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西山 正一 箭野 裕一 粟野 裕 JP 2012077028 公開特許公報(A) 20120419 2010223464 20101001 ３，４−エチレンジオキシチオフェンの製造方法 東ソー株式会社 000003300 西山 正一 箭野 裕一 粟野 裕 C07D 333/32 20060101AFI20120323BHJP C07B 61/00 20060101ALN20120323BHJP JPC07D333/32C07B61/00 300 6 ＯＬ 9 4C023 4H039 4C023FA01 4H039CA42 4H039CL25 本発明は３，４−エチレンジオキシチオフェンの新規合成法に関するものである。 導電性ポリマーは、導電率の違いにより、帯電防止、コンデンサー等の用途に使われている。近年では、液晶や電子ペーパーの透明電極であるＩＴＯの代替材料としても注目されている。中でも、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）［通称ＰＥＤＯＴ］及びポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリスチレンスルホン酸［通称、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ］は、抵抗膜式タッチパネルの透明電極として近年研究が活発化している。 ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、一般に酸化重合により合成され、又、原料となる３，４−エチレンジオキシチオフェンは、チオジグリコール酸を原料に５段階で合成することができる（例えば、特許文献１参照）。 近年、上記方法とは別に、チオフェン原料から４工程で合成する方法が報告された（例えば、特許文献２参照）。具体的には、チオフェンのテトラブロモ化、２，５位の脱臭素化（３，４−ジブロモチオフェンの合成）、ナトリウムメトキシドを用いたジメトキシ化、エチレンジオキシ化からなる方法である。 上記４工程目のエチレンジオキシ化において、特許文献２では、３，４−ジメトキシチオフェン、エチレングリコール及び溶剤を、質量比１：５〜８：５〜１０の配合比で混合し、ベンゼンスルホン酸のような触媒を用いて、３０〜１１０℃で反応させるものである。 又、特許文献３では、３，４−ジメトキシチオフェン、エチレングリコール及びトルエンから、ｐ−トルエンスルホン酸触媒存在下、反応で生成するメタノールを除去しながら３，４−エチレンジオキシチオフェンを合成する方法が報告されている。特開平０１−３１３５２１号公報中国公開１０１２２００３８号公報ＷＯ２００９／０９０８６６号公報 これまで、３，４−ジアルコキシチオフェンから３，４−エチレンジオキシチオフェンの合成において、原料となる３，４−ジアルコキシチオフェンは、３，４−ジメトキシチオフェンのみであった。原料である３，４−ジメトキシチオフェン（沸点＝１１２℃／１７−２０ｍｍＨｇ）は、目的物である３，４−エチレンジオキシチオフェン（沸点＝１１０℃／１７−２０ｍｍＨｇ）との沸点差が非常に小さいため、蒸留による精製が非常に困難であった。 又、３，４−エチレンジオキシチオフェンの合成は、スルホン酸触媒存在下に行われるが、反応時間が長くなるに伴い、チオフェン由来の重合物と考えられるタール状の黒色不溶物が生成する。この黒色不溶物は、反応器の壁面に付着し洗浄等による除去操作では取り除くことが難しいため、合成上、問題があった。 本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来技術の問題点を解決し、３，４−エチレンジオキシチオフェンを、経済的に、収率よく製造することのできる方法を提供することである。 