CN102924471B - 一种3,4-乙烯二氧噻吩的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种制备3，4-乙烯二氧噻吩的方法，是利用微波加热方式进行合成，可使得3，4-乙烯二氧噻吩的制备产率大幅提升，并能减少整体反应的时间与加热期间的能源耗损，减少溶剂的使用量，并减少对环境的危害。

Description

一种3,4-乙烯二氧噻吩的制造方法

技术领域

本发明是有关于一种制备3，4-乙烯二氧噻吩的方法，特别是有关于一种利用微波法取代传统加热法，提升3，4-乙烯二氧噻吩产率的制造方法。

背景技术

本领域熟知3，4-乙烯二氧噻吩(3，4-ethylenedioxythiophene，EDOT)是用来制备聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)的单体。由于聚乙烯二氧噻吩具有高导电率、高透明度、耐热性佳、抗水解性佳及易于加工的特性，因此常被用以制备有机发光二极管(OLED)、太阳能电池、有机薄膜晶体管(OTFT)、超级电容器、可挠式电子纸等装置的电子传输层，在光电领域的应用相当广泛。

关于3，4-乙烯二氧噻吩的合成方法已有许多学者研究与讨论，然而，本领域熟知合成3，4-乙烯二氧噻吩的方法仍存在有产率低、反应时间长或制备过程易造成环境污染等问题。

早于2000年Groenendaal与Jonas等人即已提出将硫代二乙酸借由加热的方式，借由酯化、缩合、醚化、水解及脱羧等五个步骤合成出EDOT。虽然此方法的反应起始物来源稳定且反应条件较为温和，但却有反应耗时久、产率低等问题，故无法有效率地制备EDOT。(Adv.Mater.2000，12，481)

Fredrik等人于2004年揭示一种制备步骤较为简易的EDOT的制备方法。但此法所使用的起始物2，3-dimethoxy-1，3-butadiene取得不易且单体价格昂贵，使得制备成本大幅提升且不利于工业上的大量制造。(Tetrahedron Letters 2004，45，6049)

此外，另有许多学者分别着力于不同起始物、溶剂或是催化剂等的置换，使得合成步骤中某一步骤的制备过程得以改善并提升产率，以期得到较高的整体产率来制备EDOT。例如，Halfpenny等人于2001年以2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基二钠噻吩作为起始物和卤烷化物反应，再加以水解，最后以喹啉作为溶剂及氧化亚铜作为催化剂经脱羧反应后而得到EDOT。但此制备过程有溶剂残留量过高且溶剂具有毒性而不适用于大量生产等问题，且产率提升效果仍有 限。(J.Chem.Soc.Perkin Trans.12001，2595)

因此开发一种高产率、反应速率快及制备过程环保的3，4-乙烯二氧噻吩的制造方法是仍有其需要性的。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种提高3，4-乙烯二氧噻吩产率的制造方法。

根据本发明所指出的制备3，4-乙烯二氧噻吩的方法，包含下列步骤：(a)提供一硫代二乙酸(2，2’-thiodiacetic acid)，使其与一乙醇混合，并添加硫酸作为催化剂，于一频率为2.45GHz的微波反应器中，以功率为500～1000W的条件，进行酯化反应15～30分钟，以制得一硫代二乙酸二乙酯(Diethyl thioglycolate)；(b)将该硫代二乙酸二乙酯与一草酸二乙酯(diethyl oxalate)混合，并加入一含有第一电子给予体(electron donor)的第一溶液中，于该微波反应器内，以功率为100～500W的条件，进行缩合反应20～60分钟，以制得一2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基噻吩(2，5-diethoxycarbonyl-3，4-dihydroxythiophene)；(c)使该2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基噻吩与一1，2-二卤乙烷混合，并加入一含有第二电子给予体(electron donor)成分的第二溶液中，于该微波反应器内，以功率为500～1000W的条件，进行醚化反应不多于30分钟，以制得一2，5-二羧酸二乙酯-3，4-乙烯二氧噻吩(2，5-diethoxycarbonyl-3，4-ethylenedioxythiophene)；(d)将该2，5-二羧酸二乙酯-3，4-乙烯二氧噻吩与一氢氧化钠混合后，于该微波反应器内，以功率为500～1200W的条件，进行水解反应不多于20分钟，以制得一2，5-二羧酸-3，4-乙烯二氧噻吩(2，5-dicarboxy-3，4-ethylenedioxythiophene)；以及(e)将该2，5-二羧酸-3，4-乙烯二氧噻吩与一亚铬酸铜(Cu2Cr2O5)混合后，于该微波反应器内，以功率为500～1200W的条件，进行脱羧反应不多于30分钟，以制得一3，4-乙烯二氧噻吩(3，4-ethylenedioxythiophene)。

