CN103319499B

CN103319499B - 二噻吩并[2,3-b:2′,3′-d]噻吩的制备方法

Info

Publication number: CN103319499B
Application number: CN201310151508.7A
Authority: CN
Inventors: 王�华; 孙会靓; 刘新明; 李春丽; 万世胜
Original assignee: Henan University
Current assignee: Henan University
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: CN103319499A

Abstract

本发明公开了两种二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩的制备方法。方法一：以2,3'-二溴-3,2'-联噻吩为原料，经t-BuLi双溴锂交换，硫代试剂(PhSO₂)₂S关环制得二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩；或5,5'-二(三甲基硅基)-2,3'-二溴-3,2'-联噻吩为原料，经n-BuLi发生双溴锂交换，硫代试剂(PhSO₂)₂S关环再经三氟乙酸脱三甲基硅基即可制备二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩。方法二：以3-溴-2,3'-联噻吩为原料，经n-BuLi溴锂交换同时选择性夺质子，硫代试剂(PhSO₂)₂S关环制得二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩；或以3-溴-5-三甲基硅基-2,3'-联噻吩为原料，经n-BuLi溴锂交换同时选择性夺质子，硫代试剂(PhSO₂)₂S关环再经三氟乙酸脱三甲基硅基制备二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩。本发明的合成工艺具有可操作性，反应条件涉及到无水、无氧与低温，适宜实验室规模的制备。

Description

二噻吩并[2,3-b:2′,3′-d]噻吩的制备方法

技术领域

本发明属于并三噻吩化合物制备的改良方法

背景技术

并三噻吩化合物有如下六种异构体

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、良好共轭性在有机导体、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，展示出良好的应用前景，近年来倍受有机化学家、材料科学家们的青睐。

我们感兴趣的是二噻吩并[2,3-b:2′,3′-d]噻吩(1a)的制备，目前其合成方法仅有两篇文献报道，一直缺乏较为有效的制备方法，影响了该化合物在有机功能材料领域的应用。本发明是对目前已有的制备方法的改良。

文献方法一，1971年Janssen报道了3-溴-2,3'-联噻吩(5)与NBS发生溴代反应得到化合物2',3-二溴-2,3'-联噻吩(3a)，化合物3a在-70℃与n-BuLi(1eq)发生溴锂交换反应，再与干燥的硫单质反应得到化合物3-溴-2'-巯基-2,3'-联噻吩(6)，Cu₂O、KOH溶于干燥的DMF中得到的悬浊液滴加到新制好的化合物6中得到化合物1a。总产率达到65％左右。

化合物1a的文献制备方法一

(De Jong,F.;Janssen,M.J.J.Org.Chem.1971,36,1645–1648)

该路线虽然高产率的制备了二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩，但路线中用到的单质硫需升华干燥，处理困难。化合物6不稳定，易氧化发生二聚，增加了制备工艺的难度。

1982年Taylor等人为了计算二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩中不同位置脱去质子的速率，分别通过三条路线合成了三种氚在不同位置取代的二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩。文献方法二，以2,3,5-三溴噻吩并[2,3-b]噻吩(7)与三氟乙酸和氚水加热回流得到4-T-2,3,5-三溴噻吩并[2,3-b]噻吩(8),8与格式试剂作用，水淬灭制得氚代的3-溴噻吩并[2,3-b]噻吩(9)，化合物9经NBS溴代后得4-T-2,3-二溴噻吩并[2,3-b]噻吩(10)，化合物10与正丁基锂溴锂交换，DMF淬灭后，直接加入等当量的正丁基锂15min后加入硫粉，加热回流30min后，冷却至室温加入氯乙酸甲酯过夜。粗品的乙醚溶液滴加到乙醇钠溶液中回流8小时，所得粗品酸化后得7-T-二噻吩并[2,3-b:2′,3′-d]噻吩-2-羧酸(12)，油状粗品和铜粉240℃回流20小时，乙醚萃取，碳酸氢钠洗涤，干燥，柱层析得7-T-二噻吩并[2,3-b:2′,3′-d]噻吩(13)，路线以化合物7为原料，经过六步，总产率仅为3%。

化合物1a的文献制备方法二

(Archer,W.J.;Taylor,R.J.Chem.Soc.,Perkin Trans.21982,301-305)

