TWI510493B - 製造稠合噻吩之方法 - Google Patents
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Classifications
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- C07D495/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
- C07D495/22—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains four or more hetero rings
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)
Description
本發明係關於稠合噻吩(fused thiophene；FT)之製造方法。
本發明為新穎的技術，並無先前技術。
本發明提供製造稠合噻吩化合物之改良方法。
這裡將參考附圖詳細描述本發明揭示內容的各種實施範例。參考各種實施範例並不會侷限本項發明的範疇，只是限制於附加在其中聲明範疇。此外，這份說明書提出的任何範例並不是要用來限制，而只是為請求本發明提出一些可能的實施範例。
定義：
「FTx」或類似簡寫是指稠合噻吩化合物，其可聚合性單體，以及其聚合物，其中整數x是指稠合噻吩稠合成一個核心單元的環單元，例如FT2在一個核心單元中有兩個環單元，FT3在一個核心單元中有三個環單元，FT4在一個核心單元中有四個環單元，FT5在一個核心單元中有五個環單元，以及一個核心單元中類似的更多個環單元。
「DCXFT4」或類似的縮寫表示對稱雙-β-取代之稠合噻吩化合物類別，X的整數是表示雙-(R)取代基，指定附加在3,7,10,14-四硫四環[6.6.0.01,6.09,13]十四-1(8),2(6),4,9(13),11-五烯核心的每個R取代基或基中的碳原子數目。
「DC10FT4」或類似的縮寫表示特定DCXFT4化合物：3,7-雙十基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩，這裡「10」表示附加在核心(請見J.Org.Chem.,2007,72,442-451)的C10雙十基-取代基，或(IUPAC)5,12-雙十基-3,7,10,14-四硫四環[6.6.0.02,6.09,13]十四-1(8),2(6),4,9(13),11-五烯。
「DC17FT4」或類似的縮寫表示特定DCXFT4化合物：3,7-雙十七基噻吩並[3,2-b]噻
吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩，這裡「17」表示附加在核心(請見J.Org.Chem.ibid.)的每個C17十七基取代基，或者(由於FT4化合物目前還沒有命名，因而遵循IUPAC的命名方式)5,12-雙十七基-3,7,10,14-四硫四環[6.6.0.02,6.09,13]十四-1(8),2(6),4,9(13),11-五烯。
「DC21FT4」或類似的縮寫表示特定DCXFT4化合物：3,7-雙-二十一基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩，這裡「21」表示附加在核心(請見J.Org.Chem.ibid.)的每個C21雙-二十一基取代基，或者(IUPAC)5,12-雙十七基-3,7,10,14-四硫四環[6.6.0.02,6.09,13]十四-1(8),2(6),4,9(13),11-五烯。
「碳氫化合物」，「烴基」，「亞烴基」，「烴氧基」等類似的詞是指譬如-R單價，或二價-R-半屬族，例如可包括烷基碳氫化合物，芳香族或芳基碳氫化合物，烷基取代芳基碳氫化合物，烷氧基取代芳基碳氫化合物，雜烷基碳氫化合物，雜芳香族或雜芳基碳氫化合物，烷基取代雜芳基碳氫化合物，烷氧基取代雜芳基碳氫化合物，和如同這裡說明類似的碳氫化合物半屬族。
「烷基」包括線性烷基，分支烷基，和環烷基。「取代烷基」或「選擇的取代烷基」是指烷基
取代基，例如可包括線性烷基，分支烷基，和環烷基，具有1到4個選擇的取代基，例如選自氫氧基(-OH)，鹵素，胺基(-NH2或-NR2)，硝基(-NO2)，醯基(-C(=O)R)，烷磺醯基(-S(=O)2R)，烷氧基(-OR)，和類似的取代基，其中R是烴基，烷基，Het，或其他類似的半屬族，譬如單價的烷基或二價的亞烷基，有1到約10個碳原子。例如，氫氧基取代烷基可以是2-氫氧基取代分子式-CH2-CH(OH)-CH2-的丙烯，烷氧基取代烷基可以是2-甲氧基取代分子式-CH2-CH2-O-CH3的乙基，胺基取代烷基可以是1-二烷胺基取代分子式-CH(NR2)-CH3的乙基，寡-(氧亞烷基)，聚-(氧亞烷基)，或聚-(亞烷基氧化物)取代烷基，可以是部分分子式-(R-O)x-，這裡x可以是1到約50，以及1到約20個，類似的取代氧亞烷基取代基，例如分子式-(CR5-CHR5-O)x-，其中R5是氫或取代或未取代(C1-8)烴基，譬如烷基，x是1到約50的整數。