根据本发明所述的制备方法，其具有反应条件温和、制备过程环保等优点，因此对于环境的污染性低。另外，本发明的制备方法尚具有反应速率快、产率高而能够有效率地制备3，4-乙烯二氧噻吩...等优点。

故而本发明所指出的制备方法已可充分解决本领域熟知的制备3，4-乙烯二氧噻吩时，起始物具有毒性或来源不稳定、反应时间耗时、生产成本高，及整体产率低落而无法有效率地大量提供与生产等问题。

具体实施方式

为了达到上述目的，根据本发明所述的制备方法包含下列步骤：

提供一硫代二乙酸，使其与一乙醇混合，并添加硫酸作为催化剂，于一频率为2.45GHz的微波反应器中，以功率为500～1000W的条件，进行酯化反应15～30分钟，以制得一硫代二乙酸二乙酯，如下式(A)所示。

根据本发明所述的微波反应器，是借由调整不同功率，于其腔体内部进行反应。本领域熟知，利用微波反应器加热以取代传统加热(例如：水浴加热、酒精灯加热、加热包加热等)方法应用在有机合成领域已被大量揭示。微波加热反应是利用反应溶液中的极性分子在一电磁场中受到电磁波效应而振动，这些分子来回地碰撞进而摩擦生热，使反应溶液可均匀地受热并在短时间内到达设定的高温，有效克服解决传统加热方法因受热不均匀所产生的温度梯度。另外，由于微波加热反应可使反应物具有稳定中间态、减少加热反应时间等优点，利用微波反应器加热以取代传统加热方法应用于本发明中，亦可大幅减少操作的危险性。

前述酯化反应为熟知的费歇尔酯化反应(Fischer esterification)。根据本发明中的酯化反应，所使用催化剂的作用在于使羧酸中的羰基质子化，并增强羰基中碳的亲电性，使反应速率加快。可应用于本发明中的酯化反应的催化剂，包含但不仅限于，硫酸、盐酸、对甲苯磺酸(4-methylbenzenesulfonic acid)，或它们的混合液。

熟知，费歇尔酯化反应产物中的水会与酯发生逆反应，使得酯的转化率下降，而无法得到较高的收率。因此，本领域技术人员，于进行酯化反应时装置一除水装置，以减少逆反应的发生。在本发明中使用的微波反应器加热方式进行酯化反应时，不需装置一除水装置，即可得到一较佳的收率。

本发明中所述的收率(yield)，是指实际获得的产物重量与理论计算所得的产物重量的比率。其中，实际获得的产物重量特别是指经过纯化后的产物重量，而不包含其它的副产物或是溶剂等不纯物。收率的计算方式如下式(I)所示：

收率(yield)＝(实际获得产物重量)/(理论产物重量)×100％(I)

酯化反应中，硫代二乙酸与乙醇的当量数比为1∶6～12时，具有较佳的反应收率。

在本发明所述的酯化反应中，硫酸是作为酯化反应的催化剂，但若硫酸的添加量过高，会促使产物酯的水解，因而降低收率。因此，硫酸与硫代二乙酸的当量数比值，较佳为不大于1，更佳为介于0.25～1的范围内，可达到良好的反应收率。

