一种2溴噻吩及其衍生物的化学合成方法.pdf

本发明公开了一种结构如式(II)所示的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法：将结构如式(I)所示的噻吩或其衍生物和有机溶剂混合并控制温度在-50～20℃，加入溴化剂，加毕保温反应，充分反应后分出水层，有机层浓缩、蒸馏即得到2-溴噻吩或其衍生物产品；所述的溴化剂选自下列之一：①三溴化吡啶鎓，②吡啶类化合物和溴素的混合物，③吡啶类化合物、溴素和双氧水的混合物，④吡啶类化合物、溴素、双氧水和氢溴酸的混合物，⑤吡啶类化合物、氢溴酸和双氧水的混合物，⑥吡啶类化合物、溴素和氢溴酸；所述的有机溶剂为二氯甲烷或氯仿或二氯乙烷。本发明具有原料价廉易得、毒性小、化学反应选择性高、收率高、产品质量好、溴化剂可回收利用等优点。

1、  一种结构如式(II)所示的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法，所述的合成方法如下：将结构如式(I)所示的噻吩或其衍生物和有机溶剂混合并控制温度在-50～20℃，加入溴化剂，加毕保温反应，充分反应后分出水层，有机层浓缩、蒸馏即得到2-溴噻吩或其衍生物产品；所述的溴化剂选自下列之一：①三溴化吡啶鎓，②吡啶类化合物和溴素的混合物，③吡啶类化合物、溴素和双氧水的混合物，④吡啶类化合物、溴素、双氧水和氢溴酸的混合物，⑤吡啶类化合物、氢溴酸和双氧水的混合物，⑥吡啶类化合物、溴素和氢溴酸；所述的有机溶剂为二氯甲烷或氯仿或二氯乙烷；

式(I)、或(II)中，R为H或C1～C6的烷基。

2、  如权利要求1所述的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法，其特征在于所述的有机溶剂为氯仿。

3、  如权利要求1或2所述的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法，其特征在于所述的溴化剂选自下列之一：③吡啶类化合物、溴素和双氧水的混合物，④吡啶类化合物、溴素、双氧水和氢溴酸的混合物，⑤吡啶类化合物、氢溴酸和双氧水的混合物。

4、  如权利要求3所述的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法，其特征在于分出的水层中加入双氧水或溴素制得新的溴化剂重复利用。

5、  如权利要求1或2所述的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法，其特征在于所述的吡啶类化合物为吡啶、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶或2，4-二甲基吡啶。

6、  如权利要求5所述的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法，其特征在于所述的吡啶类化合物为吡啶。

7、  如权利要求1或2所述的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法，其特征在于所述溴化剂中的有效溴与噻吩或其衍生物的摩尔比为0.1～2∶1。

8、  如权利要求1或2所述的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法，其特征在于所述保温反应时间为0.1～10小时。

9、  如权利要求1或2述的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法，其特征在于控制温度在-20～10℃。

10、  如权利要求1或2所述的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法，其特征在于所述的溴化剂中有效溴与噻吩或其衍生物的摩尔比为0.7～1.0∶1。

一种2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法
一、技术领域
本发明涉及一种2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法，具体涉及一种噻吩及其衍生物的溴化方法。
二、背景技术
2-溴噻吩及其衍生物是有机合成过程中使用的一个关键的中间体，在大量噻吩类产品合成过程中均使用到该类化合物，其用途广泛可见一斑。从而有效合成2-溴噻吩及其衍生物显得更为重要，前人亦从溴化剂和溶剂的选择等方面做了大量的研究工作：从较早的采用Br2/CH3COOH进行溴化，但其溴化选择性和收率较差，之后，转入其他溴化组合的研究：
文献1[Convenient synthetic procedures for 2-bromothiopheneXiangtan Daxue Ziran Kexue Xuebao，20(3)，92-93(English)1998]以过溴化吡啶氢溴酸盐为溴化剂，采用噻吩在四氯化碳中单溴化取得一定效果，产率在90％左右，但产物纯度不高，一般为98％，同时由于使用了毒性较大的四氯化碳从而使其推广受到较大的限制。
文献2[Ishizaki，Masahiko；Takenaka，Junji(Tokuyama Kk，Japan).Jpn.Kokai Tokkyo Koho JP 07242657 A2 19 Sep 1995 Heisei，5 pp.(Japan)]使用溴素和乙二醇二甲醚在氯仿溶剂中反应生成75％2-溴噻吩，其收率偏低，同时其溴素的用量较大，生成的HBr没有被较好的回收利用而损失，不符合原子经济性。
文献3[OH SE-HWA；JUNG JAE-YUN；PARK HEE-MOON；PARK SOO-YUL；KR960016128(B1)，1996-12-04]采用双氧水和氢溴酸溶液或者双氧水、氢溴酸以及溴素混合作为溴化剂，但都存在反应不够彻底，反应选择性差，导致产物纯度偏低，一般纯度为95-98％。
三、发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种新的合成2-溴噻吩及其衍生物的溴化方法，该方法原料价廉易得、毒性小，化学反应选择性高、收率高、产品质量好。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种结构如式(II)所示的2-溴噻吩及其衍生物的化学合成方法：将结构如式(I)所示的噻吩或其衍生物和有机溶剂混合并控制温度在-50～20℃，加入溴化剂，加毕保温反应，充分反应后分出水层，有机层浓缩、蒸馏即得到2-溴噻吩或其衍生物产品；所述的溴化剂选自下列之一：①三溴化吡啶鎓，②吡啶类化合物和溴素的混合物，③吡啶类化合物、溴素和双氧水的混合物，④吡啶类化合物、溴素、双氧水和氢溴酸的混合物，⑤吡啶类化合物、氢溴酸和双氧水的混合物，⑥吡啶类化合物、溴素和氢溴酸的混合物；所述的有机溶剂为二氯甲烷、氯仿或二氯乙烷。所述的二氯乙烷可以是1，1-二氯乙烷或1，2-二氯乙烷。
反应式如下：