「芳基」包括單-或二價-的苯基自由基或正稠合二環環碳自由基，有大約9到20個環原子，至少一個環是芳香族。芳基(Ar)可包括取代芳基，像是有1到5個取代基的苯基自由基，例如烷基，烷氧基，鹵素等類似的取代基。
「Het」包括四-(4)，五-(5)，六-(6)，或七-(7)個組成飽和或不飽和的雜環，具有1,2,3，
或4個雜原子，選自氧，硫，亞磺醯基，磺醯基，硒，碲和氮所構成的基，這些環可以選擇性稠合成一個苯環。Het也包括「雜芳基」，包括一個經由一個單芳香族環的碳環附加自由基，包含5或6個由碳和1,2,3，或4個雜原子構成的原子環，每個都選自非過氧化物氧基，硫，和N(X)組成的基，其中X是空的或是H,O,(C1-4)烷基，苯基，苯甲基，和正稠合二環雜環的自由基，大約8到10個環原子，尤其是源自苯衍生物或藉由稠合丙烯，三亞甲基，四亞甲基，或四亞甲基雙自由基到此的衍生物。
在實施例中，鹵素或鹵化物包括氟基，氯基，溴基，或碘基。烷基，烷氧基等包括直的和分支的基；但提到一個譬如「丙基」的自由基是只包含直鏈的自由基，但也特別提及分支鏈的異構物，譬如「異丙基」。
各種含碳氫化合物(即烴基)半屬族的碳原子含量可藉著指出半屬族內碳原子的最低和最高個數來表示，例如Ci-j即表示有包括整數i到整數j個碳原子。因而例如(C1-C8)烷基或C1-8烷基是指包括1到8個碳原子，而譬如(C1-C8)烷氧基或C1-8烷氧基的烴氧基是指具有包括1到8個碳原子烷基的烷氧基自由基(-OR)。
明確地說，C1-8烷基可包括譬如甲基，乙基，丙基，異丙基，丁基，異丁基，次級丁基，三級丁
基，戊基，3-戊基，己基，庚基，或辛基；(C3-12)環烷基可以是環丙基，環丁基，環戊基，環己基，環庚基，環辛基，包括二環，三環，或多環取代物和類似的取代物。
例如，特定的，「烴基」可以是(C1-24)烴基，包括所有的中間鏈長度和值。
C1-8烷氧基可以是譬如甲氧基，乙氧基，丙氧基，異丙氧基，丁氧基，異丁氧基，次級丁基，戊氧基，3-戊氧基，己氧基，1-甲基己氧基，庚氧基，辛氧基等類似的取代基。
A-C(=O)(C3-7)烷基-或-(C2-7)烷醯基可以是譬如乙醯基，丙醯基，丁醯基，戊醯基，4-甲基戊醯基，己醯基，或庚醯基。芳基(Ar)可以是譬如苯基，萘基，蒽基，菲基，茀基，或二氫茚基。Het可以是譬如咯啶基，六氫咯啶基，咯啶基環，硫咯啶基環，或異芳基。異芳基可以是譬如夫喃基，咪唑基，三唑基，噁唑基，異噁唑基，噻唑基，異噻唑基，吡唑基，吡咯基，比井基，四唑基，吡啶基(或其N-氧化物)，噻吩基，嘧啶基(或其N-氧化物)，吲哚基，異喹啉(或其N-氧化物)或喹啉基(或其N-氧化物)。
Hat的特定值包括五-(5)，六-(6)，或七-(7)個組成飽和或不飽和的環，包含1,2,3，或4個雜原子，例如非過氧化物氧基，硫，亞磺醯基，磺醯基，硒，碲和氮；正稠合二環雜環的自由基，大約8到
10個環原子，尤其是源自苯衍生物或藉由稠合丙烯，三亞甲基，四亞甲基，或另一個單環Het雙自由基到此的衍生物。
這裡說明和顯示的還有其他適合從各種起始材料或中間物所形成和改質的化合物，寡聚物，聚合物，複合物或本項說明的產物。例如，參閱Feiser及Feiser之「Reagents for Organic Synthesis」,Vol.1,et seq.,1967；March,J.「Advanced Organic Chemistry」,John Wiley& Sons,4th ed.1992；House,H.O.,「Modem Synthetic Reactions」,2nd ed.,W.A.Benjamin,NewYork,1972；以及Larock,R.C.,「Comprehensive Organic Transfor-mations」,2nd ed.,1999,Wiley-VCH Publishers,NewYork。這裡描述的配製方法中所使用的起始材料是業界可取得，曾在科學文獻上報導過的，或者可利用這方面已知的處理過程，從現有的起始材料配製的。最好可以在上述或選擇的配製處理過程中全程或部分期間，使用保護的群組。這種保護群組和方法的引用和移除在此項技術中是已知的。參閱Greene,T.W.；Wutz,P.G.M.「ProtectingGroups In Organic Synthesis」,2nd ed.,1991,NewYork,John Wiley & Sons,Inc。
「單體」或類似的詞是指化合物可能是(或已經是)和其他有類似或不同結構的單體共價結合的，以形成目的聚合物均質(均聚合物)或非均質(譬如共聚合物，三聚合物和類似的雜聚合物)的鏈。這裡說明和顯示的適合單體可包括較低分子量可聚合的化合物，譬如從約50到約200Dalton(道爾頓，質量單位)，和較高分子量的化合物，譬如從約200到約10,000道爾頓，包括未飽合寡聚物或未飽合聚合物的化合物。