文献方法三，以2,3,5-三溴噻吩并[3,2-b]噻吩(14)为起始原料经过六步，即氚代、醛基化、缩醛化(保护醛基)、硫代乙酸化、氧化关环以及脱羧，制得目标物2-T-二噻吩并[2,3-b:2′,3′-d]噻吩(20)，总产率为14%。

化合物1a的文献制备方法三

(Archer,W.J.;Taylor,R.J.Chem.Soc.,Perkin Trans.21982,301-305)

文献方法四，以2,3,5-三溴噻吩并[2,3-b]噻吩(7)为起始原料经过四步，即脱溴、硫代乙酸化、氧化关环、还原等过程制得目标物3-T-二噻吩并[2,3-b:2′,3′-d]噻吩(24)，总产率为18%。

化合物1a的文献制备方法四

(Archer,W.J.;Taylor,R.J.Chem.Soc.,Perkin Trans.21982,301-305)

发明内容

本发明设计两条路线对Janssen方法的进行改良，以2,3'-二溴-3,2'-联噻吩(3a)为原料，先与t-BuLi发生溴锂交换反应，然后与硫代试剂(PhSO₂)₂S反应生成目标化合物二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩(1a)，该步产率50-55%；以TMS基保护的5,5'-二(三甲基硅基)-2,3'-二溴-3,2'-联噻吩(3b)为原料先与n-BuLi发生溴锂交换反应，然后与硫代试剂(PhSO₂)₂S反应生成2,5-二-三甲基氯硅基二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩(1b)，该步产率55-60%。路线二，以3-溴-2,3'-联噻吩(4a)为初始原料，先与正丁基锂溴锂交换同时夺质子，然后与硫代试剂(PhSO₂)₂S反应生成目标化合物二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩(1a)，产率达53-55%；以3-溴-5-三甲基硅基-2,3'-联噻吩(4b)为初始原料，先与正丁基锂溴锂交换同时夺质子，然后与硫代试剂(PhSO₂)₂S反应生成2-三甲基氯硅基二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩(2)，产率达45-50%。化合物1b和2在强酸性试剂TFA作用下脱去TMS保护基生成目标化合物1a，产率分别为99%和96%。

二噻吩并[2,3-b:2′,3′-d]噻吩(1a)的改良制备方法

反应条件：(a)(i)t-BuLi(4.1equiv)(3a)/n-BuLi(2.05equiv)(3b),Et₂O,–78°C;(ii)(PhSO₂)₂S(1.0equiv),–78°C to r.t.,overnight;(b)n-BuLi(2.05equiv),Et₂O,–78°C;(ii)(PhSO₂)₂S(1.0equiv),–78°C to r.t.,overnight;(c)TFA(3eq),CHCl₃r.t..

所述的步骤中加入正丁基锂时的反应体系的温度十分重要，其中在-78℃条件下加入正丁基锂是制备化合物1a的最佳条件。

所述的步骤中的原料化合物3，4用量范围为克级。

所述的步骤中的惰性有机溶剂为乙醚。

所述的步骤中的金属烷基化合物可以为正丁基锂。

所述的步骤中原料与金属烷基化合物的低温反应时间一般为1.5～2h。

本发明以通过上述两种方法制备二噻吩并[2,3-b:2′,3′-d]噻吩(1a)：

化合物1a的两种改良制备途径：其特色在于途径一以二溴代联噻吩为原料，直接利用双溴锂交换过程，产生双碳负离子经硫代试剂关环完成α位和β位的关环。而途径二以单溴代联噻吩为原料，通过溴锂交换与选择性的夺质子过程，产生双碳负离子经硫代试剂关环完成α位和β位的关环。以上这两种方法均可以给出中等的关环产率（～50%）。

附图说明

图1为本发明实施例1所制得化合物1a的核磁共振氢谱图；

图2为本发明实施例1所制得化合物1a的核磁共振碳谱图；

图3为本发明实施例1所制得化合物1a的质谱图；

图4为本发明实施例2所制得化合物1b的核磁共振氢谱图；

图5为本发明实施例2所制得化合物1b的核磁共振碳谱图；

图6为本发明实施例2所制得化合物1b的质谱图；

图7为本发明实施例2所制得化合物1b的高分辨质谱图；

图8为本发明实施例2所制得化合物1b的红外光谱图；

图9为本发明实施例5所制得化合物2的核磁共振氢谱图；

图10为本发明实施例5所制得化合物2的核磁共振碳谱图;

