CN110183465A - (2,3-二氢噻吩并[3,4-b][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开(2,3‑二氢噻吩并[3,4‑B][1,4]二氧杂环己‑2‑基)甲醇的制备方法,其包括以下步骤:以3,4‑二烷氧基噻吩‑2,5‑二甲酸二烷基酯和单烷酸甘油酯为原料进行得到中间物1,再将中间物1进行碱化酸化反应得到中间物2,最后将中间物2进行脱羧后精馏得到产品。本发明由于单烷酸甘油酯只有两个醇羟基进行交换反应,使得合成的产物中间体1没有异构体杂质产生,从而可减少工业分离工序,产品的收率高,生产成本低,有利于工业化生产。

Description

(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制 备方法
技术领域
本发明涉及聚合物PEDOT衍生物的单体合成领域,尤其涉及一种(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法。
背景技术
导电高分子聚合物PEDOT在发光二极管、固态电容、太阳能电池、显示器等等行业中有着广泛的用途,随着PEDOT应用的广泛深入,其衍生物的研究也越来越多,羟甲基化的聚合物相比普通聚合物性能上明显的区别。专利公开号为EP13914747A1的欧洲专利中,公开了羟甲基聚合物用作电解电容器的固体电解质,与普通PEDOT聚合物相比,对导电性和质量的有明显提高。
对于合成PEDOT的单体3,4-乙烯二氧噻吩羟甲基衍生物的合成,国内外也有大量的报道。专利号为US5111327的美国专利,公开了环氧氯丙烷制备羟甲基单体的方法,不过合成出羟甲基两个异构体,分别占比80%式a和20%式b,后续可以采用色谱分离的方法,将两个异构体分离,色谱分离工业应用较复杂。
专利公开号为EP1352918A1的欧洲专利中,公开了羟甲基3,4-乙烯二氧噻吩的合成方法,采用了3醇系列物(通式为:HO-CH2-CHOH-(L)X-OH醇,L为烷烃)与3,4-二甲氧基噻吩合成羟甲基、羟乙基、羟丙基及羟丁基单体衍生物。当3醇系列物中的X=2时,即为1,2,4-丁三醇反应时,反应产物为羟乙基衍生物和式b类似异构体,该专利中简单描述了可以采用色谱分离法来分离式b类似异构体制作纯物质。
专利公开号为CN103641843A的中国专利公开了以3,4-二溴噻吩为起始物,先合成3,4-二甲氧基噻吩,再与甘油反应,得到羟甲基单体,由于三个羟基均有可能连上氧环,所以有式b异构体出现,但该专利中对异构体式b的可能出现及分离方法均未进行报道。
专利公开号为CN108329329的中国专利公开以2,5-二甲酸甲酯-3,4二羟基噻吩为原料与甘油进行光延反应,合成羟甲基单体,光延反应使用的催化剂偶氮试剂与三苯基膦或三丁基膦价格高昂,不适合工业化生产。
专利公开号为CN108299463的中国专利公开了以2,5-二甲酸甲酯-3,4二羟基噻吩为原料与2,3-二溴-1-丙醇反应,该反应原料二溴丙醇较难获得,工业化应用受限。
因此,现有技术中单体3,4-乙烯二氧噻吩羟甲基衍生物的合成方法存在收率低、成本高、原料无法工业化、杂质异构体不易工业分离等等缺点。
发明内容
为了克服现有技术不足,本发明的目的是提供一种收率高、成本低、易于工业化生产,无需分离异构体的(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法。
为实现上述目的,发明人提供了一种(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
1)将3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯、单烷酸甘油酯和催化剂A依次加入溶剂A中,在温度80~110℃下进行反应,当3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯完全消耗完毕,再加水搅拌0.5-2小时后,经过滤得到中间物1;所述3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯与单烷酸甘油酯的摩尔比为1:1~2;所述步骤1)的反应式如式II所示:
2)将步骤1)得到的中间物1加入水中,再加入碱,搅拌均匀后在60~90℃下保温碱化反应4-7小时;碱化结束,将碱化液降温至低于50℃,加入酸溶液酸化至pH为1~3,过滤烘干,得到中间物2;所述碱与原料A的摩尔比为3~6:1;所述步骤2)的反应式如式III所示:
3)在溶剂B中加入步骤2)得到的中间物2和催化剂B,在100-200℃下进行脱羧后精馏得到所述(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇;所述步骤3)的反应式如式IV所示:
本发明中,3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯可以通过现有技术合成。例如Andreas Men,and Christina Rehm在1996年就报道了采用2,5-二甲酸二乙酯-3,4-二羟基噻吩二钾盐与硫酸二甲酯来合成3,4-二甲氧基噻吩-2,5-二甲酸二乙酯。专利号为CN107954976A的中国专利公开了通过2,5-二甲酸二甲酯-3,4-二羟基噻吩二钠盐与硫酸二甲酯来合成3,4-二甲氧基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯。因此,本发明参考现有技术合成3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯,本发明中不再详细说明。