「包括」或類似的詞是指包含但不限定，也就是包含在內而不排除的。
「大約」修改在描述本發明揭示內容實施例中所使用組成內成分的量，濃度，體積，處理溫度，產物，流速，壓力等值及其範圍，是指數值可能發生的改變，例如：經由用在製造化合物，組成，複合物，濃縮物或使用分子式的一般測量和處理處理過程；經由這些處理過程中不注意的錯誤；經由製造上，來源，或執行此方法時使用的起始材料或成分純度的差異；等類似的考量。「大約」一詞也包含由於組成或配方特定開始濃度或混合物不同的量，也由於混合或處理組成或配方特定開始濃度或混合物不同的量。附加於此的申請專利範圍包括這些「大約」量的等同物。
實施例中「基本上的組成」是指化合物，單體化合物產生聚合物或共聚合物組成，製造或使用
化合物，聚合物，配方或組成的方法，和本項說明的物品，裝置，或任何設備，可包括聲明中所列的成分或步驟，加上其他不會物質影響組成，物品，設備或製造和使用本發明揭示內容方法基本性質的成分或步驟，譬如特定的反應劑，特定的添加劑或成份，特定的劑，特定的表面改質劑或調節劑，或類似的結構，材料，或選擇的處理變數。可能物質影響本發明揭示內容成分或步驟基本性質的項目，或可能賦予本發明揭示內容令人討厭特性的項目包括譬如無或非常低單體溶解性，由於不良溶解度廣泛或延長淨化處理過程，不必要的暴露到過度的高溫，以及類似的不利步驟。
這裡使用的不定冠詞「一(a or an)」及其對應的定冠詞「該(the)」意味著至少一個，或一個或多個，除非是特別標示。
也可使用熟悉此項技術的人已知的縮寫(譬如「h」或「hr」是指小時，「g」或「gm」是指公克，「mL」是指毫升，「rt」是指室溫，「nm」是指奈米，以及類似的縮寫)。
這裡說明組成，成份，添加劑的特定和最佳值，以及其範圍，只是用來作說明；並不會排除其他的定義值或其他定義範圍內的值。本發明揭示內容的組成和方法包括那些具有任何值，或是這裡說明的值，特定值，更特定值，和最佳值的任何組合。
譬如本項說明單體和高分子組成的高共軛有機材料，已使用在各種應用方面，包括譬如場效電晶體(FETs)，薄膜電晶體(TFTs)，有機發光二極體(OLEDs)，和光電應用(EO)，作為導電材料，作為兩個光子混合材料，作為有機半導體，和作為非線性光學(NLO)材料。例如，可使用高共軛有機材料在譬如RFID標籤的裝置，譬如使用在平板顯示器，光伏打裝置，感測器或類似的電激發光裝置，或其組合。
在實施範例中，本項說明提供製造β"-雙-R-取代稠合噻吩化合物的方法。
在實施範例中，一個範例的處理過程顯示於以下的方案2。
在實施範例中，本項說明提供製造對稱或不對稱雙-β"-R-取代稠合噻吩化合物的方法，包括譬如：二醯化式子(I)四溴二噻吩(一種FT2化合物)：
將所得的式子(II)α-雙-醯基-β-雙-溴-二噻吩化合物(II)：
接觸例如以2-氫硫基乙酸酯，或類似的合成組元，形成式子(III)的環形α"-羧基-β"-R-取代之稠合噻吩(一種FT4化合物)：
其中R1是獨立的取代或未取代，分支或未分支，C1到C6亞烴基，式子(III)α"-羧基-β"-R-取代之稠合噻吩的特定範例是二碳乙氧基化合物，其中每個R1是乙氧基或類似的保護基，譬如-Me，-丙基，-Bu,i-Bu,-t-Bu，或類似的基；可藉著例如水解或類似的去保護方式，轉換α"-羧基-β"-R-取代之稠合噻吩(III)成為式子(IV)對應的二元酸：
；以及
去羧基二元酸(IV)，提供式子(V)的β"-雙-R-取代之稠合噻吩：
其中R是獨立的取代或未取代，分支或未分支，C4到C25亞烴基。
例如，R可以是取代或未取代之亞烴基，具有4到25個碳原子，具有8到22個碳原子，具有10
到21個碳原子，和類似的R取代基，包括中間的值和範圍。
以下的範例顯示本項說明配製製造對稱β"-雙-R-取代稠合噻吩化合物的方法，其中R可以是譬如-C10H21,-C17H35，或-C21H43。例如，可以至少兩個烷醯基鹵化物的等同物，或類似的合成組元，包括稍稍過量的反應劑，來完成二醯化作用。
在實施範例中，烷醯基鹵化物可以是譬如C17H35-(C=O)-Cl。例如，可以至少兩個2-氫硫基乙基乙酸酯的等同物，完成原處的雙環形成之接觸。例如，可以在合適的乙二醇醚溶劑，或類似的溶劑中，加熱的氧化亞銅混合物，完成去羧基二元酸(IV)。在特定的範例中，以約220到240℃加熱四乙烯乙二醇二甲基乙醚中的氧化亞銅(Cu2O)混合物，完成去羧基二元酸(IV)。
在特定的範例中，配製的β"-雙R-取代稠合噻吩化合物(V)是3,7-雙十七基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩(DC17FT4)。在另一特定的範例中，配製的β"-雙-R-取代稠合噻吩化合物(V)是3,7-雙十基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩(DC10FT4)。又在另一特定範例中，配製的β"-雙-R-取代稠合噻吩化合物(V)是3,7-雙二十一基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]
