本发明涉及一种n,n’-二取代噻吩并哌嗪化合物及其制备方法，特别是涉及一种在以醇为溶剂的情况下,通过将噻吩并吡嗪依次进行加氢还原和夺氢烷基化得到n,n’-二取代噻吩并哌嗪的制备方法。
背景技术：
杂环化合物纷繁复杂，广泛存在于大自然中，它们表现出的性质与生物学有着紧密的联系。尤其是含氮杂环化合物因其广泛的生物活性而吸引了研究者的极大关注，他们设计并合成出许许多多该类化合物，并且从中筛选了具有各种生理及药理活性的含氮杂环化合物，其中一些已经在除草剂、杀菌剂、杀虫剂及医用药物等领域发挥了非常重要的作用。同时，含氮杂环化合物也是有机合成中重要的中间体，不仅在医药和生物领域，而且在材料领域也起着至关重要的作用。因此，始终致力于合成结构新颖同时兼具可修饰性及功能性的含氮杂环化合物具有重要的意义。
在众多的含氮杂环化合物中，由于噻吩并吡嗪化合物中反应活性位点较多，不仅可以作为很好的合成中间体，可参与众多的化学反应，而且可通过分子设计，合成具有特定结构的功能性杂环化合物，从而得到结构新颖并具有优异物化性能的目标化合物。由此可见，n,n’-二取代噻吩并哌嗪在有机合成尤其是在含有杂原子化合物的合成中具有广阔的应用前景。目前，噻吩并吡嗪类化合物作为精细化学品的重要中间体，在医药、生物和光电材料领域的研究十分活跃，并且已经取得了许多重要的研究进展。但是需要提到的是，由于吡嗪环上有两个氮原子，可以等效于两个吸电子基团，使得噻吩并吡嗪单元呈现一定的缺电子性。然而，对于很多需要在分子中既需具有含氮杂环噻吩结构同时又要保证一定的富电子性的功能性材料而言，就需要对噻吩并吡嗪进行一定的结构修饰，如将不饱和的吡嗪环进行还原，以破坏噻吩并吡嗪结构中等效于吸电子基团的两个氮原子的吸电子作用；为了进一步提升含氮杂环噻吩结构的富电子性和稳定性，还可在还原后的氮原子上进行各种烷基化取代；n-烷基化后的含氮杂环噻吩可显著降低其氧化势，更有利于在氧化剂作用下噻吩环的氧化聚合，方便高分子材料的制备。
目前，关于氮烷基化反应的报道已有很多。如silva等报道的利用甲醛在酸性条件下先对二级胺进行亲电进攻形成亚胺正离子，而后用锌粉作为还原剂将亚胺正离子还原得到氮甲基化产物【r.a.dasilva,etal.,tetrahedronlett.,48,7680(2007)】；bremner等报道了在甲醇溶剂中，甲醛对二级胺进行亲电进攻，然后在用硼氢化钠还原得到甲基化产物。【j.b.bremner,etal.,aust.j.chem.,37,1043(1984)】。然而，这类“还原氨化”方法一般仅适用于脂肪胺的氮烷基化。而噻吩并吡嗪还原之后属于反应活性较低的二级芳胺，其反应活性较低，因此，目前已有的该类“还原氨化”法实现二级胺氮原子烷基化的方法对于噻吩并吡嗪并不适用。另外，也有一些氮烷基化反应是先利用强碱去质子再进行烷基化，但这类方法一般也仅对脂肪胺比较有效【t.kikuchi,etal.,j.labelledcpd.radiopharm.,44,31(2001)】。而芳胺氮上进行烷基化通常需要在过渡金属催化的条件下进行，而催化剂对于反应条件特别敏感。而噻吩并吡嗪在第一步氢化还原后由于极差的稳定性不能分离纯化，因而复杂的反应体系非常不利用催化胺化反应的进行。
在此，我们利用具有极强碱性的氢化钠作为二级芳胺的夺氢试剂，将氢化还原和烷基化两步有机结合起来，中间不需经过纯化处理，实现了一锅“还原-烷基化”，避免了氢化还原后中间体不能长时间存储的缺点，实现了“还原胺化法”对活性较差的胺类化合物无法实现的烷基化，提供一种操作简单、条件温和的制备n,n’-二取代噻吩并哌嗪的新方法。
