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    一種製備3,4-伸乙二氧噻吩之方法，係利用微波加熱方式進行合成，可使得3,4-伸乙二氧噻吩之製備產率大幅提升，並能減少整體反應的時間與加熱期間的能源耗損，減少溶劑之使用量，並減少對環境之危害。
    公开号:TW201305180A
    申请号:TW100125479
    申请日:2011-07-19
    公开日:2013-02-01
    发明作者:Nai-Yun Liang；Hui-Shan Tsai；Ching-Wei Ke；Chin-Wan Jseng
    申请人:Far Eastern New Century Corp；
    IPC主号:C07D495-00
    专利说明:
    一種3,4-伸乙二氧噻吩之製造方法
    本發明係有關於一種製備3,4-伸乙二氧噻吩之方法，特別是有關於一種利用微波法取代傳統加熱法，提升3,4-伸乙二氧噻吩產率之製造方法。
    習知3,4-伸乙二氧噻吩(3,4-ethylenedioxythiophene，EDOT)是用來製備聚伸乙二氧噻吩(PEDOT)的單體。由於聚伸乙二氧噻吩具有高導電率、高透明度、耐熱性佳、抗水解性佳及易於加工的特性，因此常被用以製備有機發光二極體(OLED)、太陽能電池、有機薄膜電晶體(OTFT)、超級電容器、可撓式電子紙等裝置的電子傳輸層，於光電領域之應用相當廣泛。
    關於3,4-伸乙二氧噻吩之合成方法已有許多學者研究與討論，然而，習知合成3,4-伸乙二氧噻吩之方法仍存在有產率低、反應時間長或製程易造成環境污染等問題。
    早於2000年Groenendaal與Jonas等人即已提出將硫代二乙酸藉由加熱的方式，藉由酯化、縮合、醚化、水解及脫羧等五個步驟合成出EDOT。雖然此方法之反應起始物來源穩定且反應條件較為溫和，但卻有反應耗時久、產率低等問題，故無法有效率的產製EDOT。(Adv. Mater. 2000,12,481)Fredrik等人於2004年揭示一種製程步驟較為簡易之EDOT的製備方法。但此法所使用之起始物2,3-dimethoxy-1,3-butadiene取得不易且單體價格昂貴，使得製備成本大幅提升且不利於工業上的大量製造。(Tetrahedron Letters 2004,45,6049)
    此外，另有許多學者分別著力於不同起始物、溶劑或是催化劑等的置換，使得合成步驟中某一步驟之製程得以改善並提升產率，以期得到較高的整體產率來製備EDOT。例如，Halfpenny等人於2001年以2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基二鈉噻吩作為起始物和鹵烷化物反應，再加以水解，最後以喹啉作為溶劑及氧化亞銅作為催化劑經脫羧反應後而得到EDOT。但此製程有溶劑殘留量過高且溶劑具有毒性而不適用於大量生產等問題，且產率提升效果仍有限。(J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1 2001,2595)
    因此開發一種高產率、反應速率快及製程環保之3,4-伸乙二氧噻吩的製造方法是仍有其需要性的。
    本發明之主要目的係提供一種提高3,4-伸乙二氧噻吩產率之製造方法。
    根據本發明所指出之製備3,4-伸乙二氧噻吩的方法，包含下列步驟：(a)提供一硫代二乙酸(2,2’-thiodiacetic acid)，使其與一乙醇混合，並添加硫酸作為催化劑，於一頻率為2.45 GHz之微波反應器中，以功率為500~1000 W之條件，進行酯化反應15~30分鐘，以製得一硫代二乙酸二乙酯(Diethyl thioglycolate)；(b)將該硫代二乙酸二乙酯與一草酸二乙酯(diethyl oxalate)混合，並加入一含有第一電子予體(electron donor)之第一溶液中，於該微波反應器內，以功率為100~500 W之條件，進行縮合反應20~60分鐘，以製得一2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩(2,5-diethoxycarbonyl-3,4-dihydroxythiophene)；(c)使該2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩與一1,2-二鹵乙烷混合，並加入一含有第二電子予體(electron