噻吩(DC21FT4)。這裡說明並配製的β"-雙-R-取代稠合噻吩化合物包括所有中間物和其等同物，包括其組合和鹽。
本項說明根據實驗證實地配製DC17FT4,DC10FT4，和DC21FT4，提供配製DCXFT4和類似化合物改善的途徑。
說明的處理過程去除了不必要的步驟，包括譬如醇到醛的氧化。取而代之的是使用業界可取得的氯化酸，作為羰基-(C=O)-。說明的處理過程也去除了不必要的步驟，譬如二醇到二酮的氧化。取而代之的是四溴噻吩並噻吩和氯化酸的反應，直接產生二酮產物。說明的處理過程也包括改善的去羧基化，提供最後步驟的DCXFT4核心(參閱Shchekotikhin,A.E.，等人之Chem Heterocycl Comp.2007,43,439)。
在實施範例中，說明的處理過程提供DC17FT4產物，步驟包括：二酮形成(譬如約44%產量)，環化以建構四個稠合環(譬如約84%產量)，水解二酯成二元酸(譬如約96%產量)，和去羧基化(譬如約85%產量)，整個產量約為30%。目前正在發展進一步的產量改善，尤其是二酮形成階段。
這裡說明的方法和先前技術的方法比較起來，特別有用的特性可能是較短的合成途徑(四個步驟比至少六個步驟)，較高的整體產量，約30%對約
18%。當和先前的方法比較起來，可得到較高天然產量的每種中間物(二酮，二酯，和二元酸)。接著再提供更簡單的淨化作用和減少的處理時間和成本。這裡說明的配製方法也避免使用先前方法所用的鉻氧化劑和奎林溶劑。
DC17FT4是配製PQDC17FT4(這裡Q=任何共單體)形式半導體高分子聚合物的主要先驅物(參閱He,M.等人之J.Am.Chem.Soc.2009,131,11930；Fong,H.等人之J.Am.Chem.Soc.2008,130,13202；He,M.等人之J.Org.Chem.,2007,72,442；Patent App.WO2008106019)。之前已經說明從直鏈C18醇和四溴噻吩並噻吩的DC17FT4的合成(先前處理過程)，請見共同擁有和讓渡的美國專利第7,705,108號(ibid.)，如方案1所示。
方案1. 先前DCXFT4的配製處理過程
這個處理用到6個順序步驟，用來形成任何的DCXFT4(X=17是最常用的側鏈)。醇到醛的氧化作用使用PCC(80%)(參閱Gaikwad,D.D.等人之India.Org.Chem.,2008,4,125)。烷化之後，以C18醛交換四溴噻吩並噻吩的鋰鹵素，產生二醇(84%)(請見專利申請案WO2005012326)。二醇利用Jones試劑的氧化作用產生二酮(62%)(參閱Harding,K.E.等人之J.Org.Chem.,1975,40,1664)。利用環化程序建構兩個外部稠合環(72%)(參閱Frey,J.,Chem.Comm.2002,2424；Frey,J等人之Org.Synth.2006,83,209)。水解成二元酸(97%)，接著去羧基化(61%)，完成整個過程(請見Frewy ibid.)。
先前處理過程的DC17FT4大約是17.6%的整體產量。然而，先前處理過程的缺點可能包括例如：用在處理過程的兩個步驟中有害於環境的鉻試劑(參閱Gavin,I.M.等人之Environ Mol Mutagen.2007,48,650)。使用在去羧基化反應中的奎林，很難移除，很可能以分解的產物污染到產物(參閱Shindo,H.,et al.,Heterocycles,1989,29,899；Frey,J.等人之Org.Synth.,2006,83,209)。去羧基化步驟也用到相當高的
溫度(270-300℃)。之前的程序大約是15到20百分比較低的整體產量。目前說明的改善步驟提供的處理過程可避免或消除前述的缺點。
在實施範例中，本項說明提供了配製DCXFT4改善的處理過程，如方案2所示。
方案2. DCXFT4化合物改善的配製處理過程
本項說明的的處理過程以步驟A取代方案1先前處理的步驟1,2和3(方案2)。方案1先前處理的步驟4和5則保持不變，在方案2中以步驟B和C表示。方案2最後的去羧基化步驟D，和先前處理的步驟6比起來，也已獲得改善，利用不同的試劑提供更好的結果。
所配製的特定DCXFT4化合物包括例如：式子(V)的DC10FT4,DC17FT4，和DC21FT4：
其中相同的C2對稱(即在核心FT4周圍)R取代物分別是-C10H21,-C17H35，和-C21H43。當R取代物是-C10H21時，這種化合物稱為：3,7-雙十基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩或5,12-雙十基-3,7,10,14-四硫四環[6.6.0.02,6.09,13]十四-1(8),2(6),4,9(13),11-五烯。當R取代物是-C17H35時，這種化合物稱為：3,7-雙十七基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩)或5,12-雙十七基-3,7,10,14-四硫四環[6.6.0.02,6.09,13]十四-1(8),2(6),4,9(13),11-五烯。當R取代物是-C21H43時，這種化合物稱為：3,7-雙二十一基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩或5,12-雙二十一基四硫四環[6.6.0.02,6.09,13]十四-1(8),2(6),4,9(13),11-五烯。
