4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸的合成及应用

4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸是一种‌用于可控自由基聚合的RAFT试剂‌，常温下为粉色粉末。‌‌

主要用途

它最核心的用途是作为RAFT聚合的链转移剂，尤其适用于‌甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酰胺类单体‌的聚合，用来制备分子量可控、分布较窄的聚合物。 在研究中，它也被用于制备具有生物相容性的单分散聚合物，以及构建嵌段共聚物。‌‌

合成方法

向圆底烧瓶中加入甲醇钠（甲醇中25%溶液，25 g，138.9 mmol）和无水甲醇（34.7 g）。在室温下，在氮气氛围中加入元素硫（4.5 g，140.6 mmol），随后滴加苄基氯（8.75 g，69.4 mmol）。将反应混合物置于油浴中加热至67°C，并保持该温度10小时。用冰浴将混合物冷却至 7°C。通过过滤提取沉淀出的盐。在减压下除去溶剂。将溶解在 100 mL 去离子水中的高锰酸钾（IV）（4.70 g，14.27 mmol）在剧烈搅拌下，滴加到平底烧瓶中 50 mL 的该溶液中。过滤生成的红色沉淀，用去离子水洗涤直至洗液呈无色。在室温下真空干燥过夜。将所得的二(硫代苯甲酰)二硫化物用乙醇重结晶。将 4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)（1.76 g，6.93 mmol）和二(硫代苯甲酰)二硫化物（1.29 g，4.25 mmol）溶解于 70 mL 蒸馏乙酸乙酯中。将反应混合物回流 18 小时。在减压下蒸发掉乙酸乙酯。使用 2:3 的乙酸乙酯：己烷溶剂体系，通过柱色谱纯化粗产物。收集红色的馏分，合并后用无水硫酸钠干燥。将所得的油状红色残留物置于-20°C的冷冻柜中。在真空下除去溶剂，进行结晶。使用乙酸乙酯：己烷（2:3）对所得产物再次重结晶得4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸。[1]

在100 mL双颈烧瓶中，将二硫代苯甲酸（4.62 g）和催化量的I₂（50 mg）溶解于15 mL乙酸乙酯中。在剧烈搅拌下，将5 mL乙酸乙酯中含二甲基磺酰氧化物（1.2 g，15 mmol）的溶液缓慢加入到该溶液中。在避光条件下搅拌反应混合物 10 小时。无需进一步纯化，直接将粗二硫化物用于下一步反应。向烧瓶中加入 4,4′-偶氮双(4-氰基戊酸)（6.3 g）和 15 mL 乙酸乙酯。将反应溶液在回流条件下加热 18 小时。在减压下除去乙酸乙酯。以乙酸乙酯：己烷（1:2）为洗脱剂，通过硅胶柱色谱分离粗产物。合并呈粉红色至红色分馏馏分。在减压下除去溶剂得4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸。

向装有回流冷凝管的火焰干燥烧瓶中加入镁屑（10.0 mmol）。加入THF（15 mL）和一粒碘单晶。使反应混合物搅拌10分钟。将溶于THF（15 mL）中的3-溴苯甲醚（1.92 g，10.0 mmol）滴加至混合物中。搅拌混合物30分钟。在室温下向溶液中加入二硫化碳（1.20 mL，20.0 mmol）。搅拌混合物30分钟。将混合物在76°C下回流加热1小时。将混合物冷却至室温。置于冰浴中冷却。向冷却后的溶液中加入γ-丁内酯（0.76 mL，10.0 mmol）。搅拌混合物30分钟。在回流条件下搅拌混合物过夜（16 小时）。用 40 mL 冷的 1:1（v/v）浓盐酸和去离子水淬灭。收集有机层。用 CH₂Cl₂（3 × 30 mL）处理剩余的水相。合并有机层。用 Na₂SO₄ 干燥。在减压下浓缩。用闪式柱色谱（1:9 v/v 乙酸乙酯：己烷）纯化粗产物。在减压下浓缩。将产物溶于乙酸乙酯（80 mL）中。用偶氮双（4-氰戊酸）（2.80 g，10.0 mmol）处理。在氮气氛围下加热至回流。除去溶剂。通过硅胶闪式柱色谱（乙酸乙酯：己烷，4:6（体积比））纯化残留物。在减压下浓缩得4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸。

参考文献

[1]  Rudra, S., Mondal, S., Chakraborty, M., Swamy, M. J., & Jana, T. (2025). RAFT-polymerized thermoresponsive glycopolymer-grafted-nanoparticles: modulation of lectin binding. Biomacromolecules, 26(11), 7576-7594.