donor)成分之第二溶液中，於該微波反應器內，以功率為500~1000 W之條件，進行醚化反應不多於30分鐘，以製得一2,5-二羧酸二乙酯-3,4-伸乙二氧噻吩(2,5-diethoxycarbonyl-3,4-ethylenedioxythiophene)；(d)將該2,5-二羧酸二乙酯-3,4-伸乙二氧噻吩與一氫氧化鈉混合後，於該微波反應器內，以功率為500~1200 W之條件，進行水解反應不多於20分鐘，以製得一2,5-二羧酸-3,4-伸乙二氧噻吩(2,5-dicarboxy-3,4-ethylenedioxythiophene)；以及(e)將該2,5-二羧酸-3,4-伸乙二氧噻吩與一亞鉻酸銅(Cu2Cr2O5)混合後，於該微波反應器內，以功率為500~1200 W之條件，進行脫羧反應不多於30分鐘，以製得一3,4-伸乙二氧噻吩(3,4-ethylenedioxythiophene)。
    根據本發明所述之製備方法，其具有反應條件溫和、製程環保等優點，因此對於環境的污染性低。另外，本發明之製備方法尚具有反應速率快、產率高而能夠有效率的產製3,4-伸乙二氧噻吩…等優點。
    故而本發明所指出之製備方法已可充分解決習知製備3,4-伸乙二氧噻吩時，起始物具有毒性或來源不穩定、反應時間耗時、生產成本高，及整體產率低落而無法有效率的大量提供與生產等問題。
    為了達到上述目的，根據本發明所述之製備方法包含下列步驟：提供一硫代二乙酸，使其與一乙醇混合，並添加硫酸作為催化劑，於一頻率為2.45 GHz之微波反應器中，以功率為500~1000 W之條件，進行酯化反應15~30分鐘，以製得一硫代二乙酸二乙酯，如下式(A)所示。
    根據本發明所述之微波反應器，係藉由調整不同功率，於其腔體內部進行反應。習知，利用微波反應器加熱以取代傳統加熱(例如：水浴加熱、酒精燈加熱、加熱包加熱等)方法應用在有機合成領域已被大量揭露。微波加熱反應係利用反應溶液中之極性分子在一電磁場中受到電磁波效應而振動，該等分子來回地碰撞進而摩擦生熱，使反應溶液可均勻地受熱並在短時間內到達設定之高溫，有效克服解決傳統加熱方法因受熱不均勻所產生之溫度梯度。另外，由於微波加熱反應可使反應物具有穩定中間態、減少加熱反應時間等優點，利用微波反應器加熱以取代傳統加熱方法應用於本發明中，亦可大幅減少操作之危險性。
    前述酯化反應為習知的費歇爾酯化反應(Fischer esterification)。根據本發明中之酯化反應，所使用催化劑的作用在於使羧酸中的羰基質子化，並增強羰基中碳的親電性，使反應速率加快。可應用於本發明中之酯化反應的催化劑，包含但不僅限於，硫酸、鹽酸、對甲苯磺酸(4-methylbenzenesulfonic acid)，或該等之混合液。
    習知，費歇爾酯化反應產物中的水會與酯發生逆反應，使得酯的轉化率下降，而無法得到較高的收率。因此，熟習本發明技術領域之技藝者，於進行酯化反應時裝置一除水裝置，以減少逆反應的發生。於本發明中使用之微波反應器加熱方式進行酯化反應時，不需裝置一除水裝置，即可得到一較佳之收率。
    本發明中所述之收率(yield)，係指實際獲得的產物重量與理論計算所得的產物重量的比率。其中，實際獲得的產物重量特別係指經過純化後的產物重量，而不包含其他的副產物或是溶劑等不純物。收率之計算方式如下式(I)所示：
    收率(yield)=(實際獲得產物重量)/(理論產物重量)×100%　(I)
    酯化反應中，硫代二乙酸與乙醇之當量數比為1：6~12時，具有較佳之反應收率。
    於本發明所述之酯化反應中，硫酸是做為酯化反應的催化劑，但若硫酸的添加量過高，會促使產物酯的水解，因而降低收率。因此，硫酸與硫代二乙酸之當量數比值，較佳為不大於1，更佳為介於0.25~1之範圍內，可達到良好的反應收率。
    根據本發明所述之酯化反應，所選用的溶劑甲苯，會與水共沸，可加速去除水分以提升收率。
    接著，將該硫代二乙酸二乙酯與一草酸二乙酯混合，並加入一含有第一電子予體之第一溶液中，於該微波反應器內，以功率為100~500 W之條件，進行縮合反應20~60分鐘，以製得一2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩，如下式(B)所示。