由于化合物的制备方法与其收率和纯化难易程度有着直接的关系，如何高效、经济的制备高纯度的有机化合物显得尤为重要。因此，通过采用“还原-烷基化法”，不仅避免了氢化还原后中间体不能长时间稳定存储的缺点，而且实现了“还原胺化法”对活性较差的胺类化合物无法实现的烷基化反应，提供一种操作简单、条件温和的制备n,n’-二取代噻吩并哌嗪的新方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于利用噻吩并吡嗪化合物结构简洁对称，且易还原易修饰的特点，提供一种在以醇为溶剂的情况下,通过将噻吩并吡嗪进行加氢还原和夺氢烷基化得到n,n’-二取代噻吩并哌嗪的简洁高效、绿色环保的制备方法。该制备方法可以通过采用吡嗪环中2,3-位碳原子上具有不同取代基化合物为起始原料或通过改变吡嗪环中氮原子上的，进而获得一系列具有不同结构的n,n’-二取代噻吩并哌嗪化合物。
以醇为溶剂的情况下,通过将噻吩并吡嗪进行加氢还原和夺氢烷基化得到n,n’-二取代噻吩并哌嗪的制备方法。本发明的制备方法是以噻吩并吡嗪为原料，先以碱金属硼氢化物作为还原剂，在醇中对吡嗪环加氢还原，再以n,n’-二甲基甲酰胺为溶剂，碱金属氢化物为碱，室温下通过卤代物对氮原子进行烷基化制备n,n’-二取代噻吩并哌嗪。
本发明在以醇为溶剂的情况下,通过将噻吩并吡嗪进行加氢还原和夺氢烷基化得到n,n’-二取代噻吩并哌嗪的制备方法包括以下步骤：
（1）将噻吩并吡嗪（136mg,1mmol）加入至一定体积的醇溶剂中；
（2）将适量的碱金属硼氢化物（10mmol）缓慢分批加入至（1）中；
（3）将步骤（2）得到的反应物在回流下搅拌反应；
（4）将步骤（3）得到的反应混合物减压蒸掉醇溶剂；
（5）将步骤（4）得到的残余物冷却后，加入一定体积的n,n’-二甲基甲酰胺溶剂；
（6）将步骤（5）得到的反应混合物用冰水冷却，搅拌下将碱金属氢化物（20mmol）分批缓慢加入，继续搅拌；
（7）将卤代烷（5mmol）缓慢加入；
（8）将步骤（7）得到的反应混合物室温继续搅拌反应；
（9）反应结束后，用饱和氯化铵水溶液淬灭反应，乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸镁干燥。然后减压抽滤，悬干溶剂，用二氯甲烷：石油醚体积比为2：1作为洗脱剂，进行柱色谱分离，得到纯化的n,n’-二取代噻吩并哌嗪化合物。
步骤（1）所述的将噻吩并吡嗪（136mg,1mmol）加入至一定体积的醇溶剂中，醇溶剂可以为甲醇，也可以为乙醇，优选地为乙醇。
步骤（1）所述的将噻吩并吡嗪（136mg,1mmol）加入至一定体积的醇溶剂中，醇溶剂的体积约为5ml。
步骤（2）所述的将适量的碱金属硼氢化物（10mmol）缓慢分批加入至（1）中，碱金属硼氢化物可以为硼氢化钠，也可以为氰基硼氢化钠或三乙酰氧基硼氢化钠，优选地为硼氢化钠。
步骤（3）所述的将步骤（2）得到的反应物在回流下搅拌反应，搅拌时间约为4h。
步骤（4）所述的将步骤（3）得到的反应混合物减压蒸掉醇溶剂，该醇溶剂与步骤（1）所用的醇溶剂为同一种醇溶剂。
步骤（5）所述的加入一定体积的n,n’-二甲基甲酰胺溶剂，n,n’-二甲基甲酰胺溶剂的体积约为5ml。
步骤（6）所述的搅拌下将碱金属氢化物分批缓慢加入，碱金属氢化物可以是氢化钠，也可以是氢化钙，优选地为氢化钠。
步骤（8）所述的将步骤（7）得到的反应混合物室温继续搅拌反应，反应时间约为12h。
