![杂环化反应原理](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/978/29975978/b_29975978.jpg)
第三节 含一个硫原子的五元杂环化合物的合成
含一个硫原子的芳香杂环化合物主要为噻吩、苯并噻吩及其衍生物,它们在药物及其中间体的合成中具有广泛的用途。例如选择性雌激素受体调节剂(抗骨质疏松药)盐酸雷洛昔芬(Raloxifene hydrochloride)(29)和盐酸阿佐昔芬(Arzoxifene hydrochloride)(30)分子中就有苯并噻吩的结构单元。
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一、噻吩及其衍生物
噻吩又称为硫杂茂、硫杂环戊二烯、硫代呋喃。噻吩是液体,其沸点与苯非常相近,焦油苯中含有噻吩。除去焦油苯中噻吩的方法是用浓硫酸洗涤,因为噻吩比苯更容易被磺酸化,生成的噻吩磺酸溶于硫酸中,因而噻吩可以被除去。
噻吩是稳定的五元杂环芳香化合物,可以发生环上的硝化、磺化、卤化、酰基化等反应,而且主要发生在噻吩环的α位,但却有比苯更高的反应活性。如噻吩的氯化反应在乙酸中进行的速率是苯的100万倍,溴化反应是苯的1000倍,但噻吩环热稳定性比苯环差,易发生开环裂解反应。
噻吩氯化常用的试剂是氯气和SO2Cl2,溴化反应常用溴的乙酸溶液或NBS。硝化反应常用浓硝酸的乙酸溶液,而且在10℃以下进行,进一步硝化则生成2,4-二硝基噻吩和2,5-二硝基噻吩。噻吩的烷基化收率不高,很少用于制备。噻吩可以顺利发生Vilsmeier反应生成噻吩-2-甲醛。与酰氯反应生成2-酰基噻吩。
噻吩的酰基化(酰氯)不能用无水三氯化铝(噻吩生成焦油),最常用的是SnCl4。在磷酸催化下用酸酐进行酰基化是有效的方法。在酰化反应时,几乎都发生在α位,在两个α位都被占的情况下,β位的酰基化也比较容易进行。
噻吩容易发生氯甲基化反应。选择ZnCl2作催化剂,噻吩环上有吸电子基团时也可以发生氯甲基化反应。
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噻吩催化还原生成四氢噻吩。
噻吩用过酸氧化生成S-氧化物,进一步氧化生成S,S-二氧化物。
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噻吩主要用于医药合成,也用于合成染料、合成树脂、合成农药、合成香料等方面。世界上生产消费的噻吩及其衍生物中,约95%应用于医药行业。带有噻吩环的抗生素比苯基同系物具有更好的疗效。一些消炎镇痛药物如对羟麻黄碱、舒洛芬、噻布洛酸、噻洛芬酸、苯噻啶、舒芬太尼等药物均为噻吩的衍生物。头孢西丁等二十余种抗生素类药物也含有噻吩环的结构单位。此外,一些心血管药物、降血脂药物、抗溃疡药物、血小板凝集抑制剂等也是噻吩的衍生物。
噻吩类衍生物的化学合成主要有如下几种方法。
1. Paal-Knorr噻吩合成法
1,4-二羰基化合物与一个硫源反应生成噻吩。
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这和吡咯、呋喃的Paal-Knorr反应是一样的,有时也叫做Paal-Knorr噻吩合成法。常用的含硫化合物是含磷的硫化合物,例如五硫化二磷、双三甲基甲硅烷硫化物、Lawesson试剂、硫化氢等。
这类反应可能是经历了双硫代酮过程:
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例如化合物(31)的合成[Jones R A,Civcir P U.Tetrahedron,1997,53(34):11529]:
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使用双三甲基硅烷硫醚的例子如下:
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若使用1,4-二羧酸,则反应中的某一阶段必须完成还原反应,因为最终的反应结果是生成噻吩而非2-或5-氧化噻吩。例如癫痫病治疗药盐酸噻加宾(Tiagabine hydrochloride)等的中间体3-甲基噻吩的合成。
3-甲基噻吩(3-Methylthiophene),C5H6S,98.17。无色液体。bp 114~115℃。
制法 陈仲强,陈虹.现代药物的制备与合成:第一卷.北京:化学工业出版社,2007:321.