式(I)、式(II)中，R为H或C1～C6的烷基。
进一步，本发明所述的有机溶剂最优选氯仿。
本发明所述的溴化剂优选下列之一：③吡啶类化合物、溴素和双氧水的混合物，④吡啶类化合物、溴素、双氧水和氢溴酸的混合物，⑤吡啶类化合物、氢溴酸和双氧水的混合物。使用上述溴化剂的情况下，反应完毕分出的水层中可加入双氧水或溴素制得新的溴化剂重复利用。
本发明所使用的溴化剂，其中②～⑥均为混合物。所述的吡啶类化合物可以是吡啶或烷基吡啶，所述的烷基吡啶可以是2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶、2，4-二甲基吡啶等，最优选的吡啶类化合物为吡啶。所述的双氧水和氢溴酸一般以水溶液的形式加入，对于两者的浓度没有特别要求，一般市售的各种质量浓度的双氧水和市售的各种质量浓度的氢溴酸水溶液均适用。
本发明所述的溴化剂②～⑤可以预先制备，也可以将溴化剂各组分直接加入到反应体系中。溴化剂的预先制备，一般也是控制温度在-50～20℃(优选-20～10℃)，将各组分混合后保温反应一定时间，无需分离即得到所述溴化剂。本发明所述的溴化剂中能参与噻吩衍生物的溴化反应的溴原子(即有效溴)的含量由溴化剂中溴素、双氧水和氢溴酸的含量决定，本领域技术人员可以根据实际情况进行组合。溴化剂组分中的吡啶类化合物的含量不做特别要求，本发明具体推荐溴化剂中吡啶类化合物与有效溴的摩尔比在1.0～1.5∶1。
本发明中噻吩或其衍生物自身也可作为溶剂，一般来讲所述溴化剂中的有效溴与噻吩或其衍生物的摩尔比在0.1～2∶1这个范围均可，优选所述溴化剂中的有效溴与噻吩或其衍生物的摩尔比为0.7～1.0∶1。
本发明所述有机溶剂的体积用量以噻吩或其衍生物的摩尔数计推荐为50～2000ml/mol，优选200～500ml/mol。
进一步，本发明所述溴化反应优选控制在-20～10℃温度下进行。
本发明在加料完毕后保温反应的时间一般在0.1～10小时，优选0.5～2小时。
本发明在充分反应后静置分层，所得有机层分离得到产物，分出的水层可回收溴化剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
a)本发明通过反复筛选，确定了毒性较小的二氯甲烷或氯仿作为本发明的反应溶剂，提高了反应的选择性，使得反应收率和产物纯度都有明显提高，其中产率可高达95％以上，产物纯度一般都在99％以上。
b)本发明通过使用特定的溴化剂，使得反应选择性大大提高。尤其是通过在溴化剂中加入双氧水，使得溴原子利用率大大提高；并且溴化剂可以简便地回收，通过在反应后得到的含有吡啶和溴离子的水层中加入双氧水或溴素即可得到新的溴化剂重新投入使用。由于溴素价格要远高于双氧水价格，因此大大降低了生产成本，同时减少了三废排放。
四、具体实施例
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
向1000ml三口反应瓶中加入噻吩95g(1.131mol)、氯仿300ml，开启搅拌，冷却到-5℃，在搅拌下慢慢分批投入三溴化吡啶鎓约320g(1mol)，加入完毕，继续保温反应0.5小时，然后加水约100ml，搅拌0.5小时，静置分去水层，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到2-溴噻吩148g(0.908mol)，收率为90.8％，含量为99.5％。
实施例2
向1000ml三口反应瓶中加入噻吩95g(1.131mol)、正己烷300ml、2-甲基吡啶101g(1.0mol)和48％氢溴酸水溶液337.5g(2mol)，开启搅拌，冷却到-10℃，在搅拌下慢慢滴加35％双氧水97.1g(1.0mol)，加入完毕，继续保温反应0.5小时，静置分去水层，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到2-溴噻吩138.5g(0.85mol)，收率为85％，含量为98.8％。
实施例3
向1000ml三口反应瓶中加入噻吩100g(1.1905mol)、二氯甲烷300ml、吡啶79g(1.0mol)和35％双氧水48.6g(0.5mol)，开启搅拌，冷却到-10℃，在搅拌下慢慢滴加溴素80g(0.5mol)，加入完毕，继续保温反应0.5小时，静置分去水层，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到2-溴噻吩145g(0.8896mol)，收率为88.96％，含量为99.2％。
实施例4
向1000ml三口反应瓶中加入3-甲基噻吩98g(1.0mol)、氯仿300ml开启搅拌，冷却到-5℃，在搅拌下慢慢滴加用下列方法制备的溴化剂，加入完毕，继续保温反应0.5小时，静置分去水层，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到3-甲基-2-溴噻吩151.3(0.855mol)，收率为95％，含量为99.5％。
