CN108329329B - 一种合成羟甲基edot的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种合成羟甲基EDOT的方法,步骤如下:将3,4‑二羟基噻吩‑2,5‑二甲酸二甲酯、丙三醇和催化剂在有机溶剂中加热反应得2‑羟甲基‑2,3‑二氢噻吩并[3,4‑b]‑[1,4]‑二英‑5,7‑二甲酸甲酯;将2‑羟甲基‑2,3‑二氢噻吩并[3,4‑b]‑[1,4]‑二英‑5,7‑二甲酸甲酯加入强碱水溶液加热反应,再用强酸水溶液酸化得2‑羟甲基‑2,3‑二氢噻吩并[3,4‑b]‑[1,4]‑二英‑5,7‑二甲酸;将2‑羟甲基‑2,3‑二氢噻吩并[3,4‑b]‑[1,4]‑二英‑5,7‑二甲酸甲酯和催化剂在有机溶剂中加热反应得羟甲基EDOT。本发明的方法反应路线短,产品收率高,成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成羟甲基EDOT的方法,属于化工技术领域。
背景技术
导电聚合物PEDOT因具有能隙小、电导率高、电化学掺杂电位低、稳定性高等特点而被广泛应用于有机薄膜太阳能电池材料、、电致变色显示装置、有机发光二极管、超级电容器、抗静电涂料、腐蚀抑制剂、印刷电路智能窗、微波吸收材料、化学/生物传感器等领域中,而合成具有更多优异性能的导电高分子依然是本领域研究的热点,尤其是具有活性基团的EDOT衍生物单体为设计出不同性能的PEDOT衍生物提供了新的思路。其中,噻吩并[3,4-B]-1,4-二英-2-甲醇(又名羟甲基EDOT)作为EDOT衍生物的之一,可用于合成聚(3,4-二氧-羟甲基-乙基噻吩)(PEDTM),PEDTM在PEDOT的骨架上引入羟甲基,与PEDOT相比,不仅大幅度提高了导电性,还可与玻璃等基片材料有更好的相容性,广泛应用于神经探针、光伏器件等领域。
目前,已有多篇文献报道了羟甲基EDOT的合成方法,但都存在着收率低,反应路线长,生产成本高,后处理复杂等各种不同的问题,如Electrochimica Acta,167,55-60;2015的文献“Synthesis and Characterization of Poly-3,4-ethylenedioxythiophene/2,5-Dimercapto-1,3,4-thiadiazole(PEDOT-DMcT)Hybrids”报道了以3,4-二甲氧基噻吩与3-氯-1,2-丙二醇为原料,以对甲基苯磺酸为催化剂反应生成2-(氯甲基)-2,3-二氢噻吩[3,4-b][1,4]二恶英,再将2-(氯甲基)-2,3-二氢噻吩[3,4-b][1,4]二恶英溶于DMSO溶剂中,加入醋酸钠搅拌反应过夜,后处理得到的原油先加入水、乙醇和氢氧化钾反应,再加浓盐酸酸化得对羟甲基EDOT,该反应的收率较低,尤其是以3,4-二甲氧基噻吩为原料生成2-(氯甲基)-2,3-二氢噻吩[3,4-b][1,4]二恶英的步骤,在对甲基苯磺酸和加热的条件下容易聚合,导致反应收率极低;有机化学,33(1),148-153;2013的文献“羟甲基和碘甲基取代的3,4-亚乙基二氧噻吩衍生物及其选择性酯化与醚化”报道了3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯与1-溴-2,3-环氧丙烷在强极性溶剂DMF中,以三乙胺为碱,发生2次Williamson醚化反应,经闭环得到含羟基的EDOT-2,5-二羧酸甲酯的两个异构体,然后加入碱发生皂化反应,再加浓盐酸酸化,得到的产物是两个异构体的混合物,分离较复杂,且该反应路线较长,导致生产成本较高;Chinese Chemical Letters,25(4),517-522;2014的文献Electrochemical sensor based on f-SWCNT and carboxylic group functionalizedPEDOT for the sensitive determination of bisphenol A以3,4-二溴噻吩为原料,经四步反应合成羟甲基EDOT,该反应的路线较长,收率较低;专利文献号为CN 103641843 A的发明专利公开了羟甲基EDOT的合成方法,在甲醇和N-甲基毗咯烷酮的混合溶剂中加入钠,使钠与甲醇反应制备甲醇钠的甲醇-NMP溶液,然后在催化剂存在的条件下,以3,4-二溴噻吩为原料,与甲醇钠反应生成3,4-二甲氧噻吩,然后3,4-二甲氧噻吩与丙三醇在酸性催化剂存在的条件下反应,得到终产物,虽然本发明的路线较短,但是仍然存在收率低的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:为解决现有合成羟甲基EDOT的方法存在的收率低,反应路线长,生产成本高,后处理复杂的技术问题,提供一种合成羟甲基EDOT的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种合成羟甲基EDOT的方法,包括以下步骤:
S1:将3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯、丙三醇和催化剂加入有机溶剂中,在50-80℃的温度下加热反应12-20小时,减压蒸馏得到初油,加入溶剂打浆,过滤去除固体,滤液浓缩得到2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯,具体反应如下述所示:
