CN102079748A - 3，4-乙烯二氧噻吩的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3，4-乙烯二氧噻吩的合成方法，包括：(1)以噻吩和液溴为原料进行溴代反应得到四溴噻吩；(2)将四溴噻吩进行选择性脱溴，得到3，4-二溴噻吩；(3)将3，4-二溴噻吩加入到含有甲醇钠的甲醇溶液，在催化剂作用下发生取代反应；反应产物经过离心洗涤后，用有机溶剂萃取，合并有机层，干燥，得到3，4-二甲氧基噻吩粗品；(4)将3，4-二甲氧基噻吩粗品不经纯化直接与乙二醇进行醚交换反应，即得。本发明方法直接以3，4-二甲氧基噻吩粗品与乙二醇进行醚交换反应，省去了高真空减压蒸馏的纯化操作，精简了现有合成方法的处理过程，降低了能耗，缩短了生产时间，本发明方法总收率较现有技术总收率有显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种杂环化合物的合成方法，尤其3，4-乙烯二氧噻吩的合成方法，属于3，4-乙烯二氧噻吩的合成领域。
背景技术
3，4-乙烯二氧噻吩(EDOT)，英文名3，4-ethylene dioxythiophene，外观为无色或浅黄色透明液体，CAS：126213-50-1，熔点10.5℃，沸点225。最初是作为药物中间体而被发现的，之后，人们发现其聚合物Poly-3，4-ethylenedioxythiophene(PEDT)是一种非常好的高分子材料，具有以下优点：(1)导电率高(其最小表面电阻可达200Ω/cm2)；(2)透明性好；(3)优异的热稳定性、光稳定性及抗水解性；(4)加工容易；是制备有机电致显示、太阳能电池、超级电容器塑料抗静电涂层、照明软片涂层、传感器、腐蚀保护等电子设备的理想材料，因此在众多领域均有着广泛的应用。
关于3，4-乙烯二氧噻吩的合成方法的报道，其中，中国发明专利申请CN101062927A公开了一种以硫代二甘酸为起始原料制备方法，合成路线见图1。
本发明人在公开号为CN101220038A中公开了以噻吩为起始原料的制备方法，其合成路线见图2。该制备方法从化合物3，4-二溴噻吩合成3，4-二甲氧基噻吩时，在其反应完毕时先离心、用大量的有机溶剂提取后，浓缩干有机溶剂得到3，4-二甲氧基噻吩的粗品，再经高真空减压蒸馏得到3，4-二甲氧基噻吩纯品。在制备3，4-二甲氧基噻吩的纯品过程中，需要浓缩大量的有机溶剂，而且需要高真空减压蒸馏的操作过程，这需要相当大的能耗和较长的时间成本，而且在浓缩过程虽然可以回收大部分的溶剂，但总有一部分的有机溶剂消耗掉了，增加了原料的成本，对环境也有一定的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新的3，4-乙烯二氧噻吩的合成方法，该合成方法精简了现有合成方法的处理过程，降低了能耗，缩短了生产时间，提高了总收率并降低了总成本。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种3，4-乙烯二氧噻吩的合成方法，包括以下步骤：(1)以噻吩和液溴为原料进行溴代反应得到四溴噻吩；(2)将四溴噻吩进行选择性脱溴，得到3，4-二溴噻吩；(3)将3，4-二溴噻吩加入到含有甲醇钠的甲醇溶液，在催化剂作用下发生取代反应；反应产物经过离心洗涤后，用有机溶 剂萃取，合并有机层，干燥，得到3，4-二甲氧基噻吩粗品；(4)将3，4-二甲氧基噻吩粗品不经纯化直接与乙二醇进行醚交换反应；反应完成后，加水分液，萃取水层，合并有机层，干燥、浓缩、减压蒸馏，即得。
其中，步骤(3)中所述甲醇溶液中甲醇钠的质量浓度优选为10-50％；所述催化剂优选自氯化亚铜、溴化亚铜、溴化铜、碘化亚铜、碘化钾、氧化亚铜或氧化铜中的任意一种或一种以上按任意质量比例所组成的混合物。
本发明人在做了大量的研究的基础上发现，直接用3，4-二甲氧基噻吩的粗品投下一步反应，对下步反应的收率和纯度几乎没有什么影响，这样就可以省下对3，4-二甲氧基噻吩粗品进行高真空减压蒸馏的纯化操作过程，显著的提高了生产效能，有效的降低了生产成本。
步骤(3)中所述的有机溶剂可以是乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷或甲苯等有机溶剂，本发明人对上述溶剂进行了筛选试验，试验结果发现：选甲苯和苯作萃取溶剂，其用量少，提取次数少，回收率高。此外，更为重要的是，在用甲苯萃取后，不需要再浓缩溶剂甲苯，而是能够直接将提取液投到第(4)步的反应中，这样既降低了能量消耗，减少了时间成本，减少了甲苯的消耗。若是用苯作为萃取溶剂，如果不浓缩溶剂苯，而是直接将提取液投到下面反应中，虽然降低了能量消耗，但是在下步反应时，反应耗时大大延长且反应不完全。
本发明方法直接以3，4-二甲氧基噻吩粗品与乙二醇进行醚交换反应而得到3，4-乙烯二氧噻吩，省去了3，4- 二甲氧基噻吩的高真空减压蒸馏的纯化操作环节，精简了现有合成方法的处理过程，降低了能耗，缩短了生产时间，本发明方法产品总收率较现有技术的总收率提高了5％。
