CN101343279B

CN101343279B - 二噻吩并[2，3-b；3′，2′-d]噻吩的制备方法

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Publication number: CN101343279B
Application number: CN2007100548340A
Authority: CN
Inventors: 王�华; 王阳光; 王振; 王志华; 赵东锋; 赵春梅
Original assignee: Henan University
Current assignee: Henan University
Priority date: 2007-07-15
Filing date: 2007-07-15
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2027-07-15
Also published as: CN101343279A

Abstract

本发明涉及一种二噻吩并[2，3-b；3′，2′-d]噻吩的制备方法，包括以下步骤：(1)通过对3-溴代噻吩的溴锂交换、氯化铜的氧化偶联制得[3，3’]-联噻吩；(2)将制得的[3，3’]-联噻吩经N-溴代丁二酰亚胺NBS溴代，高产率制得2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩；(3)对2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩用TMS基团保护，制得2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩；(4)对2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩进行溴锂交换与硫代关环可制得2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩；(5)对2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩经三氟乙酸脱保护，制得二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩。本发明采用了助溶的基团TMS保护噻吩环的α活性位，有效地减少了副反应的产生，使得二噻吩并[2，3-b:3′，2′-d]噻吩化合物的制备产率提供到40-47％。

Description

二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的制备方法

技术领域

本发明涉及一种并三噻吩化合物的制备方法，尤其涉及一种二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的制备方法。

背景技术

并三噻吩化合物有六种异构体，如下所示：

并三噻吩的六种同分异构体

这些并三噻吩化合物由于其具有高的电荷迁移率及良好的共轭性在有机导体、有机半导体、有机电致发光材料、有机非线性光学材料、有机薄膜场效应晶体管等方面具有独特的性质，展示出十分活跃的应用前景，近年来倍受有机化学家、材料科学家们的青睐。同时，并三噻吩衍生物在医药、农药、染料等领域也有一定的应用。

目前，研究较多的为并三噻吩化合物的一种同分异构体——二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩(化合物1)的制备，尽管文献已有相关制备方法的报道，但是到目前为止，一直没有一种十分有效的制备方法，从而导致二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的商业价格十分昂贵：$60000/mol(1克包装)或$190000/mol(100毫克包装)(Miyasaka，M.；Rajca，A.J.Org.Chem.2006，71，3264)，由于其价格的昂贵，严重影响到了该种化合物在有机功能材料领域的应用。

1971年，Janssen报道了3-溴代-2-噻吩锂经硫代偶联得化合物2，化合物2经溴锂交换与硫代关环制得二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩(化合物1)，总产率达21％。

化合物1的制备方法(Janssen方法)

De Jong，F.；Janssen，M.J.J.Org.Chem.1971，36，1645-1648

由于其产率较低，后来人们对由化合物2制备化合物1的过程进行了改进，1997年，Iyoda用昂贵的三苯基膦钯催化剂和六甲基二锡可以制备得到二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩(化合物1)，其产率高达78％，此种方法采用的原料价格昂贵，从而造成化合物1的制备成本很高。

.化合物1的制备方法(Iyoda方法-1)

Iyoda，M.；Miura，M.；Sasaki，S.；Kabir，S.M.H.；Kuwatani，Y.；Yoshida，M.Tetrahedron Lett.1997，38，4581-4582

其还采用了另一种方法，即采用氰化亚铜对溴锂交换后的中间体进行络合，再用氧气或氧气与氯化铜共同氧化关环制得二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩(化合物1)，产率在22-47％之间，此种方法使用了剧毒试剂——氰化亚铜，并且在氧化关环的步骤中，以无水氧气的使用产率不高(22％)而将氧气与氯化铜混合使用，使得实验操作变得十分烦琐。

化合物1的的制备方法(Iyoda方法-2)

Kabir，S.M.H.；Miura，M.；Sasaki，S.；Harada，G.；Kuwatani，Y.；Yoshida，M.；Iyoda，M.Heterocycles2000，52，761

2003年，Nenajdenko报道了以2，3，5-三溴代噻吩为原料经三种途径制备出化合物1的方法。这三种途径包括，途径1：由2，3，5-三溴代噻吩经锌粉还原得化合物4，化合物4经溴锂交换、氯化铜氧化关环制得[3，3’]-联噻吩(化合物8)，[3，3’]-联噻吩(化合物8)经N—溴代丁二酰亚胺(NBS)溴代得2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩(化合物3)，2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩(化合物3)经溴锂交换、硫代关环得二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩(化合物1)。途径2：2，3，5-三溴代噻吩经选择性的溴锂交换、硫代偶联制得化合物7，化合物7经锌粉还原制得化合物2，化合物2经溴锂交换、氯化铜偶联关环制得化合物1。途径3：2，3，5-三溴代噻吩经溴锂交换、硫代偶联再溴锂交换、加水猝灭一锅法制得化合物2，化合物2经溴锂交换、氯化铜偶联关环制得二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩(化合物1)。虽然异途同归，三种路径均得到了二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩(化合物1)，然而总产率范围为13—17％，而最后的关环步骤的产率仅为31—29％。

