[0083] 实施例5
[0084] 原料： 目标产物：
[0085] benzyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0086] 产率:92％
[0087] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.42–7.37(m,5H),7.17(d,J＝9.2Hz,1H),6.30(d,J ＝9.2Hz,1H),5.23(s,2H).
[0088] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.0,138.7,134.7,128.7,128.6,128.5,119.6,112.1, 67.3.
[0089] 实施例6
[0090] 原料： 目标产物：
[0091] phenethyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0092] 产率93％
[0093] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.44–7.40(m,2H),7.34(d,J＝9.6Hz,1H),7.31–7.27 (m,1H),7.15–7.13(m,2H),6.50(d,J＝9.6Hz,1H).
[0094] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ164.7,149.8,140.7,129.6,126.5,121.1,119.1,111.8.[0095] 实施例7
[0096] 原料： 目标产物：
[0097] 2-hydroxyethyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0098] 产率:94％
[0099] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.19(d,J＝9.2Hz,1H),6.31(d,J＝9.2Hz,1H),4.32 (t,J＝4.8Hz,2H),3.87(t,J＝4.8Hz,2H),1.94(brs,1H).
[0100] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.3,139.0,119.4,112.1,66.9,60.7.
[0101] 实施例8
[0102] 原料： 目标产物：
[0103] 2-butoxyethyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate):
[0104] 产率:93％
[0105] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.15(d,J＝9.2Hz,1H),6.30(d,J＝9.2Hz,1H), 4.33–4.31(m,2H),3.66–3.63(m,2H),3.45(t,J＝6.8Hz,2H),1.59–1.51(m,2H), 1.39–1.30(m,
2H),0.90(t,J＝7.6Hz,3H).
[0106] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.1,138.4,119.7,112.2,71.1,68.1,64.6,31.5,19.1, 13.8.
[0107] 实施例9
[0108] 原料： 目标产物：
[0109] 2-cyanoethyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0110] 产率:92％
[0111] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.26(d,J＝9.2Hz,1H),6.32(d,J＝9.2Hz,1H),4.40 (t,J＝6.4Hz,2H),3.77(t,J＝6.4Hz,2H).
[0112] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ165.4,140.0,118.6,116.3,111.6,59.6,17.8.[0113] 实施例10
[0114] 原料： 目标产物：
[0115] 2-bromoethyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0116] 产率:96％
[0117] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.22(d,J＝9.2Hz,1H),6.31(d,J＝9.2Hz,1H),4.50 (t,J＝6.0Hz,2H),3.54(t,J＝6.0Hz,2H).
[0118] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ165.6,139.4,119.1,111.8,64.7,27.9.
[0119] 实施例11
[0120] 原料： 目标产物
[0121] thiophen-2-ylmethyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0122] 产率:93％
[0123] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.35–7.33(m,2H),7.17(d,J＝9.6Hz,1H),7.12–7.10 (m,1H),6.28(d,J＝9.6Hz,1H),5.23(s,2H).
[0124] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ165.9,138.7,135.5,127.6,126.6,125.3,119.5,112.2, 62.1.
[0125] 实施例12
[0126] 原料： 目标产物
[0127] benzo[d][1,3]dioxol-5-yl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0128] 产率:92％
[0129] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.16(d,J＝9.2Hz,1H),6.86–6.85(m,2H),6.81–6.79 (m,1H),6.27(d,J＝9.2Hz,1H),6.00(s,2H),5.11(s,2H).
[0130] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.0,148.0,148.0,138.7,128.4,122.7,119.6,112.1, 109.2,108.3,101.3,67.3.
[0131] 实施例13
[0132] 原料： 目标产物
[0133] cinnamyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:Colorless oil.
[0134] 产率:93％
[0135] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.42–7.40(m,2H),7.37–7.29(m,3H),7.18(d,J＝9.6 Hz,1H),6.71(d,J＝16.0Hz,1H),6.33–6.26(m,1H),6.31(d,J＝9.6Hz,2H),4.86 (d,J＝
6.8Hz,2H).
[0136] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.0,138.6,135.8,135.4,128.6,128.3,126.7,121.9, 119.6,112.2,66.1.
[0137] 实施例14
[0138] 原料： 目标产物
[0139] (4-(prop-1-en-2-yl)cyclohex-2-en-1-yl)methyl(Z)-3-thiocyanatoacrylate:
[0140] 产率:92％
[0141] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.15(d,J＝9.2Hz,1H),6.28(d,J＝9.2Hz,1H), 5.71–5.80(m,1H),4.74–4.71(m,2H),4.58(s,2H),2.20–2.14(m,2H),2.10–2.02(m, 2H),2.01–
1.84(m,2H),1.74(s,3H),1.53–1.49(m,1H).
[0142] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.1,149.3,138.3,131.7,127.3,119.8,112.3,108.9, 69.6,40.6,30.4,27.2,26.3,20.7.
[0143] 实施例15
[0144] 原料： 目标产物:
[0145] (E)-phenyl 3-bromo-3-thiocyanatoacrylate:
[0146] 产率:93％
[0147] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.46–7.42(m,2H),7.33–7.29(m,1H),7.16–7.13(m, 2H),7.02(s,1H).
[0148] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ162.7,149.7,137.3,129.7,126.8,120.9,119.4,106.3. HRMS Calcd(EI)m/z for C10H6BrNO2S:
[0149] 实施例16
[0150] 原料： 目标产物:
[0151] diethyl 2-thiocyanatofumarate:
[0152] 产率:92％
[0153] 1H NMR(400MHz,CDCl3)δ6.85(s,1H),4.43(q,J＝7.2Hz,2H),4.29(q,J＝7.2 Hz,2H),1.41(t,J＝7.2Hz,3H),1.33(t,J＝7.2Hz,3H).
[0154] 13C NMR(100MHz,CDCl3)δ164.5,161.4,138.1,126.3,108.7,64.0,62.2,14.0, 13.8。