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于安有搅拌器、蒸馏装置、通气导管的反应瓶中,加入石蜡油150 mL,慢慢通入二氧化碳气体,搅拌下加热至内温240~250℃。另将粉状甲基丁二酸钠(2)90 g(0.51 mol)、七硫化四磷100 g(0.287 mol)、250 mL石蜡油组成的溶液慢慢加入,继续通入二氧化碳气体。加入速度应注意使生成的产物不断蒸出,约需1 h,同时保持反应液温度在240~250℃之间。加完后升温至275℃,搅拌至无产物馏出,约蒸出液体33~38 mL。将馏出的液体依次用5%的氢氧化钠溶液、水各洗涤2次,无水硫酸钠干燥。分馏,收集112~115℃的馏分,得产物(1)26~30 g,收率52%~60%。
共轭的二炔在温和的条件下与硫化氢或硫化物反应,可以生成3,4位无取代基的噻吩类化合物。此方法也可以合成2,5位不同取代基的噻吩类化合物。
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2. Hinsberg合成法
1,2-二羰基化合物与硫代二醋酸乙酯(或硫代二亚甲基酮)在碱性条件下发生羟醛缩合反应,生成3,4-二取代噻吩-2,5-二羧酸衍生物。该反应称为Hinsberg反应。
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反应机理如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image170.jpeg?sign=1738890717-VcEVfYmPIWKcFsL1HGExxCXeIBarQYgN-0-83b393e47902454361d9343427e634ef)
反应中首先是硫代二醋酸乙酯在碱的作用下失去质子生成碳负离子,碳负离子进攻1,2-二羰基化合物的一个羰基生成中间体(1),(1)的氧负离子进攻分子内另一个酯基的羰基,同时失去烷氧基生成中间体(2)。(2)在碱的作用下失去质子同时断裂分子内的C-O键生成中间体(3),(3)互变生成(4),(4)的碳负离子进攻羰基,关环并失去一分子水,得到化合物(5)。(5)水解生成最终产物。
例如化合物(32)的合成:
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又如抗过敏新药中间体3,4-二羟基-5-甲基噻吩-2-羧酸甲酯的合成。
3,4-二羟基-5-甲基噻吩-2-羧酸甲酯(Methyl 3,4-dihydroxy-5-methyl-2-thiophenecarboxylate),C7H8O4S,188.20。 mp 116~117℃。
制法 Mullican M D,Sorenson R J,Connor D T,et al.J Med Chem,1991,34(7):2186.
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image172.jpeg?sign=1738890717-r4k02YUWcZy0MvBWGZ9PAoeYk6sGCUC4-0-725d096653e9eaf7246fc3e78b6ee01d)
2-甲氧羰基甲硫基丙酸甲酯(3):于安有搅拌器、温度计的反应瓶中,加入2-溴丙酸甲酯(2)8.9 g(53 mmol),三乙胺5.4 g(53 mmol),氮气保护,冰浴冷却,搅拌下加入巯基乙酸甲酯5.6 g(53 mmol),室温搅拌反应16 h。将反应物倒入150 mL冰水中,乙醚提取(125 mL×2),合并乙醚层,饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥。过滤,蒸出乙醚,得无色液体(3)。
