鄰二碘苯介導苯炔生成在硫醚與異硫脲合成中的機制與應(yīng)用研究

鄰二碘苯介導苯炔生成在硫醚與異硫脲合成中的機制與應(yīng)用研究一、引言1.1研究背景與意義在有機合成領(lǐng)域，新型反應(yīng)路徑和高效合成方法的探索始終是化學研究的核心主題之一。苯炔作為一種具有獨特反應(yīng)活性的中間體，近年來在有機合成中展現(xiàn)出了巨大的潛力，吸引了眾多化學家的廣泛關(guān)注。苯炔，又稱去氫苯，是一種高度不飽和的活性中間體，其分子結(jié)構(gòu)中存在一個特殊的碳-碳三鍵，由于受到苯環(huán)的共軛作用和環(huán)張力的影響，使得苯炔具有極高的反應(yīng)活性。這種獨特的結(jié)構(gòu)賦予了苯炔能夠參與多種類型化學反應(yīng)的能力，在有機合成化學中占據(jù)著重要地位。它可以發(fā)生周環(huán)反應(yīng)、親核加成反應(yīng)以及過渡金屬催化的反應(yīng)等，這些反應(yīng)為構(gòu)建復雜的有機分子結(jié)構(gòu)提供了新穎且高效的策略。例如，在周環(huán)反應(yīng)中，苯炔能夠與各種親雙烯體發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)，用于合成多環(huán)芳烴類化合物；在親核加成反應(yīng)中，苯炔可以與氮、碳等親核試劑發(fā)生反應(yīng)，生成一系列具有重要應(yīng)用價值的含氮、含碳有機化合物。在藥物合成領(lǐng)域，苯炔參與的反應(yīng)可以為合成具有特定生物活性的分子提供關(guān)鍵的中間體，從而推動新型藥物的研發(fā)進程；在材料科學中，通過苯炔反應(yīng)制備的特殊結(jié)構(gòu)有機材料，展現(xiàn)出了優(yōu)異的光電性能和機械性能，為高性能材料的開發(fā)提供了新的途徑。傳統(tǒng)的苯炔生成方法主要依賴于鹵代芳烴在強堿條件下的消除反應(yīng)，然而這些方法往往存在反應(yīng)條件苛刻、底物范圍有限以及副反應(yīng)較多等問題。因此，開發(fā)一種溫和、高效且具有廣泛底物適用性的苯炔生成新方法，成為了有機合成領(lǐng)域亟待解決的重要課題。鄰二碘苯作為一種常見的有機鹵化物，其分子結(jié)構(gòu)中含有兩個碘原子，且處于苯環(huán)的鄰位。這種特殊的結(jié)構(gòu)使得鄰二碘苯在一定條件下有可能通過消除碘原子的方式生成苯炔?；诖?，本研究創(chuàng)新性地提出利用鄰二碘苯作為苯炔前體，探索其在硫醚及異硫脲合成中的應(yīng)用。硫醚和異硫脲類化合物在有機合成、藥物化學和材料科學等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用價值。硫醚是一類重要的含硫有機化合物，在許多藥物分子中，硫醚結(jié)構(gòu)單元的存在對藥物的活性和選擇性起著關(guān)鍵作用。在抗菌藥物中，某些硫醚衍生物能夠特異性地與細菌的靶點結(jié)合，從而抑制細菌的生長和繁殖。在材料科學領(lǐng)域，硫醚類化合物也被廣泛應(yīng)用于合成具有特殊性能的聚合物材料，如具有良好導電性和光學性能的有機半導體材料。異硫脲化合物同樣在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出了獨特的性質(zhì)和應(yīng)用。在有機合成中，異硫脲常被用作有機催化劑，能夠有效地催化多種有機反應(yīng)，如親核取代反應(yīng)、環(huán)化反應(yīng)等。在藥物化學中，許多異硫脲衍生物表現(xiàn)出了顯著的生物活性，如抗腫瘤、抗病毒、抗菌等活性。在功能材料領(lǐng)域，異硫脲類化合物可以用于制備具有特殊功能的材料，如離子交換樹脂、傳感器材料等。目前，傳統(tǒng)的硫醚和異硫脲合成方法存在著諸多局限性。在硫醚合成方面，常見的方法如過渡金屬催化的硫醇與鹵代烴的偶聯(lián)反應(yīng)，往往需要使用昂貴的過渡金屬催化劑，且反應(yīng)條件較為苛刻，對環(huán)境的影響較大。在異硫脲合成中，通常采用金屬催化的鹵代苯或苯硼酸與硫脲的C-S偶聯(lián)反應(yīng)，但該方法存在反應(yīng)條件苛刻（如對空氣敏感、需要強堿或高溫條件）、催化劑負載量大以及金屬試劑污染嚴重等問題。此外，含硫物種容易使金屬催化劑失活，這也限制了金屬催化C-S鍵形成方法的廣泛應(yīng)用。本研究以鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔用于硫醚及異硫脲的合成研究具有重要的創(chuàng)新性和潛在價值。從創(chuàng)新性角度來看，首次探索以鄰二碘苯作為苯炔前體應(yīng)用于硫醚及異硫脲的合成，為這兩類化合物的合成開辟了一條全新的路徑。這種方法有望克服傳統(tǒng)合成方法的諸多弊端，實現(xiàn)更加綠色、高效、溫和的合成過程。從潛在價值方面分析，一方面，該研究成果將豐富苯炔化學的研究內(nèi)容，為苯炔的生成和應(yīng)用提供新的思路和方法；另一方面，通過開發(fā)新的硫醚及異硫脲合成方法，有望為藥物研發(fā)、材料科學等相關(guān)領(lǐng)域提供更多結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)異的化合物，推動這些領(lǐng)域的進一步發(fā)展。在藥物研發(fā)中，新合成的硫醚和異硫脲類化合物可能具有獨特的生物活性，為新型藥物的開發(fā)提供先導化合物；在材料科學中，這些化合物可用于制備具有特殊性能的新材料，滿足不同領(lǐng)域?qū)Ω咝阅懿牧系男枨蟆?.2研究目標與內(nèi)容本研究旨在探索以鄰二碘苯為前體產(chǎn)生苯炔，并將其應(yīng)用于硫醚及異硫脲的合成，期望開發(fā)出一種綠色、高效、溫和的合成方法，為有機合成領(lǐng)域提供新的策略和方法。具體研究目標和內(nèi)容如下：探索苯炔的產(chǎn)生條件：通過實驗研究，系統(tǒng)考察不同反應(yīng)條件對鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔的影響，包括反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、催化劑種類及用量、堿的種類及用量等。篩選出最佳的反應(yīng)條件，實現(xiàn)鄰二碘苯高效、穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化為苯炔，為后續(xù)硫醚及異硫脲的合成提供充足的活性中間體。研究發(fā)現(xiàn)，在一定溫度范圍內(nèi)，升高溫度可加快反應(yīng)速率，但過高的溫度可能導致副反應(yīng)增多；不同的催化劑對反應(yīng)的催化效果存在顯著差異，某些過渡金屬催化劑能夠顯著提高苯炔的生成效率。優(yōu)化硫醚及異硫脲的合成條件：以產(chǎn)生的苯炔為中間體，與不同的硫源和氮源反應(yīng)，合成硫醚及異硫脲化合物。通過改變反應(yīng)底物的比例、反應(yīng)溶劑、反應(yīng)添加劑等條件，優(yōu)化合成工藝，提高目標產(chǎn)物的產(chǎn)率和選擇性。在硫醚合成中，研究不同硫醇與苯炔的反應(yīng)活性，發(fā)現(xiàn)含有供電子基團的硫醇反應(yīng)活性較高，能在較短時間內(nèi)得到較高產(chǎn)率的硫醚產(chǎn)物；在異硫脲合成中，考察不同取代基的硫脲與苯炔的反應(yīng)情況，發(fā)現(xiàn)某些特定取代基的硫脲可與苯炔發(fā)生高選擇性的反應(yīng)，生成單一構(gòu)型的異硫脲產(chǎn)物。探究反應(yīng)機理：運用實驗和理論計算相結(jié)合的方法，深入探究鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔以及苯炔參與合成硫醚和異硫脲的反應(yīng)機理。通過設(shè)計一系列控制實驗，結(jié)合高分辨質(zhì)譜、核磁共振等現(xiàn)代分析技術(shù)，捕捉反應(yīng)過程中的中間體和過渡態(tài)，為反應(yīng)機理的推導提供實驗依據(jù)。同時，利用量子化學計算方法，對反應(yīng)路徑進行模擬和計算，從理論層面深入理解反應(yīng)的本質(zhì)，解釋實驗現(xiàn)象，為反應(yīng)條件的優(yōu)化提供理論指導。研究表明，苯炔的產(chǎn)生可能經(jīng)歷了碘原子的消除和碳-碳鍵重排的過程；在硫醚合成中，苯炔與硫醇可能通過親核加成-消除的機理進行反應(yīng)；在異硫脲合成中，反應(yīng)可能涉及苯炔對硫脲氮原子的親核進攻，然后經(jīng)過分子內(nèi)環(huán)化等步驟生成最終產(chǎn)物。表征產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性能：對合成得到的硫醚及異硫脲化合物進行全面的結(jié)構(gòu)表征，采用核磁共振光譜（NMR）、紅外光譜（IR）、高分辨質(zhì)譜（HRMS）等分析手段，確定產(chǎn)物的化學結(jié)構(gòu)和純度。同時，對產(chǎn)物的物理性質(zhì)、化學穩(wěn)定性以及相關(guān)的生物活性進行測試和評估，為其在有機合成、藥物化學和材料科學等領(lǐng)域的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在藥物活性測試中，發(fā)現(xiàn)某些硫醚和異硫脲衍生物對特定的腫瘤細胞具有一定的抑制作用；在材料性能測試中，部分產(chǎn)物表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性和光學性能，顯示出在高性能材料領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值。1.3研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運用實驗探索與理論計算相結(jié)合的方法，深入開展鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔用于硫醚及異硫脲合成的研究工作，具體研究方法和技術(shù)路線如下：實驗方法反應(yīng)條件篩選：采用單因素實驗法，系統(tǒng)地考察不同反應(yīng)條件對鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔以及后續(xù)硫醚和異硫脲合成反應(yīng)的影響。在探究鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔的條件時，分別改變反應(yīng)溫度（如設(shè)置為50℃、70℃、90℃等）、反應(yīng)時間（1h、3h、5h等）、催化劑種類（如選用不同的過渡金屬催化劑及其負載量）以及堿的種類（如叔丁醇鉀、氫化鈉等）和用量，通過薄層色譜（TLC）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）等分析手段監(jiān)測反應(yīng)進程，確定各因素對苯炔生成效率的影響規(guī)律，從而篩選出最優(yōu)的反應(yīng)條件。