在實施範例中，本項說明的裝置包括至少一種所說明的單體化合物或其高分子。此種裝置包括譬如光伏打裝置，電激發光裝置，感測器，電晶體，半導體，RFID標籤，發光二極體，或其組合。
在實施範例中，本項說明提供的配製處理過程是讓FTx化合物成為FT(x+2)環系統延伸，和β-雙-取代物裝飾，譬如FT2化合物成為FT4環系統延伸，和β-雙-取代物裝飾。本項說明的配製處理過程還可以應用在類似的系統，譬如FT3化合物成為FT5環系統延伸，和β-雙-取代物裝飾，以及FT4成為FT64環系統延伸，和β-雙-取代物裝飾，或類似的延伸應用。也可選擇類似的環系統延伸化合物，作為進一步取代物衍生作用或聚合作用。
範例：下列的範例可更完整描述使用上述說明的方式，並進一步提出執行本項說明各種特性的最佳模式。我們認為這些例子不是要限制本項說明的範疇，而是用來作為說明的目的。以下的範例進一步描述如何配製本項說明的化合物。
範例1
二醯基化(步驟A)
將在無水THF(500mL)中的2,3,5,6-四溴噻吩並[3,2,b]噻吩(9.1g,0.2mol)懸浮液冷卻到-78℃。一滴一滴加入n-丁基醚中的苯基鋰(1.8mol/L,24mL,2.16eq.)，在-78℃攪拌反應的混合物。一小時後，移除小劑量並淬冷，然後以GC-MS測試。此種測試顯示在100%產量中形成二個負離子。在四氫呋喃中溶解十八醯基氯化物(13.6g,0.045mol)，儘快加入，並儘可能維持接近-78
℃的反應溫度。讓反應回暖到RT數個小時，然後在RT攪拌一整夜。然後以水(2.5到3eq.)淬冷反應混合物。接著在減少的壓力下移除溶劑，以水(2×300mL)和甲醇(2×300mL)沖洗剩餘的固體，過濾且烘乾。從己烷熱到冷再結晶原始的產物，產生所需的產物1-{3,6-二溴-5-十八醯基噻吩並[3,2-b]噻吩-2-基}十八烷-1-酮(7.3g,44%產量)，分開的白色固體。1H NMR(CD2Cl2)δ0.88(6 H,t,J=6.6Hz),1.20-1.48(56 H,m),1.69-1.82(4 H,m)，以及3.07(4 H,t,J=7.2Hz)。
範例2
雙環化(步驟B)
將範例1的1-{3,6-二溴-5-十八醯基噻吩並[3,2-b]噻吩-2-基}十八烷-1-酮(30.0g,36mmol)產物和K2CO3(50g,360mmol)和N,N-二甲基甲醯胺(100mL)混合。加熱混合物到60℃，一滴一滴加入乙基2-氫硫基乙酸酯(8.8mL,79mmol)。在60℃的氮氣下攪拌反應混合物48小時，然後注入冰水(500mL)。從溶劑過濾原始的產物，以水、MeOH，兩次丙酮沖洗，產生2,6-二碳乙氧基-3,7-雙十七基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩的產物(26g,84%產量)。1H NMR(CD2Cl2)δ0.90(6 H,t,J=6.6Hz),1.27-1.38(56 H,m),1.42(6
H,t,J=7.2Hz),1.73-1.87(4 H,m),3.20(4 H,t,J=7.5Hz)，及4.39(4 H,q,J=7.2Hz)。
範例3
酯去保護(步驟C)
將範例2的2,6-二碳乙氧基-3,7-雙十七基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩產物(26g,30mmol),LiOH(2.9g，在29mL水中的121mmol),THF(100mL),MeOH(20mL)和四丁基胺溴化物的催化劑量(約35mg)組合在適合的圓底燒瓶中，以冷凝器回流加熱一整夜。大約有90%的溶劑蒸發，殘留物以濃縮的氯化氫酸酸化到pH1，形成的固體以過濾方式收集起來，徹底以水和甲醇沖洗，在真空下烘乾產生3,7-雙十七醇酯噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩-2,6-二羧酸(23.5g,96%產量)。1H NMR(D8-THF)δ0.88(6H,m),1.20-1.50(72H,m),1.70-1.87(4H,m),and 3.23(4H,m)。
範例4
去羧基(Decarboxylation)(步驟D)
將範例3的3,7-雙十七醇酯噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩-2,6-二羧酸(29g,35mmol)產物，Cu2O(1.16g,0.2eq.)