3,4-二羟基-5-甲基噻吩-2-羧酸甲酯(1):于安有搅拌器、温度计、滴液漏斗、回流冷凝器的反应瓶中,加入无水甲醇35 mL,加入洁净的金属钠3.8 g(165 mmol),制成甲醇钠-甲醇溶液。冰浴冷却,慢慢滴加由上述化合物(3)溶于25 mL甲醇的溶液与草酸二甲酯9.4 g(79 mmol)配成的混合溶液。加完后慢慢升温回流反应1 h,旋转浓缩。剩余物过滤,固体物用冷的甲醇、乙醚洗涤,干燥。将其溶于少量的水中,用4 mol/L的盐酸酸化。过滤析出的固体,水洗,干燥,得化合物(1)4.3 g,收率43%。浓缩并处理有机母液,可以回收2.5 g,总收率68%,mp 116~117℃。
又如有机合成中间体化合物(33)的合成(曾涵,尹筱莉,孟华,张永雷.天然产物研究与开发,2010,22:826):
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3. Fiesselmann噻吩合成法
巯基乙酸衍生物与1,3-二羰基化合物(或等价物)反应,生成噻吩-2-羧酸酯。该反应称为Fiesselmann噻吩合成反应。
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该类反应往往首先是在酸催化下反应,而后再在碱催化下进行关环、脱水生成噻吩类衍生物。反应机理如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image175.jpeg?sign=1738890717-tyOhMPVjO1dexCZiJeVpdcepIpJhswE1-0-297225dd8993f98a75c9631e5b93ffe0)
具体例子如下(Taylor E L,Dowling J E.J Org Chem,1997,62:1599)。
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将1,3-二羰基化合物转化为β-卤代羰基化合物,而后与巯基乙酸酯或其他含有活泼亚甲基的硫醇反应,生成噻吩-2-羧酸酯。
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该反应的第一步是Micheal加成,接着脱去HCl生成中间体,中间体经分子内缩合、脱水生成噻吩类化合物。
如抗过敏新药中间体4-氯-3-羟基-5-甲基噻吩-2-羧酸甲酯的合成。
4-氯-3-羟基-5-甲基噻吩-2-羧酸甲酯(Methyl 4-chloro-3-hydroxy-5-methylthiophene-2-carboxylate),C7H7ClO3S,206.64。黄橙色结晶。mp 105~107℃。
制法 Mullican M D,Sorenson R J,Connor D T,et al.J Med Chem,1991,34(7):2186.
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于安有搅拌器、温度计、通气导管的反应瓶中,加入巯基乙酸甲酯74.3 g(0.7 mol),α-氯代乙酰乙酸乙酯(2)57.6 g(0.35 mol),氮气保护,冷至-25℃,通入氯化氢气体1 h,而后慢慢升至室温。16 h后,搅拌下倒入500 mL水中,乙醚提取(400 mL×2)。合并乙醚层,依次用水、碳酸氢钠溶液、水洗涤,无水硫酸镁干燥。过滤,蒸出乙醚,得油状液体(3)。将其溶于100 mL甲醇中,备用。
于安有搅拌器、滴液漏斗、回流冷凝器的反应瓶中,加入无水甲醇450 mL,分批加入洁净的金属钠19.7 g(0.86 mol)制成甲醇钠-甲醇溶液。氮气保护,室温慢慢滴加上述化合物(3)的甲醇溶液。加完后继续反应72 h。减压蒸出甲醇,剩余物中加入1.2 L水,以浓盐酸酸化。过滤,水洗,干燥,得黄棕色粉末54 g。用110 mL乙酸乙酯重结晶,得第一份产品(1)。母液减压浓缩,剩余物中加入氯仿20 mL,过滤。滤液过硅胶柱纯化,以氯仿洗脱,得黄橙色产品11 g,用异丙醇中重结晶至熔点恒定,得纯品(1),mp 105~107℃。
又如消炎镇痛药替诺昔康(Tenoxicam)中间体3-羟基噻吩-2-甲酸甲酯的合成。
3-羟基噻吩-2-甲酸甲酯(Methyl 3-hydroxythiophene-2-carboxylate),C6H6O3S,158.17。mp 42℃。
制法 陈芬儿.有机药物合成法:第一卷.北京:中国医药科技出版社,1999:579.
