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3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）的合成工艺总结

2017-10-17

3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）是性能稳定的导电化合物单体，也是导电骨架的基本材料。其聚合物PEDOT具有能隙低、电化学掺杂电位低、响应时间短、颜色变化对比度高、稳定性好等优点，被广泛应用到各工业领域。而PEDOT应用的不断深入，在很大程度上也促进了EDOT合成工艺的开发。本文将对EDOT的合成途径进行总结分析。

五步合成法

第一步：硫代二甘酸与乙醇反应得到硫代二甘酸二乙酯；
第二步：再与草酸二乙酯、乙醇钠反应，得到2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羟基钠噻吩；
第三步：在二卤代烷烃的作用下，生成2,5-二羧酸二乙酯-3,4-乙撑二氧噻吩；
第四步：分别通过碱化与酸化作用，得到2,5-二羧基-3,4-乙撑二氧噻吩；
第五步：加入喹啉等溶剂和铜等催化剂进行脱羧反应，得到最终产物EDOT。合成路线如下图所示[1]：

该合成方法工艺较为成熟，但反应路线太长，导致终产物EDOT收率偏低、中间体提纯分离比较繁琐等问题。此外原料硫代二甘酸也不易购买。因此研究人员对其进行了改进[2]，采用氯乙酸乙酯为原料，通过Claisen酯缩合、酰氯化，壳聚糖酰胺化-氧烷计划联合反应，再与1,2-二溴乙烷在DMF中发生O-烷基化反应，然后通过酸性水解、脱羧反应制备得EDOT。整个合成过程所需时间短，不需要使用相转移催化剂，反应在均相体系中进行，总产率达36.3%。

四步合成法

第一步：以噻吩和液溴为原料，通过溴代反应生成四溴噻吩；
第二步：四溴噻吩经锌还原为3,4-二溴噻吩；
第三步：3,4-二溴噻吩经烷基氧化得到3,4-二甲氧基噻吩；
第四步：3,4-二甲氧基噻吩经醚交换得到EDOT。合成路线见下图[3]：

此路线反应效率较低，经过优化之后最后一步的收率为60%左右。会产生试剂的浪费，反应过程产生有毒的溴化氢气体，需要大量碱液来处理，后处理工艺复杂。

两步合成法

第一步：以2,3-二甲氧基-1,3-丁二烯为原料制备3,4-二甲氧基噻吩；
第二步：再将3,4-二甲氧基噻吩与乙二醇于甲苯中反应，得到EDOT。

从工业生产的角度看，两步法效率较高，但是第一步反应操作烦琐，容易发生副反应，且产率较低。刘湘鄂[4]等人对两步法进行了改进，采用3,4-二溴噻吩与甲醇钠反应制备3,4-二甲氧基噻吩。并且反应中采用的化学试剂性质稳定，不需要特殊操作，副产物少，收率相对较高（45%），反应可控性高。

一步合成法

用四丁基碘化铵作催化剂，正己烷作溶剂，从2,3-二甲氧基-1,3-丁二烯衍生物出发，采用微波辐射一锅法成功合成了一系列3,4-乙撑二氧噻吩类化合物[5]。具有操作简单、条件温和、收率高（可达50%以上）和环境友好等优点。

PEDOT及其衍生物的特殊结构和性质，以及物理改性技术和化学修饰的不断改进，使得导电聚合物迅速发展，其应用领域也不断得到拓宽和更新。合成PEDOT需要大量的单体EDOT，导致单体EDOT的需求越来越大，产品质量要求越来越高，合成工艺也需要不断地优化，以满足绿色化学的工业化需求。

参考文献

[1] Stenger J.D. Intrinsically electrically conducting polymers synthesis, characterization and their applications. Progress in Polymer Science, 1998, 23, 57-59.
[2] 曾涵，尹筱莉，孟华，等. 3,4-乙撑二氧噻吩合成方法的改进. 天然产物研究与开发，2010, 22, 826-829.
[3] 魏新. 一种3,4-乙烯二氧噻吩的合成方法. CN 101220038 A, 2008年7月16日.
[4] 刘湘鄂，延卫，刘一流. 3,4-乙撑二氧噻吩的合成研究. 化学试剂, 2009, 31, 649-651.
[5] 王升文. 微波辐射下一锅法合成3，4-乙撑二氧噻吩类化合物. 化学试剂, 2009, 31, 1034-1036.