本发明属于高性能聚合物单体制备和化工、医药中间体的技术领域，具体地，涉及一种2,5-双取代噻吩化合物的制备方法。
背景技术：
2,5-双取代噻吩化合物由于具备双官能团，可以用于制备高性能芳杂环的聚酯，聚酰胺、聚氨酯等聚合物，同时也是合成有机金属配合物、手性催化剂等重要的化工原料和医药中间体。相对于2,5-双取代噻吩化合物，2-取代的噻吩化合物噻吩、2-甲醛基噻吩、2-甲酸基噻吩、2-甲酸甲酯基噻吩、2-羟甲基噻吩、噻吩、2-甲基噻吩、2-甲氧基噻吩等制备相对容易，这些噻吩化合物含有刚性的噻吩环，制备的聚合物耐高温、强度模量好。但因为这些噻吩化合物只有2-位一个官能团，长期以来应用局限于香料和化工中间体等的应用，附加值低、应用范围难以推广。
综上所述，本领域尚缺乏一种低成本高效率地制备双官能团噻吩化合物的方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种低成本高效率地制备双官能团噻吩化合物的方法。
在本发明的第一方面，提供了一种2,5-双取代噻吩化合物的制备方法，所述方法包括步骤：
将2-取代噻吩化合物溶解于卤代烃和醇类(r2-oh)的混合溶剂中，与催化剂接触，发生反应，得到所述2,5-双取代噻吩化合物；
其中，所述的2-取代噻吩化合物具有式ii结构：
所述的2,5-双取代噻吩化合物具有式i结构：
式中，r1选自下组：h、羧基、c2-c5的酸基(r-coo-，r为c1-c4的烷基)、c1-c4烷基-醛基、取代或未取代的c1-c10的烷基、取代或未取代的c1-c10的烷氧基(优选甲氧基)、取代或未取代的c3-c10的环烷基(如环戊基、环己基)、苯基、或c2-c10的酯基(-coor，r为c1-c9的烷基)；
r1’选自下组：羧基、c2-c5的酸基(r-coo-，r为c1-c4的烷基)、c1-c4烷基-醛基、取代或未取代的c1-c10的烷基、取代或未取代的c1-c10的烷氧基(优选甲氧基)、取代或未取代的c3-c10的环烷基(如环戊基、环己基)、苯基、或c2-c10的酯基(-coor，r为c1-c9的烷基)；
r2选自下组：h、c1-c10的烷基；
所述的取代指基团上的一个或多个氢原子被选自下组的取代基取代：卤素、羟基、c1-c4烷基、羧基、c2-c11的酯基。
在另一优选例中，r1和r1’可以是相同的或不同的。
在另一优选例中，当r1为羧基或羧基取代的基团时，r1和r1’是不同的。
在另一优选例中，r1’≠r2。
在另一优选例中，r1’为羧基或c2-c10的酯基，且r2为h或c1-c10的烷基。
在另一优选例中，所述2-取代噻吩化合物为纯净物形式、或反应混合物形式。
在另一优选例中，所述的2-取代噻吩化合物选自下组：2-甲酸基噻吩、2-甲醛基噻吩、2-羟甲基噻吩、2-甲基噻吩、2-甲氧基噻吩、2-甲酸甲酯基噻吩、2-甲酸乙酯基噻吩、2-甲酸丙酯基噻吩、噻吩，或其组合。
在另一优选例中，所述的2,5-双取代噻吩化合物选自下组：2,5-噻吩二甲酸二甲酯、2-甲醛-5-甲酸甲酯基噻吩、2-羟甲基-5-甲酸甲酯基噻吩、2-甲基-5-甲酸甲酯基噻吩、2-甲氧基-5-甲酸甲酯基噻吩、2-甲酸乙酯基-5-甲酸甲酯基噻吩、2-甲酸丙酯基-5-甲酸甲酯基噻吩、2-甲醛基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-羟甲基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-甲基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-甲氧基-5-甲酸乙酯基噻吩、2,5-噻吩二甲酸二乙酯、2-甲酸丙酯基5-甲酸乙酯基噻吩、2-甲醛基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-羟甲基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-甲基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-甲氧基-5-甲酸乙酯基噻吩、2,5-噻吩二甲酸二丙酯，或其组合。
在另一优选例中，所述的卤代烃为c1-c6的卤代烷烃，其中，所述的卤素选自下组：f、cl、br，或i。