S2:将S1制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯加入强碱水溶液使反应体系的pH在12-14之间,加热至60-120℃,搅拌反应2-5小时,反应结束后,用强酸水溶液调节至pH为2-3时有固体析出,过滤得到滤饼,滤饼水洗、烘干得2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸,具体反应如下述所示:
S3:将S2制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯和催化剂加入有机溶剂中,在120-180℃的温度下加热反应2-6小时,减压蒸馏得到羟甲基EDOT,具体反应如下述所示:
优选地,在S1步骤中,所述催化剂为三配位膦催化剂和偶氮甲酸酯类催化剂,所述三配位膦催化剂、偶氮甲酸酯类催化剂与3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯的摩尔比为2.05-2.2:2.05-2.2:1。
进一步,在S1步骤中,先将3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯、丙三醇和三配位膦催化剂加入有机溶剂后,再将偶氮甲酸酯类催化剂缓慢加入有机溶剂中,所述反应在氮气氛围、避光条件下进行。
优选地,在S1步骤中,所述三配位膦催化剂为三苯基膦和/或三丁基膦。
优选地,在S1步骤中,所述偶氮甲酸酯类催化剂为偶氮二甲酸二异丙酯和/或偶氮二甲酸二乙酯。
优选地,在S1步骤中,所述有机溶剂为沸点低于120℃的有机溶剂,优选为1,4-二氧六环、四氢呋喃或甲苯,所述沸点低于120℃的有机溶剂与3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯的质量比为2-5:1。
优选地,在S1步骤中,丙三醇与3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯的摩尔比为1.2-1.5:1。
优选地,在S3步骤中,所述催化剂为铬与铜盐的混合物,所述铬与铜盐的摩尔比为1:1-3。
优选地,所述铜盐为碳酸铜、硫酸铜、氯化铜、硝酸铜中的至少一种。
优选地,在S3步骤中,所述催化剂的质量占3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯质量的5%-8%。
优选地,在S3步骤中,所述有机溶剂为沸点在180℃以上的有机溶剂,优选为二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、喹啉中的至少一种,所述沸点在180℃以上的有机溶剂与3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯的质量比为2-5:1。
本发明的有益效果是:
(1)本发明的第一步以3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯和丙三醇作为原料,原料的成本低,尤其是丙三醇的价格低廉,却取得了较高的收率,尤其是先后加入三配位膦催化剂和偶氮甲酸酯类催化剂,能够使反应更加充分,产品收率更高;此外,选择沸点低于120℃的有机溶剂和较低的反应温度,能耗低,利于节约生产成本。
(2)本发明第三步的脱羧步骤选择了铬与铜盐的混合物作为催化剂,成本较低,产品收率高。
(3)本发明的反应路线短、工艺简单、成本低,适合工业化生产。
(4)反应中所用有机溶剂均可回收循环使用,降低了有毒试剂的排放和处理成本。
具体实施方式
现在对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供了一种合成羟甲基EDOT的方法,包括以下步骤:
S1:在氮气氛围、避光条件下,将132.7g 3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯、62.1g丙三醇和233.2g三丁基膦加入265.4g四氢呋喃中,常温下滴入250.1g偶氮二甲酸二异丙酯,然后升温至50℃搅拌反应20小时,减压蒸馏得到初油,加入乙醚打浆,过滤去除固体,滤液浓缩得到147.0g 2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯,气相色谱法检测含量为97.4%,收率为87.2%;
S2:将S1制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯加入氢氧化钠水溶液使反应体系的pH在12-14之间,加热至60℃,搅拌反应3小时,用盐酸水溶液调节至pH为2-3时有固体析出,过滤得到滤饼,滤饼水洗、烘干得122.6g 2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸,气相色谱法检测含量为98.4%,收率为99.2%;
S3:将S2制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸和6.6g摩尔比为1:1的铬与碳酸铜混合催化剂加入265.4g二甲基亚砜中,在120℃的温度下加热反应6小时,减压蒸馏得到82.7g羟甲基EDOT,气相色谱法检测含量为97.5%,收率为94.2%。