在硫醚及異硫脲合成反應(yīng)中，同樣通過改變底物的摩爾比（如硫醇與苯炔中間體的比例、硫脲與苯炔中間體的比例）、反應(yīng)溶劑（如選用四氫呋喃、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺等不同的有機溶劑）、反應(yīng)添加劑（如某些具有特定電子效應(yīng)的有機小分子）等條件，利用高效液相色譜（HPLC）、核磁共振氫譜（1H-NMR）等技術(shù)對產(chǎn)物進行分析，確定最佳的合成工藝條件，以提高目標產(chǎn)物的產(chǎn)率和選擇性。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征：對合成得到的硫醚及異硫脲化合物進行全面的結(jié)構(gòu)表征。利用核磁共振光譜（NMR），包括1H-NMR和碳譜（13C-NMR），通過分析化學位移、耦合常數(shù)和積分面積等信息，確定分子中氫原子和碳原子的化學環(huán)境，從而推斷分子的結(jié)構(gòu)；采用紅外光譜（IR），根據(jù)特征吸收峰的位置和強度，判斷分子中存在的官能團；借助高分辨質(zhì)譜（HRMS），精確測定分子的質(zhì)量，確定分子式和可能的結(jié)構(gòu)碎片，進一步驗證產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。對于一些具有特殊結(jié)構(gòu)或性質(zhì)的產(chǎn)物，還將采用X-射線單晶衍射（XRD）技術(shù)，直接獲得分子的三維空間結(jié)構(gòu)信息，為結(jié)構(gòu)的準確確定提供最有力的證據(jù)。理論計算方法：利用量子化學計算軟件，如Gaussian系列軟件，采用密度泛函理論（DFT）方法，對鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔以及苯炔參與合成硫醚和異硫脲的反應(yīng)機理進行深入研究。在計算過程中，首先對反應(yīng)物、中間體、過渡態(tài)和產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過能量計算和頻率分析，確定各物種的穩(wěn)定性和振動頻率，判斷結(jié)構(gòu)的合理性。然后，尋找反應(yīng)的最低能量路徑，計算反應(yīng)的活化能、反應(yīng)熱等熱力學參數(shù)，從理論層面深入理解反應(yīng)的本質(zhì)和難易程度，解釋實驗現(xiàn)象，為實驗條件的優(yōu)化提供理論指導。技術(shù)路線：首先，在反應(yīng)瓶中加入鄰二碘苯、催化劑、堿以及適量的溶劑，在設(shè)定的溫度和反應(yīng)時間條件下進行反應(yīng)，嘗試生成苯炔中間體。反應(yīng)結(jié)束后，通過TLC和GC-MS初步檢測反應(yīng)體系中是否生成苯炔以及其含量。然后，向反應(yīng)體系中加入硫源（如硫醇）或氮源（如硫脲），繼續(xù)在優(yōu)化的反應(yīng)條件下進行反應(yīng)，合成硫醚或異硫脲化合物。反應(yīng)完成后，對反應(yīng)混合物進行后處理，如萃取、洗滌、干燥、減壓蒸餾等操作，得到粗產(chǎn)物。接著，將粗產(chǎn)物通過柱層析、重結(jié)晶等方法進行純化，得到高純度的目標產(chǎn)物。最后，對純化后的產(chǎn)物進行全面的結(jié)構(gòu)表征和性能測試，結(jié)合理論計算結(jié)果，深入分析反應(yīng)機理和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系。二、鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔的反應(yīng)原理2.1苯炔的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)苯炔（Benzyne），又稱去氫苯，是一種具有獨特結(jié)構(gòu)的活性中間體，其分子組成比苯少兩個氫原子。從結(jié)構(gòu)上看，苯炔分子中含有一個特殊的碳-碳三鍵，然而，與傳統(tǒng)炔烴中碳碳三鍵的碳原子采用sp雜化方式不同，苯炔中的碳原子仍為sp2雜化。在苯炔的結(jié)構(gòu)中，碳碳三鍵中的一個π鍵是由兩個sp2雜化軌道通過側(cè)面微弱重疊形成的，并且該π鍵與苯炔環(huán)的大π體系相互垂直。這是由于苯炔分子需要保持苯環(huán)的平面結(jié)構(gòu)和共軛體系，使得形成三鍵的碳原子無法采用傳統(tǒng)的sp雜化方式，只能在sp2雜化的基礎(chǔ)上，通過特殊的軌道重疊方式形成這個特殊的三鍵。這種特殊的結(jié)構(gòu)使得苯炔具有一些獨特的性質(zhì)。由于形成π鍵的兩個sp2雜化軌道相距較遠，彼此重疊程度很小，導致這個π鍵非常薄弱，同時還存在較大的張力。這種張力的存在使得苯炔具有很高的反應(yīng)活性，它能夠參與多種類型的化學反應(yīng)。在親核加成反應(yīng)中，苯炔的三鍵容易受到親核試劑的進攻，發(fā)生加成反應(yīng)，生成各種取代產(chǎn)物。如當苯炔與醇類親核試劑反應(yīng)時，醇分子中的氧原子作為親核中心，進攻苯炔的三鍵，生成含有羥基取代的苯衍生物。在周環(huán)反應(yīng)中，苯炔能夠作為親雙烯體與共軛雙烯發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)，構(gòu)建多環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)。在與環(huán)戊二烯的反應(yīng)中，苯炔與環(huán)戊二烯通過協(xié)同的周環(huán)反應(yīng)歷程，形成具有橋環(huán)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。苯炔的高反應(yīng)活性還體現(xiàn)在它對反應(yīng)條件的敏感性上。由于其穩(wěn)定性較差，苯炔在常溫下難以長時間存在，通常需要在低溫或特殊的反應(yīng)體系中生成并立即參與后續(xù)反應(yīng)。在某些實驗中，需要在低溫的惰性氣體環(huán)境下，通過特定的前體化合物分解產(chǎn)生苯炔，以避免其在產(chǎn)生過程中發(fā)生不必要的副反應(yīng)。此外，苯炔的反應(yīng)活性還受到其周圍取代基的影響。當苯炔環(huán)上存在供電子取代基時，會增加苯炔分子的電子云密度，使其反應(yīng)活性相對降低；而當存在吸電子取代基時，則會降低苯炔分子的電子云密度，增強其反應(yīng)活性。在對甲氧基苯炔中，甲氧基的供電子作用使得苯炔的電子云密度增加，在與親核試劑反應(yīng)時，反應(yīng)速率相對較慢；而在對硝基苯炔中，硝基的吸電子作用使苯炔的電子云密度降低，親核試劑更容易進攻，反應(yīng)活性增強。2.2鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔的反應(yīng)機理2.2.1協(xié)同絡(luò)合作用模式鄰二碘苯在特定條件下產(chǎn)生苯炔的反應(yīng)機理，是一個涉及多個步驟和復雜相互作用的過程。其中，鄰二碘苯與NaH之間通過協(xié)同絡(luò)合作用模式進行的金屬-鹵素交換，是引發(fā)苯炔產(chǎn)生的關(guān)鍵步驟。在這個過程中，NaH中的氫負離子（H?）并非傳統(tǒng)意義上的拔氫試劑，而是通過一種獨特的“親碘”作用與鄰二碘苯發(fā)生反應(yīng)。從電子云分布的角度來看，碘原子具有較大的原子半徑和相對較低的電負性，其周圍的電子云較為松散。當NaH與鄰二碘苯接觸時，H?的電子云與碘原子的電子云相互作用，使得H?傾向于靠近其中一個碘原子。同時，Na?則與另一個碘原子發(fā)生絡(luò)合作用，形成一個由兩個碘原子分別與Na?和H?相互作用的絡(luò)合網(wǎng)絡(luò)。在這個絡(luò)合網(wǎng)絡(luò)中，兩個碘原子和Na?之間的絡(luò)合作用起到了至關(guān)重要的作用。它不僅穩(wěn)定了反應(yīng)體系中的離子對，還通過空間效應(yīng)和電子效應(yīng)影響了H?與碘原子的相互作用。具體來說，Na?與碘原子的絡(luò)合使得碘原子的電子云密度發(fā)生變化，進一步增強了H?對該碘原子的親核進攻能力。這種協(xié)同作用使得H?能夠順利地與鄰二碘苯中的一個碘原子發(fā)生金屬-鹵素交換反應(yīng)，生成苯基負離子（C?H??）。生成的苯基負離子（C?H??）具有較高的活性，其電子云分布不均勻，存在一個帶有負電荷的碳原子。由于苯環(huán)的共軛體系對電子云的分散作用有限，使得這個負電荷相對集中在該碳原子上。這種電子云分布的特點使得苯基負離子具有很強的親核性，它會迅速進攻鄰二碘苯分子中的另一個碘原子。在這個進攻過程中，苯基負離子的電子云與另一個碘原子的電子云相互重疊，形成一個過渡態(tài)。在過渡態(tài)中，碳原子與碘原子之間的鍵逐漸形成，同時碘原子與苯環(huán)之間的鍵逐漸斷裂。最終，經(jīng)過過渡態(tài)的轉(zhuǎn)化，另一個碘原子以碘負離子（I?）的形式脫除，從而生成苯炔。從分子軌道理論的角度進一步分析，鄰二碘苯分子中的π軌道與NaH中的氫負離子的1s軌道以及Na?的空軌道之間存在著相互作用。在反應(yīng)初期，氫負離子的1s軌道與鄰二碘苯中碘原子的反鍵軌道發(fā)生重疊，使得氫負離子能夠有效地進攻碘原子。同時，Na?的空軌道與另一個碘原子的孤對電子軌道發(fā)生重疊，形成穩(wěn)定的絡(luò)合結(jié)構(gòu)。這種分子軌道之間的相互作用不僅促進了金屬-鹵素交換反應(yīng)的進行，還為后續(xù)苯基負離子的生成和苯炔的形成提供了必要的電子轉(zhuǎn)移途徑。這種協(xié)同絡(luò)合作用模式使得鄰二碘苯能夠在相對溫和的條件下產(chǎn)生苯炔，為后續(xù)的有機合成反應(yīng)提供了一種高效、可控的苯炔生成方法。與傳統(tǒng)的苯炔生成方法相比，該方法具有反應(yīng)條件溫和、底物范圍廣、官能團兼容性好等優(yōu)點。在一些傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)的反應(yīng)中，利用鄰二碘苯與NaH的協(xié)同絡(luò)合作用模式，可以順利地生成苯炔并進行后續(xù)的反應(yīng)，為有機合成領(lǐng)域的研究提供了新的思路和方法。2.2.2反應(yīng)能壘與熱力學分析在鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔的反應(yīng)過程中，過渡態(tài)TS1的形成是一個關(guān)鍵的步驟，其能壘的高低直接影響著反應(yīng)的速率和可行性。根據(jù)理論計算結(jié)果，過渡態(tài)TS1的形成僅需要8.1kcal/mol的活化能壘。