在另一优选例中，所述的卤代烃选自下组：1-氯代甲烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二氯乙烷、四氯乙烷、1-溴代甲烷、二溴甲烷、三溴甲烷、四溴化碳、二溴乙烷、四溴乙烷，或其组合。
在另一优选例中，所述的卤代烃选自下组：二氯甲烷、四氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳，或其组合。
在另一优选例中，所述的醇类为c1-c10的醇类。
在另一优选例中，所述的醇类选自下组：甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，或其组合。
在另一优选例中，所述的催化剂选自下组金属的金属化合物：fe、co、ni、cu、zn、mg、cr、zr、al、v，或其组合。
在另一优选例中，所述的催化剂选自下组：氯化铁、溴化铁、碘化铁、二乙基铁、乙酰丙酮铁、氯化钴、溴化钴、碘化钴、二乙基钴、乙酰丙酮钴、氯化镍、溴化镍、碘化镍、二乙基镍、乙酰丙酮镍、氯化铜、溴化铜、碘化铜、二乙基铜、乙酰丙酮铜、氯化镁、溴化镁、碘化镁、二乙基镁、乙酰丙酮镁，或其组合。
在另一优选例中，所述的催化剂选自下组：氯化铜、氯化铁、氯化钴、溴化镍、二乙基锌、乙酰丙酮镁、碘化铬，或其组合。
在另一优选例中，所述反应在回流温度下进行，优选地在60-250℃下进行。
在另一优选例中，在所述的反应中，所述催化剂加入量为2-取代噻吩化合物摩尔量的0.1％-20％。
在另一优选例中，所述的醇类与式(ii)所示的2-取代噻吩化合物的投料摩尔比为1-20:1，优选为3-15:1，更优选为6-15:1。
在另一优选例中，所述的醇类与式(ii)所示的2-取代噻吩化合物的投料摩尔比为1-10:1，优选为1-8:1。
在另一优选例中，所述的卤代烃和所述的式(ii)化合物的摩尔比为0.5-20:1，优选为1-15:1，更优选为2-10:1。
在本发明的第二方面提供了一种含有噻吩结构单元的聚合物的制备方法，包括步骤：用本发明第一方面所述的方法制备式(i)单体；用如式(i)所述的单体进行均聚或共聚反应，得到所述的含有噻吩结构单元的聚合物。
在另一优选例中，所述的聚合物包括芳杂环聚酯、芳杂环聚酰胺、芳杂环聚氨酯。
应理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入地研究，意外地发现了一种2,5-双取代噻吩化合物的制备方法。实验表明，所述的制备方法简单高效、副产物少、产率高，适合大规模工业化生产。在此基础上，完成了本发明。
术语
如本文所用，术语“c1-c4的烷基”是指含有1-4个碳原子的烷基，如甲基、丙基等。
术语“c1-c4烷基-醛基”是指含有1-5个碳原子的醛基，如甲醛基、乙醛基等。
术语“c1-c10的烷基”是指含有1-10个碳原子的烷基，如戊烷、庚烷等。
术语“c1-c10的烷氧基”是指含有1-10个碳原子的烷氧基，如甲氧基、乙氧基等。
术语“c3-c10的环烷基”是指含有3-10个碳原子的环烷基，如环戊基、环己基等。
术语“c1-c9的烷基”是指含有1-9个碳原子的烷基，如戊烷、庚烷等。
术语“c1-c10的醇类”是指含有1-10个碳原子的醇类，如甲醇、乙醇、丙醇等。
术语“c1-c6的卤代烷烃”是指含有1-6个碳原子的卤代烷烃。
2,5-双取代噻吩化合物的制备方法
本发明提供了一种2,5-双取代噻吩化合物的制备方法，所述方法包括步骤：
将2-取代噻吩化合物溶解于卤代烃和醇类(r2-oh)的混合溶剂中，与催化剂接触，发生反应，得到所述2,5-双取代噻吩化合物；其中，所述的2-取代噻吩化合物具有式ii结构：
所述的2,5-双取代噻吩化合物具有式i结构：
式中，r1为选自下组的取代基：h、羧基、c2-c5的酸基(r-coo-，r为c1-c4的烷基)、c1-c4烷基-醛基、取代或未取代的c1-c10的烷基、取代或未取代的c1-c10的烷氧基(优选甲氧基)、取代或未取代的c3-c10的环烷基(如环戊基、环己基)、苯基、或c2-c10的酯基(-coor，r为c1-c9的烷基)；
r1’为选自下组的取代基：羧基、c2-c5的酸基(r-coo-，r为c1-c4的烷基)、c1-c4烷基-醛基、取代或未取代的c1-c10的烷基、取代或未取代的c1-c10的烷氧基(优选甲氧基)、取代或未取代的c3-c10的环烷基(如环戊基、环己基)、苯基、或c2-c10的酯基(-coor，r为c1-c9的烷基)；