附图说明
图13，4-乙烯二氧噻吩的一种合成路线图。
图23，4-乙烯二氧噻吩的另一种合成路线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
四溴噻吩以及3，4-二溴噻吩的合成按照CN101220038A所公开的方法制备；
将上述3，4-二溴噻吩550g加到甲醇钠甲醇溶液3L中，甲醇钠的质量浓度为20％，加入溴化亚铜80g，升温至回流，反应48小时，反应产物经离心、洗涤后，用3L甲苯分三次萃取，合并甲苯层，无水硫酸钠干燥。过滤除去硫酸钠，向滤液中加入乙二醇880ml，对氨基苯磺酸 24g，升温至回流，反应48小时，气相跟踪，GC显示，原料3，4-二甲氧基噻吩已经反应完全。加水后分液，萃取水层，合并有机层，无水硫酸钠干燥、浓缩(溶剂回收利用)、减压蒸馏后得无色或浅黄色透明液体171g目标物E，即3，4-乙烯二氧噻吩，含量99.51％，合并第三、第四两步的收率，总收率为53％，较CN101062927A中第三步和第四步的总收率48％(第三步的收率80％，第四步收率为60％，)提高了5％。
产物的核磁数据为：1HNMR(CDCl3)δ4.20(s，4H，-OCH2CH2O-)，6.33(s，2H，2-H，5-H)ppm
MS(ESI)m/e：143(M+H)+。
对比实施例1
四溴噻吩以及3，4-二溴噻吩的合成按照CN101220038A所公开的方法制备；
将上述3，4-二溴噻吩550g加到甲醇钠甲醇溶液3L中，甲醇钠的质量浓度为20％，加入溴化亚铜80g，升温至回流，反应48小时，反应产物经离心、洗涤后，用3L苯分三次萃取，合并苯层，无水硫酸钠干燥。过滤除去硫酸钠，向滤液中加入乙二醇880ml，对氨基苯磺酸24g，升温至回流，反应72小时，气相跟踪，GC显示，原料3，4-二甲氧基噻吩只转化了80％左右，始终无法反应完全。
试验例1 萃取溶剂的筛选试验
本试验对本发明方法中第3步反应中所用到的萃取溶剂进行了筛选。所述第3步反应如下：将3，4-二溴噻吩550g加到甲醇钠甲醇溶液3L中，甲醇钠的质量浓度为20％，加入溴化亚铜80g，升温至回流，反应48小时，反应产物经离心、洗涤后，用3L有机溶剂分三次萃取，合并有机溶剂层，无水硫酸钠干燥。
本试验分别用乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、甲苯和苯作为第3步的萃取溶剂进行了试验，试验结果见表1.
表1
| 溶剂 | 每次用量(L) | 提取次数(次) | 溶剂回收比(％) |
| 乙醚 | 5 | 4 | 50 |
| 乙酸乙酯 | 5 | 6 | 87 |
| 二氯甲烷 | 5 | 6 | 65 |
| 甲苯 | 5 | 3 | 96 |
| 苯 | 5 | 3 | 93 |
由溶剂筛选试验得知，选甲苯和苯作提取溶剂，其用量少，提取次数少，回收率高。本发明在用甲苯提取后，不再浓缩溶剂甲苯，而是直接将提取液投到下面反应中，这样既降低了能量消耗，减少了时间成本，减少了甲苯的消耗；而且由于3，4-二甲氧基噻吩粗品投料可以减少3，4-二甲氧基噻吩的纯化环节，可少减少处理过程中不必要的损耗，两步的总收率较现有技术(例如 CN101220038A)中报道两步的总收率还提高了5％。若是用苯提取后，不再浓缩溶剂苯，而是直接将提取液投到下面反应中，这样虽然降低了能量消耗，但是在下步反应时，就算将反应时间由50小时延长到72小时，仍然反应不完全，只能反应80％左右。
Claims (5)
1.一种3，4-乙烯二氧噻吩的合成方法，包括以下步骤：(1)以噻吩和液溴为原料进行溴代反应得到四溴噻吩；(2)将四溴噻吩进行选择性脱溴，得到3，4-二溴噻吩；(3)将3，4-二溴噻吩加入到含有甲醇钠的甲醇溶液，在催化剂作用下发生取代反应；反应产物经过离心洗涤后，用有机溶剂萃取，合并有机层，干燥，得到3，4-二甲氧基噻吩粗品；(4)将3，4-二甲氧基噻吩粗品不经纯化直接与乙二醇进行醚交换反应；反应完成后，加水分液，萃取水层，合并有机层，干燥、浓缩、减压蒸馏，即得。
2.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：步骤(3)中所述的有机溶剂是乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷或甲苯或苯。
3.按照权利要求2所述的合成方法，其特征在于：步骤(3)中所述的有机溶剂是甲苯。
4.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：步骤(3)中所述甲醇溶液中甲醇钠的质量浓度为10-50％。
5.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：步骤(3)中所述催化剂选自氯化亚铜、溴化亚铜、溴化铜、碘化亚铜、碘化钾、氧化亚铜或氧化铜中的任意一种或一种以上按任意质量比例所组成的混合物。
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