根据本发明所述的酯化反应，所选用的溶剂甲苯，会与水共沸，可加速去除水分以提升收率。

接着，将该硫代二乙酸二乙酯与一草酸二乙酯混合，并加入一含有第一电子给予体的的第一溶液中，于所述微波反应器内，以功率为100～500W的条件，进行缩合反应20～60分钟，以制得一2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基噻吩，如下式(B)所示。

前述缩合反应为熟知的Hinsberg缩合反应(Hinsberg condensation)。在本发明所述的缩合反应中，硫代二乙酸二乙酯与草酸二乙酯的当量数比为1∶1～2时，可得到较佳的收率。

根据本发明中所述的电子给予体，是可提供电子于另一反应分子，是为一还原剂；同时，电子给予体是经一氧化反应，狭义来说，电子给予体即为路易斯碱(Lewis base)。在本发明中所述的第一电子给予体，提供电子于硫代二乙酸二乙酯，使该分子上得到具有反应活性的自由基(radical)，而利于与草酸二乙酯进行反应，进一步形成2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基噻吩。

在本发明所述的缩合反应中，第一电子给予体与硫代二乙酸二乙酯的当量数比值以不小于2为较佳，又以2～4为更佳。

可应用于本发明中的第一电子给予体并无特别的限制，本领域技术人员可依实施的便利性加以选用，包含但不仅限于，醇盐、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐、有机胺或其组合。

可作为本发明中第一电子给予体的醇盐的具体实例，包含但不仅限于乙醇钠。

可作为本发明中第一电子给予体的碱金属氢氧化物的具体实例，包含但不仅限于氢氧化钠、氢氧化钾。

可作为本发明中第一电子给予体的碱土金属氢氧化物的具体实例，包含但不仅限于氢氧化镁。

可作为本发明中第一电子给予体的碳酸氢盐的具体实例，包含但不仅限于碳酸氢钠、碳酸氢钾。

可作为本发明中第一电子给予体的碳酸盐的具体实例，包含但不仅限于碳酸钠、碳酸钾。

可作为本发明中第一电子给予体的有机胺的具体实例，包含但不仅限于三乙胺。

于本发明中的缩合反应，若操作温度过高易导致草酸二乙酯的分解，使得反应效率差，整体收率下降。因此，缩合反应的操作温度，较佳为不高于80℃。此外，当Hinsberg缩合反应的操作温度介于60～80℃时，将有利于合环反应后草酸二乙酯中的乙氧基(Ethoxy)的离去，促使反应的发生。因此，缩合反应的操作温度，更佳为介于60～80℃的范围。

随后，使该2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基噻吩与一1，2-二卤乙烷混合，并加入一含有第二电子给予体的的第二溶液中，于该微波反应器内，以功率为500～1000W的条件，进行醚化反应不多于30分钟，以制得一2，5-二羧酸二乙酯-3，4-乙烯二氧噻吩，如下式(C)所示。

前述醚化反应为熟知的Williamson醚化反应(Williamson etherification)。在本发明所述的醚化反应中，2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基噻吩与1，2-二卤乙烷的当量数比为1∶1～3时，具有较佳的收率。

可应用于本发明中的1，2-二卤乙烷为1，2-二氯乙烷、1，2-二溴乙烷或1，2-二碘乙烷。本发明1，2-二卤乙烷中的卤素离子是作为可吸附电荷并使电荷脱离的离去基(leaving group)。最容易脱离的离去基，是与碳之间的键能很弱的 离去基，与易于吸附电荷的离去基。由于键能大小为C-I＜C-Br＜C-Cl，离去基作用力以碘为最大，溴次之，氯为最弱。但碘化烷难以制备，价格最贵，也是最难以取得；而氯化烷较不易发生SN2反应，为了取得的便利性及反应效率，常作为离去基的反应物以溴化烷为较佳。

