专利名称：二噻吩并[3，4-b；3’,4’-d]噻吩的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩的制备方法，属于并三 噻吩化合物制备技术领域。
背景技术：
并三噻吩化合物有六种异构体，如下所示
并三噻吩化合物由于其具有较高的电荷迁移率的、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，具有良好的应用前景。同时，并三噻吩 衍生物在医药、农药、染料等领域也有一定的应用。
目前，二噻吩并[3， 4-Z); 3'， 4，-《噻吩(化合物l)的制备方法如下 1971年Janssen报道了以3， 4-二溴噻吩为原料，经溴锂交换与二苯亚磺酰 硫(硫代试剂)硫代偶联制得4， 4，-二溴-3， 3，-二噻吩硫醚(化合物5)，化 合物5经溴锂交换与氯化铜氧化偶联关环制得化合物1，总产率19.5%。其反应 式和各步骤的产率如下所示
由于反应的产率较低，后来有人对由化合物5制备化合物1的过程进行了 改良，1997年，Iyoda发现使用三苯基膦钯催化剂和六甲基二锡得到化合物l 的产率高达78。％。其反应式如下
S
.噻吩并[3， 4-6; 3' ， 4'-"噻吩<formula>formula see original document page 5</formula>
还可以用氰化亚铜或氯化锌对溴锂交换后的中间体进行络合生成新的中
间体化合物6或化合物7，再用氧气与氯化铜共同氧化或氯化铜直接氧化关环 制得化合物l，产率分别为49%和70%。其反应式如下
<formula>formula see original document page 5</formula>%
综上所述，若以3， 4-二溴噻吩为原料，以上三种对Janssen的改良方法的 总产率为30-50%。
Iyoda方法的缺点是十分显著的，昂贵的试剂三苯基膦钯催化剂和六甲基 二锡的使用使得对化合物l的制备成本太高；在另一方法中使用了剧毒试剂 氰化亚铜，氧化关环的步骤中，无水氧气的使用导致产率并不高，而将氧气 与氯化铜混合使用则使得实验操作变得十分烦琐；在第三种方法中使用是无 水氯化锌，此种试剂较为昂贵，制备的成本较高。
综上所述，到目前为止，化合物l的各种制备方法主要是对Janssen方法 的改良，虽然有些方法使产率得到了较大的提高，但是由于较昂贵试剂或者 剧毒试剂的使用，限制了化合物l在各领域中的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种二噻吩并[3， 4-6; 3'， 4'-《噻吩的制备方法， 以降低生产的成本。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是
二噻吩并[3， 4-6; 3'， 4'-《噻吩的制备方法，该方法包括如下步骤
①将原料3， 4-二溴噻吩用TMS基团进行保护制得3， 4-二溴2， 5-二 (三
甲硅基)噻吩；② 将制得的3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩进行硫代偶联反应制得 4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚；③ 将制得的4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚 进行氧化偶联关环反应制得l， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩；④ 对制得的1， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻 吩脱去TMS基团制得二噻吩并[3， 4-6; 3'， 4'-J]噻吩。步骤①的具体反应过程为在惰性气体保护下，于-80—-70'C向含有反应 物3， 4-二溴噻吩的无水乙醚溶液中滴加含有2.0—2.5当量LDA的无水乙醚 溶液，将温度升至0'C保持1—3小时；将温度降至-80—-7(TC，再加入3.0— 5.0当量的TMSX，然后将温度自然升至室温；最后加水淬灭反应，分离提纯 得到3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩。所述的TMSX中的X为Cl或者Br。所述的TMSX中的X优选为Cl。步骤②的具体反应过程为在惰性气体保护下，于-80—-7(TC向含有3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩的无水乙醚溶液中滴加l.O当量的正丁基锂 反应l一3小时，再加入0.5当量干燥后的(PhS02) 2S反应0.5-3小时；将温 度自然升至-50—-6(TC并保温反应2—3小时，然后将温度自然升至室温；加 水淬灭反应，分离提纯得到4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚。步骤③的具体反应过程为在惰性气体保护下，于-80—-7(TC向含有4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚的无水乙醚溶液中滴 力口4.5当量的叔丁基锂反应l一3小时，再加入2—5当量的无水氯化铜反应1 小时；将温度自然升至-50—-60。C并保持2—3小时，然后将温度自然升至室 温；加水淬灭反应，分离提纯得到l， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩。步骤④的具体反应过程为将l， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 44; 3，， 4'-J]噻吩溶解于氯仿溶液中，加入三氟乙酸至充分反应；再经分离 提纯得到二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩。所述的惰性气体为氩气。6所述的分离提纯具体为萃取，洗涤，千燥，旋干，硅胶柱层析分离。本发明对Janssen方法进行改良，以3， 4-二溴噻吩为起始原料，在强碱 LDA (二异丙基氨基锂)作用下与TMSC1 (三甲硅氯)反应，对3， 4-二溴噻 吩的两个a位实施TMS(三甲硅基)基团的保护，制得3， 4-二溴2， 5-二 (三 甲硅基)噻吩，产率为86.3-99.6%;再对3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻 吩用正丁基锂进行溴锂交换，用硫代试剂进行硫代偶联制得4， 4'-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚，产率为87%;然后对4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚用叔丁基锂进行溴锂交换后加入 氯化铜氧化偶联关环制得l， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 4-b; 3，， 4，-d]噻吩，产率为84.7%;最后在三氟乙酸条件下，脱去2， 2， 2，， 5，-四(三 甲硅基)-二噻吩并[3， 4-b; 3，， 4'-d]噻吩上的TMS基团，得到目标产物二噻 吩并[3， 4-6; 3'， 4'-J]噻吩，产率为87%。以3， 4-二溴噻吩为原料制得二噻 吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩的总产率高达55-63%。以上所述的制备路线如下2, 86.3-99.6% 3， 870/0 4， 84.7% 1， 86.5%本发明的优点在于本发明所采用了基团TMS保护噻吩环的两个a活性 位，有效地减少了在溴锂交换反应时发生在噻吩环a活性位上的副反应，既保 护了硫代偶联反应，也保护了氧化偶联关环反应，提高了这两个反应的产率， 使得二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩化合物的制备产率为55-63%;相比Janssen 和Iyoda方法，产率大大提高，而且还避免了使用昂贵的试剂，降低了制备的 成本，易于推广应用。本发明的合成工艺具有操作性，反应条件涉及无水、 无氧与低温，适宜于精细化工制备。
图1为3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩的氢谱图； 图2为3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩的碳谱图； 图3为3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩的质谱图； 图4为3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩的红外谱图； 图5为4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚的氢 谱图；图6为4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚的碳 谱图；图7为4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚的质 谱图；图8为4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚的红 外谱图；图9为1， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩的氢谱图；图10为1， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-，塞吩的 碳谱图；图ll为l， 3， 5, 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 44; 3，， 4，-J]噻吩的 质谱图；图12为1， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩的红外谱图；图13为二噻吩并[3， 4-6; 3'， 4'-《噻吩的氢谱图； 图14为二噻吩并[3， 4-6; 3'， 4'-《噻吩的碳谱图； 图15为二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩的质谱图； 图16为二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩的红外谱图。
具体实施方式
实施例①3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩的制备氩气保护下，将二异丙基胺(5.1mL， 2.6当量)溶于30mL无水乙醚中， (TC下滴加正丁基锂(11.7mL， 2.2当量)，保持0°C 30min制得LDA，将LDA 在-78。C条件下滴加至含有3， 4-二溴噻吩(3.28 g)的无水乙醚溶液(100mL) 中，保持0。C2h;降温至-78。C，加入TMSC1 (7.38 g， 5.0当量)，自然升温 至室温；加水淬灭反应，乙醚多次萃取后合并有机相，对有机相用饱和氯化 钠溶液洗涤，无水硫酸镁干燥，旋干得粗产品；将粗产品用硅胶柱层析分离 (洗脱剂石油醚)得到3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩(5.23 g)，产 率为99.6%，产物为无色液体。