本发明的方法不仅具有条件温和、反应迅速、成本低廉的特点，而且通过有机聚合物的包覆，在保证获得较高电导率的同时，不会显著提高材料的热导率，进而有利于较高综合热电性能的获得。本发明的制备方法是以噻吩并吡嗪为原料，先以碱金属硼氢化物作为还原剂，在醇中对吡嗪环加氢还原，再以n,n’-二甲基甲酰胺为溶剂，碱金属氢化物为碱，室温下通过卤代物对氮原子进行烷基化制备n,n’-二取代噻吩并哌嗪。本发明采用“还原-烷基化法”，避免了氢化还原后中间体不能长时间存储的缺点，实现了“还原胺化法”对活性较差的胺类化合物无法实现的烷基化，提供一种操作简单、条件温和的制备n,n’-二取代噻吩并哌嗪的新方法。
制备n,n’-二取代噻吩并哌嗪的过程中，在第一步的加氢还原步骤中，所用醇溶剂的体积与噻吩并哌嗪的摩尔数之比约为5ml/1mmol。如果该比值过大，则在该步反应结束后整掉大量醇溶剂费时费力；但是如果该比值过小，则还原剂与醇反应后的盐在少量的溶剂中易洗出粘稠的固体，影响搅拌的均匀性，进而影响到反应的充分程度。同样，在第二步的夺氢烷基化步骤中，溶剂n,n’-二甲基甲酰胺的体积与初始原料噻吩并哌嗪的摩尔数之比约为5ml/1mmol。该比值过大，则n,n’-二甲基甲酰胺对于后处理中的萃取及柱色谱分离会产生很大影响；反之，比值过小，则作为碱的金属氢化物不能很好的分散在反应体系中，显著影响反应效率。
具体实施方式
实施例1
（1）将噻吩并吡嗪（136mg,1mmol）加入至5ml乙醇溶剂中；
（2）将硼氢化钠（0.38g,10mmol）缓慢分批加入至（1）中；
（3）将步骤（2）得到的反应物在回流下搅拌反应4h；
（4）将步骤（3）得到的反应混合物减压蒸掉乙醇溶剂；
（5）将步骤（4）得到的残余物冷却后，加入5mln,n-二甲基甲酰胺溶剂；
（6）将步骤（5）得到的反应混合物用冰水冷却，搅拌下将氢化钠（0.48g,20mmol）分批缓慢加入，继续搅拌；
（7）将碘甲烷（0.71g,5mmol）缓慢加入；
（8）将步骤（7）得到的反应混合物室温继续搅拌反应12h;
（9）反应结束后，用饱和氯化铵水溶液淬灭反应，乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸镁干燥。然后减压抽滤，悬干溶剂，用二氯甲烷：石油醚体积比为2：1作为洗脱剂，进行柱色谱分离，得到无色液体n,n’-二甲基噻吩并哌嗪化合物109.2mg,收率约为65%。
实施例2
按实施例1所述方法和步骤，只是将步骤（2）中的三乙酰氧基硼氢化钠（2.12g,10mmol）缓慢分批加入至（1）中。得到无色液体n,n’-二甲基噻吩并哌嗪化合物40.3mg,收率约为24%。
实施例3
按实施例1所述方法和步骤，只是将步骤（2）中的氰基硼氢化钠（0.63g,10mmol）缓慢分批加入至（1）中。得到无色液体n,n’-二甲基噻吩并哌嗪化合物58.8mg,收率约为35%。
实施例4
按实施例1所述方法和步骤，只是将步骤（6）中的氢化钙（0.84g,20mmol）分批缓慢加入。得到无色液体n,n’-二甲基噻吩并哌嗪化合物18.5mg,收率约为11%。
实施例5
按实施例1所述方法和步骤，只是将步骤（1）中的噻吩并吡嗪（136mg,1mmol）加入至10ml乙醇溶剂中。得到无色液体n,n’-二甲基噻吩并哌嗪化合物60.5mg,收率约为36%。
实施例6
按实施例1所述方法和步骤，只是将步骤（5）中的10mln,n-二甲基甲酰胺溶剂加入。得到无色液体n,n’-二甲基噻吩并哌嗪化合物42.1mg,收率约为25%。
实施例7
按实施例1所述方法和步骤，只是将步骤（7）中的溴乙烷（0.71g,5mmol）缓慢加入得到无色液体n,n’-二乙基噻吩并哌嗪化合物101.9mg,收率约为52%。