化合物1的制备方法(Nenajdenko方法)

Nenajdenko，V.G.；Gribkov，D.V.；Sumerin，V.V.；Balenkova，E.S.Synthesis2003，(1)，124

最新的有关化合物1的制备方法的报道来自美国内布拉斯加大学的Rajca博士课题组，2006年该课题组报道了利用无水氯化锌对化合物2经溴锂交换后的中间体进行络合，制备有机锌中间体，随后再进行氯化铜氧化关环制备出化合物1，利用这种改进了以前的方法，使得从3-溴代噻吩到化合物1的总产率达到31-41％。

化合物1的制备方法(Rajca方法)

Miyasaka，M.；Rajca，A.J.Org.Chem.2006，71，3264.

综上所述，到目前为止，二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩(化合物1)的各种制备方法主要是对Janssen方法的改良，但并没有得到十分有效易行的方法。学者们一直在期待一种高产率的制备二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的制备方法，以提高产率，降低生产成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案在于采用了一种二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过对3-溴代噻吩的溴锂交换、氯化铜的氧化偶联制得[3，3’]-联噻吩；

(2)将制得的[3，3’]-联噻吩经N-溴代丁二酰亚胺NBS溴代，高产率制得2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩；

(3)对2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩用TMS基团保护，制得2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩；

(4)对2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩进行溴锂交换与硫代关环可制得2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩；

(5)对2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩经三氟乙酸脱保护，制得二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩。

步骤(1)的具体反应过程为：将1—30g的反应物3-溴代噻吩溶解于无水乙醚中，降低温度至-70至-80℃，滴加1.01当量的n-BuLi，在-70至-80℃的温度下保持0.5—1h；加入1.01当量的无水CuCl₂，缓慢升温至室温，搅拌过夜；加水淬灭反应，加乙醚萃取，经洗涤，干燥，旋干得粗产品；将粗产品用硅胶柱层析分离得白色晶体[3，3’]-联噻吩。

步骤(2)的具体反应过程为：将制得的[3，3’]-联噻吩1—20g，溶解于HOAc-CHCl₃(v/v＝1:1)混合溶剂中，加入2.4当量的N-溴代丁二酰亚胺NBS，室温下搅拌0.5—1h；反应液加水淬灭，加氯仿萃取，合并有机相，经洗涤，干燥，旋干得粗产品；将粗产品用硅胶柱层析分离(洗脱剂：石油醚)得白色晶体化合物2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩。

步骤(3)的具体反应过程为：制备二异丙基胺基锂LDA，将2.3当量的二异丙基胺基锂LDA在-70至-80℃的温度下滴加至化合物2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩的无水乙醚溶液中，在0℃的温度下保持2h；降温至-70至-80℃，加入5当量TMSX，自然升温至室温；加水淬灭反应，乙醚萃取，合并有机相，经洗涤，干燥，旋干得粗产品；将粗产品用硅胶柱层析分离得2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩。

所述的TMSX中的X为Cl、Br或I。

所述的TMSX中的X优选为Cl。

步骤(4)的具体反应过程为：将2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩溶解于无水乙醚中，降低温度至-70至-80℃，滴加4.6当量的t-BuLi(5.0mmol)，在-70至-80℃的温度下保持1-2h，加入1.0当量的无水(PhSO₂)₂S，缓慢升温至室温，搅拌过夜；加水淬灭反应，加乙醚萃取，合并有机相，经洗涤，干燥，旋干得粗产品；将粗产品用硅胶柱层析分离得白色晶体化合物2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩。

步骤(5)的具体反应过程为：将制得的2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩溶解于氯仿中，滴加入三氟乙酸在室温下搅拌30min，加水淬灭，然后用氯仿萃取，经洗涤，干燥，旋转蒸发除去溶剂，得白色化合物二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩。

本发明采用的方法通过对2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩用TMS基团保护，高收率(89％)制得2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩，而对2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩用特丁基锂进行溴锂交换与硫代关环可制得2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩，得到65％满意的产率，若用正丁基锂进行溴锂交换，硫代关环后的产率也有52％。其后的脱保护过程十分高效，在三氟乙酸存在的条件下，高产率(98％)获得目标产物二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩。本发明以3-溴噻吩为原料制得的二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的总产率高达40—47％。其中，所用到的TMSC1便宜易得，三氟乙酸脱保护高效易行。本发明采用了助溶的基团TMS保护噻吩环的α活性位，有效地减少了副反应的产生，使得二噻吩并[2，3-b：3＇，2＇-d]噻吩化合物的制备产率提供到40—47％，比2006年最新报道的Rajca方法高出较多。本发明的合成工艺具有操作性，反应条件涉及无水、无氧与低温，适宜于精细化工制备，具有很好的社会价值和经济价值。