3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩的波谱分析如下iH雇R: (400顧z， CDC13 ) S 0.431 (18H， s); 13CNMR: (lOOMHz， CDC13 ) S 140.6， 122.2， -1.2; MS: (EI， 70ev): m/z = 383.87 ([!Vf])， 385.87 ([M^+2])， 387.87 ([M^4]);IR (KBr) : 2956.4， 2897.9 (C-H) cm一1。上述对3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩的波谱分析的谱图如图1-4 所示。② 4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚的制备 取3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩(1.75g)于干燥的Schlenk反应瓶中，氩气保护下，加入无水乙醚(50mL)，降温至-78。C，逐滴加入正丁基锂(1.8 mL， 1.0当量)反应3h;加入干燥的(PhS02) 2S (0.71 g， 0.5当量)，保持 -78"C反应lh;然后自然升至-55。C，保温反应2.5h，自然升至室温；加水淬灭 反应，乙醚多次萃取后合并有机相，对有机相用饱和氯化钠溶液洗涤，无水 硫酸镁干燥，旋干得粗产品；将粗产品用硅胶柱层析分离(洗脱剂石油醚) 得到4， 4，隱二溴-2， 2，， 5， 5,-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚(1.28g)， 产率87.6%，产物为白色固体，m.p.: 154-156°C。4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚的波谱分析 如下iH画R: (400MHz， CDC13) S 0.432 (18H， s)， 0.334 (腦，s); 13C NMR: (lOOMHz， CDC13) 3 144.6， 140.4， 136.9， 123.1， -0.2，隱1.2;MS: (EI， 70ev): m/z = 642.06 ([M+]) ， 644.05 ([Tvf+2〗)，646.05([M+十4]);IR (KBr) : 2954.4， 2896.4 (C-H) cm一1。上述对4， 4，-二溴-2, 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚的波 谱分析的谱图如图5-8所示。③ l， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 4-Z;; 3，， 4，-^]噻吩的制备 在Schlenk反应瓶中，氩气保护下，将4， 4,-二溴-2， 2,， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚(204 mg)溶于无水乙醚(50 mL)，降温至-78"C， 滴加叔丁基锂(0.95 mL， 4.5当量)，-78。C下反应2h;加入无水氯化铜(2209mg， 5.1当量)，-78。C下反应lh后自然升温至-6(TC，反应2h后自然升至室温； 向反应液中加入水，乙醚多次萃取后合并有机相，对有机相依次用水、饱和 氯化钠溶液、水洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤，硅胶柱层析(淋洗液石油 醚)得到l， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， "; 3，， 4，-《噻吩(130mg)， 产率为84.7%，产物为白色固体，m.p.:卯-91"C。
1， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩的波谱分析 如下
'HNMR: (400MHz， CDC13) S 0.45 (s， 18H) ， 0.42 (s， 18H); 13CNMR:(励MHz， CDC13) S 152.1， 145.4， 135.4， 129.3， 2.5， -0.7; MS: (EI， 70ev): m/z = 484.04 ([M+]); IR (KBr) : 2954.6， 2896.7 C-H) cm-、
上述对l， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-d噻吩的波 谱分析的谱图如图9-12所示。
@ 二噻吩并[3， 4-Z); 3'， 4'-《噻吩的制备
1， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3， 4-6; 3,， 4，-J]噻吩(100mg， 0.21mmo1)，加入15mL氯仿，搅拌溶解；加入三氟乙酸(0.2mL)室温下搅 拌约l h， TLC (薄层色谱)监控反应过程至原料消失；向反应液中加入水， 氯仿多次萃取后合并有机相，对有机相分别用饱和碳酸氢钠溶液、水洗涤， 无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析(淋洗液石油醚)得到目标产物二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩(35mg)，产率为86.5%，产物为白色固体，m.p.: 82-83°C。 二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩的波谱分析如下
'HNMR: (400MHz， CDC13) 5 7.47 (d， J:2.0， 2H) ， 7.04 (d， 《/= 2.4， 2H);