图11为本发明实施例5所制得化合物2的质谱图；

图12为本发明实施例5所制得化合物2的高分辨质谱图；

图13为本发明实施例5所制得化合物2的红外光谱图；

具体实施方式

实施例1

化合物1a的制备

化合物3a(1.39g,4.28mmol)溶于100mL无水乙醚中搅拌使之溶解。冷却至-78℃，逐滴加入叔丁基锂(1.048M in hexane,16.78mL,4.1eq)，保持-78℃反应2h，氩气保护下加入二-苯磺酰硫(1.36g,4.29mmol,1.01eq)，-78℃下保持反应1h,升温至-55℃,保持-55℃反应2h,自然升温至室温并搅拌过夜。反应液用氯仿(15×3mL)萃取，合并有机相并将有机相用饱和碳酸氢钠溶液20mL、水20mL洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤，除去溶剂得粗品920mg,将粗品柱层析分离得化合物1a(0.42g,50.2%)。重复反应：化合物3a以2.72g投料，得化合物1a(0.96g,55%),产物为白色固体，M.p.:53-54℃，MS(EI,70eV):m/z=195.91(100)[M⁺],¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ7.40(d,J=5.21H),7.36(d,J=5.21H),7.32(d,J=5.21H),7.27(d,J=5.21H).¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ141.6,139.2,137.7,131.0,128.2,125.5,120.4,118.6.

实施例2

化合物1b的制备

500mL Schlenk中加入化合物3b(4.3390g,9.2mmol)，抽真空干燥，氩气保护下加入220mL无水乙醚，搅拌使之溶解。在氩气保护下滴加正丁基锂(2.4105M,8.4mL,2.2eq)，-78℃反应两小时后加入二-苯磺酰硫(2.93g,9.25mmol,1.01eq)，-78℃下保持反应1h，升温至-55℃，保持反应2h，自然升温至室温，搅拌过夜。加几滴水淬灭反应，将反应液移入500mL分液漏斗中，加入100mL水洗涤，振荡，静置，分液，水相分别用2×30mL乙醚萃取，合并有机相，有机相分别用50mL水、饱和氯化钠溶液、水洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤，除去溶剂得粗品3.5g，将粗品柱层析分离得产品1b(1.72g，55%)，重复反应：化合物3b以6.2g投料，得化合物1b(2.7g,60%),产物为白色固体，Mp:82-83℃。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.41(s,1H),7.34(s,1H),0.38(d,J=1.2Hz,18H).¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ144.0,144.7,143.8,141.1,139.3,135.2,126.3,124.6,0.1.IR(KBr):2953.3,2896.2,2855.5(C-H)cm-¹.LRMS(EI⁺,70eV):m/z=340.01(70)[M⁺],324.97(100)[M⁺-15].HRMS(EI70eV)m/z calcd for[C₁₄H₂₀Si₂S₃]340.0266,found340.0268.

实施例3

由化合物1b制备1a

化合物1b(0.16g,0.47mmol)，加入15mL氯仿，搅拌溶解。加入三氟乙酸(1mL)室温下搅拌约1h，TLC监控反应过程至原料消失。向反应液中加入水(10mL)，氯仿(2×10mL)萃取，有机相分别用饱和碳酸氢钠溶液(10mL)、水(10mL)洗涤，无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析(淋洗液：石油醚)得白色固体1a(0.09g,97.5%)。重复反应：化合物1b以0.26g投料，得化合物1a(0.148g,98.6%)，产物为白色固体。

实施例4

由化合物4a制备1a

化合物4a(0.21g,0.64mmoL)加入反应器中，抽真空1h，加入80mL无水Et₂O。在-78℃下将n-BuLi滴加到Schlenk中，在-78℃下保持搅拌2h。然后加入硫代试剂，升到室温，冰水浴下加10mL水淬灭反应，加入80mL水洗涤，振荡，静置，分液，水相用氯仿萃取，有机相合并在一起，依次用20mL水、20mL饱和NaHCO₃、20mL H₂O洗涤，干燥，过滤，旋干后得到粗品干法上样，过300-400目粗短柱得到目标物1a0.13g，产率：53%。重复反应：化合物4a以3.43g投料，得化合物1a(1.49g,55%)。