和在四乙烯乙二醇二甲基醚(600mL)中的甘胺酸(glycine)(1.16g,0.3eq.)的混合物，在具有氣泡出口的適合燒瓶中，加熱到約220到230℃，以監控氣體的演變。當去羧基進行時，周期性監控氣體的演變。在2.5小時後就不再有氣體的演變，而總反應在3個小時後終止。很快地過濾熱反應混合物，以移除氧化銅和其他固體殘留物。然後將溶液冷卻到RT，產生淡黃色的沉澱物(24g,96%)。這是從溶液過濾出，從甲苯熱到冷再結晶，產生所需的產物3,7-雙十七基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩(DC17FT4)(22g,85%產量)，分開的白色固體。1H NMR(CD2Cl2)δ0.91(6H,t,J=6.6Hz),1.29-1.46(56H,m),1.74-1.88(4 H,m),2.78(4H,t,J=7.5Hz)，及7.02(2H,s)。
範例5-8配製DC10FT4稍加修改重複以上的範例1-4，產生如下所述的DC10FT4。
範例5
二醯基化(步驟A)
將在無水的THF(200mL)中的2,3,5,6-四溴噻吩並[3,2,b]噻吩(10g,21.9mmol)懸浮液冷卻到-78℃。一滴一滴加入n-丁基醚中的苯基鋰溶液(1.8mol/L,25mL,45mmol)，在-78℃攪拌反應混合物4小時。經由注射器加入十一醯基氯化物
(9.2g,44.9mmol)到反應混合物，一方面儘可能維持接近-78℃的反應溫度。讓反應回暖到RT超過約3個小時，然後在RT攪拌一整夜。然後加入碎冰(200g)淬冷。一方面攪拌反應混合物，一方面讓冰融化。接著在減少的壓力下移除大部分(大於約90%)的THF，從剩餘的溶液中過濾出固體。固體懸浮在水中(100mL)，攪拌1小時，然後過濾。固體懸浮在甲醇中(100mL)，攪拌1小時，然後過濾，產生產物1-{3,6-二溴-5-十一醯基噻吩並[3,2-b]噻吩-2-基}十一烷-1-酮白色的固體(5.75g,41.3%產量)。1H NMR(CD2Cl2)δ0.90(6H,t,J=6.3Hz),1.20-1.48(28H,m),1.68-1.73(4H,m)，及3.11(4H,t,J=7.2Hz)。
範例6
雙環化(步驟B)
讓範例5的產物1-{3,6-二溴-5-十一醯基噻吩並[3,2-b]噻吩-2-基}十一烷-1-酮(6g,9.46mmol)在N,N-二甲基甲醯胺(150mL)中溶解，並開始攪拌。以某種速率加入碳酸鉀(13.06g,94.6mmol)，使攪拌不會被接續加入的18-冠-6(10mg)中斷。加熱混合物到80℃，一滴滴加入乙硫基甘醇酸鹽(2.27g,18.91mmol)。在80℃的氮氣下攪拌反應混合物72小時。加入碎冰(170g)，讓反應混合物攪拌1小時。從水中再懸浮的溶液(200
mL)過濾出固體，攪拌1小時。再過濾懸浮物，和再懸浮在甲醇(200mL)中的固體再攪拌1小時。從甲醇溶液中過濾固體，在真空下烘乾，產生產物2,6-二碳乙氧基-3,7-雙十七基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩(5.00g,78.2%產量)。1H NMR(CD2Cl2)δ0.87(6H,t,J=6.3Hz),1.15-1.35(28H,m),1.40(6H,t,J=7.2Hz),1.68-1.82(4H,m),3.17(4H,t,J=7.2Hz)，和4.36(4H,q,J=7.2Hz)。
範例7
酯去保護(Ester deprotection)(步驟C)
將範例6的產物2,6-二碳乙氧基-3,7-雙十七基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩(5.00g,7.39mmol)，溶解在四氫呋喃(280mL)中，然後加入甲醇(40mL)。將氫氧化鋰(707mg,29.5mmol)溶解在水中(7mL)，加入攪拌的甲醇和THF溶液。安裝冷凝器，在油槽中以90℃加熱16小時。在降低的壓力下，移除THF和甲醇。接著加入60mL的甲醇和10mL的濃縮氯化氫酸，攪拌4小時。接下來加入50mL的水，過濾掉固體。在真空下烘乾後得到產物3,7-雙十醇酯噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩-2,6-二羧酸(4.50g,98%產量)。1H NMR(D8-THF)(二
鋰鹽)δ0.88(6H,t,J=6.9Hz),1.20-1.47(28H,m),1.70-1.86(4H,m)，及3.24(4H,t,J=7.5Hz)
範例8
去羧基(Decarboxylation)(步驟D)