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于干燥的反应瓶中,加入巯基乙酸甲酯62 g(0.58 mol),2 mol/L的甲醇钠-甲醇溶液500 mL,搅拌下滴加由2-氯丙烯酸甲酯(2)70.3 g(0.58 mol),溶于70 mL甲醇的溶液,控制内温不超过35℃。加完后室温搅拌反应1 h。回收甲醇,剩余物用4 mol/L的盐酸调至酸性。水蒸气蒸馏。馏出物用二氯甲烷提取数次,合并有机层,无水硫酸钠干燥。过滤,减压浓缩,剩余物减压蒸馏,收集102-106℃/2.0 kPa的馏分,冷后固化,得化合物(1)66.3 g,收率72%,mp 42℃。
巯基乙酸酯与α,β-炔基酮反应,可以得到对三键共轭加成的中间体,最后生成噻吩类化合物。例如:
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巯基乙酸酯与α,β-炔基酸衍生物在碱性条件下反应,可以生成3-羟基噻吩-2-羧酸衍生物。
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4.以α-巯基羰基化合物为硫源合成噻吩类化合物
α-巯基羰基化合物与烯基离子反应生成内
盐,后者发生分子内的Wittig反应,关环生成2,5-二氢噻吩,后者脱氢生成噻吩衍生物。
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反应的第一步是巯基对乙烯基双键的Micheal加成,而后发生分子内的Wittig反应,关环得到2,5-二氢噻吩,后者用醌脱氢,最终生成噻吩类化合物。
具体实例如下(McIntosh J M,Khalil H.Can J Chem,1975,53:209):
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image184.jpeg?sign=1738890717-ySnrOlfQP5bwYRegdBaQjB0Qxfhh8Agu-0-b3b6c0f008b2fa510a1cdbc46cadd00c)
5. Gewald噻吩合成法
在吗啉存在下,α-亚甲基羰基化合物与氰基乙酸酯或丙二腈和硫,在乙醇溶液中发生环缩合反应,生成2-氨基噻吩。该反应称为Gewald噻吩合成反应,是由Gewald K等于1961年首先发现的。
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image185.jpeg?sign=1738890717-cXGbo0ntnubXnHz04mI6j7hSq4gIOAkH-0-9d8b3df4e73e8caab3ae2630af0bde34)
反应中首先是羰基化合物与氰基乙酸酯发生Knoevenagel缩合反应生成α,β-不饱和腈,后者再与硫发生环合反应生成噻吩类化合物。
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image186.jpeg?sign=1738890717-tJmrKTftI57K4NqevHMLOjrYvKR7DmjU-0-98f098aac5d0447381e5b36fa3c4b062)
该方法是一种高效、快速合成氨基噻吩类化合物的重要方法,近年来发展很快,有了各种不同的改进方法,Gewald反应目前可以分为三种反应类型。
第一种类型是含α-巯基的醛或酮与带有吸电子基团如甲酯、乙酯、苯甲酰基的氰乙基类化合物,在有机碱如三乙胺、吗啡啉、哌啶等作用下,以乙醇、二氧六环等为溶剂进行反应,生成2-氨基噻吩类化合物。
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第二种类型是醛、酮或1,3-二羰基化合物与活泼的氰基化合物如氰基乙酸酯、氰基乙酰胺、α-氰基酮等在单质硫和胺如哌啶、二乙胺、吗啡啉等作用下生成2-氨基噻吩类衍生物。该类反应常用的溶剂是乙醇、DMF、二氧六环、或过量的酮如甲基乙基酮、环己酮等。在这类反应中,使用简单的醛、酮代替第一类中的含α-巯基的醛或酮,原料易得、价格低廉,而且一般收率也较高。这种方法的应用比较普遍。
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例如用于治疗绝经后妇女骨质疏松症的药物雷尼酸锶(Strontium ranelate)中间体(34)的合成(陈仲强,陈虹.现代药物的制备与合成:第一卷.北京:化学工业出版社,2007:521):
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image189.jpeg?sign=1738890717-mhZSKCl07epXFAmpIa1MWqkQIeiQJjEo-0-1ce896e8912d12f7c1675cf4ddc0e748)
抗炎镇痛药盐酸替诺立定(Tinoridine hydrochloride)中间体(35)的合成如下。
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image190.jpeg?sign=1738890717-qhiP9BjRXQ530g6NMVzzhc1NsLMKZyYM-0-e4c7feb7687030f01962e85c33c64017)
精神病治疗药奥氮平(Olanzapine)中间体2-氨基-3-氰基-5-甲基噻吩的合成也是采用了该反应。
2-氨基-3-氰基-5-甲基噻吩(2-Amino-3-cyano-5-methylthiophene),C6H6N2S,138.15。黄色固体。mp 100℃。
制法 孙昌俊,曹晓冉,王秀菊.药物合成反应——理论与实践.北京:化学工业出版社,2007:446.