    前述縮合反應為習知的Hinsberg縮合反應(Hinsberg condensation)。於本發明所述之縮合反應中，硫代二乙酸二乙酯與草酸二乙酯之當量數比為1：1~2時，可得到較佳之收率。
    根據本發明中所述之電子予體，係可提供電子於另一反應分子，係為一還原劑；同時，電子予體係經一氧化反應，狹義來說，電子予體即為路易士鹼(Lewis base)。於本發明中所述之第一電子予體，提供電子於硫代二乙酸二乙酯，使該分子上得到具有反應活性之自由基(radical)，而利於與草酸二乙酯進行反應，進一步形成2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩。
    於本發明所述之縮合反應中，第一電子予體與硫代二乙酸二乙酯之當量數比值以不小於2為較佳，又以2~4為更佳。
    可應用於本發明中之第一電子予體並無特別的限制，熟習技藝者可依實施之便利性加以選用，包含但不僅限於，醇鹽、鹼金屬氫氧化物、鹼土金屬氫氧化物、碳酸氫鹽、碳酸鹽、有機胺或其組合。
    可做為本發明中第一電子予體之醇鹽的具體實例，包含但不僅限於乙醇鈉。
    可做為本發明中第一電子予體之鹼金屬氫氧化物的具體實例，包含但不僅限於氫氧化鈉、氫氧化鉀。
    可做為本發明中第一電子予體之鹼土金屬氫氧化物的具體實例，包含但不僅限於氫氧化鎂。
    可做為本發明中第一電子予體之碳酸氫鹽的具體實例，包含但不僅限於碳酸氫鈉、碳酸氫鉀。
    可做為本發明中第一電子予體之碳酸鹽的具體實例，包含但不僅限於碳酸鈉、碳酸鉀。
    可做為本發明中第一電子予體之有機胺的具體實例，包含但不僅限於三乙胺。
    於本發明中之縮合反應，若操作溫度過高易導致草酸二乙酯的分解，使得反應效率差，整體收率下降。因此，縮合反應之操作溫度，較佳為不高於80℃。此外，當Hinsberg縮合反應之操作溫度介於60~80℃時，將有利於合環反應後草酸二乙酯中的乙氧基(Ethoxy)的離去，促使反應的發生。因此，縮合反應之操作溫度，更佳為介於60~80℃之範圍。
    隨後，使該2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩與一1,2-二鹵乙烷混合，並加入一含有第二電子予體之第二溶液中，於該微波反應器內，以功率為500~1000 W之條件，進行醚化反應不多於30分鐘，以製得一2,5-二羧酸二乙酯-3,4-伸乙二氧噻吩，如下式(C)所示。
    前述醚化反應為習知的Williamson醚化反應(Williamson etherification)。於本發明所述之醚化反應中，2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩與1,2-二鹵乙烷之當量數比為1：1~3時，具有較佳之收率。
    可應用於本發明中之1,2-二鹵乙烷為1,2-二氯乙烷、1,2-二溴乙烷或1,2-二碘乙烷。本發明1,2-二鹵乙烷中之鹵素離子是作為可吸附電荷並使電荷脫離之離去基(leaving group)。最容易脫離的離去基，是與碳之間的鍵能很弱的離去基，與易於吸附電荷的離去基。由於鍵能大小為C-I<C-Br<C-Cl，離去基作用力以碘為最大，溴次之，氯為最弱。但碘化烷難以製備，價格最貴，也是最難以取得；而氯化烷較不易發生SN2反應，為了取得之便利性及反應效率，常作為離去基的反應物以溴化烷為較佳。
    此外，於本發明中所述之第二電子予體，提供電子於2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩，使該分子上得到具有反應活性之自由基(radical)，以利於因離去基作用而脫離電荷之1,2-二鹵乙烷與2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩進行親核反應(nucleophilic reaction)，進而形成2,5-二羧酸二乙酯-3,4-伸乙二氧噻吩。
    於本發明所述之醚化反應中，第二電子予體與2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩之當量數比值以不小於2為較佳，又以介於2~4之範圍為更佳。
    可應用於本發明中之第二電子予體並無特別的限制，熟習技藝者可依實施之便利性加以選用，包含但不僅限於，醇鹽、鹼金屬氫氧化物、鹼土金屬氫氧化物、碳酸氫鹽、碳酸鹽、有機胺或其組合。
