N,N'-二邻甲苯基硫脲（CAS号：137-97-3）是一种重要的有机硫化合物，化学式为C₁₆H₁₈N₂S。其结构以硫脲为核心骨架，两端由邻甲苯基（o-甲苯基）取代，形成对称的N,N'-二取代体。这种化合物在有机合成、配位化学和材料科学中具有广泛应用，尤其作为配体或反应中间体发挥作用。下面从化学专业视角，探讨其反应性及其与相关物质的关联。
化合物的基本结构与性质
N,N'-二邻甲苯基硫脲的分子中，硫脲单元（-NH-C(S)-NH-）是反应活性的关键部分。邻甲苯基的引入增强了分子的疏水性和立体位阻，这影响了其溶解度和反应选择性。该化合物呈白色至浅黄色固体，熔点约150-155°C，在有机溶剂如二氯甲烷或乙醇中溶解良好，但水溶性较差。
硫脲类化合物的反应性源于硫原子的高极化性和氮原子的亲核性。硫原子易于氧化或与亲电中心配位，而氮原子可参与氢键或亲核加成。这些性质使N,N'-二邻甲苯基硫脲在多类反应中表现出色。
与金属离子的反应性
N,N'-二邻甲苯基硫脲的主要反应性之一是作为多齿配体与过渡金属离子络合。这与软-硬酸碱理论（HSAB）密切相关，其中硫原子作为软碱，优先与软酸（如Cu⁺、Ag⁺、Hg²⁺）结合。
铜离子（Cu²⁺/Cu⁺）：该化合物可形成稳定的铜络合物，如Cu(L)Cu(L)X（L为配体，X为阴离子）。反应通常在乙醇中进行，伴随颜色变化从无色到蓝色或绿色。这种络合涉及硫和氮的协同配位，常用于分析化学中铜的测定或作为催化剂前体。
银离子（Ag⁺）：硫脲的S原子与Ag⁺形成强配位键，生成沉淀状银硫脲络合物。这在定性分析中常见，用于银的分离。邻甲苯基的立体效应可调控络合物的稳定性，避免过度聚合。
汞离子（Hg²⁺）：高亲和力络合用于汞污染检测。反应机理为硫原子取代Hg²⁺的配体水分子，形成四配位络合物，灵敏度可达ppm级。
这些反应强调了N,N'-二邻甲苯基硫脲作为软Lewis碱的角色，与软金属离子高度相关。在配位化学中，其反应性还延伸到钯（Pd²⁺）和铂（Pt²⁺），用于Suzuki偶联等催化反应。
与氧化剂的反应性
硫脲的硫原子易被氧化，这使其反应性与各种氧化剂相关。氧化过程通常将C=S转化为C=O或生成二硫键，伴随电子转移。
过氧化氢（H₂O₂）或空气氧化：在碱性条件下，N,N'-二邻甲苯基硫脲可缓慢氧化为脲衍生物。反应方程式简化为：R-NH-C(S)-NH-R + H₂O₂ → R-NH-C(O)-NH-R + H₂S（实际更复杂，可能生成亚硫酸盐）。这在生物模拟中相关，因为类似硫脲在过氧化物酶催化下参与氧化还原循环。
卤素氧化剂（如I₂或Br₂）：碘可选择性氧化硫脲，形成碘化物络合中间体。反应速率取决于pH，酸性条件下更快。这种反应用于合成硫代脲衍生物，或在分析中作为氧化还原指示剂。
高锰酸钾（KMnO₄）：强氧化下，完全破坏硫脲结构，生成CO₂和氮氧化物。邻甲苯基残基可能形成苯甲酸等氧化产物。这类反应在环境化学中用于模拟污染物降解。
氧化反应性使该化合物在抗氧化剂设计或自由基捕获中具有潜力，但也需注意其在储存中的稳定性（应避光、避湿）。
与酸/碱及亲电试剂的反应性
作为两性化合物，N,N'-二邻甲苯基硫脲的反应性与质子酸和亲电试剂相关。氮原子可被质子化，硫原子可参与亲核攻击。
强酸（如HCl或H₂SO₄）：在酸介质中，硫脲质子化形成R−NH₂−C(SH)=NH−RR−NH₂−C(SH)=NH−R⁺，增强其作为亲核体的活性。这促进与亲电碳（如醛或酮）的加成，形成噻唑烷环。反应示例：与苯甲醛反应生成1,3-噻唑啉衍生物，用于药物合成。
亲电试剂（如烷基卤化物）：S原子可进行S-烷基化，生成磺酰胺类似物。邻甲苯基的电子给体效应激活了这一过程，提高产率。在有机合成中，这用于构建杂环，如与α-卤代酮反应生成噻唑。
碱性条件：在NaOH中，脱质子形成硫醇负离子R−NH−C(S⁻)−NH−RR−NH−C(S⁻)−NH−R，增加亲核性。随后可与Michael受体（如丙烯酸酯）加成，用于聚合物改性。
这些反应突显其在酸-碱催化的多功能性，常見于绿色合成路线。
实际应用与注意事项
N,N'-二邻甲苯基硫脲的反应性使其在制药（如抗真菌剂前体）、分析化学（金属离子检测）和材料科学（金属有机框架MOFs构建）中广泛应用。例如，在络合物中，其与Cu²⁺的反应可形成荧光探针，用于生物成像。
从安全角度，其反应性也带来风险：氧化产物可能有毒，金属络合需避免重金属暴露。操作时，建议在通风橱中使用，并戴防护装备。
总之，N,N'-二邻甲苯基硫脲的反应性主要与金属离子、氧化剂、酸/碱及亲电试剂相关，这些关联源于其硫脲核心的独特电子结构。通过调控反应条件，可实现选择性转化，推动其在化学领域的创新应用。