上記課題を解決するために、本願発明者らは、前述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、有機溶媒中、下記一般式（１）で表される３，４−ジアルコキシチオフェンとエチレングリコールから３，４−エチレンジオキシチオフェンを製造するにあたり、有機スルホン酸とキノン系化合物を共存させて反応することにより、目的とする３，４−エチレンジオキシチオフェンを収率よく合成できることを見出し、本発明を完成した。 即ち、本発明は、有機スルホン酸触媒存在下に、有機溶媒中、下記一般式（１）で表される３，４−ジアルコキシチオフェンとエチレングリコールから３，４−エチレンジオキシチオフェンを製造するにあたり、キノン系化合物共存下に反応することを特徴とする３，４−エチレンジオキシチオフェンの合成方法に関するものである。（式中、Ｒは炭素数２〜４のアルキル基を表す）。 以下にその製造法について詳細に説明する。 本発明は、上記一般式（１）で表される３，４−ジアルコキシチオフェンとエチレングリコールから３，４−エチレンジオキシチオフェンを合成する方法である。 ここで、一般式（１）におけるＲは炭素数２〜４のアルキル基であり、炭素数２〜４のアルキル基としては、例えばエチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基等が挙げられ、その中でも、エチル基が好ましい。 具体的な一般式（１）で表される３，４−ジアルコキシチオフェンとしては、例えば３，４−ジエトキシチオフェン（ＤＥＴと略する）、３，４−ジ（ｎ−プロポキシ）チオフェン、３，４−ジ（ｉ−プロポキシ）チオフェン、３，４−ジ（ｎ−ブトキシ）チオフェン、３，４−ジ（ｓｅｃ−ブトキシ）チオフェン等が挙げられ、そのなかでも３，４−ジエトキシチオフェンが好ましい。 エチレングリコールの使用量は、３，４−ジエトキシチオフェン１ｍｏｌに対して１．０〜２０ｍｏｌが好ましく、特に好ましくは、２．０〜１０ｍｏｌである。 有機スルホン酸としては、公知のスルホン酸であれば特に制限はなく、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン、カンファースルホン酸等の脂肪族スルホン酸；ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ビフェニルスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ｐ−トルイジンスルホン酸等の芳香族スルホン酸；ｏ−アミノベンゼンスルホン酸、トビアス酸、ナフチオン酸、アミドール酸等の水溶性アゾ染料として利用されている有機スルホン酸；ポリスチレンスルホン酸、ポリナフタレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸等の高分子の有機スルホン酸等を挙げることができる。これら有機スルホン酸のうち、好ましくはメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ｐ−トルイジンスルホン酸、ｏ−アミノベンゼンスルホン酸等であり、さらに好ましくは、ｐ−トルエンスルホン酸、ｐ−トルイジンスルホン酸、ｏ−アミノベンゼンスルホン酸等が挙げられる。なお、有機スルホン酸は、一種を単独で又は二種以上を任意に組み合わせても使用できる。 有機スルホン酸の使用量は、３，４−ジアルコキシチオフェン１ｍｏｌに対して、０．００５〜０．３０ｍｏｌが好ましく、特に好ましくは、０．０１〜０．２０ｍｏｌである。 