一種由乙酰丙酸酯類化合物制備噻吩酯類化合物的方法

本發明涉及化學工業，具體提供了一種由乙酰丙酸酯類化合物制備噻吩酯類化合物的方法。

背景技術：

1、目前，工業上制備的噻吩類化學品(例如噻吩酯類化合物)均來源于化石資源如石油等，且噻吩二乙酸(酯)、噻吩二丙酸(酯)通常由噻吩類原料經復雜烷基化反應合成。該類化合物與較多醫藥、增塑劑、電池等產業中有價值的噻吩類原料及中間體擁有類似的結構與性質，具有較高應用潛力。

2、現有技術中對其研究較多，例如，中國專利cn105609876?a公開了一種噻吩酯類化合物電解液添加劑以及含該電解液添加劑的高電壓電解液，其中應用到的高電壓電解液組分包括噻吩酯類化合物，所用噻吩酯類化合物的質量為高電壓電解液質量的3％～8％；中國專利cn116514768?a公開了一種2,5-噻吩二甲酸酯類增塑劑及其制備方法與應用，其中以可再生資源2,5-噻吩二甲酸為原料制備得到的2,5-噻吩二甲酸酯類增塑劑的綜合性能優異；中國專利cn113735820?a公開了一種2,5-噻吩二羧酸的制備工藝，其中一個重要中間體為噻吩-3,4-二羧酸3-乙酯4-甲酯；中國專利cn114085218?a公開了一種香豆素類雙光子引發劑及其合成方法和應用，其中最重要的中間體為2,5-二乙酰乙酸乙酯基噻吩；中國專利cn111205266?a、cn115160290?a和cn114605375?a公開了一種2-噻吩乙酸的合成方法，以上這些專利的產物為2-噻吩乙酸；國際專利wo2020094634?a1公開了用于長效注射用組合物的納洛芬前體藥及相關方法，其中包括2,5-噻吩二乙酸、2,5-噻吩二丙酸等的合成方法。

3、乙酰丙酸酯類化合物是一種可由木質纖維素經酸催化降解制備的平臺化合物。然而，目前尚無任何已知專利及文獻報道以生物質基乙酰丙酸酯類化合物制備噻吩酯類化合物的途徑。

4、基于此，有必要提供一種以生物質基乙酰丙酸酯類化合物制備噻吩酯類化合物的方法，以保持其應具有的低成本、高效率、綠色環保及可持續性的優勢。

技術實現思路

1、為實現發明目的，本發明提供一種由乙酰丙酸酯類化合物制備噻吩酯類化合物的方法，以生物質基乙酰丙酸酯類化合物為起始原料，經縮合硫代反應制備，經柱層析分離提純得到噻吩酯類化合物。本發明提供的制備方法具有低成本、高效率、綠色環保及可持續性的優勢，且制備過程條件溫和，分離純化簡單，所得產物在醫藥、香精、增塑劑、電池等多個領域具有較高的應用潛力。

2、為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

3、一方面，本發明提供一種由乙酰丙酸酯類化合物制備噻吩酯類化合物的方法，包括以下步驟：

4、

5、化合物1和硫試劑在催化劑作用下反應制得化合物2；

6、其中，r2和r3各自獨立地為氫、烷基、roc(＝o)-(ch2)2-或芳基；

7、r1為氫、烷基或芳基；

8、r各自獨立地為烷基或芳基；

9、m獨立地為1或2。

10、進一步地，所述r2和r3各自獨立地為氫、c1-6烷基、roc(＝o)-(ch2)2-或c6-12芳基。

11、進一步地，所述r1為氫、c1-6烷基或c6-12芳基。

12、進一步地，所述r各自獨立地為c1-6烷基或c6-12芳基。

13、進一步地，所述硫試劑為單質硫、硫化鐵或硫鐵礦粉。

14、進一步地，所述催化劑至少選自酸性催化劑和堿性催化劑中一種。優選地，所述堿性催化劑為有機胺試劑。進一步地，所述有機胺試劑選自對苯二胺、苯胺、胱氨酸、甘氨酸、雙甘肽和乙二胺中的一種或多種。優選地，所述酸性催化劑為對甲苯磺酸一水合物(ptsa.h2o試劑)、對甲苯磺酸、氨基磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸或磺酸離子交換樹脂中的一種或多種。

15、本發明所述“烷基”實例包括但不限于諸如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、叔丁基、異丁基、仲丁基、正戊基、正己基。“烷基”可進一步包括任選不同的雜原子(例如，o、n、s、si或p)或鹵原子(例如，f、cl、br)。本發明所述芳基可以是單環、稠合形成雙環或三環基團、或通過鍵連接形成聯芳基。代表性的芳基包括苯基、萘基和聯苯基。其他芳基包括具有亞甲基連接基團的芐基。

16、進一步地，所述硫試劑(例如單質硫)與化合物1的摩爾比為0.5～3，優選為0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3。

17、進一步地，所述有機胺試劑(例如苯胺)與化合物1的摩爾比為0.5～1.5，優選為0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5。

18、進一步地，所述酸性催化劑為對甲苯磺酸(ptsa試劑)或磺酸離子交換樹脂，優選地，所述ptsa試劑優選為對甲苯磺酸一水合物。進一步地，所述ptsa試劑與化合物1的摩爾比為0.01～0.3，優選為0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.2、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29或0.3。

19、進一步地，所述反應在或不在溶劑完成。優選地，所述溶劑選自弱極性非質子溶劑，例如甲苯、乙苯和對二甲苯中的一種或兩種混合，優選甲苯。進一步地，所述乙酰丙酯類化合物在溶劑中的濃度比為0.03～0.2g/ml，優選為0.03～0.17g/ml，例如0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.14、0.15、0.16g/ml。