本发明与现有技术相比,本发明步骤1)为成环反应,采用3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯(原料A)与单烷酸甘油酯(原料B)为原料进行反应,由于原料B只有两个羟基,使得合成的产物中间体1没有式b结构产生,有效的避免引入式b异构体杂质,从而可减少工业分离工序。因此,采用本发明的制备方法工序少,产品的收率和产品质量有显著提高。
同时,本发明步骤2)采用碱化酸化操作,使用的原料为价格廉价的酸碱,,因此,本发明的制备方法适合规模工业化生产。
进一步,所述步骤1)中的3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯分子式如式I所示,式I中的R为甲基、乙基或丙基;式I中X为甲基、乙基或丙基;
进一步,所述步骤1)中的单烷酸甘油酯通式为YCOOCH2CHOHCH2OH,所述Y为甲基、乙基或丙基。
进一步,所述步骤1)中的溶剂A包括下列中的一种:苯、甲苯、二甲苯或异丙苯;所述溶剂A与3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯的质量比为3~5:1。
进一步,所述步骤1)中的催化剂A为有机酸,所述有机酸包括对甲基苯磺酸或对氨基苯磺酸,所述3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯与催化剂A的摩尔比为10~40:1。
进一步,所述步骤2)中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。由于采用的碱价格低廉,使得本发明的制备方法方便工业化生产。
进一步,所述步骤2)中的酸溶液为下列中的一种:10%-50%的硫酸,5%-20%的盐酸,10%-50%的醋酸。
进一步,所述步骤3)中的溶剂B包括下列中的一种:N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或乙二醇。
进一步,所述步骤3)中的催化剂B包括下列中的一种:铜粉、氧化铜粉或硫酸铜。
本发明的有益效果为:
1、本发明采用3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯(原料A)与单烷酸甘油酯(原料B)为原料进行反应,由于原料B只有两个羟基进行醚交换反应,使得合成的产物中间体1没有式b结构产生,有效的避免引入式b异构体杂质,从而可减少工业分离工序。因此,采用本发明的制备方法工序少,产品的收率和产品质量有显著提高。
2、本发明采用碱化酸化操作,使用的原料为价格廉价的酸碱,因此,本发明的制备方法适合规模工业化生产。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果,以下结合具体实施例详予说明。
实施例1
1)在反应瓶中,加入甲苯780克,3,4-二甲氧基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯(原料A)260克(1mol),单乙酸甘油酯(原料B)161克(1.2mol),对甲基苯磺酸一水合物19克,氮气保护下,80℃保温搅拌反应,液相色谱监控原料A残留,至原料A消耗完毕,蒸馏回收甲苯,加水搅拌0.5小时结晶,过滤得中间体1湿品425克。
2)将步骤1)得到的湿品加水1000克,氢氧化钾240克,在85℃下保温碱化反应5小时;然后降温至40℃,加40%硫酸调pH至2.0,过滤反应液,烘干滤饼得中间体2为233克。
3)在1L的二甲基亚砜溶剂中加入步骤2)得到的中间体2和10g催化剂铜粉,加热至140℃进行脱羧精馏得到成品145克,收率为84.2%;色谱纯度99.65%。
实施例2
1)在反应瓶中,加入二甲苯1000克,3,4-二甲氧基噻吩-2,5-二甲酸二乙酯(原料A)288克(1mol),单丙酸甘油酯原料B222克(1.5mol),对甲基苯磺酸一水合物15克,氮气保护下,100℃保温搅拌反应,液相色谱监控原料A残留,至原料A消耗完毕,蒸馏回收二甲苯,加水搅拌2小时结晶,过滤得中间体1湿品416克。
2)将步骤1)得到的湿品加水1000克,氢氧化钠240克,在60℃下保温碱化反应7小时,然后降温至50℃,加15%盐酸调pH至3.0,过滤反应液,烘干滤饼得中间体2为241克。
3)在1L的N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入步骤2)得到的中间体2和10g铜粉,加热至100℃进行脱羧精馏得到成品150克,收率为87.1%;色谱纯度99.75%。
实施例3
1)在反应瓶中,加入二甲苯1300克,3,4-二甲氧基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯(原料A)260克(1mol),单乙酸甘油酯(原料B)268克(2mol),对氨基苯磺酸4.3克,氮气保护下,110℃保温搅拌反应,液相色谱监控原料A残留,至原料A消耗完毕,蒸馏回收二甲苯,加水搅拌1小时结晶,过滤得中间体1湿品432克。
2)将步骤1)得到的湿品加水1000克,氢氧化钠200克,在90℃下保温碱化反应4小时;然后降温至40℃,加40%稀硫酸调pH至1.0,过滤,烘干得中间体2为245克。
3)在0.8L的乙二醇中加入步骤2)得到的中间体2和10g催化剂氧化铜,加热至160℃进行脱羧精馏得到成品152克,收率为88.2%;色谱纯度99.68%。
实施例4
1)在反应瓶中,加入苯800克,3,4-二甲氧基噻吩-2,5-二甲酸二甲酯原料A260克(1mol),单乙酸甘油酯原料B134克(1mol),对氨基基苯磺酸10克,氮气保护下,90℃保温搅拌反应,液相色谱监控原料A残留,至原料A消耗完毕,蒸馏回收苯,加水搅拌1小时结晶,过滤得到中间体1湿品407克。
2)将步骤1)得到的湿品加水1000克,氢氧化钠120克,在85℃下保温碱化反应5小时,然后降温至30℃,加20%的稀醋酸调pH至2.0,过滤反应液,烘干滤饼得到中间体2为240克。