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image191.jpeg?sign=1738890717-eL2U0cVHGwU5YyxtPZ76DulA7j5zIhqa-0-f3fd9d1a59a0f65a4e0b941d3b7b2662)
于安有搅拌器、温度计、滴液漏斗的反应瓶中,加入硫黄21.8 g(0.68 mol),丙醛(2)47.3 g(0.81 mol),DMF135 mL,冷至5~10℃,滴加三乙胺57.6 mL(0.41 mol),约30 min加完,于18~20℃反应1 h。滴加丙二腈45 g(0.68 mol)溶于90 mL DMF的溶液,约1 h加完,而后于15~20℃反应1 h。将反应液倒入1 L冰水中,析出黄色固体,充分静置后抽滤,水洗,干燥,得黄色(1)70 g,收率75%,mp 99~100℃(文献值100℃)。
又如抗焦虑药依替唑仑(Etizolam)中间体(36)的合成(陈芬儿.有机药物合成法:第一卷.北京:中国医药科技出版社,1999:995):
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image192.jpeg?sign=1738890717-OKcaAMjgv4L0yjpEnPmY58vh43tHwVfp-0-0a2dad917469067f1d58d5fce285bd5d)
重要的医药中间体和化工原料(37)的合成如下[陈安军,许杰华.山东化工,2009,38(1):5]:
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image193.jpeg?sign=1738890717-kexvv3yW0AcobSOtdazAiNRkEioUCAFv-0-ad52839c35f37058cd8e7046d47c9cac)
第三种类型是由两步反应组成的,首先由羰基化合物与活泼氰基化合物发生Knovenagel反应生成α,β-不饱和氰基化合物,第二步是α,β-不饱和氰基化合物与硫在胺存在下反应生成2-氨基噻吩衍生物。
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近年来,固相合成技术应用于Gewald反应的报道很多[Castanedo G M,et al.Tetrahedron Lett,2001,42(41):7181]。
微波技术也用于Gewald反应,反应时间大为缩短,而且收率较高。例如(Sridhar M,Rao R M,Baba N M K,et al.Tetrahedron Lett,2007,48:3171):
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image195.jpeg?sign=1738890717-5cgHlXowKIqzW5NKHmVkaxpieNTbkEEL-0-c68da1ec51154bac4d596beb256d2604)
经典的Gewald反应是以有机碱作催化剂。Termyshev等发现(TermyshevV M,Trukhin D V,et al.Syn Lett,2006,16:2559),反应过程中加入一定的酸,形成酸碱催化对反应更有利。有些用经典的Gewald反应条件难以进行的反应,在酸碱催化剂情况下可以顺利进行。他们认为,这种酸碱同时存在(或者以盐的形式)形成的极性溶剂会在反应中起到类似于离子溶剂的作用,从而提高反应物的活性。
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在Gewald反应中也可以使用无机碱,如碳酸钾、碳酸钠等。
6.噻吩类化合物的其他合成方法
噻吩类化合物的合成方法很多,而且氢化噻吩、各种取代的噻吩等在有机合成中的应用也比较广泛,使得噻吩类化合物的合成更为丰富多彩。
