陳 帥，王 銳，宮 紅，魏雨詩，王佳樂，張 弛，閔家琛

（遼寧石油化工大學 石油化工學院，遼寧 撫順 113001）

2‐苯硫基乙醇是典型的β‐羥基硫化物，是重要的醫(yī)藥和有機合成中間體，可用于合成苯基乙烯基砜、白三烯、苯并氧雜環(huán)庚烯、高折射率環(huán)氧樹脂稀釋劑、含硫液態(tài)酚酯型抗氧劑以及可誘導細胞凋亡的小分子Bcl‐2 抑制 劑[1‐4]。

目前文獻報道的2‐苯硫基乙醇的合成方法主要有以下幾種：①環(huán)氧乙烷與苯硫酚反應(yīng)生成苯硫乙醇[5]，該方法雖然屬于原子經(jīng)濟反應(yīng)，但環(huán)氧乙烷沸點低、閃點低，儲存、運輸和使用過程中存在安全隱患；②2‐羥乙基苯基亞砜脫氧還原生成2‐苯硫基乙醇[6‐7]，反應(yīng)時間長，收率低；③苯硫酚與鹵代乙醇反應(yīng)[8]，產(chǎn)品分離提純困難；④二苯基碘鎓三氟甲磺酸鹽、硫氰酸鉀和乙二醇無溶劑微波輻射法合成[9]；⑤黃原酸乙基鉀、β‐溴代乙醇與碘苯反應(yīng)[10]；⑥2‐巰基乙醇與芳基鹵化物反應(yīng)[11]，②-⑥合成方法不符合原子經(jīng)濟反應(yīng)，原料成本高，且有溴苯、溴化鈉等大量廢棄物排放；⑦苯硫酚與碳酸乙烯酯作為原料，早期文獻[12-13]報道了K2CO3作為催化劑的反應(yīng)，該合成路徑相比前幾種方法綠色環(huán)保，但2‐苯硫基乙醇產(chǎn)率僅為70%左右。文獻[14]采用Na‐X 沸石為催化劑，產(chǎn)率可達100%，但反應(yīng)溫度較高，催化劑的回收過程繁瑣。

1,5‐二氮雜雙環(huán)[4,3,0]‐5‐壬烯（DBN）是具有雙環(huán)結(jié)構(gòu)的脒，是一種較強的有機堿液體催化劑，可以作為配體及非親核性堿，其廣泛應(yīng)用于氧化還原、重排、縮合、異構(gòu)、消除、環(huán)合、取代、加成等反應(yīng)。由于DBN 分子中的N 原子有一對非共價的電子，這些電子能和路易斯酸結(jié)合，DBN 可以引起脂肪族酯類的水解反應(yīng)，在酯交換反應(yīng)中DBN 展現(xiàn)了優(yōu)異的催化性能[15]。因此，本文采用苯硫酚和碳酸乙烯酯為原料，DBN 為催化劑，合成2‐苯硫基乙醇，以期得到反應(yīng)條件溫和、綠色經(jīng)濟的合成路線。

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

苯硫酚（PhSH，純度99.9%），實驗室自制；碳酸乙烯酯、1,5‐二氮雜二環(huán)[4.3.0]壬‐5‐烯（DBN，純度99%）、三乙烯二胺（純度98%）、1‐甲基咪唑（純度99%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司；六次甲基四胺（純度99%）、吡啶（純度99%），沈陽東興試劑廠；三乙胺（純度99%）、三乙醇胺（分析純）、三正丁胺（化學純），國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 實驗儀器

厚壁耐壓瓶，北京欣維爾玻璃有限公司；氣相色譜儀（Autosystem XL），美國Perkin‐Elmer 公司；核磁共振儀（AVANCE 400 MHz），美國布魯克公司；傅立葉變換紅外光譜儀（Spectrum GX），美國Perkin‐Elmer 公司。

1.3 2‐苯硫基乙醇的合成

將0.95 g碳酸乙烯酯（10.758 mmol）和1.0 mL 苯硫酚（9.78 mmol）加入厚壁耐壓瓶中，加入一定量的催化劑，進行氮氣保護，打開恒溫加熱磁力攪拌器，分別在50、70、90 ℃下進行反應(yīng)，見式（1）。反應(yīng)結(jié)束后，采用氣相色譜對產(chǎn)物進行定量分析，按照式（2）和式（3）計算2‐苯硫基乙醇合成反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑對2‐苯硫基乙醇催化反應(yīng)的影響