产物羟甲基EDOT的总收率为81.5%,核磁数据为:1H NMR(400MHz,CDCl3):δ6.34(s,2H),4.24(d,2H,J=9.6Hz),4.07-4.12(m,1H),3.84-3.87(m,2H)。
所述气相色谱条件为:HP-5色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)为分离柱,氢火焰离子检测器检测,载气(N2)流速为30mL/min,进样口温度为300℃,检测器温度为320℃,程序升温条件为:80℃保持5min,以10℃/min升至300℃。
实施例2
本实施例提供了一种合成羟甲基EDOT的方法,包括以下步骤:
S1:在氮气氛围、避光条件下,132.5g 3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯、77.5g丙三醇和324.0g三苯基膦加入662.5g 1,4-二氧六环中,常温下针筒打入200.5g偶氮二甲酸二乙酯,然后升温至80℃搅拌反应12小时,减压蒸馏得到初油,加入乙醚打浆,过滤去除固体,滤液浓缩得到145.8g 2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯,气相色谱法检测含量为97.6%,收率为86.8%;
S2:将S1制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯加入氢氧化钠水溶液使反应体系的pH在12-14之间,加热至120℃,搅拌反应2小时,用盐酸水溶液调节至pH为2-3时有固体析出,过滤得到滤饼,滤饼水洗、烘干得121.8g 2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸,气相色谱法检测含量为98.2%,收率为99.0%;
S3:将S2制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸和10.6g摩尔比为1:3的铬与硫酸铜混合催化剂加入662.5g N-甲基吡咯烷酮中,在180℃的温度下加热反应2小时,减压蒸馏得到83.7g羟甲基EDOT,气相色谱法检测含量为97.9%,收率为93.1%。
产物羟甲基EDOT的总收率为80.0%,核磁数据为:1H NMR(400MHz,CDCl3):δ6.32(s,2H),4.23(d,2H,J=9.6Hz),4.07-4.12(m,1H),3.84-3.87(m,2H)。
所述气相色谱条件同实施例1。
实施例3
本实施例提供了一种合成羟甲基EDOT的方法,包括以下步骤:
S1:在氮气氛围、避光条件下,将133.1g 3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯、67.2g丙三醇和239.6g三丁基膦加入366.4g甲苯中,常温下滴入239.4g偶氮二甲酸二异丙酯,然后升温至70℃搅拌反应15小时,减压蒸馏得到初油,加入乙醚打浆,过滤去除固体,滤液浓缩得到148.7g 2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯,气相色谱法检测含量为97.8%,收率为88.3%;
S2:将S1制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯加入氢氧化钠水溶液使反应体系的pH在12-14之间,加热至80℃,搅拌反应2.5小时,用盐酸水溶液调节至pH为2-3时有固体析出,过滤得到滤饼,滤饼水洗、烘干得124.5g 2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸,气相色谱法检测含量为98.3%,收率为99.1%;
S3:将S2制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸和7.6g摩尔比为1:2的铬与氯化铜混合催化剂加入366.5g喹啉中,在170℃的温度下加热反应4小时,减压蒸馏得到84.7g羟甲基EDOT,气相色谱法检测含量为97.6%,收率为95.2%。
产物羟甲基EDOT的总收率为83.3%,核磁数据为:1H NMR(400MHz,CDCl3):δ6.34(s,2H),4.25(d,2H,J=9.6Hz),4.07-4.12(m,1H),3.84-3.87(m,2H)。
所述气相色谱条件同实施例1。
实施例4
本实施例提供了一种合成羟甲基EDOT的方法,包括以下步骤:
S1:在氮气氛围、避光条件下,133.5g 3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯、72.9g丙三醇和311.6g三苯基膦加入534g四氢呋喃中,常温下针筒打入206.9g偶氮二甲酸二乙酯,然后升温至60℃搅拌反应16小时,减压蒸馏得到初油,加入乙醚打浆,过滤去除固体,滤液浓缩得到151.9g 2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯,气相色谱法检测含量为97.3%,收率为89.5%;
S2:将S1制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯加入氢氧化钠水溶液使反应体系的pH在12-14之间,加热至100℃,搅拌反应3小时,用盐酸水溶液调节至pH为2-3时有固体析出,过滤得到滤饼,滤饼水洗、烘干得131.1g 2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸,气相色谱法检测含量为99.1%,收率为98.0%;
