噻唑(thiazole)
学名“1,3-硫氨杂茂”,是一种含硫、氮的五元
杂环化合物。其
分子式C3H3NS,分子量85.12;无色或淡黄色液体,具有
吡啶相似气味;易挥发、吸湿;比重1.1998(17/4°C),
沸点116.8°C;与水互溶,溶于多种有机
溶剂,呈弱碱性(pKb=11.5)。
噻唑的
衍生物广泛存在于自然界中(如
维生素B)。它的
苦味酸盐熔点159~160°C(分解),
化学性质较为稳定,不易被还原及与热
硝酸反应,能与溴、
发烟硫酸、
乙酸等发生
亲电取代反应,能与金、汞、铂的
氯化物形成化合物。噻唑可由2-
氨基噻唑盐酸盐
乙醇溶液与
亚硝酸钠经重氮化、
置换反应制得。其本身无直接用途,但其衍生物广泛用以制药品(
磺胺噻唑)、橡胶制品(橡胶
硫化促进剂M及促进剂Z)、耐高温
合成高分子材料(
聚苯并噻唑)。
噻唑含有一个硫和一个氮杂
原子的五元
杂环化合物,
分子式CHNS。唑字由外文字尾azole译音而来,意为含氮的五元杂环,除
吡咯外都称为某唑。硫和氮占1,3两位的称为噻唑;硫和氮占1,2两位的,称为
异噻唑。噻唑和异噻唑在自然界不存在。
噻唑为淡黄色具有腐败臭味的液体,
沸点 116.8℃,相对密度1.998(17/4℃)。噻唑与
吡啶类似,具有弱碱性;可与
三硝基苯酚和
盐酸等形成盐,与许多金属
氯化物(如
氯化金等)形成
配位化合物,并具有一定的
熔点。噻唑的环系具有一定的稳定性,也表现出一定的
芳香性。它与吡在
化学性质上相似,例如,2位上的氢具有活性;也可以与
氨基钠作用,生成2-氨基噻唑;其氨基也可重氮化(见
重氮化反应)。噻唑一般不能还原为二氢和四氢化合物。
传统的噻唑合成方法主要是采用多步合成法,通过
官能团之间的转化实现合成;后来,随着
绿色化学的发展,科研工作者们开始采用一步法合成噻唑类化合物。代表性的例子有铜盐
催化的氧化反应以及
二氧化锰作为
催化剂和
氧化剂的氧化反应。该类方法虽然能够较好地合成噻唑类化合物,但是需要使用
金属催化剂。
如果药物合成中采用金属催化剂,往往难以避免金属在药物中的残留,因此需要采用较复杂的后续步骤来除去金属药物残留。因此,发展一种无金属催化的合成
方法学,通过
协同反应构建噻唑类化合物具有较重要的研究意义。
将
苯甲醛(0.5mmol,53mg),
半胱氨酸乙酸乙
半胱胺(2mmol, 185.7mg),
碳酸钾(2mmol, 272mg),碘(0.1mmol, 25.4mg)与
叔丁基过氧化物(2mmol, 180mg)分别加入到10 mL 反应管中,然后加入1mL N,N-二甲基甲胺。将上述反应液加热到80 C反应12h。反应完毕后,用乙酸乙酯萃取三次,合并有机相,干燥,旋干
溶剂。然后柱层析可以得到纯的目标产物,为白色固体。
为了获得较好的反应产率,我们以
苯甲醛1a和
半胱氨酸乙酸乙酯半胱胺2a的反应作为模型反应,研究
氧化剂和碱的种类对反应产率的影响。首先,在碘作为
催化剂,DMF(N,N-二甲基甲酰胺)作为反应溶剂,
叔丁基过氧化物(TBHP)作为氧化剂条件下,我们研究了碱的种类对反应产率的影响。研究发现,当使用
碳酸钾作为碱时,反应的产率能够达到74%(entry 5);而当使用其它常见的碱,如
氢氧化钠、
氢氧化钾、
碳酸钠、
碳酸氢钾时,反应的产率得到不同程度的降低;当使用
有机碱,如
三乙胺、
吡啶时,反应无法得到所要的目标产物。在获得反应最优的碱后,我们继续研究
氧化剂的种类对反应产率的影响。研究发现,叔丁基过氧化物(TBHP)为反应最优的氧化剂。当使用
过硫酸钾、
过氧化氢以及二叔丁基过氧化物(DTBP)作为反应的氧化剂时,反应的产率降低到30%以下。因此,该反应的最优反应条件是碘作为
催化剂,
叔丁基过氧化物作为氧化剂,
碳酸钾作为碱,DMF作为反应
溶剂,反应温度为80度。
噻唑及其
衍生物可通过多种方法合成,常用α-卤代醛或与
硫代酰胺反应制备:噻唑的多种衍生物是重要的药物或生理活性的物质。
苄青霉素分子中含有一个
四氢噻唑的环系。
维生素B1分子中的噻唑部分是一个四级
铵盐的衍生物。现用的许多
硫化加速剂,如2-
乙酰噻唑是
噻唑衍生物。重要的抑菌剂
磺胺噻唑是 2-
氨基噻唑与
对乙酰胺基苯磺酰氯缩合(见
缩合反应)后,再经
水解反应得到的产物。许多噻唑衍生物是合成氨基酸、
嘌呤等的试剂。
用作
有机合成试剂,用于合成药物、
染料、橡胶
促进剂、胶片成色、
杀菌剂和染料等。噻唑类化合物已被证实具有较优的
药理学和生物活性,在抗肿瘤、杀菌以及抗病毒等领域得到了广泛的应用。比如,作为除藻剂的Bacillamide 以及具有较好生理活性的
天然产物Neobacillamide A即具有噻唑
骨架。