噻吩环上的取代生成新的噻吩衍生物。例如催眠药茚地普隆(Indiplon)的中间体2-乙酰基噻吩(38)的合成。
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噻吩与丁基锂反应后再与硫反应,可以生成2-巯基噻吩。
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联苯在AlCl3催化剂存在性与硫反应可以生成硫芴,硫芴氧化生成S,S-二氧化硫芴。
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噻吩经结构改造合成了非甾体解热镇痛药塞洛芬酸(Thaprofenic acid)(39)(陈仲强,陈虹.237)。
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二、苯并噻吩及其衍生物
苯并噻吩在结构上与苯并呋喃和吲哚相似。苯并噻吩有两种异构体,苯并[b]噻吩和苯并[c]噻吩。
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显然,苯并[c]噻吩稳定性差,因为缺少稳定苯环的结构。通常苯并噻吩是指苯并[b]噻吩。
苯并噻吩可以发生亲电取代反应,但反应活性比噻吩稍低,也比苯并呋喃低,而且反应的区域选择性不高,当然是噻吩环容易发生反应,往往得到不同位置(2位、3位)取代的混合物。
苯并噻吩的卤化、硝化、酰化反应,3位比2位优先反应(注意,这与苯并呋喃不同)。
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若苯并噻吩的噻吩环上已有取代基,进一步发生亲电取代时,情况复杂得多。
苯并噻吩与丁基锂的反应是区域选择性的,生成2-苯并噻吩锂。生成的2-苯并噻吩锂与亲电试剂反应可以制备2-取代的苯并噻吩。
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和噻吩一样,苯并噻吩用过酸氧化可以生成S,S-二氧化物。
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苯并噻吩用Raney Ni还原很容易氢化脱硫,但在酸性溶液中用三乙基硅烷还原,可以使苯并噻吩的硫保留下来,生成2,3-二氢衍生物。
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据报道,苯并噻吩类化合物具有重要的药物活性和生理活性,如消炎、止痛、抗癌、抗毒瘾、抗抑郁等,在新药研发中占有一定地位。
苯并噻吩-3-乙酸和吲哚-3-乙酸一样,具有植物生长调节剂的作用。
关于苯并噻吩类化合物的合成方法,近几十年来发展较快。关键是如何建立苯并噻吩环的骨架和如何有效地引入各种取代基。根据苯并噻吩环的建立情况,可以将其合成方法分为三类,简述如下。
1.以苯的衍生物为原料,建立噻吩环生成苯并噻吩衍生物
这种方法很多,仅介绍其中几种比较常见的方法。
①2-芳硫基羰基化合物(或酸)的分子内环化 与苯并呋喃的合成方法类似,2-芳硫基醛、酮或酸进行分子内的亲电取代,可以生成苯并噻吩,这是合成苯并噻吩常用的方法。
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抗骨质疏松药盐酸雷洛昔芬(Raloxifene)、阿佐昔芬(Arzoxifene)等的中间体6-甲氧基-2-(4-甲氧基苯基)苯并[b]噻吩的合成如下。
6-甲氧基-2-(4-甲氧基苯基)苯并[b]噻吩[6-Methoxy-2-(4-methoxyphenyl)benzo[b]thiophene],C16H14O2S,270.35。灰色固体。mp 191~193℃。
制法 陈仲强,陈虹.现代药物的制备与合成:第一卷.北京:化学工业出版社,2007:518.