    可做為本發明中第二電子予體之醇鹽的具體實例，包含但不僅限於乙醇鈉。
    可做為本發明中第二電子予體之鹼金屬氫氧化物的具體實例，包含但不僅限於氫氧化鈉、氫氧化鉀。
    可做為本發明中第二電子予體之鹼土金屬氫氧化物的具體實例，包含但不僅限於氫氧化鎂。
    可做為本發明中第二電子予體之碳酸氫鹽的具體實例，包含但不僅限於碳酸氫鈉、碳酸氫鉀。
    可做為本發明中第二電子予體之碳酸鹽的具體實例，包含但不僅限於碳酸鈉、碳酸鉀。
    可做為本發明中第二電子予體之有機胺的具體實例，包含但不僅限於三乙胺。
    此外，第一電子予體與第二電子予體之種類可分別依使用需求選用，兩者可為相同或不同。
    另外，將該2,5-二羧酸二乙酯-3,4-伸乙二氧噻吩與一氫氧化鈉混合後，於該微波反應器內，以功率為500~1200 W之條件，進行水解反應不多於20分鐘，以製得一2,5-二羧酸-3,4-伸乙二氧噻吩，如下式(D)所示。
    於本發明所述之水解反應中，2,5-二羧酸二乙酯-3,4-伸乙二氧噻吩與氫氧化鈉之當量數比為1：3~5，具有較佳之反應收率。
    前述之水解反應時間較佳為不多於20分鐘，更佳為介於5~10分鐘，可更有效率地製備得產物。
    隨後，將該2,5-二羧酸-3,4-伸乙二氧噻吩與一亞鉻酸銅混合，於該微波反應器內，以功率為500~1200 W之條件，進行脫羧反應不多於30分鐘，以製得一3,4-伸乙二氧噻吩，即如下式(E)所示。
    習知，亞鉻酸銅係作為脫羧反應中的催化劑。於本發明所述之脫羧反應中，2,5-二羧酸-3,4-伸乙二氧噻吩與亞鉻酸銅之當量數比為1：0.2~0.7，具有較佳之反應收率。
    可應用於本發明中之脫羧反應的溶劑，包含但不僅限於，二甲基甲醯胺(DMF，Dimethyl formamide)、喹啉(quinoline)，或二甲基亞碸(DMSO，Dimethyl sulfoxide)。
    熟習本發明技術領域之技藝者，藉由本發明之說明，當可瞭解到，為避免於高功率條件操作微波反應器時，因加熱速率過快或是溫度過高時可能產生之不安全性，於操作本發明中所述之酯化、縮合、醚化、水解及脫羧等反應時，可於微波反應器裝置一控溫系統或是一加壓系統，用以控制或避免過高的反應溫度，並降低操作時之危險性。
    本發明為克服先前技術之問題，獲致之功效相較於習知技術具有優越性。
    以下列舉數個實施例以更詳盡闡述本發明之方法，然其僅為例示說明之用，並非用以限定本發明，本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定者為準。 實施例A.酯化反應：硫代二乙酸二乙酯的製備實施例A1:
    取15.015公克硫代二乙酸(2,2’-thiodiacetic acid，Acros，比利時)、55.284公克乙醇(ECHO，台灣)，和4.9公克硫酸(Sigma-Aldrich，瑞士)，加入至20公克甲苯(ECHO，台灣)中，混合攪拌待完全溶解後，移至微波反應器，調整頻率為2.45 GHz，微波功率設定為500瓦，反應時間30分鐘。
    並在微波反應器外架設Dean-Stark除水裝置以進行除水，其加熱過程的溶液溫度約86~87℃並迴流。反應結束後降溫，並以NaOH水溶液滴定至pH 7~7.5以中止反應。利用乙酸乙酯/正己烷(9/1)和飽和食鹽水萃取三次，取出有機層後以無水硫酸鎂乾燥、過濾。經旋轉濃縮去除溶劑後減壓乾燥，得產物硫代二乙酸二乙酯(diethyl thioglycolate)17.1公克，收率為83.0%。 實施例A2：
    實施方式如實施例A1所述，但將微波功率設定為750瓦，反應時間20分鐘。可得到92.7%的收率。 實施例A3：
    實施方式如實施例A1所述，但將微波功率設定為850瓦，反應時間17分鐘。可得到87.6%的收率。 實施例A4：
    實施方式如實施例A1所述，但將微波功率設定為850瓦，反應時間20分鐘。可得到89.2%的收率。 實施例A5：
    實施方式如實施例A1所述，但將微波功率設定為1000瓦，反應時間15分鐘。可得到81.6%的收率。 實施例A6：
    實施方式如實施例A2所述，但不使用甲苯，也不需要在微波反應器外架設Dean-Stark除水裝置以進行除水。可得到95.1%的收率。 比較例A1：