キノン系化合物としては、特に限定されるものではなく、公知の化合物を用いることができ、例えば、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、トリメチルハイドロキノン、ｔｅｒｔ−ブチルハイドロキノン、２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ハイドロキノン、２，５−ビス（１，１−ジメチルブチル）ハイドロキノン等のハイドロキノン系化合物；ｐ−ベンゾキノン、メチル−ｐ−ベンゾキノン、ｔｅｒｔ−ブチル−ベンゾキノン、２，５−ジフェニル−ｐ−ベンゾキノン、ナフトキノン等のキノン化合物が挙げられる。 これら例示化合物の中でも、ハイドロキノン系化合物がより好ましく、特にハイドロキノン、メチルハイドロキノン、トリメチルハイドロキノン、ｔｅｒｔ−ブチルハイドロキノン、２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルハイドロキノン等が好ましい。 これらのキノン系化合物の使用量は、３，４−ジアルコキシチオフェン１ｍｏｌに対して、０．００００１〜０．５０ｍｏｌが好ましく、特に好ましくは、０．００１〜０．２０ｍｏｌである。 本反応は、有機溶媒中で行われる。有機溶媒は、反応を阻害しないものであれば特に制限はなく、好ましくは、トルエン、ｏ−キシレン等のキシレンの芳香族溶媒であり、特にｏ−キシレン等のキシレンが好ましい。有機溶媒の使用量は、３，４−エチレンジオキシチオフェンを収率よく合成することができることから、３，４−ジアルコキシチオフェン１重量部に対して、５〜４０重量部が好ましく、特に好ましくは１５〜２５重量部である。 反応温度としては、１００℃〜２００℃が好ましく、特に好ましくは１２０〜１５０℃である。 本反応は、３，４−ジアルコキシチオフェン、エチレングリコール、有機溶媒、有機スルホン酸及びキノン系化合物を一括に仕込んで反応してもよいし、例えば、３，４−ジアルコキシチオフェン、有機溶媒及びキノン系化合物の混合溶液に、エチレングリコール及び有機スルホン酸の混合溶液を滴下しながら反応させてもよい。 反応終了後、３，４−ジアルコキシチオフェンは、蒸留等により単離することができる。 本発明により合成される３，４−エチレンジオキシチオフェンは、長期保存条件下でもポリマーの生成もなく、着色も見られなかった。 以上のように、本発明によれば、従来技術の問題点を克服し、３，４−エチレンジオキシチオフェンを経済的にしかも収率よく製造可能となる。 本発明を以下の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。なお、実施例で得られた化合物の純度は、シクロドデカンを内部標準としてガスクロマトグラフィー測定により行った。また、ＧＰＣ分析は、東ソー製ＨＬＣ−８２２０を用いて行った。 ［ガスクロマトグラフィー測定］ 装置：島津製作所製 ＧＣ−１７Ａ カラム：キャピラリーカラム（ＧＬ Ｓｃｉｅｎｃｅ社製 ＮＢ−５） キャリアガス：ヘリウム カラム温度：５０℃（５分保持）→１０℃／ｍｉｎ→３００℃ インジェクション：２８０℃ 検出器：ＦＩＤ ［ＧＰＣ測定］ 装置：ＨＬＣ−８２２０ カラム：Ｇ４０００ＨＸＬ−Ｇ３０００ＨＸＬ−Ｇ２０００ＨＸＬ−Ｇ２０００ＨＸＬ（いずれも東ソー製） 検出器：ＲＩ 溶離液：テトロヒドロフラン 実施例１ ３０ｍｌ試験管に、３，４−ジエトキシチオフェン０．５ｇ（２．９１ｍｍｏｌ，以下ＤＥＴと略する）、ｏ−アミノベンゼンスルホン酸（５０ｍｇ，ＤＥＴ１ｍｏｌに対して０．１ｍｏｌ）、キノン系化合物であるハイドロキノン３２ｍｇ（ＤＥＴ１ｍｏｌに対して０．１ｍｏｌ）、エチレングリコール（ＥＧ）１．５５ｇ（２５．０ｍｍｏｌ，ＤＥＴ１ｍｏｌに対して８．６ｍｏｌ）及びｏ−キシレン７．５ｇ（ＤＥＴ１重量部に対して１５重量部）を窒素雰囲気下加えたのち、キシレン還流下、８時間反応させた（キシレン還流温度＝１３７−１４２℃）。冷却後、１０％炭酸水素ナトリウム０．２５ｇ、水１５ｇを加えた後、酢酸エチル２５ｍｌで抽出した。得られた有機層はシクロドデカンを内部標準とするガスクロマトグラフィー分析を行うことにより、３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＥＤＯＴ）の収率を算出した。