在苯硫酚物質(zhì)的量為9.78 mmol、n(碳酸乙烯酯)/n(苯硫酚)=1.1、n(苯硫酚)/n(催化劑)=100、反應(yīng)溫度為90 ℃或70 ℃、反應(yīng)時間為10 min的條件下，考察催化劑對2‐苯硫基乙醇催化反應(yīng)的影響，結(jié)果見表1。由表1 可知，在無催化劑的條件下，苯硫酚與碳酸乙烯酯反應(yīng)不能生成目標產(chǎn)物；當反應(yīng)溫度為90 ℃，烏洛托品、1‐甲基咪唑、吡啶、三乙醇胺作為催化劑時，苯硫酚的轉(zhuǎn)化率均不到30%，而三乙胺、三正丁胺、三乙烯二胺、DBN 作為催化劑時，轉(zhuǎn)化率可達70%以上，其中三乙烯二胺和DBN 作催化劑轉(zhuǎn)化率可高達90%以上；當反應(yīng)溫度降低至70 ℃時，對比催化劑的活性發(fā)現(xiàn)，DBN 轉(zhuǎn)化率仍能達到94%。

表1 催化劑對2?苯硫基乙醇催化反應(yīng)的影響

由表1 可知，催化活性與有機叔胺催化劑的pKa值呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，這是由于堿性較強的催化劑更容易將苯硫酚活化成為親核能力強的苯硫基負離子（見式（4）），從而進攻碳酸乙烯酯發(fā)生反應(yīng)；三乙烯二胺的p Ka小于三乙胺，但苯硫酚的轉(zhuǎn)化率略高，可能的原因是三乙烯二胺的空間位阻比三乙胺小，N 原子更容易進攻苯硫酚，有利于親核取代反應(yīng)的進行。從DBN 的結(jié)構(gòu)式來看，DBN 的N1sp2雜化軌道與C7sp2軌道構(gòu)成重鍵，而N2為sp3雜化，兩個N原子都有一對孤對電子裸露在分子的外面，它們相隔很近，使兩個N 原子的堿性顯示協(xié)同作用，這樣的結(jié)構(gòu)決定了DBN 具有較強的堿性。但DBN 是一個弱的親核試劑，易與質(zhì)子結(jié)合而不易與碳原子結(jié)合，因此DBN 在反應(yīng)中主要是作為強堿性試劑轉(zhuǎn)移質(zhì)子，起到堿或催化劑的作用。綜上，選擇性能優(yōu)異的DBN 作為苯硫酚和碳酸乙烯酯合成2‐苯硫基乙醇的催化劑。

2.2 反應(yīng)條件對2‐苯硫基乙醇催化反應(yīng)的影響

2.2.1 催化劑物質(zhì)的量 在苯硫酚物質(zhì)的量為9.78 mmol、n(碳酸乙烯酯)/n(苯硫酚)=1.1、反應(yīng)溫度為90 ℃、反應(yīng)時間為180 min 的條件下，考察催化劑物質(zhì)的量對2‐苯硫基乙醇催化反應(yīng)的影響，結(jié)果見表2。由表2 可知，隨著催化劑物質(zhì)的量增加，苯硫酚轉(zhuǎn)化率增加，當n(苯硫酚)/n(催化劑)=100 時，苯硫酚轉(zhuǎn)化率已達到100%。因此，最佳n(苯硫酚)/n(催化劑)=100。

表2 催化劑物質(zhì)的量對2‐苯硫基乙醇催化反應(yīng)的影響

2.2.2 反應(yīng)時間 在苯硫酚物質(zhì)的量為9.78 mmol，n(碳酸乙烯酯)/n(苯硫酚)=1.1，n(苯硫酚)/n(催化劑)=100，反應(yīng)溫度為70、90 ℃的條件下，考察反應(yīng)時間對2‐苯硫基乙醇催化反應(yīng)的影響，結(jié)果見表3。由表3 可知，在反應(yīng)溫度為70 ℃時，反應(yīng)僅10 min苯硫酚轉(zhuǎn)化率就達到了95%，說明反應(yīng)是快速反應(yīng)，隨著反應(yīng)時間的延長，苯硫酚轉(zhuǎn)化率增加至100%，為了使此反應(yīng)進行完全，較適宜的反應(yīng)時間為60 min。

表3 反應(yīng)時間對2‐苯硫基乙醇催化反應(yīng)的影響

2.2.3 反應(yīng)溫度 在苯硫酚物質(zhì)的量為9.78 mmol、n(碳酸乙烯酯)/n(苯硫酚)=1.1、n(苯硫酚)/n(催化劑)=100 的條件下，考察反應(yīng)溫度對2‐苯硫基乙醇催化反應(yīng)的影響，結(jié)果見表4。