此外，在本发明中所述的第二电子给予体，提供电子于2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基噻吩，使该分子上得到具有反应活性的自由基(radical)，以利于因离去基作用而脱离电荷的1，2-二卤乙烷与2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基噻吩进行亲核反应(nucleophilic reaction)，进而形成2，5-二羧酸二乙酯-3，4-乙烯二氧噻吩。

在本发明所述的醚化反应中，第二电子给予体与2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基噻吩的当量数比值以不小于2为较佳，又以介于2～4的范围为更佳。

可应用于本发明中的第二电子给予体并无特别的限制，本领域技术人员可依实施的便利性加以选用，包含但不仅限于，醇盐、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐、有机胺或其组合。

可作为本发明中第二电子给予体的醇盐的具体实例，包含但不仅限于乙醇钠。

可作为本发明中第二电子给予体的碱金属氢氧化物的具体实例，包含但不仅限于氢氧化钠、氢氧化钾。

可作为本发明中第二电子给予体的碱土金属氢氧化物的具体实例，包含但不仅限于氢氧化镁。

可作为本发明中第二电子给予体的碳酸氢盐的具体实例，包含但不仅限于碳酸氢钠、碳酸氢钾。

可作为本发明中第二电子给予体的碳酸盐的具体实例，包含但不仅限于碳酸钠、碳酸钾。

可作为本发明中第二电子给予体的有机胺的具体实例，包含但不仅限于三乙胺。

此外，第一电子给予体与第二电子给予体的种类可分别依使用需求选用，两者可为相同或不同。

另外，将所述2，5-二羧酸二乙酯-3，4-乙烯二氧噻吩与一氢氧化钠混合后，于该微波反应器内，以功率为500～1200W的条件，进行水解反应不多于20分钟，以制得一2，5-二羧酸-3，4-乙烯二氧噻吩，如下式(D)所示。

在本发明所述的水解反应中，2，5-二羧酸二乙酯-3，4-乙烯二氧噻吩与氢氧化钠的当量数比为1∶3～5，具有较佳的反应收率。

前述的水解反应时间较佳为不多于20分钟，更佳为介于5～10分钟，可更有效率地制备得产物。

随后，将该2，5-二羧酸-3，4-乙烯二氧噻吩与一亚铬酸铜混合，于该微波反应器内，以功率为500～1200W的条件，进行脱羧反应不多于30分钟，以制得一3，4-乙烯二氧噻吩，即如下式(E)所示。

本领域熟知，亚铬酸铜是作为脱羧反应中的催化剂。在本发明所述的脱羧反应中，2，5-二羧酸-3，4-乙烯二氧噻吩与亚铬酸铜的当量数比为1∶0.2～0.7，具有较佳的反应收率。

可应用于本发明中的脱羧反应的溶剂，包含但不仅限于，二甲基甲酰胺(DMF，Dimethyl formamide)、喹啉(quinoline)，或二甲基亚砜(DMSO，Dimethyl sulfoxide)。

本领域技术人员，借由本发明的说明，当可了解到，为避免在高功率条件操作微波反应器时，因加热速率过快或是温度过高时可能产生的不安全性，在操作本发明中所述的酯化、缩合、醚化、水解及脱羧等反应时，可在微波反应器装置一控温系统或是一加压系统，用以控制或避免过高的反应温度，并降低操作时的危险性。

本发明为克服现有技术的问题，获致的功效相较于本领域熟知的技术具有优越性。

以下列举数个实施例以更详尽阐述本发明的方法，然其仅为例示说明之用，并非用以限定本发明，本发明的保护范围当以后附的权利要求书所界定者为准。

实施例

A.酯化反应：硫代二乙酸二乙酯的制备

实施例A1：

取15.015公克硫代二乙酸(2，2’-thiodiacetic acid，Acros，比利时)、55.284公克乙醇(ECHO，台湾)，和4.9公克硫酸(Sigma-Aldrich，瑞士)，加入至20公克甲苯(ECHO，台湾)中，混合搅拌待完全溶解后，移至微波反应器，调整频率为2.45GHz，微波功率设定为500瓦，反应时间30分钟。