這一相對較低的能壘意味著在一定的反應(yīng)條件下，反應(yīng)物分子具有足夠的能量跨越這個能壘，從而順利地發(fā)生反應(yīng)。從分子動力學的角度來看，當鄰二碘苯與NaH分子相互接近時，它們之間的電子云相互作用逐漸增強。在這個過程中，分子的振動和轉(zhuǎn)動使得它們能夠探索不同的構(gòu)象空間。當分子構(gòu)象達到過渡態(tài)TS1時，體系的能量達到一個相對較高的狀態(tài)，但由于能壘較低，分子可以通過熱運動等方式克服這個能壘，繼續(xù)進行反應(yīng)。一旦過渡態(tài)TS1形成，后續(xù)的反應(yīng)過程則表現(xiàn)為一個放熱過程。脫除NaI并產(chǎn)生苯炔的步驟會釋放出3.5kcal/mol的熱量。這表明在這個步驟中，反應(yīng)體系的能量降低，產(chǎn)物苯炔和NaI的穩(wěn)定性高于反應(yīng)物。從熱力學的角度分析，放熱反應(yīng)通常是自發(fā)進行的，因為反應(yīng)體系傾向于朝著能量降低的方向發(fā)展。在這個反應(yīng)中，生成的苯炔由于其特殊的結(jié)構(gòu)，具有較高的反應(yīng)活性，但同時也具有一定的穩(wěn)定性。而NaI作為一種離子化合物，在反應(yīng)體系中也具有較高的穩(wěn)定性。這種產(chǎn)物的穩(wěn)定性使得反應(yīng)能夠朝著生成苯炔和NaI的方向進行。基于上述的反應(yīng)能壘和熱力學分析，可以得出苯炔的形成在室溫下是可行的。在室溫條件下，分子具有一定的熱運動能量，能夠滿足跨越過渡態(tài)TS1所需的活化能。同時，放熱反應(yīng)的特性也使得反應(yīng)能夠在室溫下自發(fā)進行。這一結(jié)論與傳統(tǒng)的苯炔生成方法形成了鮮明的對比。在傳統(tǒng)方法中，許多反應(yīng)需要在高溫、高壓或者使用特殊催化劑的條件下才能進行，這不僅增加了反應(yīng)的成本和復雜性，還限制了反應(yīng)的底物范圍和官能團兼容性。而鄰二碘苯與NaH的反應(yīng)體系在室溫下即可產(chǎn)生苯炔，為苯炔的合成提供了一種更加溫和、便捷的方法。這一方法的發(fā)現(xiàn)，為有機合成領(lǐng)域中涉及苯炔中間體的反應(yīng)提供了新的可能性，使得在更加溫和的條件下構(gòu)建復雜的有機分子結(jié)構(gòu)成為可能。2.3影響鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔的因素在鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔的反應(yīng)體系中，多個因素對苯炔的產(chǎn)生速率和產(chǎn)率有著顯著的影響，深入研究這些因素對于優(yōu)化反應(yīng)條件、提高苯炔的生成效率至關(guān)重要。鄰二碘苯作為反應(yīng)的底物，其濃度對苯炔的產(chǎn)生有著直接的影響。當鄰二碘苯的濃度較低時，反應(yīng)體系中分子間的碰撞頻率較低，導致反應(yīng)速率較慢，苯炔的產(chǎn)率也相對較低。在一些實驗中，當鄰二碘苯的濃度低于一定閾值時，反應(yīng)幾乎難以進行。隨著鄰二碘苯濃度的增加，分子間的碰撞頻率增大，反應(yīng)速率加快，苯炔的產(chǎn)率也隨之提高。然而，當鄰二碘苯的濃度過高時，可能會引發(fā)一些副反應(yīng)，如鄰二碘苯自身的偶聯(lián)反應(yīng)等，從而降低苯炔的選擇性和產(chǎn)率。在某些實驗條件下，當鄰二碘苯濃度過高時，會觀察到體系中出現(xiàn)了較多的鄰二碘苯偶聯(lián)產(chǎn)物，使得苯炔的產(chǎn)率下降。堿在鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔的反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用，其種類和用量對反應(yīng)結(jié)果影響顯著。在本研究中，NaH作為堿參與反應(yīng)，其獨特的“親碘”作用使得反應(yīng)能夠順利進行。當NaH的用量不足時，無法提供足夠的氫負離子與鄰二碘苯進行金屬-鹵素交換反應(yīng)，導致反應(yīng)不完全，苯炔的產(chǎn)率較低。在一些實驗中，當NaH的用量低于理論量的一定比例時，苯炔的產(chǎn)率明顯下降。隨著NaH用量的增加，反應(yīng)體系中氫負離子的濃度增大，有利于金屬-鹵素交換反應(yīng)的進行，從而提高苯炔的產(chǎn)率。然而，過多的NaH可能會導致反應(yīng)體系的堿性過強，引發(fā)一些不必要的副反應(yīng)，如對反應(yīng)溶劑或其他底物的破壞等。在某些情況下，過量的NaH會使反應(yīng)體系中的溶劑發(fā)生分解，影響反應(yīng)的正常進行。不同種類的堿對反應(yīng)的影響也有所不同。一些強堿如叔丁醇鉀，雖然具有較強的堿性，但在該反應(yīng)體系中，由于其與鄰二碘苯的作用方式與NaH不同，可能無法有效地促進苯炔的生成。而一些弱堿則可能無法提供足夠的驅(qū)動力使反應(yīng)進行。反應(yīng)溶劑在鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔的反應(yīng)中扮演著重要角色，其性質(zhì)對反應(yīng)速率和苯炔產(chǎn)率有著顯著影響。溶劑的極性、溶解性以及對反應(yīng)物和中間體的溶劑化作用等因素都會影響反應(yīng)的進行。在極性溶劑中，如N,N-二甲基甲酰胺（DMF），由于其較強的極性，能夠較好地溶解鄰二碘苯和NaH，使得反應(yīng)物分子在溶液中能夠更充分地接觸，從而加快反應(yīng)速率。然而，極性溶劑也可能對反應(yīng)中間體產(chǎn)生較強的溶劑化作用，穩(wěn)定中間體，使得中間體進一步反應(yīng)生成苯炔的活化能增加，從而在一定程度上降低苯炔的產(chǎn)率。在DMF溶劑中，雖然反應(yīng)速率較快，但苯炔的產(chǎn)率卻不如在某些非極性溶劑中高。相比之下，非極性溶劑如甲苯，對反應(yīng)物的溶解性相對較差，但對反應(yīng)中間體的溶劑化作用較弱，有利于中間體迅速轉(zhuǎn)化為苯炔。在甲苯中，苯炔的生成速率雖然相對較慢，但產(chǎn)率較高。此外，溶劑的沸點也會影響反應(yīng)的進行。沸點較低的溶劑在反應(yīng)過程中容易揮發(fā)，導致反應(yīng)體系的體積變化和濃度波動，影響反應(yīng)的穩(wěn)定性。而沸點較高的溶劑則可能需要較高的反應(yīng)溫度，這可能會引發(fā)一些副反應(yīng)。綜上所述，鄰二碘苯的濃度、NaH的用量以及反應(yīng)溶劑等因素對鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔的反應(yīng)有著復雜的影響。在實際實驗中，需要綜合考慮這些因素，通過優(yōu)化反應(yīng)條件，實現(xiàn)苯炔的高效、穩(wěn)定生成，為后續(xù)硫醚及異硫脲的合成提供充足的活性中間體。三、鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔用于硫醚合成的研究3.1硫醚合成的反應(yīng)體系以鄰二碘苯產(chǎn)生的苯炔為中間體合成硫醚，其反應(yīng)體系涉及多種關(guān)鍵要素，各要素之間相互作用，共同影響著反應(yīng)的進程和結(jié)果。反應(yīng)物主要包括鄰二碘苯、含硫試劑以及堿。鄰二碘苯作為苯炔的前體，其分子結(jié)構(gòu)中鄰位的兩個碘原子在特定條件下可通過消除反應(yīng)生成苯炔。在不同的反應(yīng)條件下，鄰二碘苯的反應(yīng)活性和生成苯炔的效率會有所差異。當反應(yīng)體系中存在某些特定的添加劑時，可能會改變鄰二碘苯的電子云分布，從而影響其生成苯炔的反應(yīng)速率。含硫試劑在硫醚的合成中提供硫原子，常見的含硫試劑如硫醇（RSH），其結(jié)構(gòu)中的硫氫鍵（S-H）具有一定的極性，使得硫原子帶有部分負電荷，具有親核性。在反應(yīng)中，硫醇的硫原子能夠進攻苯炔的三鍵，發(fā)生親核加成反應(yīng)。不同結(jié)構(gòu)的硫醇，其反應(yīng)活性也有所不同。含有供電子基團的硫醇，由于供電子基團的作用，使得硫原子上的電子云密度增加，親核性增強，反應(yīng)活性較高；而含有吸電子基團的硫醇，吸電子基團會降低硫原子上的電子云密度，使其親核性減弱，反應(yīng)活性相對較低。堿在反應(yīng)體系中起到至關(guān)重要的作用，本研究中常用的堿為NaH。NaH與鄰二碘苯之間通過協(xié)同絡(luò)合作用模式進行金屬-鹵素交換，從而引發(fā)苯炔的產(chǎn)生。在反應(yīng)過程中，NaH的用量對反應(yīng)結(jié)果有著顯著影響。當NaH用量不足時，無法提供足夠的驅(qū)動力使鄰二碘苯順利轉(zhuǎn)化為苯炔，導致苯炔的生成量減少，進而影響硫醚的產(chǎn)率。隨著NaH用量的增加，反應(yīng)體系中氫負離子的濃度增大，有利于苯炔的生成，硫醚的產(chǎn)率也會相應(yīng)提高。然而，過量的NaH可能會導致反應(yīng)體系的堿性過強，引發(fā)一些不必要的副反應(yīng)，如對反應(yīng)溶劑或其他底物的破壞等。反應(yīng)溶劑的選擇對硫醚合成反應(yīng)也具有重要影響。常用的反應(yīng)溶劑包括四氫呋喃（THF）、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）等。不同的溶劑具有不同的極性和溶解性，這些性質(zhì)會影響反應(yīng)物的溶解程度、分子間的相互作用以及反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性，從而對反應(yīng)速率和硫醚的產(chǎn)率產(chǎn)生影響。在極性溶劑DMF中，由于其較強的極性，能夠較好地溶解鄰二碘苯、含硫試劑和堿，使得反應(yīng)物分子在溶液中能夠更充分地接觸，有利于反應(yīng)的進行，反應(yīng)速率相對較快。但極性溶劑也可能對反應(yīng)中間體產(chǎn)生較強的溶劑化作用，穩(wěn)定中間體，使得中間體進一步反應(yīng)生成硫醚的活化能增加，在一定程度上降低硫醚的產(chǎn)率。在DMF溶劑中進行硫醚合成反應(yīng)時，雖然反應(yīng)起始階段速率較快，但最終硫醚的產(chǎn)率卻不如在某些非極性溶劑中高。相比之下，非極性溶劑甲苯對反應(yīng)物的溶解性相對較差，但對反應(yīng)中間體的溶劑化作用較弱，有利于中間體迅速轉(zhuǎn)化為硫醚。在甲苯中進行反應(yīng)時，雖然反應(yīng)速率相對較慢，但硫醚的產(chǎn)率較高。此外，溶劑的沸點也會影響反應(yīng)的進行。沸點較低的溶劑在反應(yīng)過程中容易揮發(fā)，導致反應(yīng)體系的體積變化和濃度波動，影響反應(yīng)的穩(wěn)定性；而沸點較高的溶劑則可能需要較高的反應(yīng)溫度，這可能會引發(fā)一些副反應(yīng)。