3)在0.8L的N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入步骤2)得到的中间体2和10g催化剂硫酸铜,加热至200℃进行脱羧精馏得到成品149克,收率为86.5%;色谱纯度99.62%。
实施例1-4具体加入的3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯(原料A)、单烷酸甘油酯(原料B)的化合见以下表1。
表1各实施例具体加入的原料A和原料B
根据表1可知,采用本发明的制备方法,由于反应过程没有式b结构产生,制备方法工序少,收率达到84%以上,产品纯度达99.62%以上。在保证产品纯度的情况下,相对现有合成方法,本发明的制备方法不仅可大幅度提高产品收率,且可降低产品成本。
本发明采用上述技术方案,以3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯(原料A)与单烷酸甘油酯(原料B)为起始原料进行反应,由于原料B只有两个醇羟基进行交换反应,使得合成的产物中间体1没有式b结构产生,有效的避免引入式b异构体杂质,从而可减少工业分离工序。因此,采用本发明的制备方法工序少,产品的收率高,生产成本低,有利于工业化生产。
需要说明的是,尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述,但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此,基于本发明的创新理念,对本文所述实施例进行的变更和修改,或利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域,均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法,其特征在于:所述制备方法包括以下步骤:
1)将3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯、单烷酸甘油酯和催化剂A依次加入溶剂A中,在温度80~110℃下进行反应,当3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯完全消耗完毕,再加水搅拌0.5-2小时后,经过滤得到中间物1;所述3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯与单烷酸甘油酯的摩尔比为1:1~2;
2)将步骤1)得到的中间物1加入水中,再加入碱,搅拌均匀后在60~90℃下保温碱化反应4-7小时;碱化结束,将碱化液降温至低于50℃,加入酸溶液酸化至pH为1~3,过滤烘干,得到中间物2;所述碱与中间物1的摩尔比为3~6:1;
3)在溶剂B中加入步骤2)得到的中间物2和催化剂B,在100-200℃下进行脱羧后精馏得到所述(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇。
2.根据权利要求1所述的(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法,其特征在于:所述步骤1)中的3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯分子式如式I所示,式I中的R为甲基、乙基或丙基;式I中X为甲基、乙基或丙基;
3.根据权利要求1所述的(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法,其特征在于:所述步骤1)中的单烷酸甘油酯通式为YCOOCH2CHOHCH2OH,所述Y为甲基、乙基或丙基。
4.根据权利要求1所述的(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法,其特征在于:所述步骤1)中的溶剂A包括下列中的一种:苯、甲苯、二甲苯;所述溶剂A与3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯的质量比为3~5:1。
5.根据权利要求1所述的(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法,其特征在于:所述步骤1)中的催化剂A为有机酸,所述有机酸包括对甲基苯磺酸或对氨基苯磺酸,所述3,4-二烷氧基噻吩-2,5-二甲酸二烷基酯与催化剂A的摩尔比为10~40:1。
6.根据权利要求1所述的(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法,其特征在于:所述步骤2)中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
7.根据权利要求1所述的(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法,其特征在于:所述步骤2)中的酸溶液为下列中的一种:10%-50%的硫酸,5%-20%的盐酸,10%-50%的醋酸。
8.根据权利要求1所述的(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法,其特征在于:所述步骤3)中的溶剂B包括下列中的一种:N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或乙二醇。
9.根据权利要求1所述的(2,3-二氢噻吩并[3,4-B][1,4]二氧杂环己-2-基)甲醇的制备方法,其特征在于:所述步骤3)中的催化剂B包括下列中的一种:铜粉、氧化铜粉或硫酸铜。
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