并在微波反应器外架设Dean-Stark除水装置以进行除水，其加热过程的溶液温度约86～87℃并回流。反应结束后降温，并以NaOH水溶液滴定至pH 7～7.5以中止反应。利用乙酸乙酯/正己烷(9/1)和饱和食盐水萃取三次，取出有机层后以无水硫酸镁干燥、过滤。经旋转浓缩去除溶剂后减压干燥，得产物硫代二乙酸二乙酯(diethyl thioglycolate)17.1公克，收率为83.0％。

实施例A2：

实施方式如实施例A1所述，但将微波功率设定为750瓦，反应时间20分钟。可得到92.7％的收率。 

实施例A3：

实施方式如实施例A1所述，但将微波功率设定为850瓦，反应时间17分钟。可得到87.6％的收率。 

实施例A4：

实施方式如实施例A1所述，但将微波功率设定为850瓦，反应时间20分钟。可得到89.2％的收率。 

实施例A5：

实施方式如实施例A1所述，但将微波功率设定为1000瓦，反应时间15分钟。可得到81.6％的收率。 

实施例A6：

实施方式如实施例A2所述，但不使用甲苯，也不需要在微波反应器外架设Dean-Stark除水装置以进行除水。可得到95.1％的收率。

比较例A1：

实施方式如实施例A1所述，但以酒精灯加热方式取代微波反应器反应，控制加热温度于80℃，加热20分钟，加热期间需架设Dean-Stark除水装置以进行除水。得到收率为61.2％。

比较例A2：

实施方式如比较例A1所述，但加热时间为240分钟。得到收率为75.0％。

比较例A3：

实施方式如比较例A1所述，但不使用甲苯，也不在加热期间架设Dean-Stark除水装置。得到收率为50.8％。

酯化反应的实施例及比较例的反应条件汇整如表1所述。

表1.酯化反应的实施例及比较例的反应条件

由表1可知，相较于以传统酒精灯或水浴加热方式进行酯化反应的比较例A1、A2、A3，其反应时间过长且收率提升有限，不具产业的利用性；使用微波反应器加热可获致较熟知加热法有较佳的收率，甚至不需架设除水装置以除水，可达到更好的收率，有效解决现有技术需架设除水装置的问题，并可减少溶剂的使用量，更利于实施操作、节省能源及具制备过程环保性。实施例A6即为一较佳的实施方式，不需使用除水装置，所得到的收率即高达95.1％。

B.缩合反应：2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基噻吩的制备

实施例B1：

取实施例A6的产物10.3公克与10.96公克的草酸二乙酯(Diethyl oxylate，Acros，比利时)混合后，利用冰浴以控制温度在0～10℃的范围，再逐滴加入含有25％乙醇钠(Acros，比利时)的乙醇(ECHO，台湾)溶液中，加入完毕经充分搅拌混合后，再移至微波反应器，调整频率为2.45GHz，微波功率设定为100瓦，反应时间60分钟，反应温度维持在68℃。随后利用盐酸(Scharlau，澳洲)滴定至pH 7～7.5以中止反应，再经旋转浓缩去除乙醇至干。接着，使用盐酸滴定至pH 2.5～3.0后，再添加400mL去离子水以析出产物，经过滤后置于烘箱中烘干，即得8.58公克的产物2，5-二羧酸二乙酯-3，4-二羟基噻吩(2，5-diethoxycarbonyl-3，4-dihydroxythiophene)，收率为65.3％。