20、進一步地，所述反應在特定氣氛中完成，所述特定氣氛為空氣氣氛或氮氣氣氛。

21、進一步地，所述反應在加熱環境下進行，所述加熱的反應溫度為90～140℃。

22、進一步地，所述反應的時間為10～35h，優選為12～32h。

23、進一步地，所述反應完成后，冷至室溫，進一步經分離提純制得噻吩酯類化合物。

24、進一步地，所述分離提純過程包括酸洗、減壓蒸餾和柱層析分離。進一步地，所述酸洗為使用質量濃度為8％～15％的稀鹽酸溶液洗滌反應混合物，所述稀鹽酸溶液的體積為反應混合物體積的1～3倍。進一步地，所述減壓蒸餾具體條件為：真空度22torr，溫度為80℃。

25、進一步地，所述柱層析分離使用的洗脫劑為：v(正己烷):v(二氯甲烷):v(甲醇)＝60～80:15～25:5～15。

26、進一步地，所述化合物2選自中的一種或兩種。

27、進一步地，所述化合物2選自中的一種或兩種。

28、進一步地，所述化合物2為混合物時，可進一步經反相柱純化后經制備型超臨界流體色譜分離。

29、一方面，本發明提供一種由乙酰丙酸酯類化合物制備噻吩酯類化合物的方法，其包括以下步驟：將化合物1a、單質硫試劑、苯胺試劑和ptsa·h2o試劑反應，反應混合物冷卻后經酸洗、減壓蒸餾和柱層析分離得化合物2a和化合物2b

30、

31、進一步地，將所述化合物1a溶于溶劑中，濃度為0.03～0.17g/ml，以化合物1a投入量的摩爾比計，加入摩爾比為0.5～3的單質硫試劑、0.5～1.5的苯胺試劑和0.01～0.3的ptsa·h2o試劑，在1bar氮氣氣氛或空氣氣氛下于90℃～140℃反應12h～32h，得反應混合物。

32、進一步地，將所述反應混合物冷卻后，經質量濃度為8％～15％的稀鹽酸溶液洗滌，在真空度22torr和80℃條件下減壓蒸餾，殘留物進一步經柱層析分離制得化合物2a和化合物2b的混合物。

33、進一步地，所述化合物2a和化合物2b的混合物進一步經反相柱純化后、制備型超臨界流體色譜分離。

34、另一方面，本發明提供一種所述制備方法制備的噻吩酯類化合物，具體結構如下：

35、

36、又一方面，本發明提供一種所述制備方法制備的噻吩酯類化合物在制備醫藥、香精、增塑劑、電池等產業中有價值的噻吩類原料及中間體中的應用。

37、本發明所涉及的原理為：

38、乙酰丙酸酯類化合物(化合物1)在溶劑中與單質硫試劑、苯胺試劑和ptsa·h2o試劑反應，乙酰丙酸酯類化合物(化合物1)4號位上的羰基氧被苯胺取代形成中間體1，并與另一分子乙酰丙酸酯類化合物(化合物1)發生羥醛縮合反應脫水生成二聚中間體(中間體2)。中間體2經雙鍵異構并與單質硫反應，形成噻吩環后進一步脫掉苯胺。由于單質硫進攻的取向有兩種，所得產物為3-甲基-2-乙酸酯基-5-丙酸酯基噻吩(化合物2b’)和2,4-丙酸酯基噻吩(化合物2a’)的混合物。

39、具體反應原理過程如下所示：

40、

41、有益效果：

42、本發明采用生物質基木質纖維素轉化而來的乙酰丙酯類化合物、廉價易得的石化副產物單質硫為原料，使得本發明方法具有可持續性和原子經濟性。

43、本發明采用的乙酰丙酯類化合物、單質硫、苯胺試劑和ptsa試劑，在一次反應中經胺化、二聚、硫代和成環過程，一步反應制得噻吩酯類化合物(例如3-甲基-2-乙酸酯基-5-丙酸酯基噻吩和2,4-丙酸酯基噻吩)，體系簡單高效。

44、本發明的反應混合物經稀鹽酸洗滌，可在不影響目標產物噻吩酯類化合物(例如3-甲基-2-乙酸酯基-5-丙酸酯基噻吩和2,4-丙酸酯基噻吩)的同時，能有效去除ptsa·h2o和苯胺試劑，將ptsa·h2o和苯胺中和成鹽并轉移至水相中，目標產物噻吩酯類化合物仍被保留在有機相中，有效實現目標產物與反應體系的分離。

45、本發明反應混合物經酸洗后所得有機相經減壓蒸餾后進行柱層析分離可得到總純度為90％以上的噻吩酯類化合物混合物，進一步經反相柱純化后經制備型超臨界流體色譜分離制得；本發明制備得到的噻吩酯類產物均具有噻吩環、酯等官能團，具有高度可塑性。

46、本發明反應體系簡單高效、綠色環保、成本低廉，提供了一條由生物質制備噻吩酯類化合物的有效途徑。

47、噻吩酯類化合物可應用但不限于下列領域：

48、噻吩酯類化合物電解液添加劑(cn105609876b)，應用于高電壓電解液。

49、噻吩類殺蟲劑(cn1217578c)，應用于光活化殺蟲劑。

50、綜上，本發明首次提出了一種以生物質基乙酰丙酸酯類為原料經分子間聚合與硫代反應制備3-甲基-2-乙酸酯基-5-丙酸酯基噻吩和2,4-丙酸酯基噻吩及分離提純方法，提供了一條全新的生物質基可再生噻吩酯類下游化學品的制備路線。

51、下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。