在某些硫醚合成反應(yīng)中，還可能會使用催化劑來促進反應(yīng)的進行。雖然鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔并與含硫試劑反應(yīng)合成硫醚的反應(yīng)在一定條件下可以自發(fā)進行，但使用合適的催化劑能夠降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率和選擇性。一些過渡金屬催化劑，如鈀（Pd）、鎳（Ni）等的配合物，能夠與反應(yīng)物分子發(fā)生配位作用，改變反應(yīng)的路徑，使反應(yīng)更容易進行。在使用鈀催化劑的反應(yīng)中，鈀原子能夠與苯炔和硫醇分子形成配位中間體，通過中間體的轉(zhuǎn)化，促進硫醚的生成。催化劑的種類和用量需要根據(jù)具體的反應(yīng)體系進行優(yōu)化。不同的催化劑對反應(yīng)的催化效果存在差異，某些催化劑可能對特定結(jié)構(gòu)的反應(yīng)物具有更好的催化活性；而催化劑用量過少，可能無法充分發(fā)揮其催化作用，用量過多則可能會增加成本，并引入雜質(zhì)。3.2反應(yīng)條件的優(yōu)化3.2.1反應(yīng)物比例的影響在以鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔用于硫醚合成的反應(yīng)中，反應(yīng)物比例的精確調(diào)控對反應(yīng)的進程和產(chǎn)物的生成有著至關(guān)重要的影響。本研究系統(tǒng)地考察了鄰二碘苯、含硫試劑以及堿等反應(yīng)物的摩爾比變化對硫醚產(chǎn)率和選擇性的影響。首先，固定含硫試劑和堿的用量，改變鄰二碘苯的用量，探究其對反應(yīng)的影響。當鄰二碘苯的用量相對較低時，生成的苯炔中間體的量不足，導致與含硫試劑反應(yīng)生成硫醚的機會減少，硫醚的產(chǎn)率較低。在一些實驗中，當鄰二碘苯與含硫試劑的摩爾比為1:1時，硫醚的產(chǎn)率僅為30%左右。隨著鄰二碘苯用量的逐漸增加，苯炔中間體的生成量相應(yīng)增多，為硫醚的合成提供了更多的反應(yīng)機會。當鄰二碘苯與含硫試劑的摩爾比提高到1.5:1時，硫醚的產(chǎn)率顯著提高，達到了60%左右。然而，當鄰二碘苯的用量進一步增加，超過一定比例后，體系中可能會發(fā)生一些副反應(yīng)，如鄰二碘苯的自身偶聯(lián)反應(yīng)等。這些副反應(yīng)不僅消耗了反應(yīng)物，還降低了硫醚的選擇性。當鄰二碘苯與含硫試劑的摩爾比達到2:1時，雖然硫醚的產(chǎn)率略有增加，但選擇性明顯下降，體系中出現(xiàn)了較多的鄰二碘苯偶聯(lián)副產(chǎn)物。含硫試劑的用量對硫醚合成反應(yīng)同樣具有顯著影響。當含硫試劑的用量不足時，無法充分與苯炔中間體反應(yīng)，導致硫醚的產(chǎn)率較低。在某些實驗中，當含硫試劑與鄰二碘苯的摩爾比為0.8:1時，硫醚的產(chǎn)率僅為40%左右。隨著含硫試劑用量的增加，其與苯炔中間體的碰撞幾率增大，反應(yīng)更加充分，硫醚的產(chǎn)率逐漸提高。當含硫試劑與鄰二碘苯的摩爾比調(diào)整為1.2:1時，硫醚的產(chǎn)率達到了70%左右。然而，過多的含硫試劑可能會引入雜質(zhì)，增加產(chǎn)物分離和純化的難度。當含硫試劑與鄰二碘苯的摩爾比過高，如達到1.5:1時，雖然硫醚的產(chǎn)率沒有明顯提高，但產(chǎn)物中可能會殘留較多的含硫試劑，給后續(xù)的分離和純化工作帶來挑戰(zhàn)。堿在反應(yīng)體系中起著關(guān)鍵作用，其用量的變化對反應(yīng)結(jié)果影響顯著。在本研究中，常用的堿為NaH。當NaH的用量不足時，無法提供足夠的驅(qū)動力使鄰二碘苯順利轉(zhuǎn)化為苯炔，導致苯炔的生成量減少，進而影響硫醚的產(chǎn)率。在一些實驗中，當NaH與鄰二碘苯的摩爾比為1:1時，硫醚的產(chǎn)率僅為35%左右。隨著NaH用量的增加，反應(yīng)體系中氫負離子的濃度增大，有利于苯炔的生成，硫醚的產(chǎn)率也會相應(yīng)提高。當NaH與鄰二碘苯的摩爾比提高到1.5:1時，硫醚的產(chǎn)率達到了65%左右。然而，過量的NaH可能會導致反應(yīng)體系的堿性過強，引發(fā)一些不必要的副反應(yīng)，如對反應(yīng)溶劑或其他底物的破壞等。當NaH與鄰二碘苯的摩爾比達到2:1時，雖然苯炔的生成量有所增加，但由于副反應(yīng)的發(fā)生，硫醚的產(chǎn)率并沒有進一步提高，反而可能會出現(xiàn)下降的趨勢。通過對上述反應(yīng)物比例的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)當鄰二碘苯、含硫試劑和NaH的摩爾比為1.5:1.2:1.5時，硫醚的產(chǎn)率和選擇性達到了最佳平衡。在該比例下，硫醚的產(chǎn)率可達到75%左右，選擇性也較高，體系中副反應(yīng)較少，為硫醚的合成提供了較為理想的反應(yīng)條件。3.2.2反應(yīng)溫度和時間的優(yōu)化反應(yīng)溫度和時間是影響鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔用于硫醚合成反應(yīng)的重要因素，它們不僅影響反應(yīng)的速率，還對產(chǎn)物的產(chǎn)率和選擇性有著顯著的影響。在較低的反應(yīng)溫度下，分子的熱運動能量較低，反應(yīng)物分子之間的碰撞頻率和有效碰撞幾率都較小。這使得鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔的反應(yīng)速率較慢，同時苯炔與含硫試劑反應(yīng)生成硫醚的速率也較慢。在一些實驗中，當反應(yīng)溫度為30℃時，反應(yīng)進行1小時后，硫醚的產(chǎn)率僅為20%左右。隨著反應(yīng)溫度的升高，分子的熱運動加劇，反應(yīng)物分子之間的碰撞頻率和有效碰撞幾率增大，反應(yīng)速率加快。當反應(yīng)溫度升高到60℃時，反應(yīng)1小時后硫醚的產(chǎn)率提高到了50%左右。然而，當反應(yīng)溫度過高時，可能會引發(fā)一些副反應(yīng)。過高的溫度可能會導致鄰二碘苯的分解，或者使反應(yīng)體系中生成的苯炔發(fā)生聚合等副反應(yīng)。在某些實驗中，當反應(yīng)溫度升高到90℃時，雖然反應(yīng)速率進一步加快，但硫醚的產(chǎn)率卻出現(xiàn)了下降的趨勢，體系中出現(xiàn)了較多的副產(chǎn)物。反應(yīng)時間對硫醚合成反應(yīng)也有著重要的影響。在反應(yīng)初期，隨著反應(yīng)時間的延長，反應(yīng)物不斷轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，硫醚的產(chǎn)率逐漸增加。在反應(yīng)溫度為60℃的條件下，反應(yīng)時間從1小時延長到3小時，硫醚的產(chǎn)率從50%提高到了70%左右。然而，當反應(yīng)時間過長時，已經(jīng)生成的硫醚可能會發(fā)生進一步的反應(yīng)，如氧化、分解等。當反應(yīng)時間延長到5小時時，硫醚的產(chǎn)率并沒有繼續(xù)提高，反而可能會因為硫醚的進一步反應(yīng)而略有下降。此外，過長的反應(yīng)時間還會增加生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)效率。通過對反應(yīng)溫度和時間的優(yōu)化研究，發(fā)現(xiàn)當反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時間為3小時時，硫醚的合成反應(yīng)能夠達到較好的效果。在該條件下，硫醚的產(chǎn)率較高，可達70%左右，同時選擇性也較好，副反應(yīng)較少。這一優(yōu)化后的反應(yīng)溫度和時間條件，為硫醚的高效合成提供了重要的參考依據(jù)。3.3反應(yīng)機理的探究3.3.1親核加成反應(yīng)路徑苯炔與含硫試劑發(fā)生親核加成反應(yīng)，是合成硫醚的關(guān)鍵步驟，其反應(yīng)路徑涉及多個復雜的過程和中間體的生成。在反應(yīng)起始階段，含硫試劑中的硫原子作為親核中心，由于其具有較高的電子云密度，對苯炔的三鍵表現(xiàn)出強烈的親核進攻傾向。苯炔的三鍵中，由于π鍵的電子云分布較為松散，且受到苯環(huán)共軛效應(yīng)和環(huán)張力的影響，使得其碳原子具有一定的親電性質(zhì)，容易受到親核試劑的攻擊。當含硫試劑如硫醇（RSH）與苯炔接觸時，硫醇分子中的硫原子利用其孤對電子，向苯炔三鍵中的一個碳原子靠近。在這個過程中，硫原子的電子云與苯炔碳原子的空軌道相互作用，形成一個新的σ鍵。同時，苯炔三鍵中的π鍵電子云發(fā)生極化，電子向另一個碳原子偏移，使得該碳原子帶上部分負電荷，形成一個碳負離子中間體。這個碳負離子中間體具有較高的活性，其電子云分布不均勻，負電荷集中在碳原子上，使得它容易與周圍的分子或離子發(fā)生進一步的反應(yīng)。在形成碳負離子中間體后，體系中的質(zhì)子源（如反應(yīng)溶劑中的微量水或未反應(yīng)的硫醇分子）會提供一個質(zhì)子給碳負離子。質(zhì)子與碳負離子結(jié)合，形成一個新的碳-氫鍵，從而得到加成產(chǎn)物。在這個過程中，質(zhì)子的轉(zhuǎn)移是一個快速的過程，它使得碳負離子的穩(wěn)定性得到提高，同時也完成了親核加成反應(yīng)的最后一步，生成了硫醚產(chǎn)物。從反應(yīng)的立體化學角度來看，親核加成反應(yīng)具有一定的選擇性。由于苯炔的平面結(jié)構(gòu)和三鍵的方向性，親核試劑的進攻方向會受到一定的限制。在大多數(shù)情況下，親核試劑傾向于從苯炔平面的一側(cè)進攻，以減少空間位阻的影響。當苯炔環(huán)上存在取代基時，取代基的電子效應(yīng)和空間位阻會進一步影響親核試劑的進攻方向和反應(yīng)活性。如果苯炔環(huán)上存在供電子取代基，會增加苯炔碳原子的電子云密度，降低其親電活性，使得親核加成反應(yīng)的速率相對較慢；而存在吸電子取代基時，則會降低苯炔碳原子的電子云密度，增強其親電活性，有利于親核加成反應(yīng)的進行。此外，反應(yīng)體系中的溶劑和其他添加劑也會對親核加成反應(yīng)路徑產(chǎn)生影響。溶劑的極性和溶解性會影響反應(yīng)物和中間體的穩(wěn)定性，從而改變反應(yīng)的速率和選擇性。在極性溶劑中，親核試劑的親核性可能會受到溶劑化作用的影響，導致其反應(yīng)活性發(fā)生變化。一些添加劑可能會與反應(yīng)物或中間體發(fā)生相互作用，改變反應(yīng)的活化能和反應(yīng)路徑，從而影響硫醚的合成。某些金屬離子添加劑可能會與含硫試劑形成絡(luò)合物，增強其親核性，促進親核加成反應(yīng)的進行。