S3:将S2制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸和9.6g摩尔比为1:2的铬与硝酸铜混合催化剂加入535g N-甲基吡咯烷酮中,在150℃的温度下加热反应3小时,减压蒸馏得到91.0g羟甲基EDOT,气相色谱法检测含量为97.7%,收率为96.4%。
产物羟甲基EDOT的总收率为84.6%,核磁数据为:1H NMR(400MHz,CDCl3):δ6.33(s,2H),4.24(d,2H,J=9.6Hz),4.07-4.12(m,1H),3.84-3.87(m,2H)。
所述气相色谱条件同实施例1。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种合成羟甲基EDOT的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:先将3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯、丙三醇和三配位膦催化剂加入有机溶剂后,再将偶氮甲酸酯类催化剂缓慢加入有机溶剂中,在氮气氛围、避光条件下,在50-80℃的温度下加热反应12-20小时,减压蒸馏得到初油,加入溶剂打浆,过滤去除固体,滤液浓缩得到2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯;所述三配位膦催化剂、偶氮甲酸酯类催化剂与3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯的摩尔比为2.05-2.2:2.05-2.2:1,所述有机溶剂为沸点低于120℃的有机溶剂;
S2:将S1制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸甲酯加入强碱水溶液使反应体系的pH在12-14之间,加热至60-120℃,搅拌反应2-5小时,反应结束后,用强酸水溶液调节至pH为2-3时有固体析出,过滤得到滤饼,滤饼水洗、烘干得2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸;
S3:将S2制得的2-羟甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b]-[1,4]-二英-5,7-二甲酸和催化剂加入有机溶剂中,在120-180℃的温度下加热反应2-6小时,减压蒸馏得到羟甲基EDOT;所述催化剂为铬与铜盐的混合物,所述铬与铜盐的摩尔比为1:1-3,所述铜盐为碳酸铜、硫酸铜、氯化铜、硝酸铜中的至少一种,所述有机溶剂为沸点在180℃以上的有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的合成羟甲基EDOT的方法,其特征在于,在S1步骤中,所述三配位膦催化剂为三苯基膦和/或三丁基膦。
3.根据权利要求1所述的合成羟甲基EDOT的方法,其特征在于,在S1步骤中,所述偶氮甲酸酯类催化剂为偶氮二甲酸二异丙酯和/或偶氮二甲酸二乙酯。
4.根据权利要求1所述的合成羟甲基EDOT的方法,其特征在于,在S1步骤中,所述有机溶剂为沸点低于120℃的有机溶剂,所述沸点低于120℃的有机溶剂与3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯的质量比为2-5:1。
5.根据权利要求1所述的合成羟甲基EDOT的方法,其特征在于,在S1步骤中,丙三醇与3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯的摩尔比为1.2-1.5:1。
6.根据权利要求1所述的合成羟甲基EDOT的方法,其特征在于,在S3步骤中,所述催化剂的质量占3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯质量的5%-8%。
7.根据权利要求1所述的合成羟甲基EDOT的方法,其特征在于,在S3步骤中,所述沸点在180℃以上的有机溶剂与3,4-二羟基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯的质量比为2-5:1。
8.根据权利要求4所述的合成羟甲基EDOT的方法,其特征在于,所述沸点低于120℃的有机溶剂为1,4-二氧六环、四氢呋喃或甲苯。
9.根据权利要求7所述的合成羟甲基EDOT的方法,其特征在于,所述沸点在180℃以上的有机溶剂为二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、喹啉中的至少一种。
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2018
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Non-Patent Citations (2)
Title |
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