將範例7的產物3,7-雙十醇酯噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩-2,6-二羧酸(0.50g,0.8mmol),Cu2O(10mg,0.07mmol)，和在四乙烯乙二醇二甲基醚(40mL)中的甘胺酸glycine(10mg,0.13mmol)的混合物，在具有氣泡出口的適合燒瓶中，加熱到約240℃，以監控氣體的演變。當去羧基進行時，周期性監控氣體的演變。在1.5小時後就不再有氣體的演變，而總反應在2個小時後終止。很快地過濾熱反應混合物，以移除氧化銅和其他固體殘留物。然後將過濾的溶液冷卻到RT，產生淡黃色的沉澱物(4.1g,96%)。這是從溶液過濾出，接著從甲苯熱到冷再結晶，產生所需產物3,7-雙十基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩(DC10FT4)(3.9g,91%產量)，分開的白色固體。1H NMR(CD2Cl2)δ0.88(6H,t,J=6.9Hz),1.20-1.45(28H,m),1.68-1.80(4H,m),2.75(4H,t,J=7.5Hz)，及7.00(2H,s)。
範例9-12
配製DC21FT4
稍加修改重複以上的範例1-4，產生如下所述的DC21FT4。
範例9
二醯基化(步驟A)
將在無水的THF(200mL)中的2,3,5,6-四溴噻吩並[3,2,b]噻吩(20mmol)懸浮液冷卻到-78℃。一滴一滴加入n-丁基醚中的苯基鋰溶液(41mmol)，在-78℃攪拌反應混合物4小時。經由注射器加入二十二醯基氯化物(41mmol)到反應混合物，一方面儘可能維持接近-78℃的溫度。讓反應回暖到RT超過約3個小時，然後在RT攪拌一整夜。然後加入碎冰(200g)淬冷反應混合物。一方面攪拌反應混合物，一方面讓冰融化。接著在減少的壓力下移除大部分(大於約90%)的THF，從剩餘的溶液中過濾出固體。固體懸浮在水中(100mL)，攪拌1小時，然後過濾。固體再懸浮在甲醇中(100mL)，攪拌1小時，然後過濾，產生產物1-{3,6-二溴-5-二十二醯基噻吩並[3,2-b]噻吩-2-基}二十二烷-1-酮。1H NMR(CD2Cl2)δ0.95-1.15(6H,m),1.30-1.82(76H,m)及3.17-3.32(4H,m)。
範例10
雙環化(步驟B)
讓範例9的產物1-{3,6-二溴-5-二十二醯基噻吩並[3,2-b]噻吩-2-基}二十二烷-1-酮(10mmol)溶解在N,N-二甲基甲醯胺(150mL)中，並開始攪拌。以某種速率加入碳酸鉀(100mmol)，使攪拌不會被接續加入的18-冠-6(10mg)中斷。加熱混合物到80℃，一滴滴加入乙硫基甘醇酸鹽(20mmol)。在80℃的氮氣下攪拌反應混合物72小時。加入碎冰(170g)，讓反應混合物攪拌1小時。從水中再懸浮的溶液(200mL)過濾出固體，攪拌1小時。再過濾懸浮物，和再懸浮在甲醇(200mL)中的固體再攪拌1小時。從甲醇溶液中過濾固體，在真空下烘乾，產生產物2,6-二碳乙氧基-3,7-雙二十一基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩。1H NMR(D8-THF)δ0.89(6H,t,J=6.3Hz),1.02-1.60(78H,m)1.60-1.84(4H,m),3.10-3.30(4H,m)，及4.24-4.42(4H,m)。
範例11
酯去保護(步驟C)
將範例10的產物2,6-二碳乙氧基-3,7-雙二十一基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩，溶解在四氫呋喃(THF)(280mL)中，然後加入甲醇(40mL)。將氫氧化鋰(40mmol)溶解在水中(10mL)，加入攪拌的甲醇和THF溶
液。安裝冷凝器，在油槽中以90℃加熱反應混合物16小時。在降低的壓力下，移除THF和甲醇。接著加入60mL的甲醇和10mL的濃縮氯化氫酸，攪拌4小時。接下來加入50mL的水，過濾掉固體。在真空下烘乾後得到產物3,7-雙二十一基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩-2,6-二羧酸。1H NMR(D8-THF)δ0.89(6H,t,J=6.9Hz),1.17-1.45(72H,m),1.68-1.85(4H,m)，及3.18-3.28(4H,m)。
範例12
去羧基(Decarboxylation)(步驟D)
將範例11的產物3,7-雙二十一基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩-2,6-二羧酸(1.0mmol),Cu2O(0.10mmol)，和在四乙烯乙二醇二甲基醚中的甘胺酸(0.16mmol)的混合物，在具有氣泡出口的適合燒瓶中，加熱到約240℃，以監控氣體的演變。當去羧基進行時，周期性監控氣體的演變。在1.5小時後就不再有氣體的演變，而總反應在2個小時後終止。很快地過濾熱反應混合物，以移除氧化銅和其他固體殘留物。然後將過濾的溶液冷卻到RT，產生淡黃色的沉澱物(4.1g,96%)。這是從溶液過濾出，接著從甲苯熱到冷再結晶，產生所需的產物3,7-雙二十一基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩(DC21FT4)。