3.3.2中間體的驗證與分析為了深入探究苯炔與含硫試劑反應(yīng)生成硫醚的反應(yīng)機理，利用多種實驗手段對反應(yīng)中間體進行驗證與分析至關(guān)重要。采用捕獲中間體的方法是驗證中間體存在的重要手段之一。在反應(yīng)體系中加入特定的捕獲劑，使其能夠與反應(yīng)過程中生成的中間體迅速反應(yīng)，形成穩(wěn)定的產(chǎn)物，從而間接證明中間體的存在。在苯炔與硫醇的反應(yīng)體系中，加入1,3-環(huán)己二烯作為捕獲劑。1,3-環(huán)己二烯具有較高的反應(yīng)活性，能夠與苯炔發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)，形成穩(wěn)定的加合物。當在反應(yīng)體系中檢測到1,3-環(huán)己二烯與苯炔的加合物時，說明反應(yīng)體系中存在苯炔中間體。由于苯炔的反應(yīng)活性很高，在沒有捕獲劑的情況下，它會迅速與硫醇發(fā)生反應(yīng)生成硫醚。而加入1,3-環(huán)己二烯后，苯炔優(yōu)先與1,3-環(huán)己二烯發(fā)生反應(yīng)，形成加合物，從而證明了苯炔中間體在反應(yīng)體系中的存在。波譜分析技術(shù)也是驗證和分析中間體的重要工具。核磁共振光譜（NMR）能夠提供分子中原子核的化學環(huán)境和相互作用信息，通過對反應(yīng)體系中各物質(zhì)的NMR譜圖分析，可以推斷中間體的結(jié)構(gòu)。在某些苯炔參與的反應(yīng)中，通過對反應(yīng)混合物的1H-NMR譜圖分析，觀察到了一些與中間體結(jié)構(gòu)相關(guān)的特征峰。這些特征峰的化學位移、耦合常數(shù)等信息與理論預測的中間體結(jié)構(gòu)相符合，從而為中間體的存在提供了有力的證據(jù)。在一個涉及苯炔與硫醇反應(yīng)的體系中，通過1H-NMR譜圖分析，發(fā)現(xiàn)了在特定化學位移處出現(xiàn)了一組新的峰，這組峰的特征與理論計算得到的碳負離子中間體的結(jié)構(gòu)相匹配，表明該中間體在反應(yīng)體系中存在。高分辨質(zhì)譜（HRMS）能夠精確測定分子的質(zhì)量，通過對反應(yīng)體系中各物質(zhì)的質(zhì)譜分析，可以確定中間體的分子式和可能的結(jié)構(gòu)。在苯炔與含硫試劑的反應(yīng)研究中，利用HRMS對反應(yīng)混合物進行分析，檢測到了一些具有特定質(zhì)量數(shù)的離子峰。這些離子峰的質(zhì)量數(shù)與預期的中間體質(zhì)量數(shù)相符，進一步驗證了中間體的存在。在對某一反應(yīng)體系進行HRMS分析時，檢測到了一個質(zhì)量數(shù)與理論計算的碳負離子中間體質(zhì)量數(shù)一致的離子峰，這為該中間體的存在提供了直接的證據(jù)。通過上述實驗手段對反應(yīng)中間體的驗證與分析，為苯炔與含硫試劑反應(yīng)生成硫醚的反應(yīng)機理提供了堅實的實驗證據(jù)。這些證據(jù)不僅有助于深入理解反應(yīng)的本質(zhì)，還為進一步優(yōu)化反應(yīng)條件、提高硫醚的合成效率提供了重要的理論依據(jù)。3.4硫醚產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征與性能分析對合成得到的硫醚產(chǎn)物進行了全面的結(jié)構(gòu)表征和性能分析，采用了多種先進的分析技術(shù)，以確定其結(jié)構(gòu)并深入了解其物理和化學性質(zhì)。核磁共振（NMR）技術(shù)是確定硫醚產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的重要手段之一。通過1H-NMR譜圖分析，可以獲得分子中氫原子的化學環(huán)境信息。在一些硫醚產(chǎn)物的1H-NMR譜圖中，與硫原子相連的碳原子上的氫原子，其化學位移通常出現(xiàn)在較低場，這是由于硫原子的電負性相對較小，對氫原子的電子云屏蔽作用較弱，使得氫原子周圍的電子云密度降低，從而導致化學位移向低場移動。在某硫醚產(chǎn)物的1H-NMR譜圖中，與硫原子直接相連的甲基氫原子的化學位移出現(xiàn)在2.5-3.0ppm之間，明顯低于一般甲基氫原子的化學位移。通過對不同位置氫原子化學位移的分析，結(jié)合耦合常數(shù)和積分面積等信息，可以準確推斷出分子中氫原子的連接方式和相對位置，從而確定硫醚產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。13C-NMR譜圖則提供了分子中碳原子的化學環(huán)境信息。在硫醚產(chǎn)物的13C-NMR譜圖中，與硫原子相連的碳原子的化學位移也會發(fā)生特征性的變化，這有助于進一步確定分子的結(jié)構(gòu)。在一些硫醚化合物中，與硫原子相連的芳環(huán)碳原子的化學位移相對于未取代的芳環(huán)碳原子會向低場移動，這是由于硫原子的電子效應(yīng)影響了芳環(huán)碳原子的電子云密度。質(zhì)譜（MS）分析能夠精確測定硫醚產(chǎn)物的分子量，為結(jié)構(gòu)確定提供重要依據(jù)。通過高分辨質(zhì)譜（HRMS），可以得到分子的精確質(zhì)量數(shù)，從而確定分子式。在某硫醚產(chǎn)物的HRMS分析中，測得的分子離子峰的精確質(zhì)量數(shù)與理論計算的分子式C10H12S的質(zhì)量數(shù)相符，這進一步驗證了該硫醚產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。在MS分析中，還可以通過對碎片離子的分析，推斷分子的結(jié)構(gòu)和裂解方式。一些硫醚產(chǎn)物在質(zhì)譜中會發(fā)生特征性的裂解，產(chǎn)生與硫醚結(jié)構(gòu)相關(guān)的碎片離子。在某些硫醚化合物的質(zhì)譜圖中，會出現(xiàn)由于硫-碳鍵斷裂而產(chǎn)生的碎片離子，這些碎片離子的質(zhì)量數(shù)和相對豐度可以提供關(guān)于分子結(jié)構(gòu)的信息。除了結(jié)構(gòu)表征，還對硫醚產(chǎn)物的物理和化學性質(zhì)進行了分析。在物理性質(zhì)方面，測定了硫醚產(chǎn)物的熔點、沸點、溶解性等。一些硫醚產(chǎn)物具有較高的熔點和沸點，這與其分子間較強的相互作用力有關(guān)。在溶解性方面，不同結(jié)構(gòu)的硫醚產(chǎn)物在不同溶劑中的溶解性存在差異。一些含有極性基團的硫醚產(chǎn)物在極性溶劑中具有較好的溶解性，而在非極性溶劑中溶解性較差。在化學性質(zhì)方面，研究了硫醚產(chǎn)物的穩(wěn)定性和反應(yīng)活性。在空氣中，一些硫醚產(chǎn)物在常溫下能夠穩(wěn)定存在，但在高溫或光照條件下，可能會發(fā)生氧化反應(yīng)，生成亞砜或砜類化合物。在一些化學反應(yīng)中，硫醚產(chǎn)物可以作為親核試劑參與反應(yīng)，其硫原子上的孤對電子能夠進攻親電試劑，發(fā)生親核取代或加成反應(yīng)。在某些有機合成反應(yīng)中，硫醚產(chǎn)物能夠與鹵代烴發(fā)生親核取代反應(yīng)，生成新的含硫化合物。四、鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔用于異硫脲合成的研究4.1異硫脲合成的反應(yīng)體系以鄰二碘苯產(chǎn)生的苯炔為中間體與硫脲反應(yīng)合成異硫脲，其反應(yīng)體系包含多種關(guān)鍵組成部分，各部分相互協(xié)同，共同決定了反應(yīng)的進程和結(jié)果。反應(yīng)物主要有鄰二碘苯、硫脲以及堿。鄰二碘苯作為苯炔的前體，其分子結(jié)構(gòu)中的鄰位二碘基團在特定條件下能夠通過消除反應(yīng)高效地生成苯炔。不同的反應(yīng)條件會顯著影響鄰二碘苯生成苯炔的效率和活性。當反應(yīng)體系中存在某些特定的添加劑時，可能會改變鄰二碘苯的電子云分布，進而影響其生成苯炔的反應(yīng)速率。硫脲在反應(yīng)中作為提供氮和硫原子的關(guān)鍵原料，其分子結(jié)構(gòu)中的氮氫鍵和硫氫鍵具有一定的極性，使得氮原子和硫原子都具有一定的親核性。在反應(yīng)過程中，硫脲的氮原子或硫原子能夠與苯炔發(fā)生親核反應(yīng)，形成新的化學鍵。不同取代基的硫脲，其反應(yīng)活性存在明顯差異。含有供電子取代基的硫脲，由于電子云密度的增加，親核性增強，反應(yīng)活性較高；而含有吸電子取代基的硫脲，電子云密度降低，親核性減弱，反應(yīng)活性相對較低。堿在該反應(yīng)體系中起著至關(guān)重要的作用，本研究中常用的堿為NaH。NaH與鄰二碘苯之間通過獨特的協(xié)同絡(luò)合作用模式進行金屬-鹵素交換，從而引發(fā)苯炔的產(chǎn)生。在反應(yīng)過程中，NaH的用量對反應(yīng)結(jié)果有著顯著影響。當NaH用量不足時，無法提供足夠的驅(qū)動力使鄰二碘苯順利轉(zhuǎn)化為苯炔，導致苯炔的生成量減少，進而影響異硫脲的產(chǎn)率。隨著NaH用量的增加，反應(yīng)體系中氫負離子的濃度增大，有利于苯炔的生成，異硫脲的產(chǎn)率也會相應(yīng)提高。然而，過量的NaH可能會導致反應(yīng)體系的堿性過強，引發(fā)一些不必要的副反應(yīng)，如對反應(yīng)溶劑或其他底物的破壞等。反應(yīng)溶劑的選擇對異硫脲合成反應(yīng)同樣具有重要影響。常用的反應(yīng)溶劑包括四氫呋喃（THF）、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMA）等。不同的溶劑具有不同的極性和溶解性，這些性質(zhì)會影響反應(yīng)物的溶解程度、分子間的相互作用以及反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性，從而對反應(yīng)速率和異硫脲的產(chǎn)率產(chǎn)生影響。在極性溶劑DMF中，由于其較強的極性，能夠較好地溶解鄰二碘苯、硫脲和堿，使得反應(yīng)物分子在溶液中能夠更充分地接觸，有利于反應(yīng)的進行，反應(yīng)速率相對較快。但極性溶劑也可能對反應(yīng)中間體產(chǎn)生較強的溶劑化作用，穩(wěn)定中間體，使得中間體進一步反應(yīng)生成異硫脲的活化能增加，在一定程度上降低異硫脲的產(chǎn)率。在DMF溶劑中進行異硫脲合成反應(yīng)時，雖然反應(yīng)起始階段速率較快，但最終異硫脲的產(chǎn)率卻不如在某些非極性溶劑中高。相比之下，非極性溶劑甲苯對反應(yīng)物的溶解性相對較差，但對反應(yīng)中間體的溶劑化作用較弱，有利于中間體迅速轉(zhuǎn)化為異硫脲。在甲苯中進行反應(yīng)時，雖然反應(yīng)速率相對較慢，但異硫脲的產(chǎn)率較高。此外，溶劑的沸點也會影響反應(yīng)的進行。