13CNMR: (lOOMHz， CDC13): 5 142.9， 136.1， 114.0， 111.6;
MS: (1， 70ev): m/z= 195.81 ([M+]);
IR (KBr) : 3103.1， 3089.6， 2923.7 (C-H) cm—。
上述对二噻吩并[3， 44; 3，， 4'-J]噻吩的波谱分析的谱图如图13-16所示。
权利要求
1、二噻吩并[3，4-b；3’，4’-d]噻吩的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤①将原料3，4-二溴噻吩用TMS基团进行保护制得3，4-二溴2，5-二(三甲硅基)噻吩；②将制得的3，4-二溴2，5-二(三甲硅基)噻吩进行硫代偶联反应制得4，4’-二溴-2，2’，5，5’-四(三甲硅基)-3，3’-二噻吩硫醚；③将制得的4，4’-二溴-2，2’，5，5’-四(三甲硅基)-3，3’-二噻吩硫醚进行氧化偶联关环反应制得1，3，5，7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3，4-b；3’，4’-d]噻吩；④对制得的1，3，5，7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3，4-b；3’，4’-d]噻吩脱去TMS基团制得二噻吩并[3，4-b；3’，4’-d]噻吩。
2、 根据权利要求1所述的二噻吩并[3， 4-Z); 3'， 4'-《噻吩的制备方法， 其特征在于步骤①的具体反应过程为在惰性气体保护下，于-80 — -7(TC向 含有反应物3， 4-二溴噻吩的无水乙醚溶液中滴加含有2.0—2.5当量LDA的 无水乙醚溶液，将温度升至OTM呆持1—3小时；将温度降至-80—-7(TC，再 加入3.0 — 5.0当量的TMSX，然后将温度自然升至室温；最后加水淬灭反应， 分离提纯得到3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩。
3、 根据权利要求2所述的二噻吩并[3， 4-6; 3'， 4'-《噻吩的制备方法， 其特征在于所述的TMSX中的X为Cl或者Br。
4、 根据权利要求3所述的二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4'-《噻吩的制备方法， 其特征在于所述的TMSX中的X优选为C1。
5、 根据权利要求1所述的二噻吩并[3， 4-6; 3'， 4'-《噻吩的制备方法， 其特征在于步骤②的具体反应过程为在惰性气体保护下，于-80 — -7(TC向 含有3， 4-二溴2， 5-二 (三甲硅基)噻吩的无水乙醚溶液中滴加1.0当量的 正丁基锂反应l一3小时，再加入0.5当量干燥后的(PhS02) 2S0.5-3小 时；将温度自然升至-50 — -6(TC并保温反应2—3小时，然后将温度自然升至 室温；加水淬灭反应，分离提纯得到4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基) -3， 3，-二噻吩硫醚。
6、 根据权利要求1所述的二噻吩并[3， 4-Z>; 3'， 4'-《噻吩的制备方法，其特征在于步骤③的具体反应过程为在惰性气体保护下，于-80 — -7(TC向含有4， 4，-二溴-2， 2，， 5， 5，-四(三甲硅基)-3， 3，-二噻吩硫醚的无水乙醚 溶液中滴加4.5当量的叔丁基锂反应l一3小时，再加入2—5当量的无水氯化 铜反应l小时；将温度自然升至-50—-6(TC并保持2—3小时，然后将温度自 然升至室温；加水淬灭反应，分离提纯得到1， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二 噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩。
7、 根据权利要求1所述的二噻吩并[3， 4-6; 3'， 4'-《噻吩的制备方法， 其特征在于步骤④的具体反应过程为将1， 3， 5， 7-四(三甲硅基)-二 噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩溶解于氯仿溶液中，加入三氟乙酸至充分反应； 再经分离提纯得到二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4，-《噻吩。
8、 根据权利要求2-7任一所述的二噻吩并[3， 4-6; 3'， 4'-《噻吩的制备 方法，其特征在于所述的惰性气体为氩气。
9、 根据权利要求2-7任一所述的二噻吩并[3， 4-6; 3，， 4'-《噻吩的制备 方法，其特征在于所述的分离提纯具体为萃取，洗涤，干燥，旋干，硅 胶柱层析分离。
全文摘要
本发明公开了一种二噻吩并[3，4-b；3’，4’-d]噻吩的制备方法，该方法以3，4-二溴噻吩为原料，利用TMS基团对原料分子噻吩环上的两个α活性位进行保护，然后在分别进行硫代偶联反应和氧化偶联关环反应，得到α活性位被TMS基团保护的1，3，5，7-四(三甲硅基)-二噻吩并[3，4-b；3’，4’-d]噻吩，然后在三氟乙酸作用下脱去TMS基团得到目标产物。该方法中的TMS基团既保护了硫代偶联反应，也保护了氧化偶联关环反应，有效地减少了这两个反应中副反应的产生，使制备的产率大大提高为55-63％，而且还避免了使用昂贵的试剂，降低了实验成本。
文档编号C07D495/14GK101514207SQ200910064380
公开日2009年8月26日 申请日期2009年3月13日 优先权日2009年3月13日
发明者史建武, 坤 徐, 莉 徐, 李春丽, 华 王, 振 王, 王治华 申请人:河南大学