无催化剂三组分合成新型2-(1,3-二硫醇-2-亚基)丙二腈和2-(噻唑-2-亚基)丙二腈衍生物

《Journal of Sulfur Chemistry》：Catalyst free, three components synthesis of new 2-(1,3-dithiol-2-ylidene)malononitrile and 2-(thiazol-2-ylidene)malononitrile from nitroepoxides and malononitrile-heterocumulene adducts

本文报道了一种无需催化剂、室温下进行的一锅三组分反应，成功合成了系列新型2-(1,3-二硫醇-2-亚基)丙二腈和2-(噻唑-2-亚基)丙二腈衍生物。该研究通过丙二腈-异硫氰酸酯加合物与硝基环氧化物反应，解决了传统合成方法步骤繁琐、条件苛刻的问题，为1,3-二硫杂环戊烯和噻唑类杂环化合物提供了高效绿色的合成新策略，15个新化合物均通过NMR、MS和IR表征。

　　

在有机合成化学领域，开发高效、绿色的方法来构建具有生物活性的杂环化合物一直是一个重要的研究方向。其中，1,3-二硫杂环戊烯（1,3-dithiole）和噻唑（thiazole）类结构单元广泛存在于许多具有重要药理活性的分子中，例如某些抗菌、抗肿瘤药物。然而，传统合成这些杂环化合物的方法往往存在一些局限性，比如需要多步反应、使用昂贵的金属催化剂、反应条件苛刻（高温、无水无氧）、后处理繁琐等。这些因素不仅增加了合成成本和时间，也与当今绿色化学的发展理念相悖。因此，化学家们一直在探索更加简便、温和、环境友好的合成策略。

为了应对这一挑战，来自Farhangian University的Manijeh Nematpour研究员在《Journal of Sulfur Chemistry》上发表了一项研究，报道了一种新颖的合成方法。该研究旨在开发一种操作简单、条件温和、无需催化剂的合成路线，来高效构建新型的2-(1,3-二硫醇-2-亚基)丙二腈和2-(噻唑-2-亚基)丙二腈衍生物。这类分子因其独特的电子结构和潜在的生物活性而受到关注。

研究人员巧妙设计了一条一锅法（one-pot）的三组分反应路线。该方法的核心在于利用丙二腈（malononitrile）与异硫氰酸酯（isothiocyanate）或碳二硫化物（carbon disulfide）首先形成活性中间体（即丙二腈-杂累积烯（heterocumulene）加合物），然后该中间体与硝基环氧化物（nitroepoxides）发生反应，从而一步构建目标杂环骨架。整个反应在室温下即可顺利进行，无需任何催化剂，并且产物的分离纯化过程相对简便。

本研究主要运用了有机合成化学中的经典方法。关键技术包括一锅法三组分反应策略，该策略简化了合成步骤。所有新合成的化合物均通过核磁共振谱（NMR）、质谱（MS）和红外光谱（IR）进行了结构确证，这些是现代有机化合物结构鉴定中最常用和可靠的分析技术。

研究结果

合成方法开发与优化

研究人员成功建立了一种无催化剂、室温条件下进行的一锅三组分反应体系。该体系以丙二腈、杂累积烯（包括碳二硫化物和异硫氰酸酯）以及硝基环氧化物为原料，直接合成了目标杂环化合物。研究表明，该反应条件温和，避免了使用金属催化剂或强酸强碱，体现了绿色合成的优点。通过对反应条件的探索，确定了室温为最优反应温度，反应能够在数小时内完成，并以良好的产率得到目标产物。

新化合物的合成与结构表征

利用上述开发的方法，本研究共合成了15个全新的杂环化合物。这些化合物分别属于2-(1,3-二硫醇-2-亚基)丙二腈和2-(噻唑-2-亚基)丙二腈两大类衍生物。研究人员对所有这些新化合物进行了详尽的结构表征。通过分析核磁共振氢谱（¹H NMR）和碳谱（¹³C NMR）数据，确认了分子中氢原子和碳原子的化学环境及连接方式。质谱（MS）分析提供了化合物的分子量信息，与理论分子量相符，进一步证实了分子式的正确性。红外光谱（IR）则揭示了分子中特征官能团（如氰基-CN、碳碳双键-C=C等）的振动吸收，为结构鉴定提供了辅助证据。这些光谱数据共同确凿地证明了目标化合物的成功合成及其结构的正确性。

反应机理探讨

基于实验结果和已有的化学知识，研究人员对反应的可能机理进行了合理的推测。反应可能起始于丙二腈在碱性条件下（可能来自反应物或微量水分）去质子化，形成的碳负离子进攻碳二硫化物或异硫氰酸酯，生成关键的硫代酰胺盐或类似结构的活性中间体（即丙二腈-杂累积烯加合物）。随后，硝基环氧化物受到该中间体的亲核进攻，发生开环等一系列复杂的分子内环化、脱水等步骤，最终形成稳定的1,3-二硫杂环戊烯或噻唑环系结构。整个转化过程涉及多个键的形成与断裂，在温和条件下高效地构建了复杂的杂环分子。

结论与意义

本研究成功发展了一种高效、绿色的合成新方法，用于构建具有潜在生物活性的1,3-二硫杂环戊烯和噻唑类杂环化合物。该方法的主要优势在于：首先，采用一锅法三组分反应策略，显著简化了合成步骤，提高了合成效率；其次，反应在室温、无催化剂的温和条件下进行，符合绿色化学的原则，降低了能耗和对环境的影响；第三，使用硝基环氧化物作为高效起始原料，为杂环合成提供了新的思路；最后，该方法具有较好的普适性，成功合成了15个结构新颖的化合物，为相关化合物库的扩充提供了便利。

这项研究不仅为1,3-二硫杂环戊烯和噻唑类衍生物的合成提供了一条实用的新路线，而且其无催化剂、室温反应的理念对于开发其他类型的绿色有机合成方法也具有重要的借鉴意义。所合成的新化合物由于其独特的结构，有望在材料科学（如有机半导体）和药物化学等领域进行进一步的性质筛选和应用探索。总之，该工作体现了现代有机合成向着原子经济性、步骤经济性和环境友好性方向发展的趋势。