噻吩-2,5-二羧酸是一种重要的化学物质,具有广泛的应用领域。对噻吩-2,5-二羧酸的合成研究不仅可以深入了解其制备方法和性质特点,还有助于提高其在工业生产和科学研究中的应用效果。
背景:噻吩-2,5-二羧酸是合成双苯骈唑噻吩型荧光增白剂(EBF、OB等)、高效农用杀菌剂和抗癌药物的重要中间体。特别是荧光增白剂EBF、OB,我国在90年代中期投入生产。由于EBF有良好的牢度和低温性能和良好的复配增效作用,所以还在部分使用。荧光增白剂OB由于用量不大,生产厂也不多,市场的冲击并不大。在OB的分子结构中噻吩环所占的比重比EBF小,售价又高于EBF?因此,生产OB的利润是可观的。对EBF和OB的研究工作始终在进行,研究的主要目标是中间噻吩-2,5-二羧酸的合成。
合成:
1. 方法一:
罗署等人针对噻吩-2,5-二羧酸的己二酸氯化亚砜工艺进行优化,通过引入溶剂邻二氯苯、酰氯酯化精制、水解脱硫等方法,得到噻吩-2,5-二羧酸高纯产品。具体步骤如下:
(1)噻吩-2,5-二甲酰氯的合成(氯化、闭环、精馏)
在500 mL四口烧瓶中加入0.4 mol己二酸、1.6 mol氯化亚砜、0.5 mol邻二氯苯,搅拌下滴加3 mL吡啶,升温回流4 h至回流较小,补加1.6 mol氯化亚砜,继续回流保温20 h,取样确认己二酰氯已经消失。升高溶液温度到90℃,蒸馏出过量的氯化亚砜。合成时的尾气经水洗得盐酸、碱洗得亚硫酸钠。
脱除过量的氯化亚砜后,油浴加热,烧瓶内以 10℃/h的速率升温到150℃,进行闭环反应,在 150℃保温1~2 h,取样确认噻吩-2,5-二甲酰氯的GC含量达到80%~85%。
烧瓶改为减压精馏,收集160~170℃馏分(压力5 k Pa),得到黄色油状噻吩-2,5-二甲酰氯粗品,粗品内含有较多的硫、过度氯化或欠氯化的各种杂质。
(2)噻吩-2,5-二甲酸二甲酯的合成(酯化、精制)
在1000 mL四口烧瓶中加入500 g无水甲醇,剧烈搅拌冷却下慢慢滴入上步得到的油状噻吩-2,5-二甲酰氯,滴完后70℃回流30 min,然后冷却降 温到0~5℃,过滤得黄色粗品酯盐。
在1000 mL四口烧瓶中加入上步的全部酯盐粗品,加入400 g新鲜无水甲醇,70℃回流30 min至酯盐全溶,然后冷却降温到0~5℃,过滤,少量甲醇洗涤,得到白色精品酯盐58 g,精品噻吩-2,5-二甲酸二甲酯GC含量>99.5%。上述总收率73%。
(3)TDA的合成(水解)
在250 mL三口烧瓶中加入40 g精品酯盐、60g 30%液碱、120 g去离子水,升温到100℃,蒸馏 3h去除甲醇馏分;稍冷后滴加回收盐酸调到pH=4 ~5,加1 g硅藻土,再煮沸30 min,趁热过滤除去硫;滤液继续用回收盐酸调到pH=1,再煮沸1 h,脱净二氧化硫;冷却到室温,过滤,水洗到洗水呈中性,烘干粉碎得白色成品32.5 g,精品TDA GC 含量>99.5%。如果成品颜色偏黄,需再用硅藻土脱硫一次。水解收率95%。
2. 方法二:
以己二酸和氯化亚砜为原料,利用微波加热的方法合成噻吩- 2 ,5 -二羧酸,确定最佳反应条件为:反应功率210W、反应时间12min ,收率为62.1%。具体步骤如下:
由于在反应过程中的温度变化范围很大,且己二酰氯生成较为容易,反应温度低。故可以分两步进行:(1)在150mL圆底烧瓶中,加入己二酸10g,氯化亚砜15mL,在搅拌下(电磁搅拌)加热回流,回流反应3~4h,当温度升至105℃时停止加热,既制得己二酰氯粗产物。(2)向己二酰氯粗产物中加入一定量的氯化亚砜与吡啶的混合物,将150mL圆底烧瓶放入微波合成器中,装上回流冷凝器,设定功率和时间后,进行微波催化反应。至反应结束,冷却至60℃左右加20% NaOH 150mL,水解2h,然后加活性炭4g,用硫酸中和至pH值为4~5,然后加热沸腾30min,再趁热过滤,滤液用1:1硫酸调pH值为1~2,进行酸析,过滤,最后滤液洗到pH值为4~5,干燥得产品。
参考文献:
[1]罗署. 高纯噻吩-2,5-二羧酸的合成 [J]. 染料与染色, 2016, 53 (01): 41-42+47.
[2]丁为民,吴宝华. 微波加热合成噻吩-2,5-二羧酸 [J]. 化学工程师, 2005, (05): 7-8. DOI:10.16247/j.cnki.23-1171/tq.2005.05.003
[3]丁为民,吴宝华,赵春山. 噻吩-2,5-二羧酸合成方法的研究 [J]. 化学工程师, 2005, (02): 33-34. DOI:10.16247/j.cnki.23-1171/tq.2005.02.013