r2为选自下组的取代基：h、c1-c10的烷基；其中，这里所述的取代指基团上的一个或多个氢原子被取代，取代基可以是选自下组的取代基：卤素、羟基、c1-c4烷基、羧基、c2-c11的酯基。
其中，r1和r1’可以是相同的，也可以是不同的。当r1为羧基或羧基取代的基团时，r1和r1’是不同的。r1’可以是羧基或c2-c10的酯基，且r2为h或c1-c10的烷基。r1’和r2可以是不同的取代基。
在另一优选例中，所使用的反应物2-取代噻吩化合物没有特别的限制，可以是以纯净物形式，也可以是以反应混合物形式溶于混合溶剂中。2-取代噻吩化合物可以是选自下组的一种或多种：2-甲酸基噻吩、2-甲醛基噻吩、2-羟甲基噻吩、2-甲基噻吩、2-甲氧基噻吩、2-甲酸甲酯基噻吩、2-甲酸乙酯基噻吩、2-甲酸丙酯基噻吩、噻吩。
在另一优选例中，所述的2,5-双取代噻吩化合物也没有特别的限制，可以是选自下组的一种或多种：2,5-噻吩二甲酸二甲酯、2-甲醛-5-甲酸甲酯基噻吩、2-羟甲基-5-甲酸甲酯基噻吩、2-甲基-5-甲酸甲酯基噻吩、2-甲氧基-5-甲酸甲酯基噻吩、2-甲酸乙酯基-5-甲酸甲酯基噻吩、2-甲酸丙酯基-5-甲酸甲酯基噻吩、2-甲酸甲酯-5-甲酸乙酯基噻吩、2-甲醛基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-羟甲基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-甲基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-甲氧基-5-甲酸乙酯基噻吩、2,5-噻吩二甲酸二乙酯、2-甲酸丙酯基5-甲酸乙酯基噻吩、2-甲醛基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-羟甲基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-甲基-5-甲酸乙酯基噻吩、2-甲氧基-5-甲酸乙酯基噻吩、2,5-噻吩二甲酸二丙酯。
反应中加入的卤代烃和所述的式(ii)化合物的摩尔比为0.5-20:1，优选为1-15:1，更优选为2-10:1。所使用的卤代烃没有特别的限制，优选地为f、cl、br，或i取代的c1-c6的卤代烷烃。更优选地，使用的卤代烃可以是选自下组中的一种或多种：1-氯代甲烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二氯乙烷、四氯乙烷、1-溴代甲烷、二溴甲烷、三溴甲烷、四溴化碳、二溴乙烷、四溴乙烷。更优选地，卤代烃可以是四氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳，或其组合。
优选地，反应所用的醇类为c1-c10的醇类。更优选地，所使用的醇类可以是选自下组中的一种或多种醇：甲醇、乙醇、丙醇、丁醇。反应中，醇类与式(ii)所示的2-取代噻吩化合物的投料摩尔比为1-20:1，优选为3-15:1，更优选为6-15:1。在另一优选例中，醇类与式(ii)所示的2-取代噻吩化合物的投料摩尔比为1-10:1，优选为3-8:1。
反应中使用的催化剂可以选用下组中的金属的金属化合物：fe、co、ni、cu、zn、mg、cr、zr、al、v，或其组合。优选的催化剂为选自下组中的一种或多种催化剂：氯化铁、溴化铁、碘化铁、二乙基铁、乙酰丙酮铁、氯化钴、溴化钴、碘化钴、二乙基钴、乙酰丙酮钴、氯化镍、溴化镍、碘化镍、二乙基镍、乙酰丙酮镍、氯化铜、溴化铜、碘化铜、二乙基铜、乙酰丙酮铜、氯化镁、溴化镁、碘化镁、二乙基镁、乙酰丙酮镁。更优选的催化剂为选自下组中的一种或多种催化剂：：氯化铜、氯化铁、氯化钴、溴化镍、二乙基锌、乙酰丙酮镁、碘化铬，或其组合。催化剂的加入量为2-取代噻吩化合物摩尔量的0.1％-20％。
所述的反应可以在60-250℃的温度范围内进行，优选地在回流温度下进行。
与现有技术相比，本发明的主要优点包括：
本发明将2-取代噻吩化合物通过一步简单的化学反应将2-噻吩化合物的5-位引入甲酸酯基，制备出2,5-双取代噻吩化合物，成为双官能度噻吩化合物。
