4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物及其合成方法 【技术领域】
本发明属于化学合成技术领域，涉及一种三氮唑化合物的合成方法，尤其涉及一种4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物及其合成方法。
背景技术
含氮杂环类化合物是一类有着重要应用价值和良好生物活性的化合物，在医药、农业等领域被广泛应用。含氮唑类衍生物具有广泛的生物活性，如吡唑、咪唑、三氮唑(包括苯并三唑)、四氮唑及吲哚类衍生物，它们已成为农药、医药、植物生长调节剂等研究的热点之一。三氮唑类化合物由于其广泛的生物活性而备受重视，被作为农作物和植物生长调节剂得到开发和应用。尤其是1，2，4-三氮唑衍生物，可以用作杀菌剂(Germicide)，除草剂(Herbicide)和植物生长调节剂(plant growth regulators)。1，2，4-三氮唑衍生物由于在三氮唑环上的三个氮原子都具有一对未共享的电子对，所以很容易与金属离子，形成配价键而作为配体。据研究表明，三唑环与金属离子的络合物结构，对其生物活性起着重要的作用；含有1，2，4-三氮唑的多核配合物还具有较好的磁交换性质。又由于1，2，4-三氮唑衍生物有着与在超氧化反变位酶中1，3-咪唑相似的桥联方式，可以作为研究生物体中酶的生物模型。
目前，人们已经合成了含有1，2，4-三氮唑的混合价、多核的配合物，及其含有1，2，4-三氮唑的大环配体及其过渡金属的一系列配合物。另外，还有人合成出了含有巯基的三氮唑刚性配体，可以作为缓蚀剂，并研究缓蚀剂的协同效应，对于开发不同环境条件下的新型复合缓蚀剂配方具有重要的意义，但是含有巯甲基的三氮唑柔性配体化合物还尚未见文献有报道过。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种有巯甲基的三氮唑柔性配体化合物——4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物。
本发明的另一个目的是提供一种4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物的合成方法。
本发明的4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物，其结构如下：
由于该杂环化合物是具有两个活性巯基的柔性配体，具有很好的配位能力，故可以和不同的金属盐合成出一系列具有特殊性能的杂环化合物及多核配合物。
本发明4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物的合成方法，是以乙醇酸与水合肼为原料，经缩合成环、氯化、巯基化三步反应完成，其具体合成工艺如下：
(1)4-氨基-3，5-二羟甲基-1，2，4-三氮唑的合成
将乙醇酸和水合肼按1∶1.5～1∶2.0的摩尔比混合，于95～100℃下反应4～5h，缓慢升温至160～180℃，反应2～3h；反应结束后，重结晶得到无色片状结晶；
(2)4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑盐酸盐的合成
将步骤(1)合成的4-氨基-3，5-二羟甲基-1，2，4-三氮唑4-氨基-3，5-二羟甲基-1，2，4-三氮唑与亚硫酰氯以1∶4～1∶5的摩尔比混合，于室温下搅拌反应3～4h，减压除去过量的亚硫酰氯，用乙醇重结晶得到白色针状结晶物；
(3)4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑的合成
在不断搅拌下，将4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑盐酸盐溶于乙酸乙酯和水的混合溶液中，再向其中加入4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑盐酸盐等摩尔量的碳酸氢钠，静置分层，有机相萃取后，干燥，减压除去溶剂，得到无色固体结晶；所述混合溶剂中，乙酸乙酯与水以1∶1～1∶1.5的体积比混合；
(4)4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物的合成
将步骤(3)合成的4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑与硫脲按1∶2～1∶2.2的摩尔比混合后，加入无水乙醇使固体完全溶解；再加入4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑摩尔量2～3倍的碘化钾作为催化剂，在70～80℃回流反应10～16h后，减压除去溶剂；然后加入4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑摩尔量8～10倍的氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，在80～90℃回流4～5h；冷却，调节PH＝3～4，减压除去溶剂，最后用无水乙醇溶解后趁热过滤，滤液冷却后析出白色固体。
下面通过熔点测定、红外光谱、核磁共振氢谱等方法对本发明制备的化合物进行表征，并讨论了其合成条件、光谱特性等性质。
1、熔点测试
采用数字显示显微熔点测定仪(温度计未校正)进行测定：Mp：146～147℃。
2、红外谱图