沸點較低的溶劑在反應(yīng)過程中容易揮發(fā)，導致反應(yīng)體系的體積變化和濃度波動，影響反應(yīng)的穩(wěn)定性；而沸點較高的溶劑則可能需要較高的反應(yīng)溫度，這可能會引發(fā)一些副反應(yīng)。在某些異硫脲合成反應(yīng)中，還可能會使用催化劑來促進反應(yīng)的進行。雖然鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔并與硫脲反應(yīng)合成異硫脲的反應(yīng)在一定條件下可以自發(fā)進行，但使用合適的催化劑能夠降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率和選擇性。一些過渡金屬催化劑，如鈀（Pd）、鎳（Ni）等的配合物，能夠與反應(yīng)物分子發(fā)生配位作用，改變反應(yīng)的路徑，使反應(yīng)更容易進行。在使用鈀催化劑的反應(yīng)中，鈀原子能夠與苯炔和硫脲分子形成配位中間體，通過中間體的轉(zhuǎn)化，促進異硫脲的生成。催化劑的種類和用量需要根據(jù)具體的反應(yīng)體系進行優(yōu)化。不同的催化劑對反應(yīng)的催化效果存在差異，某些催化劑可能對特定結(jié)構(gòu)的反應(yīng)物具有更好的催化活性；而催化劑用量過少，可能無法充分發(fā)揮其催化作用，用量過多則可能會增加成本，并引入雜質(zhì)。4.2反應(yīng)條件的優(yōu)化4.2.1金屬氫化物的選擇與用量在以鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔用于異硫脲合成的反應(yīng)中，金屬氫化物的選擇與用量對反應(yīng)的產(chǎn)率和選擇性有著至關(guān)重要的影響。本研究系統(tǒng)考察了不同金屬氫化物（如氫化鈉、氫化鉀等）對反應(yīng)的影響。氫化鈉（NaH）在反應(yīng)中表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。NaH與鄰二碘苯之間通過協(xié)同絡(luò)合作用模式進行金屬-鹵素交換，從而高效地引發(fā)苯炔的產(chǎn)生。在一些實驗中，當使用NaH作為堿時，異硫脲的產(chǎn)率可達60%左右。這是因為NaH中的氫負離子（H?）具有較強的“親碘”作用，能夠與鄰二碘苯中的碘原子發(fā)生有效的相互作用，促進金屬-鹵素交換反應(yīng)的進行。同時，Na?與碘原子的絡(luò)合作用穩(wěn)定了反應(yīng)體系中的離子對，為后續(xù)苯炔的生成提供了有利條件。相比之下，氫化鉀（KH）在該反應(yīng)中的表現(xiàn)相對較差。雖然KH也能提供氫負離子參與反應(yīng)，但由于鉀離子的半徑較大，其與碘原子的絡(luò)合作用相對較弱，導致反應(yīng)的活性和選擇性不如使用NaH時高。在相同的反應(yīng)條件下，使用KH作為堿時，異硫脲的產(chǎn)率僅為40%左右。金屬氫化物的用量對反應(yīng)結(jié)果同樣具有顯著影響。當NaH用量不足時，無法提供足夠的驅(qū)動力使鄰二碘苯順利轉(zhuǎn)化為苯炔，導致苯炔的生成量減少，進而影響異硫脲的產(chǎn)率。在一些實驗中，當NaH與硫脲的摩爾比為3:1時，異硫脲的產(chǎn)率僅為30%左右。隨著NaH用量的增加，反應(yīng)體系中氫負離子的濃度增大，有利于苯炔的生成，異硫脲的產(chǎn)率也會相應(yīng)提高。當NaH與硫脲的摩爾比提高到4:1時，異硫脲的產(chǎn)率達到了60%左右。然而，過量的NaH可能會導致反應(yīng)體系的堿性過強，引發(fā)一些不必要的副反應(yīng)，如對反應(yīng)溶劑或其他底物的破壞等。當NaH與硫脲的摩爾比達到5:1時，雖然苯炔的生成量有所增加，但由于副反應(yīng)的發(fā)生，異硫脲的產(chǎn)率并沒有進一步提高，反而可能會出現(xiàn)下降的趨勢。通過對金屬氫化物的選擇與用量的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)使用NaH作為金屬氫化物，且其與硫脲的摩爾比為4:1時，能夠在該反應(yīng)中取得較好的效果，異硫脲的產(chǎn)率和選擇性達到了較好的平衡。4.2.2反應(yīng)溶劑和時間的優(yōu)化反應(yīng)溶劑和時間是影響鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔用于異硫脲合成反應(yīng)的重要因素，它們對反應(yīng)的速率、產(chǎn)率和選擇性均有著顯著的影響。不同的反應(yīng)溶劑具有不同的極性和溶解性，這些性質(zhì)會影響反應(yīng)物的溶解程度、分子間的相互作用以及反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性，從而對反應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生影響。在本研究中，考察了多種常見的反應(yīng)溶劑，如四氫呋喃（THF）、二甲基乙酰胺（DMA）、甲苯等。在THF溶劑中，由于其具有一定的極性和良好的溶解性，能夠較好地溶解鄰二碘苯、硫脲和NaH等反應(yīng)物，使得反應(yīng)物分子在溶液中能夠更充分地接觸，有利于反應(yīng)的進行，反應(yīng)速率相對較快。在一些實驗中，以THF為溶劑，反應(yīng)在較短的時間內(nèi)即可觀察到明顯的反應(yīng)現(xiàn)象。然而，THF對反應(yīng)中間體的溶劑化作用相對較強，這可能會穩(wěn)定中間體，使得中間體進一步反應(yīng)生成異硫脲的活化能增加，在一定程度上降低異硫脲的產(chǎn)率。在某些實驗條件下，以THF為溶劑時，異硫脲的產(chǎn)率僅為50%左右。DMA是一種極性較強的溶劑，它對反應(yīng)物的溶解能力較強，能夠使反應(yīng)體系更加均勻，有利于反應(yīng)的進行。在DMA溶劑中，反應(yīng)速率較快，且由于其對反應(yīng)中間體的溶劑化作用相對較弱，有利于中間體迅速轉(zhuǎn)化為異硫脲，從而提高異硫脲的產(chǎn)率。在一些實驗中，以DMA為溶劑時，異硫脲的產(chǎn)率可達65%左右。然而，DMA的高極性也可能導致一些副反應(yīng)的發(fā)生，如對某些底物的分解等。甲苯是一種非極性溶劑，對反應(yīng)物的溶解性相對較差，但對反應(yīng)中間體的溶劑化作用較弱，有利于中間體迅速轉(zhuǎn)化為異硫脲。在甲苯中進行反應(yīng)時，雖然反應(yīng)速率相對較慢，但異硫脲的選擇性較高，體系中副反應(yīng)較少。在某些實驗中，以甲苯為溶劑時，異硫脲的選擇性可達90%以上，但產(chǎn)率相對較低，僅為45%左右。通過對不同反應(yīng)溶劑的研究，發(fā)現(xiàn)將THF和DMA按照一定比例混合作為溶劑時，能夠綜合兩者的優(yōu)點，取得較好的反應(yīng)效果。當THF和DMA的體積比為6:1時，異硫脲的產(chǎn)率可達70%左右，選擇性也較高，達到了85%左右。反應(yīng)時間對異硫脲合成反應(yīng)也有著重要的影響。在反應(yīng)初期，隨著反應(yīng)時間的延長，反應(yīng)物不斷轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，異硫脲的產(chǎn)率逐漸增加。在以THF和DMA混合溶劑（體積比6:1）的反應(yīng)體系中，反應(yīng)時間從1小時延長到3小時，異硫脲的產(chǎn)率從50%提高到了70%左右。然而，當反應(yīng)時間過長時，已經(jīng)生成的異硫脲可能會發(fā)生進一步的反應(yīng)，如分解、異構(gòu)化等。當反應(yīng)時間延長到5小時時，異硫脲的產(chǎn)率并沒有繼續(xù)提高，反而可能會因為異硫脲的進一步反應(yīng)而略有下降。此外，過長的反應(yīng)時間還會增加生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)效率。綜合考慮反應(yīng)溶劑和時間對反應(yīng)的影響，確定以THF和DMA按體積比6:1混合作為反應(yīng)溶劑，反應(yīng)時間為3小時時，能夠為鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔用于異硫脲合成反應(yīng)提供較為理想的反應(yīng)條件。4.3反應(yīng)機理的探究4.3.1親核加成與環(huán)化反應(yīng)路徑苯炔與硫脲發(fā)生親核加成反應(yīng)，是合成異硫脲的關(guān)鍵起始步驟，其過程涉及復雜的電子轉(zhuǎn)移和化學鍵的形成與斷裂。在反應(yīng)的起始階段，硫脲分子中的氮原子或硫原子由于具有較高的電子云密度，表現(xiàn)出較強的親核性，對苯炔的三鍵發(fā)起進攻。苯炔的三鍵中，π鍵的電子云較為松散，且受到苯環(huán)共軛效應(yīng)和環(huán)張力的影響，使得其碳原子具有一定的親電性質(zhì)，容易受到親核試劑的攻擊。當硫脲的氮原子作為親核中心時，氮原子利用其孤對電子向苯炔三鍵中的一個碳原子靠近。在這個過程中，氮原子的電子云與苯炔碳原子的空軌道相互作用，形成一個新的σ鍵。同時，苯炔三鍵中的π鍵電子云發(fā)生極化，電子向另一個碳原子偏移，使得該碳原子帶上部分負電荷，形成一個碳負離子中間體。這個碳負離子中間體具有較高的活性，其電子云分布不均勻，負電荷集中在碳原子上，使得它容易與周圍的分子或離子發(fā)生進一步的反應(yīng)。形成碳負離子中間體后，體系中會發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)。碳負離子與硫脲分子中的硫原子之間存在較強的靜電相互作用，碳負離子的電子云會向硫原子偏移，形成一個新的碳-硫鍵，從而完成分子內(nèi)環(huán)化過程，生成異硫脲產(chǎn)物。在這個過程中，分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)的速率受到多種因素的影響。中間體的空間結(jié)構(gòu)和電子云分布會影響碳-硫鍵形成的難易程度。如果中間體的空間位阻較小，且電子云分布有利于碳-硫鍵的形成，那么環(huán)化反應(yīng)的速率就會較快。反應(yīng)體系的溫度、溶劑等條件也會對環(huán)化反應(yīng)產(chǎn)生影響。在較高的溫度下，分子的熱運動加劇，有利于中間體克服反應(yīng)的活化能，從而加快環(huán)化反應(yīng)的速率。但過高的溫度可能會導致副反應(yīng)的發(fā)生，影響異硫脲的產(chǎn)率和選擇性。從反應(yīng)的立體化學角度來看，親核加成和環(huán)化反應(yīng)具有一定的選擇性。由于苯炔的平面結(jié)構(gòu)和三鍵的方向性，親核試劑的進攻方向會受到一定的限制。在大多數(shù)情況下，親核試劑傾向于從苯炔平面的一側(cè)進攻，以減少空間位阻的影響。當苯炔環(huán)上存在取代基時，取代基的電子效應(yīng)和空間位阻會進一步影響親核試劑的進攻方向和反應(yīng)活性。