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于反应瓶中加入多聚磷酸660 g,磷酸100 g,搅拌下升至100℃,分批加入化合物(2)145 g(0.503 mol),控制内温95~100℃,约2 h加完。加完后继续保温反应6 h。冷至70℃,搅拌下倒入冰水中,过滤,水洗至中性。干燥,得棕色固体102 g。加入丙酮回流2 h,冷至室温,过滤,干燥,得灰色固体(1)78 g,收率57.4%,mp 191~193℃。
若使用芳硫基乙缩醛,则可以生成噻吩环上无取代基的苯并噻吩。
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2-芳硫基乙酰氯在Lewis酸催化剂存在下加热生成3-羟基苯并噻吩衍生物。例如:
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如下芳硫基乙酸酯发生分子内的酯缩合反应,也可以生成苯并噻吩类化合物。
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如下2-氯-3-氰基吡啶与巯基乙酸酯反应,则生成了3-氨基吡啶[3,2-b]噻吩-2-羧酸乙酯(40),为络氨酸激酶抑制剂中间体[Showalter H D H,Bridges A J,Zhou H R,et al.J Med Chem,1999,42(26):5464]。
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②用2-(邻巯基芳基)乙醛、酮或羧酸及其衍生物合成 2-(邻巯基芳基)乙醛、酮、或羧酸及其衍生物在一定的条件下进行分子内环化,可以生成苯并噻吩衍生物。
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利用烯丙基硫醚的Claisen重排,而后进行烯键的氧化,可以生成邻巯基苯乙醛衍生物,后者关环生成苯并噻吩类化合物。
芳基2-氯-2-烯丙基硫醚发生 Claisen重排,而后再进行分子内环合,生成重要的化学试剂、精细化学品、医药中间体和材料中间体2-甲基苯并噻吩(41)(Anderson W K,LaVoie E J,Bottaro J C.J Chem Soc Perkin Trans I,1976:1)。
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③邻烷氧羰基甲基硫基苯甲醛(酮)发生分子内环化合成苯并噻吩 邻巯基苯甲醛(酮)与卤代乙酸酯反应可以生成邻烷氧羰基甲基硫基苯甲醛(酮);邻卤代苯甲醛(酮)与巯基乙酸酯反应,也可以生成邻烷氧羰基甲基硫基苯甲醛(酮),后者发生分子内的羟醛缩合反应,可以生成苯并噻吩衍生物。例如:
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又如化合物4-三氟甲基苯并噻吩-2-甲酸甲酯的合成。
4-三氟甲基苯并噻吩-2-甲酸甲酯(Methyl 4-(trifluoromethyl)benzo[b]thiophene-2-carboxylate),C11H7F3O2S,260.23。
制法 Bridges A J,Lee A,Maduakor E C,Schwartz C E.Tetrahedron Lett,1992,33(49):7499.
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image215.jpeg?sign=1738890717-INdDQR085ngoFqv2cgSbNXeipDSszpeX-0-e67138d30f285d7f297ac24b8a1d99d7)
2-氟-6-三氟甲基苯甲醛(3):于安有搅拌器、温度计的反应瓶中,加入二异丙基胺1.113 g(11 mmol),THF 20 mL,氮气保护,于5 min 0℃滴加2.3 mol/L的正丁基锂-己烷溶液4.35 mL(10 mmol)。10 min后冷至-78℃,于5 min滴加3-三氟甲基氟苯(2)1.643 g(10 mmol)。加完后继续于-78℃搅拌反应1 h。于5 min滴加DMF 0.80 mL(11 mmol),继续于-78℃搅拌反应10 min。加入2 mL醋酸淬灭反应,随后加入50 mL水。将冷的溶液迅速用乙醚提取(25 mL×3)。合并乙醚层,依次用稀乙酸、水、饱和盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,过滤,减压浓缩,得浅黄色油状液体粗品(3)1.85 g。
4-三氟甲基苯并噻吩-2-甲酸甲酯(1):于安有搅拌器、温度计、滴液漏斗的反应瓶中,加入DMSO 10 mL,用己烷洗涤的60%的NaH 0.5 g(12.5 mmol),氮气保护。于25℃滴加巯基乙酸乙酯0.72 mL(8 mmol)。待不再有气体放出时,撤去水浴,室温搅拌反应15 min。而后迅速加入化合物(3)1.85 g溶于2 mL DMSO的溶液,可以看到放热现象并有气体生成。3 min后倒入100 mL冰水中,过滤生成的沉淀,水洗,干燥,得浅褐色化合物(1)1.17 g,收率56%。