本发明的反应过程如下：

附图说明

图1为本发明的[3，3’]-联噻吩的氢谱；

图2为本发明的[3，3’]-联噻吩的碳谱；

图3为本发明的2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩的氢谱；

图4为本发明的2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩的碳谱；

图5为本发明的2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩的氢谱；

图6为本发明的2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩的碳谱；

图7为本发明的2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩的质谱；

图8为本发明的2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的氢谱；

图9为本发明的2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的碳谱；

图10为本发明的2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的质谱；

图11为本发明的二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的氢谱；

图12为本发明的二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的碳谱；

图13为本发明的二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的质谱。

具体实施方式

本发明的制备方法具体如下：

(1)[3，3’]-联噻吩的制备

将反应物3-溴代噻吩(20.0g，0.123mol)溶解于无水乙醚中，降低温度至-78℃，滴加n-BuLi(0.124mol)，保持-78℃1h。加入无水CuCl₂(0.124mol)，缓慢升温至室温，搅拌过夜。加水淬灭反应，加乙醚萃取，经5％的稀盐酸、蒸馏水、饱和碳酸氢钠、蒸馏水洗涤，无水硫酸镁干燥，旋干得粗产品。将粗产品用硅胶柱层析分离(洗脱剂：石油醚)得白色晶体化合物8(8.90g，87.3％)。

[3，3’]-联噻吩的分析：Mp(capillary)132-133℃(lit.131-132℃).¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ7.38(2H，s)，7.36(2H，d，J＝5.0Hz)，7.34(2H，d，J＝5.0Hz).¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)：δ137.21，126.32，126.03，119.74。(见图1、图2)

(2)2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩的制备

将[3，3’]-联噻吩(3.00g，18.0mmol)溶解于HOAc-CHCl₃(v/v＝1:1)混合溶剂中，加入NBS(37.0mmol)，室温下搅拌1h。反应液加水淬灭，加氯仿萃取，合并有机相，经NaHCO₃、蒸馏水洗涤，无水硫酸镁干燥，旋干得粗产品。将粗产品用硅胶柱层析分离(洗脱剂：石油醚)得白色晶体化合物2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩(5.79g，99％)。在1.00-3.00g的投料范围进行了5次重复实验，产率范围：90.5-99.0％，平均产率为95％。

2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩的分析：Mp80-81℃(lit.81-82℃).¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ7.28(2H，d，J＝5.6Hz)，7.09(2H，d，J＝5.6Hz).¹³CNMR(100MHz，CDCl₃)：δ135.28，129.10，125.59，111.14。(见图3、图4)

(3)2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩的制备

15mL无水乙醚加入二异丙基胺(5.2mL)，0℃下滴加n-BuLi(37.0mmol)，在0℃的温度下保持30min制得LDA，将LDA在-78℃条件下滴加至2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩(16.8mmol)的无水乙醚溶液中，保持0℃2h。降温至-78℃，加入TMSCl(10.8mL)，自然升温至室温。加水淬灭反应，乙醚萃取，合并有机相，经5％柠檬酸、蒸馏水洗涤，无水硫酸镁干燥，旋干得粗产品。将粗产品用硅胶柱层析分离(洗脱剂：石油醚)得2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩(7.00g，89.1％)。化合物3以4.44g和5.79g投料，重复反应得到2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩的产率分别为89.5％和88.4％，平均产率为89.1％。

2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩的分析：Mp79-81℃.¹HNMR(400MHz，CDCl₃)δ7.15(2H，s)，0.32(18H，s).¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)：δ141.72，136.99，136.00，115.74，0.02[J(²⁹Si-¹³C)＝54Hz].MS(EI，70eV)：m/z＝568(14)[M⁺]，453(67)[M⁺-CH₃].Anal.Calcd for C₁₄H₂₀Br₂S₂Si₂(468.42)：C，35.90；H，4.30；S，13.69.Found：C，35.33；H，4.40；S，13.46.IR(KBr)：3095，3078，2927，2857(C-H)cm^-1。(见图5、图6、图7)

(4)2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的制备

将2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩(2.13mmol)溶解于无水乙醚中，降低温度至-78℃，滴加t-BuLi(5.0mmol)，保持-78℃2h，加入无水(PhSO₂)₂S(2.15mmol)，缓慢升温至室温，搅拌过夜。加水淬灭反应，加乙醚萃取，合并有机相，加饱和氯化钠、蒸馏水洗涤，无水硫酸镁干燥，旋干得粗产品。将粗产品用硅胶柱层析分离(洗脱剂:石油醚)得白色晶体化合物2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩(0.47g，64.8％)。若以n-BuLi代替t-BuLi，以1.00g投料量重复两次反应，制备2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的产率为51.0％和52.4％。