溴化剂制备方法：在500ml瓶中加入吡啶71.1g(0.9mol)和506.2g 48％氢溴酸溶液(3mol)，冷却到0℃，慢慢滴加35％双氧水87.4g(0.9mol)，滴加完毕，继续保温反应1小时，无需分离，反应液待用。
实施例5
向1000ml三口反应瓶中加入噻吩95g(1.131mol)、四氯化碳300ml开启搅拌，冷却到10℃，在搅拌下慢慢滴加用实施例4中方法制备的溴化剂，加入完毕，继续保温反应0.5小时，静置分去水层，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到2-溴噻吩133.6g(0.82mol)，收率为82％，含量为98.5％。
实施例6
向1000ml三口反应瓶中加入3-甲基噻吩98g(1.0mol)、正己烷500ml开启搅拌，冷却到-5℃，在搅拌下慢慢滴加采用实施例4方法制备的溴化剂，加入完毕，继续保温反应0.5小时，静置分去水层，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到3-甲基-2-溴噻吩139.4g(0.7876mol)，收率为87.5％，含量为99.5％。
实施例7
向1000ml三口反应瓶中加入2-乙基噻吩112g(1.0mol)、氯仿300ml开启搅拌，冷却到0℃，在搅拌下慢慢滴加用实施例4方法制备的溴化剂，加入完毕，继续保温反应0.5小时，静置分去水层，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到5-乙基-2-溴噻吩165.9g(0.8685mol)，收率为96.5％，含量为99.4％。
实施例8
向1000ml三口反应瓶中加入噻吩95g(1.131mol)、二氯甲烷300ml开启搅拌，冷却到-15℃，在搅拌下慢慢滴加用下列方法制备的溴化剂，加入完毕，继续保温反应0.5小时，静置分去水层(水层留用)，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到2-溴噻吩151.6g(0.93mol)，收率为93％，含量为99.5％。
溴化剂制备方法：在500ml瓶中加入吡啶71.1g(1.0mol)和337.5g 48％氢溴酸溶液(2mol)，冷却到0℃，慢慢滴加溴素160g(1.0mol)，滴加完毕，继续保温反应1小时，无需分离，反应液待用。
实施例9
向1000ml三口反应瓶中加入2-甲基噻吩98g(1.0mol)、氯仿300ml开启搅拌，冷却到0℃，在搅拌下慢慢滴加用实施例8方法制备的溴化剂，加入完毕，继续保温反应0.5小时，静置分去水层，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到5-甲基-2-溴噻吩152.1g(0.8595mol)，收率为95.5％，含量为99.6％。
实施例10
向1000ml三口反应瓶中加入噻吩95g(1.131mol)、二氯甲烷300ml开启搅拌，冷却到-5℃，在搅拌下慢慢滴加用下列方法回收制备的溴化剂，加入完毕，继续保温反应0.5小时，静置分去水层，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到2-溴噻吩151.6g(0.93mol)，收率为93％，含量为99.5％。
溴化剂的回收利用方法：将实施例8中分出的水层，冷却到5℃，向其中慢慢滴加35％的双氧水97.1g(1mol)，滴加完毕，继续搅拌反应0.5小时，无需分离，直接作为溴化剂使用。
实施例11
向1000ml三口反应瓶中加入噻吩100g(1.1905mol)、二氯甲烷300ml、吡啶79g(1.0mol)和35％双氧水41.8g(0.42mol)，开启搅拌，冷却到-10℃，在搅拌下慢慢滴加溴素67.2g(0.42mol)，加入完毕，继续保温反应0.5小时，静置分去水层，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到2-溴噻吩125g(0.7669mol)，收率为91.29％，含量为99.3％。
实施例12
向1000ml三口反应瓶中加入3-甲基噻吩98g(1.0mol)、1，2-二氯乙烷500ml、吡啶60g(0.7595mol)、48％氢溴酸水溶液700g(4.15mol)开启搅拌，冷却到-5℃，在搅拌下慢慢滴加27.5％双氧水117.45g(0.95mol)，加入完毕，继续保温反应0.5小时，静置分去水层，有机层浓缩至干，浓缩液减压精馏得到3-甲基-2-溴噻吩156.2g(0.8825mol)，收率为92.9％，含量为99.5％。