    實施方式如實施例A1所述，但以酒精燈加熱方式取代微波反應器反應，控制加熱溫度於80℃，加熱20分鐘，加熱期間需架設Dean-Stark除水裝置以進行除水。得到收率為61.2%。 比較例A2：
    實施方式如比較例A1所述，但加熱時間為240分鐘。得到收率為75.0%。 比較例A3：
    實施方式如比較例A1所述，但不使用甲苯，也不於加熱期間架設Dean-Stark除水裝置。得到收率為50.8%。
    酯化反應之實施例及比較例之反應條件彙整如表1所述。
    由表1可知，相較於以傳統酒精燈或水浴加熱方式進行酯化反應的比較例A1、A2、A3，其反應時間過長且收率提升有限，不具產業之利用性；使用微波反應器加熱可獲致較習知加熱法有較佳之收率，甚至不需架設除水裝置以除水，可達到更好之收率，有效解決習知技術需架設除水裝置之問題，並可減少溶劑的使用量，更利於實施操作、節省能源及具製程環保性。實施例A6即為一較佳之實施態樣，不需使用除水裝置，所得到的收率即高達95.1%。 B.縮合反應：2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩的製備實施例B1：
    取實施例A6之產物10.3公克與10.96公克之草酸二乙酯(Diethyl oxylate，Acros，比利時)混合後，利用冰浴以控制溫度在0~10℃的範圍，再逐滴加入含有25%乙醇鈉(Acros,比利時)的乙醇(ECHO，台灣)溶液中，加入完畢經充分攪拌混合後，再移至微波反應器，調整頻率為2.45 GHz，微波功率設定為100瓦，反應時間60分鐘，反應溫度維持在68℃。隨後利用鹽酸(Scharlau,澳洲)滴定至pH 7~7.5以中止反應，再經旋轉濃縮去除乙醇至乾。接著，使用鹽酸滴定至pH 2.5~3.0後，再添加400 mL去離子水以析出產物，經過濾後置於烘箱中烘乾，即得8.58公克的產物2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩(2,5-diethoxycarbonyl-3,4-dihydroxythiophene)，收率為65.3%。 實施例B2~B5：
    實施方式如實施例B1所述，但將微波功率分別設定為200、300、400、500瓦，所得到之收率詳列於表2。 實施例B6~B10：
    實施方式分別如實施例B1、B2、B3、B4、B5所述，但將反應時間皆調整為40分鐘，所得到之收率詳列於表2。 實施例B11~12：
    實施方式分別如實施例B2、B4所述，但將反應時間皆調整為20分鐘，所得到之收率詳列於表2。 比較例B1：
    實施方式如實施例B1所述，但以酒精燈加熱方式取代微波反應器反應，控制加熱溫度於80℃，加熱60分鐘。得到收率為63.8%。 比較例B2：
    實施方式如比較例B1所述，但酒精燈加熱時間為20分鐘，得到收率為60.6%。 比較例B3~5：
    實施方式如實施例B1所述，但將微波功率皆設定為700瓦，反應時間分別調整為60、40、20分鐘，所得到之收率詳列於表2。
    縮合反應之實施例及比較例之反應條件彙整如表2所述。

    由表2可知，利用微波反應器並調整適當的微波功率取代傳統之加熱方法進行縮合反應時，利用較短的反應時間即可得到以習知加熱方法所得之反應收率，甚至是更佳之反應收率。意即，以微波加熱方法，可以更有效率地得到所需要的產量。實施例B4即為一較佳之實施態樣，所得到的收率為76.9%。 C.醚化反應：2,5-二羧酸二乙酯-3,4-伸乙二氧噻吩的製備實施例C1：
    1.取實施例B1之產物5.2公克、4.5公克之1,2-二溴乙烷(TEDIA，美國)與5.53公克K2CO3(SHOWA，日本)，加入9.44公克DMF(Fisher Scientific，美國)，充分攪拌混合後，置入微波反應器中，調整頻率為2.45 GHz，微波功率設定為500瓦，反應時間20分鐘，反應溫度維持在160℃。隨後，去除DMF，再加入離子水以析出產物，過濾後烘乾得到4.36公克產物2,5-二羧酸二乙酯-3,4-伸乙二氧噻吩(2,5-diethoxycarbonyl-3,4-ethylenedioxythiophene)，收率為76.2%。 實施例C2~C3：
    實施方式如實施例C1所述，但將微波功率分別設定為750、1000瓦，所得到之收率詳列於表3。 比較例C1、C2：