采用TS-3000FT-IR型红外光谱仪(KBr压片)进行红外光谱分析，红外谱图见图2。红外谱图显示，在2193cm-1的吸收峰为巯基甲基上面S-H的谱峰，而在4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑中，2193cm-1处没有该谱峰，由此可以看出，我们成功的将三氮唑上的两个氯甲基进行了巯基化，得到了我们想要的的目标产物——4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物。
3、核磁共振氢谱
采用Mercury plus-300，Varian型核磁共振仪(400M)进行分析。图3为本发明制备的化合物的1H-NMR谱图。按照4-氨基3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑的结构推测，在其1H-NMR谱中应该有三组峰出现，但由于4-氨基3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑具有的芳香性，使得化合物的信号峰发生了迁移，巯甲基上的巯基信号峰出现在9.2～9.3ppm，与三氮唑环直接相连的氨基信号峰出现在6.1ppm，次甲基的峰出现在5.4ppm。
本发明合成的杂环化合物——4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物具有良好的水溶性，因含有两个柔性巯基，具有很强的配位能力，特别是巯基属于软碱配位基，可以和软酸的重金属离子结合形成稳定地配合物以沉淀的方式析出。因此，该化合物既可以用于富集重金属离子，又可以用于净化工业污水除去其中的有害金属离子。
工业废水中存在大量对环境、人类和生物体有害的重金属，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒害。本发明的化合物4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑可以和这些阳离子结合成比较稳定的配合物而沉淀，对工业废水进行净化处理，从而降低了工业废水对人类和其它生物体的污染和毒害。
同样，利用该化合物具有良好的配位能力的特性，工业上还可以用来回收稀贵金属金、银、铂、钯等。贵金属具有独特的物理和化学特性，已成为现代工业和国防建设的重要材料，广泛应用于国民经济各个领域中。我国是贵金属资源尤其是铂族金属资源非常贫乏的国家，但限于各方面的原因，贵金属矿产资源的利用率并不高，但随着电子、信息和化工等领域的快速发展，贵金属的使用量逐年大幅度增加，含贵金属的废料量随之也同步快速增加。4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物与这些含贵金属的废料金属离子易于形成稳定配合物而沉淀富集下来，再煅烧收集贵重金属，从而实现贵金属二次资源的低毒化和无害化。
【附图说明】
图1为本发明合成化合物的红外谱图
图2为本发明合成化合物的核磁共振氢谱图
【具体实施方式】
4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物的合成方法，包括以下工艺步骤：
(一)4-氨基-3，5-二羟甲基-1，2，4-三氮唑(2)的合成
将乙醇酸(1)和水合肼按1∶2.0的摩尔比混合，于100℃下反应5h，缓慢升温至180℃，反应2h；反应结束后，重结晶得到无色片状结晶(2)；产率为：48％。
(二)4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑盐酸盐(3)的合成
将4-氨基-3，5-二羟甲基-1，2，4-三氮唑4-氨基-3，5-二羟甲基-1，2，4-三氮唑与亚硫酰氯以1∶5的摩尔比混合，于室温下搅拌反应4h，减压除去过量的亚硫酰氯，用乙醇重结晶得到白色针状结晶物(3)；产率为54％。
(三)4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑(4)的合成
在不断搅拌下，将4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑盐酸盐溶于乙酸乙酯和水的混合溶液中(乙酸乙酯与水以1∶1.0的体积比混合)，再向其中加入4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑盐酸盐等摩尔量的碳酸氢钠，静置分层，有机相萃取后，干燥，减压除去溶剂，得到无色固体结晶(4)；产率为78.5％。
(四)4-氨基-3，5-二(巯甲基)-1，2，4-三氮唑化合物(5)的合成
将4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑与硫脲按1∶2的摩尔比混合后，加入无水乙醇使固体完全溶解；再加入4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑摩尔量2倍的碘化钾作为催化剂，在80℃回流反应16h后，减压除去溶剂；然后加入4-氨基-3，5-二氯甲基-1，2，4-三氮唑摩尔量10倍的氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，在90℃回流5h；冷却，调节PH＝3～4，减压除去溶剂，最后用无水乙醇溶解后趁热过滤，滤液冷却后析出白色固体，即为目标产物(5)；产率为43％。
其合成路线如下：