表4 反應(yīng)溫度對2‐苯硫基乙醇催化反應(yīng)的影響

由表4 可知，反應(yīng)溫度為30 ℃時，反應(yīng)180 min苯硫酚轉(zhuǎn)化率為76%；反應(yīng)溫度為20 ℃時，盡管反應(yīng)時間延長到720 min，苯硫酚轉(zhuǎn)化率僅為68%。分析較低溫度（30、20 ℃）與較高溫度（50、70 ℃）在反應(yīng)速度、轉(zhuǎn)化率兩方面差異較大的原因，可能是由于碳酸乙烯酯的熔點為38.5~39.0 ℃，當反應(yīng)溫度為30 ℃或20 ℃時，初始狀態(tài)為固液混合態(tài)，隨著反應(yīng)的進行，碳酸乙烯酯逐漸溶解形成均相，從而加快了反應(yīng)進程。這一結(jié)果也可以說明即使在低于碳酸乙烯酯熔點的溫度下進行反應(yīng)，DBN 仍然具有較好的催化性能。

2.3 反應(yīng)機理

圖1（a）為推測的DBN 催化苯硫酚與碳酸乙烯酯反應(yīng)循環(huán)機理。苯硫酚在DBN 的催化下轉(zhuǎn)化成苯硫酚負離子，從而作為親核試劑去進攻碳酸乙烯酯。碳酸乙烯酯具有兩個可與親核試劑作用的反應(yīng)中心：羰基和兩個亞甲基。根據(jù)軟硬酸堿原理分類，兩個對稱的亞甲基上的碳原子屬于“軟酸”，苯硫酚負離子是較軟的親核試劑，軟酸易與軟堿作用，即“軟親軟”。“軟酸”是一個缺電子的、可以接受電子的Lewis 酸，它原子半徑較大，具有易極化的性質(zhì)；相應(yīng)地，“軟堿”是一個富電子的、可以給出電子的Lewis 堿，同樣它原子半徑較大，具有易極化的性質(zhì)。軟硬酸堿理論認為：硬酸易與硬堿作用，即“硬親硬”。碳酸乙烯酯分子中有兩種缺電子中心，其中羰基上的碳原子屬于“硬酸”，因此會進攻碳酸乙烯酯的亞甲基，如圖1（b）所示。這就從理論上證明了2‐苯硫基乙醇的選擇性達到100%的原因。

圖1 DBN 催化苯硫酚與碳酸乙烯酯的反應(yīng)機理示意圖

此時，苯硫酚負離子進攻碳酸乙烯酯其中的一個亞甲基，生成中間物1，同時脫去一分子CO2，然后DBNH+與中間物1 結(jié)合，生成產(chǎn)物2‐苯硫基乙醇，DBN 被還原，進行重復使用。由上述過程可見，DBN 是可以重復使用的優(yōu)良催化劑。根據(jù)實驗結(jié)果可以看出，催化劑使反應(yīng)速率和產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率得到很大的提高。

2.4 產(chǎn)物的表征

將產(chǎn)物進行了1H NMR 分析，結(jié)果見圖2。

從圖2 可以看出，在7.30、7.28、7.18 處有三個單峰，對應(yīng)苯環(huán)上的五個氫；在3.66 處有兩個重合的多重峰，對應(yīng)的基團是兩個-CH2-；在2.96 處有一個單峰，對應(yīng)的是羥基上的氫。與標準1H NMR 譜分析對比后，進一步確定目標產(chǎn)物為2‐苯硫基乙醇。

圖2 產(chǎn)物的1H NMR 圖譜

3 結(jié) 論

（1）以苯硫酚與碳酸乙烯酯為原料，均相催化合成了2‐苯硫基乙醇?？疾炝瞬煌挠袡C堿催化劑在2‐苯硫基乙醇合成中的性能，對比發(fā)現(xiàn)DBN 由于其較強的堿性，其催化效果明顯優(yōu)于其他催化劑。

（2）考察了催化劑物質(zhì)的量、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間對反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響較大，在n（苯硫酚）/n（DBN）=100、反應(yīng)溫度為90 ℃時，反應(yīng)時間只需10 min，轉(zhuǎn)化率即為100%。該反應(yīng)是一種工藝成本低、高效的綠色合成途徑。

（3）借助軟硬酸堿理論推測了反應(yīng)機理，從理論上解釋了DBN 催化苯硫酚與碳酸乙烯酯合成2‐苯硫基乙醇的選擇性可以達到100%的原因。