④邻卤代硫酚(硫醚)与金属炔化物偶联,而后分子内环化 早在1967年就有报道,苯硫酚与炔铜于110℃反应,可以生成2-取代苯并噻吩。
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image216.jpeg?sign=1738890717-gyjMG66IehvLJPcHo9OStCbgNNWwuZMq-0-564e77b386bd770eb815f5e00b134440)
邻卤代苯硫醚在催化剂存在下也可以发生类似的反应。例如(Boberts C F,Hartley R C.J Org Chem,2004,69:6145):
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image217.jpeg?sign=1738890717-fcftFexJ8XU5LtYyC2gFHvyXWtFptgV2-0-cd5de671d882329b0efc4a85fb9e7e06)
也有直接使用邻二卤代苯、硫醇和金属炔化物合成苯并噻吩的报道。
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image218.jpeg?sign=1738890717-o5mE7mrHxX8EHg2268Z8hOmEbEFsA9MU-0-38acd3346987ad4a73bcab4bdb847a46)
2.以噻吩衍生物为起始原料,建立苯环合成苯并噻吩衍生物
采用这种方法合成苯并噻吩衍生物的报道不多,仅举例说明。
Oikawa[Oikawa Y,Yonemitsu O.J Org Chem,1976,41(7):1118]等利用含噻吩环的β-酮亚砜衍生物,在酸催化剂存在下通过关环、重排生成4,5-二取代的苯并噻吩类衍生物,但收率并不高。
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image219.jpeg?sign=1738890717-Zun3HuvzslpqAL5DJaPuKvC4fJvbDDz4-0-f9bbe98dec5660399d3c7f377a7f65a5)
6,7-二氢苯并噻吩作为双烯体与丙炔酸酯进行Diels-Alder反应,而后再进行逆Diels-Alder消去乙烯,可以得到苯并噻吩衍生物(Labadie S S.Synth Commun,1998,28:2431)。
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3.苯并噻吩环的化学修饰
对苯并噻吩的芳环进行化学修饰,引入各种不同的取代基,是合成苯并噻吩衍生物的重要方法,但在反应时噻吩环往往比较活泼,故用这种方法还是主要对噻吩环的化学修饰。苯并噻吩可以发生卤化、硝化、磺化、酰基化、烃基化等反应,生成3位或2位的取代产物。特别是烃基化反应,反应方法很多。
2-乙酰基苯并噻吩(42)是哮喘病治疗药齐留通(Zileuton)的中间体(陈仲强,陈虹.现代药物的制备与合成.北京:化学工业出版社,2007:340)。
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image221.jpeg?sign=1738890717-WIfb7bx6w5kPzt66qHHohck2Cy5R3xxL-0-f6cc364290a7d6caf318874c325478b8)
又如3-氯甲基苯并噻吩的合成:
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image222.jpeg?sign=1738890717-SpbHL60cLTrS8Y6iM9jOqaqbX2NmpsCn-0-b68ab8b2dbbd117c2902f0228142d9ab)
重要的化学试剂、精细化学品、医药中间体和材料中间体2-甲基苯并噻吩的合成如下。
2-甲基苯并噻吩(2-Methylthianaphthene),C9H8S,148.22。白色针状结晶。mp 52.1~52.6℃。
制法 赵生敏,张文官.化学试剂,2009,31(8):646.
![](https://epubservercos.yuewen.com/242976/16499777305883006/epubprivate/OEBPS/Images/image223.jpeg?sign=1738890717-ulbf3ay4Bv8sIHteiB6d6GCQsK66jdv0-0-39d89c7d57bb1787ab594649ab97a162)
于反应瓶中加入苯并噻吩(2)26.84 g(0.2 mol),250 mL无水THF,氮气保护下冷至-78℃,滴加2.5 mol/L的正丁基锂的己烷溶液100 mL。加完后搅拌反应30 min,而后升至室温继续搅拌反应45 min。重新冷至-78℃,滴加碘甲烷13.2 mL,30 min后升至室温,搅拌反应过夜。加水适量,二氯甲烷提取3次。合并有机层,无水硫酸钠干燥。过滤,浓缩,得白色固体。用乙醇重结晶,得白色针状结晶(1)24.36 g,收率82.3%,mp 52.1~52.6℃。