实施例B2～B5：

实施方式如实施例B1所述，但将微波功率分别设定为200、300、400、500瓦，所得到的收率详列于表2。

实施例B6～B10：

实施方式分别如实施例B1、B2、B3、B4、B5所述，但将反应时间皆调整为40分钟，所得到的收率详列于表2。

实施例B11～12：

实施方式分别如实施例B2、B4所述，但将反应时间皆调整为20分钟，所得到的收率详列于表2。

比较例B1：

实施方式如实施例B1所述，但以酒精灯加热方式取代微波反应器反应，控制加热温度于80℃，加热60分钟。得到收率为63.8％。

比较例B2：

实施方式如比较例B1所述，但酒精灯加热时间为20分钟，得到收率为60.6％。

比较例B3～5：

实施方式如实施例B1所述，但将微波功率皆设定为700瓦，反应时间分别调整为60、40、20分钟，所得到的收率详列于表2。

缩合反应的实施例及比较例的反应条件汇整如表2所述。

表2.缩合反应的实施例及比较例的反应条件

由表2可知，利用微波反应器并调整适当的微波功率取代传统的加热方法进行缩合反应时，利用较短的反应时间即可得到以熟知的加热方法所得的反应收率，甚至是更佳的反应收率。意即，以微波加热方法，可以更有效率地得到所需要的产量。实施例B4即为一较佳的实施方式，所得到的收率为76.9％。

C.醚化反应：2，5-二羧酸二乙酯-3，4-乙烯二氧噻吩的制备

实施例C1：

1.取实施例B1的产物5.2公克、4.5公克的1，2-二溴乙烷(TEDIA，美国)与5.53公克K2CO3(SHOWA，日本)，加入9.44公克DMF(Fisher Scientific，美国)，充分搅拌混合后，置入微波反应器中，调整频率为2.45GHz， 微波功率设定为500瓦，反应时间20分钟，反应温度维持在160℃。随后，去除DMF，再加入离子水以析出产物，过滤后烘干得到4.36公克产物2，5-二羧酸二乙酯-3，4-乙烯二氧噻吩(2，5-diethoxycarbonyl-3，4-ethylenedioxythiophene)，收率为76.2％。

实施例C2～C3：

实施方式如实施例C1所述，但将微波功率分别设定为750、1000瓦，所得到的收率详列于表3。

比较例C1、C2：

实施方式如实施例C1所述，但将微波功率分别设定为1200、250瓦，所得到的收率详列于表3。

比较例C3：

实施方式如实施例C1所述，但以酒精灯加热方式取代微波反应器反应，控制加热温度于160℃，加热20分钟。得到收率为70.3％。

醚化反应的实施例及比较例的反应条件汇整如表3所述。

表3.醚化反应的实施例及比较例的反应条件

由表3可知，利用微波反应器并调整适当的微波功率取代传统的加热方法进行醚化反应时可得到较佳的反应收率。实施例C3即为一较佳的实施方式，所得到的收率为83.8％。比较例C2的微波功率设定为250W时，由于反应温度无法有效率地达到，所以收率较差。而微波功率若过高，则高温将使反应更加剧烈，进而产生副反应以及副产物，而使收率下降。因此，较佳的微波功率为500～1000W，可得到相较于熟知的加热方式更佳的反应收率。

D.水解反应：2，5-二羧酸-3，4-乙烯二氧噻吩的制备

实施例D1：

取实施例C1产物4.0142公克与NaOH(SHOWA，日本)1.684公克，添加于含70.18公克去离子水的圆底反应瓶中，充分搅拌混合后，置入微波反应器中，调整频率为2.45GHz，微波功率设定为500瓦，反应时间10分钟，反应温度维持在100℃。接着，待冷却降至室温后，利用盐酸滴定至pH 2.0以确保反应中止，过滤烘干秤重，即得2.94公克的产物2，5-二羧酸-3，4-乙烯二氧噻吩(2，5-dicarboxy-3，4-ethylenedioxythiophene)，收率为91.3％。