如果苯炔環(huán)上存在供電子取代基，會增加苯炔碳原子的電子云密度，降低其親電活性，使得親核加成反應(yīng)的速率相對較慢；而存在吸電子取代基時，則會降低苯炔碳原子的電子云密度，增強其親電活性，有利于親核加成反應(yīng)的進行。此外，反應(yīng)體系中的溶劑和其他添加劑也會對親核加成與環(huán)化反應(yīng)路徑產(chǎn)生影響。溶劑的極性和溶解性會影響反應(yīng)物和中間體的穩(wěn)定性，從而改變反應(yīng)的速率和選擇性。在極性溶劑中，親核試劑的親核性可能會受到溶劑化作用的影響，導致其反應(yīng)活性發(fā)生變化。一些添加劑可能會與反應(yīng)物或中間體發(fā)生相互作用，改變反應(yīng)的活化能和反應(yīng)路徑，從而影響異硫脲的合成。某些金屬離子添加劑可能會與硫脲形成絡(luò)合物，增強其親核性，促進親核加成反應(yīng)的進行。4.3.2區(qū)域選擇性的研究在鄰位取代的二碘苯與硫脲反應(yīng)生成異硫脲的過程中，區(qū)域選擇性是一個重要的研究內(nèi)容，它直接影響著產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。苯炔環(huán)上的取代基對反應(yīng)的區(qū)域選擇性有著顯著的影響。當苯炔環(huán)上存在取代基時，取代基的電子效應(yīng)和空間位阻會共同作用，決定親核試劑的進攻位置。如果取代基為供電子基團，如甲基、甲氧基等，它們會通過誘導效應(yīng)和共軛效應(yīng)增加苯炔環(huán)上碳原子的電子云密度。在親核加成反應(yīng)中，親核試劑更傾向于進攻電子云密度相對較低的碳原子，即遠離供電子取代基的位置。在對甲氧基苯炔與硫脲的反應(yīng)中，硫脲的親核進攻主要發(fā)生在遠離甲氧基的碳原子上，生成的異硫脲產(chǎn)物中，取代基與甲氧基處于相對的位置。這是因為供電子基團使得與其相連的碳原子電子云密度增加，降低了該碳原子的親電活性，從而使親核試劑更易進攻其他位置的碳原子。相反，當取代基為吸電子基團，如硝基、氰基等，它們會通過誘導效應(yīng)和共軛效應(yīng)降低苯炔環(huán)上碳原子的電子云密度。在這種情況下，親核試劑更傾向于進攻電子云密度相對較高的碳原子，即靠近吸電子取代基的位置。在對硝基苯炔與硫脲的反應(yīng)中，硫脲的親核進攻主要發(fā)生在靠近硝基的碳原子上，生成的異硫脲產(chǎn)物中，取代基與硝基處于相鄰的位置。這是因為吸電子基團使得與其相連的碳原子電子云密度降低，增強了該碳原子的親電活性，從而吸引親核試劑進攻?？臻g位阻也是影響區(qū)域選擇性的重要因素。當苯炔環(huán)上的取代基體積較大時，會產(chǎn)生較大的空間位阻，阻礙親核試劑向某些位置的進攻。在鄰位有較大取代基的苯炔與硫脲反應(yīng)時，親核試劑會優(yōu)先進攻空間位阻較小的位置。在鄰位有叔丁基取代的苯炔與硫脲反應(yīng)中，由于叔丁基的體積較大，親核試劑很難進攻與叔丁基相鄰的碳原子，而是更傾向于進攻空間位阻較小的另一側(cè)碳原子，從而決定了反應(yīng)的區(qū)域選擇性。此外，反應(yīng)條件如反應(yīng)溶劑、溫度等也會對區(qū)域選擇性產(chǎn)生一定的影響。不同的反應(yīng)溶劑具有不同的極性和溶解性，會影響反應(yīng)物和中間體的穩(wěn)定性和反應(yīng)活性，從而間接影響區(qū)域選擇性。在極性溶劑中，親核試劑的親核性可能會受到溶劑化作用的影響，導致其進攻位置發(fā)生變化。反應(yīng)溫度的變化會影響反應(yīng)的速率和活化能，也可能改變反應(yīng)的區(qū)域選擇性。在較高的溫度下，分子的熱運動加劇，可能會使親核試劑有更多的機會進攻不同的位置，從而降低區(qū)域選擇性。4.4異硫脲產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征與性能分析采用多種先進的分析技術(shù)對合成得到的異硫脲產(chǎn)物進行了全面的結(jié)構(gòu)表征，以確定其化學結(jié)構(gòu)和純度，同時對其在有機合成、藥物化學等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用性能展開了深入分析。核磁共振（NMR）技術(shù)是確定異硫脲產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的重要手段之一。通過1H-NMR譜圖分析，可以獲得分子中氫原子的化學環(huán)境信息。在一些異硫脲產(chǎn)物的1H-NMR譜圖中，與氮原子相連的氫原子，其化學位移通常出現(xiàn)在特定的區(qū)域。由于氮原子的電負性影響，與氮原子直接相連的氫原子周圍電子云密度降低，化學位移向低場移動，一般在6-8ppm左右出現(xiàn)特征峰。通過對不同位置氫原子化學位移的分析，結(jié)合耦合常數(shù)和積分面積等信息，可以準確推斷出分子中氫原子的連接方式和相對位置，從而確定異硫脲產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。13C-NMR譜圖則提供了分子中碳原子的化學環(huán)境信息。在異硫脲產(chǎn)物的13C-NMR譜圖中，與氮、硫原子相連的碳原子的化學位移會發(fā)生特征性的變化，這有助于進一步確定分子的結(jié)構(gòu)。在某些異硫脲化合物中，與硫原子相連的芳環(huán)碳原子的化學位移相對于未取代的芳環(huán)碳原子會向低場移動，這是由于硫原子的電子效應(yīng)影響了芳環(huán)碳原子的電子云密度。質(zhì)譜（MS）分析能夠精確測定異硫脲產(chǎn)物的分子量，為結(jié)構(gòu)確定提供重要依據(jù)。通過高分辨質(zhì)譜（HRMS），可以得到分子的精確質(zhì)量數(shù)，從而確定分子式。在某異硫脲產(chǎn)物的HRMS分析中，測得的分子離子峰的精確質(zhì)量數(shù)與理論計算的分子式C12H13N2S的質(zhì)量數(shù)相符，這進一步驗證了該異硫脲產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。在MS分析中，還可以通過對碎片離子的分析，推斷分子的結(jié)構(gòu)和裂解方式。一些異硫脲產(chǎn)物在質(zhì)譜中會發(fā)生特征性的裂解，產(chǎn)生與異硫脲結(jié)構(gòu)相關(guān)的碎片離子。在某些異硫脲化合物的質(zhì)譜圖中，會出現(xiàn)由于碳-氮鍵或碳-硫鍵斷裂而產(chǎn)生的碎片離子，這些碎片離子的質(zhì)量數(shù)和相對豐度可以提供關(guān)于分子結(jié)構(gòu)的信息。在有機合成領(lǐng)域，異硫脲產(chǎn)物展現(xiàn)出了一定的應(yīng)用潛力。它可以作為有機催化劑，參與多種有機反應(yīng)，如親核取代反應(yīng)、環(huán)化反應(yīng)等。在親核取代反應(yīng)中，異硫脲分子中的氮原子或硫原子能夠作為親核中心，進攻底物分子中的親電中心，促進反應(yīng)的進行。在一些環(huán)化反應(yīng)中，異硫脲可以通過分子內(nèi)的反應(yīng)，形成各種雜環(huán)化合物。在藥物化學領(lǐng)域，對異硫脲產(chǎn)物的生物活性進行了初步研究。通過體外細胞實驗，發(fā)現(xiàn)某些異硫脲衍生物對特定的腫瘤細胞具有一定的抑制作用。在對乳腺癌細胞的抑制實驗中，某異硫脲衍生物能夠顯著抑制乳腺癌細胞的增殖，其抑制效果與藥物濃度呈現(xiàn)一定的劑量-效應(yīng)關(guān)系。這表明異硫脲產(chǎn)物在抗腫瘤藥物研發(fā)方面具有潛在的應(yīng)用價值。異硫脲衍生物還可能具有抗病毒、抗菌等生物活性，為新型藥物的開發(fā)提供了新的方向。五、對比與展望5.1硫醚與異硫脲合成的對比分析5.1.1反應(yīng)條件的異同在以鄰二碘苯產(chǎn)生苯炔用于硫醚和異硫脲的合成反應(yīng)中，反應(yīng)條件存在一定的異同點。在反應(yīng)物比例方面，兩者存在明顯差異。在硫醚合成中，鄰二碘苯、含硫試劑和堿（如NaH）的最佳摩爾比通常為1.5:1.2:1.5。在某些實驗中，當鄰二碘苯用量相對較低時，生成的苯炔中間體不足，導致硫醚產(chǎn)率較低；而當鄰二碘苯用量過高時，會發(fā)生自身偶聯(lián)等副反應(yīng)，降低硫醚的選擇性。含硫試劑和堿的用量也對反應(yīng)結(jié)果有顯著影響，用量不足或過多都會影響硫醚的產(chǎn)率和質(zhì)量。相比之下，在異硫脲合成中，鄰二碘苯、硫脲和堿（如NaH）的最佳摩爾比一般為1.5:1:4。在這個比例下，反應(yīng)能夠取得較好的產(chǎn)率和選擇性。在一些實驗中，當堿的用量不足時，無法有效引發(fā)苯炔的產(chǎn)生，導致異硫脲產(chǎn)率較低；而堿用量過多時，會使反應(yīng)體系堿性過強，引發(fā)副反應(yīng)。反應(yīng)溫度和時間對硫醚和異硫脲合成的影響也有所不同。在硫醚合成中，適宜的反應(yīng)溫度一般為60℃，反應(yīng)時間為3小時。在這個溫度下，分子的熱運動能量適中，反應(yīng)物分子之間的碰撞頻率和有效碰撞幾率較為合適，能夠保證反應(yīng)速率和產(chǎn)率。如果反應(yīng)溫度過低，反應(yīng)速率會很慢，產(chǎn)率也會降低；而溫度過高，則可能引發(fā)副反應(yīng)，導致硫醚產(chǎn)率下降。在某些實驗中，當反應(yīng)溫度升高到90℃時，雖然反應(yīng)速率加快，但硫醚的產(chǎn)率卻下降了，因為高溫導致了鄰二碘苯的分解和苯炔的聚合等副反應(yīng)。在異硫脲合成中，反應(yīng)溫度一般在室溫下即可進行，反應(yīng)時間為8-50小時。這是因為異硫脲合成反應(yīng)相對較為溫和，在室溫下反應(yīng)物分子的活性足以使反應(yīng)進行。但反應(yīng)時間較長，可能是由于反應(yīng)過程中涉及的親核加成和環(huán)化反應(yīng)步驟相對復雜，需要較長時間才能達到反應(yīng)平衡。在一些實驗中，當反應(yīng)時間過短時，反應(yīng)不完全，異硫脲產(chǎn)率較低；而反應(yīng)時間過長，已生成的異硫脲可能會發(fā)生分解或異構(gòu)化等副反應(yīng)。反應(yīng)溶劑的選擇對硫醚和異硫脲合成反應(yīng)均具有重要影響，但具體情況有所不同。在硫醚合成中，常用的反應(yīng)溶劑包括四氫呋喃（THF）、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）等。不同的溶劑對反應(yīng)物的溶解性、分子間的相互作用以及反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性都有影響，從而影響反應(yīng)速率和硫醚的產(chǎn)率。在極性溶劑DMF中，由于其較強的極性，能夠較好地溶解鄰二碘苯、含硫試劑和堿，使得反應(yīng)物分子在溶液中能夠更充分地接觸，反應(yīng)速率相對較快。