PL219430B1 - Sposób otrzymywania preparatu zawierającego 5-litio-2,2'-bitiofen - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania preparatu zawierającego 5-litio-2,2'-bitiofen w reakcji 2,2'-bitiofenu z roztworem n-butylolitu (w heksanie, lub innym nasyconym węglowodorze, lub mieszaninie nasyconych węglowodorów), w roztworze eter dialkilowy-ciekły węglowodór nasycony lub eter dialkilowy-mieszanina ciekłych węglowodorów nasyconych, w umiarkowanej temperaturze, z wysoką selektywnością. Produkt reakcji zawiera 5-litio-2,2'-bitiofen, 2,2'-bitiofen i 5,5'-dilitio-2,2'-bitiofen w proporcjach zależnych od proporcji reagentów (2,2'-bitiofenu oraz n-butylolitu), korzystnie 80% 5-litio-2,2'-bitiofenu, co najmniej 19,5% 2,2'-bitiofenu i nie więcej niż 0,5% 5,5'-dilitio-2,2'-bitiofenu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania preparatu, zawierającego 5-litio-2,2'-bitiofen, który może być wykorzystany jako półprodukt (reagent) do dalszych reakcji, zwłaszcza do syntezy 5-jodo-2,2'-bitiofenu.

Otrzymywanie 5-litio-2,2'-bitiofenu samo w sobie nie jest rozwiązaniem nowym i znane jest z dotychczasowego stanu techniki. W literaturze naukowej oraz patentowej opisano dwa sposoby otrzymywania 5-litio-2,2'-bitiofenu.

Zgodnie z pierwszym sposobem, związek ten otrzymuje się w reakcji 2,2'-bitiofenu z roztworem n-butylolitu, w tetrahydrofuranie (THF), w temperaturze -78°C [Conducting Polymetallorotaxanes: Metal lon Mediated Enhancements in Conductivity and Charge Localization, S. S. Zhu, T. M. Swager, J. Am. Chem. Soc., 1997, 119, 12568-12577]. Niedogodnością tego sposobu otrzymywania 5-litio-2,2'-bitiofenu jest konieczność prowadzenia reakcji w bardzo niskiej temperaturze, wymagającej zastosowania specjalnych łaźni chłodzących (w warunkach laboratoryjnych) lub specjalnych urządzeń chłodzących (w warunkach wielkolaboratoryjnych lub przemysłowych). Druga metoda otrzymywania 5-litio-2,2'-bitiofenu została bardzo skrótowo przedstawiona w publikacji z 1997 roku, w której podano, iż 5-litio-2,2'-bitiofen otrzymano w reakcji 5-bromo-2,2'-bitiofenu z tert-butylolitem [An organosilicon dendrimer composed of 16 thiophene rings, J. Nakayama, J.-S. Lin, Tetrahedron Lett., 1997, 38(24), 6043-6046]. Jednakże nie podano żadnych szczegółów procedury ani też wydajności i selektywności reakcji. Ponadto, ze względu na właściwości tert-butylolitu (jest znacznie bardziej niebezpieczny w użyciu od n-butylolitu) oraz konieczność użycia 5-bromo-2,2'-bitiofenu (jest znacznie droższy od 2,2'-bitiofenu), jest to sposób mało korzystny.

5-Iitio-2,2'-bitiofen jest bardzo ważnym półproduktem w syntezie pochodnych 2,2'-bitiofenu, w tym politiofenów, będących polimerami przewodzącymi. Co ważne, litiopochodne tiofenu oraz 2,2'-bitiofenu nie są nigdy wydzielane, lecz in situ stosowane do dalszych reakcji, w tym opisanych poniżej. 5-litio-2,2'-bitiofen ma szczególne znaczenie, co jest dobrze opisane, w syntezie 5-tributylostannylo2,2'-bitiofenu [Conjugated Polymer Sensors Built on u-Extended Borasiloxane Cages, W. Liu, M. Pink, D. Lee, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 8703-8707], 5-trimetylostannylo-2,2'-bitiofenu [Synthesis of α-thiophene oligomers via organotin compounds, M. R. Kamal, S. A. Al-Taweel, M. M. El-Abadelah,

K. M. A. Ajaj, Phosphorus, Sulfur, and Silicon, and the Related Elements, 1997, 126, 65-74], kwasu 2,2'-bitiofen-5-yloboronowego i jego estrów [Fluorescence Turn-On Sensing of Carboxylate Anions with Oligothiophene-Based o-(Carboxamido)trifluoroacetophenones, D. Kim, K. H. Ahn, J. Org. Chem., 2008, 73, 6831-6834], oraz kwasu 2,2'-bitiofen-5-ylokarboksylowego [Chiral Aggregates of α,ω-Disubstituted Sexithiophenes in Protic and Aqueous Media, A. F. M. Kilbinger, A. P. H. J. Schenning, F. Goldoni, W. J. Feast, and E. W. Meijer J. Am. Cem. Soc., 2000, 122, 1820-1821]. Wymienione powyżej związki są fundamentalne, gdy chodzi o dalszą funkcjonalizację układu bitiofenowego - szczególnie w reakcjach sprzęgania.