实施例D2～D4：

实施方式如实施例D1所述，但将微波功率分别设定为500、1000、1200瓦，反应时间则皆调整为5分钟，所得到的收率详列于表4。

比较例D1：

实施方式如实施例D1所述，但将微波功率设定为250瓦，得到的收率为80.3％。

比较例D2：

实施方式如实施例D1所述，但以酒精灯加热方式取代微波反应器反应，控制加热温度于100℃，加热5分钟。得到收率为80.6％。

比较例D3：

实施方式如实施例D1所述，但以酒精灯加热方式取代微波反应器反应，控制加热温度于100℃，加热120分钟。得到收率为89.3％。

水解反应的实施例及比较例的反应条件汇整如表4所述。

表4.水解反应的实施例及比较例的反应条件

	微波功率(W)	反应时间(min)	收率(％)
				实施例D1	500	10	91.3
实施例D2	500	5	89.3
				实施例D3	1000	5	91.8
实施例D4	1200	5	92.0
				比较例D1	250	5	80.3
比较例D2	-	5	80.6
				比较例D3	-	120	89.3

由表4可知，以传统酒精灯或水浴加热方式进行水解反应，所得到的收率 可达89.3％，但需要持续加热120分钟，才可得到此一较佳的反应收率；而以微波反应器进行加热，不仅能够大幅降低反应时间，亦可得到一更佳的反应收率，实施例D4即为一较佳的实施方式，收率高达92％。

E.脱羧反应：3，4-乙烯二氧噻吩的制备

实施例E1：

取实施例D1产物4.6公克与亚铬酸铜(Cu2Cr2O5，Acros，比利时)0.62公克，添加于内含18.44公克二甲基甲酰胺(DMF，Dimethylformamide)的圆底反应瓶中，充分搅拌混合后，置入微波反应器中，调整频率为2.45GHz，微波功率设定为500瓦，反应时间20分钟，反应温度维持在153℃。反应完毕后以管柱层析方式纯化，得产物3，4-乙烯二氧噻吩(3，4-ethylenedioxythiophene)2.31公克，收率为85.3％。

实施例E2～E4：

实施方式如实施例E1所述，但将微波功率分别设定为750、1000、1200瓦，所得到的收率详列于表5。

比较例E1

实施方式如实施例E1所述，但将微波功率设定为250瓦，得到的收率为75.0％。

比较例E2

实施方式如实施例E1所述，但以酒精灯加热方式取代微波反应器反应，控制加热温度于153℃，加热20分钟。得到收率为80.9％。

比较例E3

实施方式如实施例E1所述，但以酒精灯加热方式取代微波反应器反应，控制加热温度于153℃，加热150分钟。得到收率为81.0％。

脱羧反应的实施例及比较例的反应条件汇整如表5所述。

表5.脱羧反应的实施例及比较例的反应条件

	微波功率(W)	反应时间(min)	收率(％)
				实施例E1	500	20	85.3
实施例E2	750	20	90.6
				实施例E3	1000	20	95.0
实施例E4	1200	20	83.0
				比较例E1	250	20	75.0
比较例E2	-	20	80.9
				比较例E3	-	150	81.0

由表5可知，以传统酒精灯或水浴加热方式进行脱羧反应，其反应时间过长且收率提升有限，对于能源的耗损亦极大，不具产业的利用性及环保需求；而利用微波反应器并调整适当的微波功率取代传统的加热方法进行脱羧反应时可得到较佳的反应收率。实施例E3即为一较佳的实施方式，所得到的收率为95.0％。

此外，将上述A～E五个反应分别以微波反应加热与传统加热方式的反应时间条件及所得的收率汇整于表6、7做一比较。

表6.以微波反应加热与传统加热方式于相同反应时间及相同温度控制下进行反应所得的收率的比较

由表6可知，于相同的反应时间下，传统以酒精灯加热的方式，制备得3，4-乙烯二氧噻吩的收率仅为17.89％；利用微波反应加热取代传统加热方式以进行合成步骤，制备得3，4-乙烯二氧噻吩的收率为53.56％，是在相同反应时间下， 传统加热方式的收率的3倍。因此，利用微波反应器加热以取代传统加热方式，可使收率大幅提升。