2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b:3’，2’-d]噻吩的分析：Mp49-50℃.¹HNMR(400MHz，CDCl₃)δ7.47(2H，s)，0.37(18H，s).¹³C NMR(100MHz，CDC13)：δ144.51，144.06，139.80，125.06，-0.28.MS(EI，70eV)：m/z＝340(77)[M⁺]，325(100)[M⁺-CH₃].Anal.Calcd for C₁₄H₂₀S₃Si₂(340.67)：C，49.36；H，5.92；S，28.24.Found：C，49.30；H，5.83；S，27.74。(见图8、图9、图10)

(5)二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的制备

将2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩(6.19mmol)溶解于氯仿中，滴加入三氟乙酸(TFA，2.0mL)在室温下搅拌10min，加水淬灭，然后用氯仿萃取，用饱和NaHCO₃、蒸馏水洗涤，无水MgSO₄干燥，旋转蒸发除去溶剂，得白色化合物二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩(1.20g，98.7％)。

二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的分析：Mp84-85℃.¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ7.40(2H，d，J＝5.2Hz)，7.38(2H，d，J＝5.2Hz).¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)：δ139.00，138.29，127.53，118.79.MS(EI，70eV)：m/z＝196(100)[M⁺]。(见图11、图12、图13)

本发明所用到的仪器名称与型号：TX4-100显微熔点仪(温度计未校正)；BrukerAV-400型核磁共振仪(CDCl₃做溶剂，氢谱内标：7.26ppm，碳谱内标：77.0ppm)；Finnigan TraceDSQ GC-MS质谱仪(电子能量为70eV，直接进样)以及Agilent6890-5973N型GC-MS质谱仪(电子能量为70eV)测定低分辩质谱。

药品试剂：n-BuLi、二异丙基胺为Acros公司产品，TMSCl、CuCl₂为Aldrich公司产品，NBS、TFA为分析纯。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(5)对2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩经三氟乙酸脱保护，制得二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩；

其中，步骤(1)的具体反应过程为：将1-30g的反应物3-溴代噻吩溶解于无水乙醚中，降低温度至-70至-80℃，滴加1.01当量的n-BuLi，在-70至-80℃的温度下保持0.5-1h；加入1.01当量的无水CuCl₂，缓慢升温至室温，搅拌过夜；加水淬灭反应，加乙醚萃取，经洗涤，干燥，旋干得粗产品；将粗产品用硅胶柱层析分离得白色晶体[3，3’]-联噻吩；

步骤(2)的具体反应过程为：将制得的[3，3’]-联噻吩1-20g，溶解于v/v＝1∶1的HOAc-CHCl₃混合溶剂中，加入2.4当量的N-溴代丁二酰亚胺NBS，室温下搅拌0.5-1h；反应液加水淬灭，加氯仿萃取，合并有机相，经洗涤，干燥，旋干得粗产品；将粗产品以石油醚为洗脱剂用硅胶柱层析分离得白色晶体化合物2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩；

步骤(3)的具体反应过程为：制备二异丙基胺基锂LDA，将2.3当量的二异丙基胺基锂LDA在-70至-80℃的温度下滴加至化合物2，2’-二溴代-[3，3’]联噻吩的无水乙醚溶液中，在0℃的温度下保持2h；降温至-70至-80℃，加入5当量TMSX，自然升温至室温；加水淬灭反应，乙醚萃取，合并有机相，经洗涤，干燥，旋干得粗产品；将粗产品用硅胶柱层析分离得2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩；所述的TMSX中的X为Cl、Br或I；

步骤(4)的具体反应过程为：将2，2’-二溴代-5，5’-二(三甲基硅基)-[3，3’]-联噻吩溶解于无水乙醚中，降低温度至-70至-80℃，滴加4.6当量5.0mmol的t-BuLi，在-70至-80℃的温度下保持1-2h，加入1.0当量的无水(PhSO₂)₂S，缓慢升温至室温，搅拌过夜；加水淬灭反应，加乙醚萃取，合并有机相，经洗涤，干燥，旋干得粗产品；将粗产品用硅胶柱层析分离得白色晶体化合物2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩；

步骤5)的具体反应过程为：2，5-二(三甲基硅基)-二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩溶解于氯仿中，滴加入三氟乙酸在室温下搅拌10min，加水淬灭，然后用氯仿萃取，经洗涤，干燥，旋转蒸发除去溶剂，得白色化合物二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩。

2.根据权利要求1所述的二噻吩并[2，3-b；3’，2’-d]噻吩的制备方法，其特征在于：所述的TMSX中的X为Cl。