    實施方式如實施例C1所述，但將微波功率分別設定為1200、250瓦，所得到之收率詳列於表3。 比較例C3：
    實施方式如實施例C1所述，但以酒精燈加熱方式取代微波反應器反應，控制加熱溫度於160℃，加熱20分鐘。得到收率為70.3%。
    醚化反應之實施例及比較例之反應條件彙整如表3所述。
    由表3可知，利用微波反應器並調整適當的微波功率取代傳統之加熱方法進行醚化反應時可得到較佳之反應收率。實施例C3即為一較佳之實施態樣，所得到的收率為83.8%。比較例C2之微波功率設定為250 W時，由於反應溫度無法有效率地達到，所以收率較差。而微波功率若過高，則高溫將使反應更加劇烈，進而產生副反應以及副產物，而使收率下降。因此，較佳之微波功率為500~1000W，可得到相較於習知加熱方式更佳之反應收率。 D.水解反應：2,5-二羧酸-3,4-伸乙二氧噻吩的製備實施例D1：
    取實施例C1產物4.0142公克與NaOH(SHOWA,日本)1.684公克，添加於含70.18公克去離子水之圓底反應瓶中，充分攪拌混合後，置入微波反應器中，調整頻率為2.45 GHz，微波功率設定為500瓦，反應時間10分鐘，反應溫度維持在100℃。接著，待冷卻降至室溫後，利用鹽酸滴定至pH 2.0以確保反應中止，過濾烘乾秤重，即得2.94公克之產物2,5-二羧酸-3,4-伸乙二氧噻吩(2,5-dicarboxy-3,4-ethylenedioxythiophene)，收率為91.3%。 實施例D2~D4：
    實施方式如實施例D1所述，但將微波功率分別設定為500、1000、1200瓦，反應時間則皆調整為5分鐘，所得到之收率詳列於表4。 比較例D1：
    實施方式如實施例D1所述，但將微波功率設定為250瓦，得到之收率為80.3%。 比較例D2：
    實施方式如實施例D1所述，但以酒精燈加熱方式取代微波反應器反應，控制加熱溫度於100℃，加熱5分鐘。得到收率為80.6%。 比較例D3：
    實施方式如實施例D1所述，但以酒精燈加熱方式取代微波反應器反應，控制加熱溫度於100℃，加熱120分鐘。得到收率為89.3%。
    水解反應之實施例及比較例之反應條件彙整如表4所述。
    由表4可知，以傳統酒精燈或水浴加熱方式進行水解反應，所得到的收率可達89.3%，但需要持續加熱120分鐘，才可得到此一較佳之反應收率；而以微波反應器進行加熱，不僅能夠大幅降低反應時間，亦可得到一更佳之反應收率，實施例D4即為一較佳之實施態樣，收率高達92%。 E.脫羧反應：3,4-伸乙二氧噻吩的製備實施例E1：
    取實施例D1產物4.6公克與亞鉻酸銅(Cu2Cr2O5，Acros，比利時)0.62公克，添加於內含18.44公克二甲基甲醯胺(DMF，Dimethylformamide)之圓底反應瓶中，充分攪拌混合後，置入微波反應器中，調整頻率為2.45 GHz，微波功率設定為500瓦，反應時間20分鐘，反應溫度維持在153℃。反應完畢後以管柱層析方式純化，得產物3,4-伸乙二氧噻吩(3,4-ethylenedioxythiophene)2.31公克，收率為85.3%。 實施例E2~E4：
    實施方式如實施例E1所述，但將微波功率分別設定為750、1000、1200瓦，所得到之收率詳列於表5。 比較例E1
    實施方式如實施例E1所述，但將微波功率設定為250瓦，得到之收率為75.0%。 比較例E2
    實施方式如實施例E1所述，但以酒精燈加熱方式取代微波反應器反應，控制加熱溫度於153℃，加熱20分鐘。得到收率為80.9%。 比較例E3
    實施方式如實施例E1所述，但以酒精燈加熱方式取代微波反應器反應，控制加熱溫度於153℃，加熱150分鐘。得到收率為81.0%。
    脫羧反應之實施例及比較例之反應條件彙整如表5所述。
    表5.　脫羧反應之實施例及比較例之反應條件
    由表5可知，以傳統酒精燈或水浴加熱方式進行脫羧反應，其反應時間過長且收率提升有限，對於能源的耗損亦極大，不具產業之利用性及環保需求；而利用微波反應器並調整適當的微波功率取代傳統之加熱方法進行脫羧反應時可得到較佳之反應收率。實施例E3即為一較佳之實施態樣，所得到的收率為95.0%。
    此外，將上述A~E五個反應分別以微波反應加熱與傳統加熱方式之反應時間條件及所得之收率彙整於表6、7做一比較。