表7.微波反应加热与传统加热方式的最佳实施方式的反应条件与收率的比较

由表7可知，传统加热方式制备3，4-乙烯二氧噻吩的最佳实施方式，最终制备得3，4-乙烯二氧噻吩的收率仅为24.33％，且反应时间需590分钟。由此可知，即使将加热时间拉长，仍无法达到理想的收率；利用微波反应方式以进行合成步骤，不仅具有熟知的可使反应速率加快的优点，与传统加热方式相比，仅需约1/5的时间来完成合成的步骤，同时亦大幅提升整体的收率，最终制备得3，4-乙烯二氧噻吩的收率高达53.56％，极具有产业上的利用性，可有效率地制备3，4-乙烯二氧噻吩。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明实施的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神及范围内，所作的简单的等效变化或修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (12)

1.一种3,4-乙烯二氧噻吩的制造方法，包含：

(1)使一硫代二乙酸与一乙醇混合，并添加硫酸作为催化剂，于一微波反应器中，以频率为2.45GHz且功率为500～1000瓦的条件进行酯化反应15～30分钟，以制得一硫代二乙酸二乙酯；

(2)使所述硫代二乙酸二乙酯与一草酸二乙酯混合，并加入一第一电子给予体，于所述微波反应器内，以频率为2.45GHz且功率为100～500瓦的条件，进行缩合反应20～60分钟，以制得一2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羟基噻吩，其中所述第一电子给予体系选自乙醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾及三乙胺所组成的族群；

(3)将所述2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羟基噻吩与一1,2-二卤乙烷混合，并加入一第二电子给予体，于所述微波反应器内，以频率为2.45GHz且功率为500～1000瓦的条件，进行醚化反应5～20分钟，以制得一2,5-二羧酸二乙酯-3,4-乙烯二氧噻吩，其中所述第二电子给予体是选自乙醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾及三乙胺所组成的族群；

(4)将所述2,5-二羧酸二乙酯-3,4-乙烯二氧噻吩与一氢氧化钠混合后，于所述微波反应器内，以频率为2.45GHz且功率为500～1200瓦的条件，进行水解反应5～10分钟，以制得一2,5-二羧酸-3,4-乙烯二氧噻吩；以及

(5)将所述2,5-二羧酸-3,4-乙烯二氧噻吩与一亚铬酸铜混合后，于所述微波反应器内，以频率为2.45GHz且功率为500～1200瓦的条件，进行脱羧反应5～20分钟，以制得一3,4-乙烯二氧噻吩。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)中的所述硫代二乙酸与所述乙醇的当量数比为1：6～12。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)中的所述硫酸与所述硫代二乙酸的当量数比值为0.25～1。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(2)中的所述硫代二乙酸二乙酯与所述草酸二乙酯的当量数比为1：1～2。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(2)中的所述第一电子给予体与所述硫代二乙酸二乙酯的当量数比值为2～4。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(2)中的所述缩合反应的操作温度为60～80℃。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(3)中的所述2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羟基噻吩与所述1,2-二卤乙烷的当量数比为1：1～3。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(3)中的所述第二电子给予体与所述2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羟基噻吩的当量数比值为2～4。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述1,2-二卤乙烷为1,2-二氯乙烷、1,2-二溴乙烷或1,2-二碘乙烷。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(4)中的所述2,5-二羧酸二乙酯-3,4-乙烯二氧噻吩与所述氢氧化钠的当量数比为1：3～5。

11.如权利要求1所述的方法，其中在进行所述步骤(4)中的水解反应时，进一步包含对所述微波反应器进行加压，以防止反应温度过高的步骤。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(5)中的所述2,5-二羧酸-3,4-乙烯二氧噻吩与所述亚铬酸铜的当量数比为1：0.2～0.7。