Jak widać z przedstawionego stanu techniki dotychczasowe metody otrzymywania 5-litio-2,2'-bitiofenu obarczone były jednak pewnymi wadami: bardzo niska temperatura prowadzenia reakcji, niebezpieczny reagent. W związku z tym zaistniała konieczność opracowania nowego, mniej uciążliwego technicznie, sposobu otrzymywania 5-litio-2,2'-bitiofenu, co było celem twórców niniejszego wynalazku.

Sposób otrzymywania preparatu zawierającego 5-litio-2,2'-bitiofen według wynalazku polega na tym, że w rozpuszczalniku, stanowiącym mieszaninę eteru dialkilowego z ciekłym węglowodorem nasyconym lub eteru dialkilowego z mieszaniną ciekłych węglowodorów nasyconych, w proporcjach objętościowych od 10:90 do 90:10, korzystnie z nadmiarem eteru dialkilowego w proporcji 70:30, w temperaturze od -40 do 20°C, korzystnie od -5 do 5°C, prowadzi się reakcję 2,2'-bitiofenu z n-butylolitem (w postaci roztworu w heksanie lub innym, ciekłym węglowodorze nasyconym, lub mieszaninie węglowodorów nasyconych) w proporcjach molowych od 1:1 do 1:0,5, korzystnie 1:0,8, 33 przy czym na 0,012 mol 2,2'-bitiofenu przewiduje się użycie od 30 do 200 cm³, korzystnie 100 cm³ rozpuszczalnika.

Reakcja 2,2'-bitiofenu z n-butylolitem następuje w wyniku wkraplania roztworu n-butylolitu do 2,2'-bitiofenu w czasie od 0,2 do 5 h, korzystnie 1 h na 0,024 mol substratu. Cała synteza jest realizowana w atmosferze argonu lub azotu.

Korzystnie, jako eter dialkilowy stosuje się eter dietylowy.

Korzystnie, jako eter dialkilowy stosuje się eter dipropylowy.

PL 219 430 B1

Korzystnie, jako ciekły węglowodór nasycony stosuje się heksan.

Korzystnie, mieszaninę ciekłych węglowodorów nasyconych stanowi eter naftowy.

Istotą niniejszego wynalazku jest zastosowanie do etapu litiowania 2,2'-bitiofenu rozpuszczalnika w postaci mieszaniny eter dialkilowy - nasycony ciekły węglowodór lub eter dialkilowy - mieszanina ciekłych węglowodorów nasyconych, zamiast stosowanego powszechnie tetrahydrofuranu, co pozwoliło na prowadzenie reakcji w temperaturze od -5°C do 5°C zamiast, jak to stosują inni autorzy, w temperaturze -78°C. W mieszaninie eter dialkilowy - nasycony węglowodór (np. eter dietylowy - heksan) n-butylolit tworzy mniej reaktywne heksamery, zamiast bardziej reaktywnych tetramerów (co następuje przy zastosowaniu rozpuszczalnika w postaci THF) [M. Schlosser, w: M. Schlosser (red.), Organometallics in Synthesis, 2nd ed., Wiley, 2002, str. 21]. Zastosowanie wspomnianej mieszaniny rozpuszczalników pozwoliło także, co nad wyraz istotne, na ograniczenie reakcji dilitiowania, która jest szczególnie niepożądana, ze względu na dalsze, możliwe praktyczne zastosowania produktu.

Korzystnym jest użycie, w sposobie według wynalazku, 20% niedomiaru n-butylolitu w stosunku do 2,2'-bitiofenu, co pozwala na dalsze ograniczenie, do poziomu poniżej 0,5%, reakcji dilitiowania.

W efekcie zastosowania sposobu według wynalazku, otrzymuje się mieszaninę poreakcyjną w postaci roztworu w mieszaninie eter dialkilowy - nasycony węglowodór lub eter dialkilowy - mieszanina lekkich nienasyconych węglowodorów. Mieszanina ta zawiera 5-litio-2,2'-bitiofen, 2,2'-bitiofen i 5,5'-dilitio-2,2'-bitiofen w proporcjach zależnych od proporcji reagentów (2,2'-bitiofenu oraz n-butylolitu). Przy proporcji 2,2'-bitiofenu z n-butylolitem wynoszącej 1:0,5 mieszanina końcowa zawiera 49,8% 5-litio-2,2'-bitiofenu, 49,8% 2,2'-bitiofenu i 0,4% 5,5'-dilitio-2,2'-bitiofenu, natomiast przy proporcji 2,2'-bitiofenu z n-butylolitem wynoszącej 1:1 mieszanina końcowa zawiera 95,0% 5-litio-2,2'-bitiofenu, 1,0% 2,2'-bitiofenu i 4,0% 5,5'-dilitio-2,2'-bitiofenu. W wersji najkorzystniejszej, czyli przy proporcji 2,2'-bitiofenu z n-butylolitem wynoszącej 1:0,8, mieszanina końcowa zawiera 80% 5-litio-2,2'-bitiofenu, > 19,5% 2,2'-bitiofenu i < 0,5% 5,5'-dilitio-2,2'-bitiofenu.