实施例5

由化合物4b制备2

250mL Schlenk中加入4b(0.3062g,0.9649mmol)，抽真空干燥，氩气保护下加入50mL无水乙醚，转移至-78℃低温浴。在氩气保护，-78℃条件下滴加正丁基锂(2.2935M in hexane,0.86mL,2.05eq)，-78℃反应两小时后加入二-苯磺酰硫(0.3021g,0.9614mmol,0.95eq)，-78℃保持反应2h，自然升温至室温，搅拌过夜。加几滴水淬灭反应，将反应液移入125mL分液漏斗中，加入20mL水洗涤，振荡，静置，分液，水相分别用3×10mL乙醚萃取，合并有机相，有机相分别用20mL水、饱和氯化钠溶液、水洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤，除去溶剂将粗品柱层析分离化合物2:0.1297g，产率：50.0%。重复反应：化合物4b以2.79g投料，得化合物2(1.1g,45%)。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ=7.38(d,J=5.6,1H),7.35(s,1H),7.31(d,J=5.2,1H),0.37(s,9H).¹³C NMR(101MHz,CDCl₃)δ=143.3,141.2,139.7,137.2,135.8,127.9,126.2,118.6,-0.1.IR:3105,2948,2897(C-H)cm-¹.LRMS(EI,70eV):m/z=267.90[M⁺]，HRMS(EI⁺,70eV)m/z calcd for[C₁₁H₁₂S₃Si]267.9870,found267.9874.

实施例6

由化合物2制备1a

化合物2(151.3mg,0.5635mmol),加入10mL氯仿，搅拌溶解。加入三氟乙酸(0.1mL)室温下搅拌约1h，TLC监控反应过程至原料消失。向反应液中加入10mL水，转移至125mL分液漏斗，分出有机相，水相用3×5mL氯仿萃取，合并有机相，有机相分别用水(20mL)、饱和碳酸氢钠溶液(20mL)、水(20mL)洗涤，无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析(淋洗液：石油醚)得白色固体1a(105.8mg,95.7%)。

本发明实施例中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；Waters Micromass Q-Tof Micro^TM(ESI-HRMS)质谱仪，AVATAR360(Nicolet)傅立叶变换红外光谱仪。

本发明的实施例仅用以说明，而非限定本发明的技术方案，本发明技术方案中所述的提纯方法中，对有机相的洗涤和萃取用的有机溶剂可以进行调整，并且富集的方法可以根据所制得的最终产物的物理状态进行相应的调整，而不脱离本发明的精神范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩的改良制备方法，其特征在于：方法一：5,5'-二(三甲基硅基)-2,3'-二溴-3,2'-联噻吩在无水乙醚中经金属烷基化合物双溴锂交换，硫代试剂(PhSO₂)₂S关环及脱三甲基硅基制备二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩；方法二：3-溴-2,3'-联噻吩或3-溴-5-三甲基硅基-2,3'-联噻吩在无水乙醚中经金属烷基化合物溴锂交换及选择性夺质子，硫代试剂(PhSO₂)₂S关环及脱三甲基硅基制备二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：方法一，将原料进行真空干燥，加入惰性有机溶剂，冷却至-78℃，向其中加入金属烷基化合物，保持-78℃下反应2小时，加入关环试剂二-苯磺酰硫醚[(PhSO₂)₂S]，保持-78℃下反应1小时，再缓慢升温至-55℃并保持2小时，升温至室温并搅拌过夜，金属烷基化合物为正丁基锂或叔丁基锂，原料为5,5'-二(三甲基硅基)-2,3'-二溴-3,2'-联噻吩、3-溴-2,3'-联噻吩、3-溴-5-三甲基硅基-2,3'-联噻吩，用水淬灭反应，反应体系经乙醚或氯仿萃取，有机相用水洗涤，干燥剂干燥，最后将反应产物纯化或纯化后进一步经三氟乙酸脱三甲基硅基得到相应目标产物。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的纯化的方法为：将反应后的浊液用有机溶剂萃取，所得有机相经洗涤、干燥、富集得到二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述的富集方法为硅胶柱层析分离。

5.根据权利要求2～3中的任一条所述的制备方法，其特征在于：所述的惰性有机溶剂为：无水乙醚。

6.根据权利要求1中的制备方法，其特征在于：所述的金属烷基化合物为正丁基锂或叔丁基锂。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：其中萃取所用的有机溶剂为氯仿和乙醚。

8.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述的洗涤步骤对有机相的洗涤剂为水与饱和食盐水溶液或饱和碳酸氢钠溶液，干燥剂为无水硫酸镁。