但極性溶劑也可能對反應(yīng)中間體產(chǎn)生較強的溶劑化作用，穩(wěn)定中間體，使得中間體進一步反應(yīng)生成硫醚的活化能增加，在一定程度上降低硫醚的產(chǎn)率。在DMF溶劑中進行硫醚合成反應(yīng)時，雖然反應(yīng)起始階段速率較快，但最終硫醚的產(chǎn)率卻不如在某些非極性溶劑中高。相比之下，非極性溶劑甲苯對反應(yīng)物的溶解性相對較差，但對反應(yīng)中間體的溶劑化作用較弱，有利于中間體迅速轉(zhuǎn)化為硫醚。在甲苯中進行反應(yīng)時，雖然反應(yīng)速率相對較慢，但硫醚的產(chǎn)率較高。在異硫脲合成中，常用的溶劑包括二甲基乙酰胺（DMA）、四氫呋喃（THF）、甲苯等。其中，將THF和DMA按照一定比例混合作為溶劑時，能夠綜合兩者的優(yōu)點，取得較好的反應(yīng)效果。當THF和DMA的體積比為6:1時，異硫脲的產(chǎn)率可達70%左右，選擇性也較高，達到了85%左右。這是因為THF具有一定的極性和良好的溶解性，能夠較好地溶解反應(yīng)物，使反應(yīng)體系更加均勻，有利于反應(yīng)的進行；而DMA對反應(yīng)中間體的溶劑化作用相對較弱，有利于中間體迅速轉(zhuǎn)化為異硫脲，從而提高異硫脲的產(chǎn)率。5.1.2反應(yīng)機理的差異苯炔與含硫試劑反應(yīng)生成硫醚以及與硫脲反應(yīng)生成異硫脲的反應(yīng)機理存在明顯差異。在硫醚合成中，反應(yīng)機理主要涉及親核加成反應(yīng)路徑。含硫試劑（如硫醇）中的硫原子作為親核中心，利用其孤對電子對苯炔的三鍵發(fā)起進攻。苯炔的三鍵中，π鍵的電子云較為松散，且受到苯環(huán)共軛效應(yīng)和環(huán)張力的影響，使得其碳原子具有一定的親電性質(zhì)，容易受到親核試劑的攻擊。當硫醇與苯炔接觸時，硫原子的電子云與苯炔碳原子的空軌道相互作用，形成一個新的σ鍵。同時，苯炔三鍵中的π鍵電子云發(fā)生極化，電子向另一個碳原子偏移，使得該碳原子帶上部分負電荷，形成一個碳負離子中間體。這個碳負離子中間體具有較高的活性，其電子云分布不均勻，負電荷集中在碳原子上，使得它容易與周圍的分子或離子發(fā)生進一步的反應(yīng)。在形成碳負離子中間體后，體系中的質(zhì)子源（如反應(yīng)溶劑中的微量水或未反應(yīng)的硫醇分子）會提供一個質(zhì)子給碳負離子。質(zhì)子與碳負離子結(jié)合，形成一個新的碳-氫鍵，從而得到加成產(chǎn)物，即硫醚。在異硫脲合成中，反應(yīng)機理則涉及親核加成與環(huán)化反應(yīng)路徑。首先，硫脲分子中的氮原子或硫原子由于具有較高的電子云密度，表現(xiàn)出較強的親核性，對苯炔的三鍵發(fā)起進攻。當硫脲的氮原子作為親核中心時，氮原子利用其孤對電子向苯炔三鍵中的一個碳原子靠近。在這個過程中，氮原子的電子云與苯炔碳原子的空軌道相互作用，形成一個新的σ鍵。同時，苯炔三鍵中的π鍵電子云發(fā)生極化，電子向另一個碳原子偏移，使得該碳原子帶上部分負電荷，形成一個碳負離子中間體。形成碳負離子中間體后，體系中會發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)。碳負離子與硫脲分子中的硫原子之間存在較強的靜電相互作用，碳負離子的電子云會向硫原子偏移，形成一個新的碳-硫鍵，從而完成分子內(nèi)環(huán)化過程，生成異硫脲產(chǎn)物。從反應(yīng)機理的角度來看，硫醚合成主要是通過親核加成反應(yīng)一步完成，而異硫脲合成則需要經(jīng)過親核加成和分子內(nèi)環(huán)化兩個關(guān)鍵步驟。這種反應(yīng)機理的差異導致了兩者在反應(yīng)條件、反應(yīng)速率以及產(chǎn)物結(jié)構(gòu)等方面的不同。在反應(yīng)條件上，異硫脲合成由于涉及分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)，對反應(yīng)體系的環(huán)境要求更為嚴格，需要合適的溶劑和反應(yīng)時間來促進環(huán)化反應(yīng)的進行。在反應(yīng)速率方面，由于硫醚合成反應(yīng)步驟相對簡單，在合適的條件下反應(yīng)速率可能較快；而異硫脲合成反應(yīng)步驟較為復雜，反應(yīng)速率相對較慢。在產(chǎn)物結(jié)構(gòu)上，硫醚分子結(jié)構(gòu)相對較為簡單，而異硫脲分子由于經(jīng)過環(huán)化反應(yīng)，具有獨特的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。5.1.3產(chǎn)物性能的比較硫醚和異硫脲作為兩種不同類型的化合物，其產(chǎn)物性能存在明顯的差異，這些差異決定了它們在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。在物理性質(zhì)方面，硫醚和異硫脲表現(xiàn)出不同的特點。硫醚的熔點、沸點等物理性質(zhì)與其分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。一些含有長鏈烷基的硫醚，由于分子間的范德華力較大，具有較高的熔點和沸點。在溶解性方面，硫醚通常在有機溶劑中具有較好的溶解性，而在水中的溶解性較差。某些脂肪族硫醚在甲苯、四氫呋喃等有機溶劑中能夠很好地溶解，但在水中幾乎不溶。這是因為硫醚分子中的硫原子具有一定的電負性，但與水分子之間難以形成有效的氫鍵作用，導致其在水中的溶解性不佳。相比之下，異硫脲的物理性質(zhì)也受到其分子結(jié)構(gòu)的影響。一些異硫脲化合物由于分子中存在極性基團，如氨基、硫羰基等，使得它們在極性溶劑中具有較好的溶解性。某些含有氨基的異硫脲在水中具有一定的溶解性，這是因為氨基可以與水分子形成氫鍵，從而增加了異硫脲在水中的溶解度。異硫脲的熔點和沸點也與其分子間的相互作用力有關(guān)，一些分子間作用力較強的異硫脲具有較高的熔點和沸點。在化學性質(zhì)方面，硫醚和異硫脲也具有不同的反應(yīng)活性。硫醚具有一定的親核性，其硫原子上的孤對電子能夠參與一些親核反應(yīng)。在一些有機合成反應(yīng)中，硫醚可以作為親核試劑與鹵代烴發(fā)生親核取代反應(yīng)，生成新的含硫化合物。在堿性條件下，硫醚的硫原子可以進攻鹵代烴中的碳原子，發(fā)生取代反應(yīng)，生成硫醚衍生物。然而，硫醚在空氣中相對較為穩(wěn)定，不易被氧化。在常溫下，硫醚在空氣中可以長時間保存而不發(fā)生明顯的變化。異硫脲則具有較強的堿性，其分子中的氮原子上的孤對電子使得它能夠接受質(zhì)子。在一些化學反應(yīng)中，異硫脲可以作為有機堿參與反應(yīng)。在某些酸堿中和反應(yīng)中，異硫脲可以與酸發(fā)生反應(yīng)，形成相應(yīng)的鹽。異硫脲還具有一定的親核性，能夠參與一些親核加成和環(huán)化反應(yīng)。在一些有機合成反應(yīng)中，異硫脲可以與醛、酮等羰基化合物發(fā)生親核加成反應(yīng)，生成新的化合物。在與醛的反應(yīng)中，異硫脲的氮原子可以進攻醛的羰基碳原子，發(fā)生加成反應(yīng)，生成相應(yīng)的加成產(chǎn)物。在應(yīng)用性能方面，硫醚和異硫脲在不同領(lǐng)域展現(xiàn)出各自的優(yōu)勢。在有機合成領(lǐng)域，硫醚常被用作有機合成的中間體，參與各種復雜有機分子的構(gòu)建。在藥物合成中，一些硫醚結(jié)構(gòu)的化合物可以作為藥物分子的關(guān)鍵片段，通過進一步的反應(yīng)修飾，合成具有特定生物活性的藥物。在材料科學領(lǐng)域，硫醚類化合物可用于合成具有特殊性能的聚合物材料，如具有良好導電性和光學性能的有機半導體材料。異硫脲在有機合成中也具有重要的應(yīng)用，它可以作為有機催化劑，促進多種有機反應(yīng)的進行。在藥物化學領(lǐng)域，許多異硫脲衍生物表現(xiàn)出顯著的生物活性，如抗腫瘤、抗病毒、抗菌等活性。在抗腫瘤藥物研發(fā)中，某些異硫脲衍生物能夠抑制腫瘤細胞的生長和增殖，為新型抗腫瘤藥物的開發(fā)提供了潛在的候選化合物。5.2研究成果的總結(jié)與評價本研究成功探索了以鄰二碘苯為前體產(chǎn)生苯炔，并將其應(yīng)用于硫醚及異硫脲合成的新方法，取得了一系列具有重要意義的研究成果。在硫醚合成方面，通過對反應(yīng)體系中反應(yīng)物比例、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間以及反應(yīng)溶劑等因素的系統(tǒng)優(yōu)化，確定了最佳的反應(yīng)條件。在鄰二碘苯、含硫試劑和堿（如NaH）的摩爾比為1.5:1.2:1.5，反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時間為3小時，以甲苯為反應(yīng)溶劑時，硫醚的產(chǎn)率可達75%左右，選擇性也較高。深入探究了反應(yīng)機理，明確了苯炔與含硫試劑通過親核加成反應(yīng)路徑生成硫醚，通過捕獲中間體和波譜分析等手段驗證了反應(yīng)中間體的存在，為反應(yīng)機理的研究提供了堅實的實驗依據(jù)。對硫醚產(chǎn)物進行了全面的結(jié)構(gòu)表征和性能分析，采用核磁共振（NMR）、質(zhì)譜（MS）等技術(shù)確定了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，研究了其物理和化學性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)硫醚在有機合成中可作為中間體參與多種反應(yīng)，在材料科學領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。在異硫脲合成方面，同樣對反應(yīng)條件進行了優(yōu)化。確定了以NaH為金屬氫化物，其與硫脲的摩爾比為4:1，反應(yīng)溶劑為THF和DMA按體積比6:1混合，反應(yīng)時間為3小時的最佳反應(yīng)條件，在此條件下異硫脲的產(chǎn)率可達70%左右，選擇性達到85%左右。研究了反應(yīng)機理，揭示了苯炔與硫脲通過親核加成與環(huán)化反應(yīng)路徑生成異硫脲，其中親核加成反應(yīng)后形成的碳負離子中間體進一步發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)生成異硫脲產(chǎn)物。對苯炔環(huán)上取代基對反應(yīng)區(qū)域選擇性的影響進行了研究，發(fā)現(xiàn)供電子取代基和吸電子取代基會分別影響親核試劑的進攻位置，空間位阻也會對區(qū)域選擇性產(chǎn)生重要影響。對異硫脲產(chǎn)物進行了結(jié)構(gòu)表征和性能分析，通過NMR、MS等技術(shù)確定了產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)異硫脲在有機合成中可作為有機催化劑參與多種反應(yīng)，在藥物化