Sposób otrzymywania preparatu zawierającego 5-litio-2,2'-bitiofen według wynalazku zostanie bliżej objaśniony na przykładach realizacji rozwiązania.

Pr zyk ła d 1

Otrzymywanie preparatu, zawierającego 5-litio-2,2 '-bitiofen + n-C₄H₉Li -+ ^π-°4^Η10

Cała synteza była realizowana w atmosferze argonu. Do ochłodzonego do temperatury od -5 do 5°C i mieszanego (za pomocą mieszadła mechanicznego) roztworu 2 g (12,03 mmol) 2,2'-bitiofenu w mieszaninie 70 ml heksanu i 30 ml eteru dietylowego, dodawano kroplami (przez około pół godziny) 6,02 ml 1,6 M roztworu n-BuLi w heksanie (9,62 mmol), utrzymując temperaturę mieszaniny reakcyjnej maksymalnie 5°C. Po dodaniu roztworu n-butylolitu mieszano jeszcze przez 1 h w temperaturze maksymalnie 20°C. Otrzymano roztwór produktu z wydajnością większą niż 99% i selektywnością nie mniejszą niż 99,5%.

Uzyskany produkt, zawierający 80% 5-litio-2,2'-bitiofenu, co najmniej 19,5% 2,2'-bitiofenu i co najwyżej 0,5% 5,5'-dilitio-2,2'-bitiofenu może być wykorzystany natychmiast do syntezy preparatu na bazie 5-jodo-2,2'-bitiofenu.

Przykład 2

Otrzymywanie preparatu, zawierającego 5-litio-2,2'-bitiofen

Cała synteza była realizowana w atmosferze argonu. Do ochłodzonego do temperatury od -5 do 5°C i mieszanego (za pomocą mieszadła mechanicznego) roztworu 2 g (12,03 mmol) 2,2'-bitiofenu w mieszaninie 70 ml eteru naftowego (frakcja z nafty wrząca w zakresie 40-60°C) i 30 ml eteru dipropylowego dodawano kroplami (przez około pół godziny) 6,02 ml 1,6 M roztworu n-BuLi w heksanie

PL 219 430 B1 (9,62 mmol) utrzymując temperaturę mieszaniny reakcyjnej maksymalnie 5°C. Po dodaniu roztworu n-butylolitu mieszano jeszcze przez 1 h w temperaturze maksymalnie 20°C. Otrzymano roztwór produktu z wydajnością większą niż 99% i selektywnością nie mniejszą niż 99,5%. Uzyskany produkt, zawierający 80% 5-litio-2,2'-bitiofenu, co najmniej 19,5% 2,2'-bitiofenu i co najwyżej 0,5% 5,5'-dilitio2,2'-bitiofenu może być wykorzystany natychmiast do syntezy preparatu na bazie 5-jodo-2,2'-bitiofenu.

Produkt, zawierający, zgodnie z najkorzystniejszą drogą syntezy, 80% 5-litio-2,2'-bitiofenu, co najmniej 19,5% 2,2'-bitiofenu i co najwyżej 0,5% 5,5'-dilitio-2,2'-bitiofenu, otrzymany sposobem według wynalazku, może być wykorzystany do otrzymywania pochodnych 2,2'-bitiofenu, funkcjonalizowanych w pozycji 5, a w szczególności 5-jodo-2,2'-bitiofenu, 5-tributylostannylo-2,2'-bitiofenu, 5-trimetylostannylo-2,2'-bitiofenu, kwasu 2,2'-bitiofen-5-yloboronowego.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania preparatu zawierającego 5-litio-2,2'-bitiofen, znamienny tym, że w rozpuszczalniku stanowiącym mieszaninę eteru dialkilowego z ciekłym węglowodorem nasyconym lub eteru dialkilowego z mieszaniną ciekłych węglowodorów nasyconych, w proporcjach objętościowych od 10:90 do 90:10, korzystnie z niedomiarem eteru dialkilowego w proporcji 30:70, w temperaturze od -40 do 20°C, korzystnie od -5 do 5°C prowadzi się reakcję 2,2'-bitiofenu z n-butylolitem w proporcjach molowych od 1:1 do 1:0,5, korzystnie 1:0,8, przy czym na 0,012 mol 2,2'-bitiofenu przewiduje się użycie od 30 do 200 cm³, korzystnie 100 cm³ rozpuszczalnika.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcja 2,2'-bitiofenu z n-butylolitem następuje w wyniku wkraplania n-butylolitu do 2,2'-bitiofenu w czasie od 0,2 do 5h, korzystnie 1h na 0,024 mol substratu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako eter dialkilowy stosuje się eter dietylowy.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako eter dialkilowy stosuje się eter dipropylowy.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako ciekły węglowodór nasycony stosuje się heksan.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę ciekłych węglowodorów nasyconych stanowi eter naftowy.