本发明的制备方法，产物收率可达到70％-99％，纯度大于98％，可以用于制备高性能芳杂环聚酯、芳杂环聚酰胺和芳杂环聚氨酯等，而且工艺简短、流程短、成本低，适合规模化制备，很好的解决了目前双官能度的噻吩羧酸酯基化合物主要以噻吩-2-甲醛经还原、酰化、溴仿反应等步骤合成5-甲基噻吩-2-羧酸，或进一步氧化合成2,5-噻吩二甲酸，路线长，总收率低，成本高的缺点。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
通用方法
在下面的实施例中，核磁共振氢谱1h-nmr采用布鲁克公司(bruker)的400avanceⅲ型分光仪(spectrometer)测定，400mhz，溶剂为二甲亚砜dmso。
产物分析采用安捷伦公司(agilent)的7890b-5977a型液相色谱-质谱联用仪检测。
实施例1
在500ml反应釜中，将2-甲酸基噻吩25.6g，溶解于150ml甲醇和60g三氯甲烷中，加入20mmol氯化铁，80℃回流反应15h，降温，析出固体，乙酸乙酯重结晶，得到2,5-噻吩二甲酸二甲酯，产率88％，hplc测的纯度99.0％。经1h-nmr(400mhz，dmso)测试得到，噻吩环上ch，2h，δ(7.49)；ch3，6h，δ(3.83)，液相质谱联用仪(lc-ms)测得分子量200.2。
实施例2
在1000ml反应釜中，将2-甲酸基噻吩25.6g，溶解于300ml甲醇和126g四氯乙烷中，加入60mmol氯化钴，150℃回流反应2h，降温，析出固体，乙酸乙酯重结晶，得到2,5-噻吩二甲酸二甲酯，产率99％，经1h-nmr(400mhz，dmso)测试得到，噻吩环上ch，2h，δ(7.49)；ch3，6h，δ(3.83)，液相质谱联用仪(lc-ms)测得分子量200.2。
实施例3
在1000ml反应釜中，将2-甲酸甲酯基噻吩51.3g，溶解于120ml乙醇和240g四氯乙烷中，加入65mmol溴化镍，200℃回流反应1.5h，降温，析出固体，乙酸乙酯重结晶，得到2-甲酸甲酯基-5-甲酸乙酯基噻吩，产率82％。经1h-nmr(400mhz，dmso)测试得到，噻吩环上ch，2h，δ(7.47,7.64)；ch3，3h，δ(3.86)，ch2ch3，5h，δ(1.30,4.21)，液相质谱联用仪(lc-ms)测得分子量214.2。
实施例4
在1000ml反应釜中，将2-甲酸乙酯基噻吩81.0g，溶解于320ml乙醇和220g四氯乙烷中，加入二乙基锌10mmol，180℃回流反应4h，降温，淡黄色固体析出，乙酸乙酯重结晶，得到噻吩二甲酸二乙酯，产率88％。经1h-nmr(400mhz，dmso)测试得到，噻吩环上ch，2h，δ(7.52)；ch3，6h，δ(1.39)，ch2，4h，δ(4.28)，液相质谱联用仪(lc-ms)测得分子量228.3。
实施例5
在1000ml反应釜中，将2-甲酸丙酯基噻吩51.2g，溶解于180ml乙醇和360g四氯乙烷中，加入乙酰丙酮镁120mmol，240℃回流反应8h，降温，淡黄色固体析出，乙酸乙酯重结晶，得到2-甲酸丙酯基-5-甲酸乙酯基噻吩，产率92％。经1h-nmr(400mhz，dmso)测试得到，噻吩环上ch，2h，δ(7.43,7.58)；ch3，6h，δ(1.02,1.38)，ch2，6h，δ(1.85,4.27，4.32)，液相质谱联用仪(lc-ms)测得分子量242.3。
实施例6
在1000ml反应釜中，将2-甲酸甲酯基噻吩32g，溶解于145ml丁醇和68g三氯甲烷中，加入碘化铬40mmol，160℃回流反应16h，降温，淡黄色固体析出，乙酸乙酯重结晶，得到2-甲酸基甲酯基-5-甲酸丁酯基噻吩，产率80％。经1h-nmr(400mhz，dmso)测试得到，噻吩环上ch，2h，δ(7.61,7.63)；ch3，3h，δ(1.02，3.83)，ch2，6h，δ(1.33,1.75，4.25)，液相质谱联用仪(lc-ms)测得分子量242.3。
实施例7
在500ml反应釜中，将2-甲酸基噻吩25.6g，溶解于90ml甲醇和64g四氯乙烷中，加入8mmol乙酰丙酮铜，100℃回流反应6h，降温，析出固体，乙酸乙酯重结晶，得到2,5-噻吩二甲酸二甲酯，产率76％，hplc测的纯度98.9％。经1h-nmr(400mhz，dmso)测试得到，噻吩环上ch，2h，δ(7.49)；ch3，6h，δ(3.83)，液相质谱联用仪(lc-ms)测得分子量200.2。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。