    由表6可知，於相同之反應時間下，傳統以酒精燈加熱之方式，製備得3,4-伸乙二氧噻吩之收率僅為17.89%；利用微波反應加熱取代傳統加熱方式以進行合成步驟，製備得3,4-伸乙二氧噻吩之收率為53.56%，係於相同反應時間下，傳統加熱方式的收率的3倍。因此，利用微波反應器加熱以取代傳統加熱方式，可使收率大幅提升。

    由表7可知，傳統加熱方式製備3,4-伸乙二氧噻吩之最佳實施態樣，最終製備得3,4-伸乙二氧噻吩之收率僅為24.33%，且反應時間需590分鐘。由此可知，即使將加熱時間拉長，仍無法達到理想之收率；利用微波反應方式以進行合成步驟，不僅具有習知可使反應速率加快之優點，與傳統加熱方式相比，僅需約1/5的時間來完成合成之步驟，同時亦大幅提升整體之收率，最終製備得3,4-伸乙二氧噻吩之收率高達53.56%，極具有產業上之利用性，可有效率的製備3,4-伸乙二氧噻吩。
    惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明實施之範圍，任何熟習技藝者，在不脫離本發明之精神及範圍內，所作之簡單的等效變化或修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
    权利要求:
    Claims (23)
    [1] 一種3,4-伸乙二氧噻吩之製造方法，包含：(1)使一硫代二乙酸(2,2’-thiodiacetic acid)與一乙醇混合，並添加硫酸作為催化劑，於一微波反應器中，以頻率為2.45 GHz且功率為500~1000瓦之條件進行酯化反應15~30分鐘，以製得一硫代二乙酸二乙酯(Diethyl thioglycolate)；(2)使該硫代二乙酸二乙酯與一草酸二乙酯(diethyl oxalate)混合，並加入一含有第一電子予體(electron donor)之第一溶液中，於該微波反應器內，以頻率為2.45 GHz且功率為100~500瓦之條件，進行縮合反應20~60分鐘，以製得一2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩(2,5-diethoxycarbonyl-3,4-dihydroxythiophene)；(3)將該2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩與一1,2-二鹵乙烷混合，並加入一含有第二電子予體(electron donor)之第二溶液中，於該微波反應器內，以頻率為2.45 GHz且功率為500~1000瓦之條件，進行醚化反應不多於30分鐘，以製得一2,5-二羧酸二乙酯-3,4-伸乙二氧噻吩(2,5-diethoxycarbonyl-3,4-ethylenedioxythiophene)；(4)將該2,5-二羧酸二乙酯-3,4-伸乙二氧噻吩與一氫氧化鈉混合後，於該微波反應器內，以頻率為2.45 GHz且功率為500~1200瓦之條件，進行水解反應不多於20分鐘，以製得一2,5-二羧酸-3,4-伸乙二氧噻吩(2,5-dicarboxy-3,4-ethylenedioxythiophene)；以及(5)將該2,5-二羧酸-3,4-伸乙二氧噻吩與一亞鉻酸銅(Cu2Cr2O5)混合後，於該微波反應器內，以頻率為2.45 GHz且功率為500~1200瓦之條件，進行脫羧反應不多於30分鐘，以製得一3,4-伸乙二氧噻吩(3,4-ethylenedioxythiophene)。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(1)中之該硫代二乙酸與該乙醇之當量數比為1：6~12。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(1)中之該硫酸與該硫代二乙酸之當量數比值不大於1。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(1)中之該硫酸與該硫代二乙酸之當量數比值為0.25~1。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(2)中之該硫代二乙酸二乙酯與該草酸二乙酯之當量數比為1：1~2。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(2)中之該第一電子予體與該硫代二乙酸二乙酯之當量數比值為不小於2。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(2)中之該第一電子予體與該硫代二乙酸二乙酯之當量數比值為2~4。