1H NMR(CD2Cl2)δ0.91(6H,t,J=6.8Hz),1.15-1.50(76H,m),1.74-1.90(4H,m),2.78(4H,m)，及7.02(2H,s)。
範例13
配製聚合物-聚(3,7-雙十基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩)
利用以下描述的程序製造3,7-雙十基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩稠合噻吩聚合物。這個程序是採自Anderson,et al.,Macromolecules 1994,27,6506，在這裡也併入參考。
將範例8的產物3,7-雙十基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩(10mmol)溶解在30mL的氯苯中。將20mL氯苯中的鐵離子氯化物懸浮液(2.5mmol)加到單分子溶液30分鐘。讓混合物在室溫下攪拌數(譬如約6到約24)小時。由於稠合噻吩單分子化合物在其稠合環系統中有較多個環(譬如4個或以上)，最好在約80到約90℃加熱混合物數個小時。接著從95：5的甲醇：水的500mL混合物中沉澱反應混合物。藉由過濾收集沉澱物，在甲苯中溶解，以濃縮的氨水(3 x 60mL)加熱，再以乙烯二胺四乙酸(水中0.05M,2 x 50mL)加熱。從甲醇(500mL)沉澱出有機層。過濾並真空烘乾(70-80℃)，產生聚合物高分子材料。
範例14
溴化2,6-二溴-3,7-雙十醇酯四噻吩並並苯。
範例8產物3,7-雙十醇酯四噻吩並並苯(1mmol)溶解在甲烯氯化物中(60mL)。N-溴丁二醯亞胺(NBS)(2.02mmol)溶解在DMF(20mL)，在黑暗中一滴滴加到燒瓶。在黑暗中攪拌產生的混合物一整夜。讓氯化甲烯蒸發後，以水(3 x 100mL)和甲醇(50mL)沖洗剩餘的固體殘留物。烘乾固體，從己烷再結晶，產生2,6-二溴-3,7-雙十醇酯四噻吩並並苯。1H NMR(CD2Cl2)δ0.88(6H,t,J=6.9Hz),1.18-1.43(28H,m),1.64-1.82(4H,m)及2.78(4H,t,J=7.5Hz)。
範例15
配製聚合物-聚(2,5-雙(噻吩-2-基)-(3,7-雙十醇酯四噻吩並並苯)。
範例14的產物2,6-二溴-3,7-雙十醇酯四噻吩並並苯(1mmol)和1,1'-[2,2'-雙噻吩]-5,5'-二基雙[1,1,1-三甲基錫烷](1mmol)溶解在燒瓶的甲苯中(30mL)。氮經由燒瓶的內容物起氣泡數分鐘。將四十八面體(聯三苯膦)鈀(0)(Tetrakis)(0.09g,0.785mmol)加到此混合物。在氮氣下加熱此混合物到125-130℃約16小時。將此混合物注入到甲醇(400mL)和濃縮的氯化氫酸(20mL)溶液中，在室溫下攪拌一整夜。過濾沉
澱物，以丙酮和己烷索氏(Soxhlet)萃取各24小時。然後將得到的聚合物溶解至氯苯，過濾，並在甲醇中沉澱。在真空中烘乾所收集的聚合物。
本項說明已參考各種特定的實施範例和技術來加以描述。然而，應該要了解，只要維持在本項說明的範疇，很多種變化和修改都是可行的。
Claims (12)
- 一種製造β"-二-R-取代之稠合的噻吩化合物的方法，該方法包括下列步驟：二醯化式(I)四溴二噻吩：
- 依據申請專利範圍第1項之方法，其中每一R為具有4至25個碳原子之相同的取代的或未取代的亞烴基。
- 依據申請專利範圍第1項之方法，其中每一R為相同的-C10H21,-C17H35，或-C21H43。
- 依據申請專利範圍第1項之方法，其中二醯化作用係利用至少兩個烷醯基鹵化物的等同物來完成。
- 依據申請專利範圍第4項之方法，其中該烷醯基鹵化物為C17H35-(C=O)-Cl。
- 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該接觸步驟係利用至少兩個2-氫硫基乙酸乙酯的等同物來完成。
- 依據申請專利範圍第1項之方法，其中將式(IV)二元酸脫去羧基之步驟係利用加熱在乙二醇醚溶劑中的Cu(0),Cu(I)之銅氧化物的混合物，或其組合物來完成。
- 依據申請專利範圍第7項之方法，其中該銅氧化物為Cu2O，該乙二醇醚為四乙二醇二甲醚，以及該加熱係在220至240℃下進行。
- 依據申請專利範圍第7項之方法，更進一步包含一兩性化合物。
- 依據申請專利範圍第9項之方法，其中該兩性化合物為一胺基酸。
- 依據申請專利範圍第10項之方法，其中該胺基酸為甘胺酸。
- 依據申請專利範圍第1項之方法，其中式(V)β"-二-R-取代之稠合的噻吩為3,7-二-十七基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩，3,7-二-癸基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩，或3,7-二-二十一基噻吩並[3,2-b]噻吩並[2',3'：4,5]噻吩並[2,3-d]噻吩。
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