    [8] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一電子予體係選自醇鹽、鹼金屬氫氧化物、鹼土金屬氫氧化物、碳酸氫鹽、碳酸鹽及有機胺所組成之族群。
    [9] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一電子予體係選自乙醇鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸鉀及三乙胺所組成之族群。
    [10] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(2)中之該縮合反應之操作溫度不高於80℃。
    [11] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(2)中之該縮合反應之操作溫度為60~80℃。
    [12] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(3)中之該2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩與該1,2-二鹵乙烷之當量數比為1：1~3。
    [13] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(3)中之該第二電子予體與該2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩之當量數比值為不小於2。
    [14] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(3)中之該第二電子予體與該2,5-二羧酸二乙酯-3,4-二羥基噻吩之當量數比值為2~4。
    [15] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二電子予體係選自醇鹽、鹼金屬氫氧化物、鹼土金屬氫氧化物、碳酸氫鹽、碳酸鹽及有機胺所組成之族群。
    [16] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二電子予體係選自乙醇鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸鉀及三乙胺所組成之族群。
    [17] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該1,2-二鹵乙烷為1,2-二氯乙烷、1,2-二溴乙烷或1,2-二碘乙烷。
    [18] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於進行該步驟(3)中之醚化反應時，反應時間為5~20分鐘。
    [19] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(4)中之該2,5-二羧酸二乙酯-3,4-伸乙二氧噻吩與該氫氧化鈉之當量數比為1：3~5。
    [20] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於進行該步驟(4)中之水解反應時，進一步包含對該微波反應器進行加壓，以防止反應溫度過高之步驟。
    [21] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於進行該步驟(4)中之水解反應時，反應時間為5~10分鐘。
    [22] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(5)中之該2,5-二羧酸-3,4-伸乙二氧噻吩與該亞鉻酸銅之當量數比為1：0.2~0.7。
    [23] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於進行該步驟(5)中之脫羧反應時，反應時間為5~20分鐘。
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