結果を表１に示す。 実施例２〜３ ｏ−アミノベンゼンスルホン酸を、ｐ−トルイジンスルホン酸（ＤＥＴ１ｍｏｌに対して０．１ｍｏｌ）（実施例２）、ｐ−トルエンスルホン酸（ＤＥＴ１ｍｏｌに対して０．１ｍｏｌ）（実施例３）に変えて、実施例１と同様の反応を行った。結果を表１に示す。 比較例１〜３ 実施例１〜３の実施例において、ハイドロキノンを添加せずに反応を行った。結果を表１に示す。いずれの実験においても、有機スルホン酸触媒を添加しなかったことから、黒色のタール状物質がガラス壁面に付着又は溶液中に浮遊していた。 以上、実施例１〜３及び比較例１〜３の結果から、ハイドロキノンの添加は、ＥＤＯＴの収率を向上させることに非常に効果があった。 実施例４ ３０ｍｌ試験管に、３，４−ジエトキシチオフェン０．５ｇ（２．９１ｍｍｏｌ，以下ＤＥＴと略する）、ｐ−トルエンスルホン酸（５５ｍｇ，ＤＥＴ１ｍｏｌに対して０．１ｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ブチルハイドロキノン４８ｍｇ（ＤＥＴ１ｍｏｌに対して０．１ｍｏｌ）、エチレングリコール１．５５ｇ（２５．０ｍｍｏｌ，ＤＥＴ１ｍｏｌに対して８．６ｍｏｌ）及びｏ−キシレン１０ｇ（ＤＥＴ１重量部に対して２０重量部）を窒素雰囲気下加えたのち、キシレン還流下、４時間反応させた（キシレン還流温度＝１３７−１４２℃）。冷却後、１０％炭酸水素ナトリウム０．２５ｇ、水１５ｇを加えた後、酢酸エチル２５ｍｌで抽出した。得られた有機層はシクロドデカンを内部標準とするガスクロマトグラフィー分析を行うことにより、ＥＤＯＴの収率を算出した。結果を表２に示す。 実施例５〜８ キノン系化合物をｔｅｒｔ−ブチルハイドロイノンから、夫々、トリメチルハイドロキノン（実施例５）、２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチル）ハイドロキノン（実施例６）、メチルハイドロキノン（実施例７）、ハイドロキノン（実施例８）に変えて、実施例４と同様に反応を行った。結果を表２に示す。 実施例９〜１０ ｔｅｒｔ−ブチルハイドロキノンの代わりに、ハイドロキノンを用い、ハイドロキノン量を、夫々ＤＥＴ１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ（実施例９）、０．２０ｍｏｌ（実施例１０）を使い、実施例４と同様に反応を行った。結果を表３に示す。 実施例１１〜１２（溶媒量） ３０ｍｌ試験管に、３，４−ジエトキシチオフェン０．５ｇ（２．９１ｍｍｏｌ，以下ＤＥＴと略する）、ｐ−トルエンスルホン酸（５５ｍｇ，ＤＥＴ１ｍｏｌに対して０．１ｍｏｌ）、ハイドロキノン３２ｍｇ（ＤＥＴ１ｍｏｌに対して０．１ｍｏｌ）、エチレングリコール１．５５ｇ（２５．０ｍｍｏｌ，ＤＥＴ１ｍｏｌに対して８．６ｍｏｌ）及びｏ−キシレン１２．５ｇ（ＤＥＴ１重量部に対して２５重量部）を窒素雰囲気下加えたのち、ｏ−キシレン還流下、４時間反応させた（キシレン還流温度＝１３７−１４２℃）。冷却後、１０％炭酸水素ナトリウム０．２５ｇ、水１５ｇを加えた後、酢酸エチル２５ｍｌで抽出した。得られた有機層はシクロドデカンを内部標準とするガスクロマトグラフィー分析を行うことにより、ＥＤＯＴの収率を算出した。（実施例１１） 同様の実験を、ｏ−キシレン５ｇ（ＤＥＴ１重量部に対して１０重量部）（実施例１３）用いて行った。ｏ−キシレン量が１０ｇ（実施例８）、７．５ｇ（実施例３）である結果とあわせ、表４に示す。 実施例１３ １０Ｌフラスコに、３，４−ジエトキシチオフェン２１８ｇ（１．２７ｍｍｏｌ）、ｐ−トルエンスルホン酸２４．１ｇ（０．１２ｍｏｌ，ＤＥＴ１ｍｏｌに対して９．４ｍｏｌ）、ハイドロキノン７．０ｇ（０．０６ｍｏｌ，ＤＥＴ１ｍｏｌに対して４．７ｍｏｌ）、エチレングリコール６１７ｇ（１０．９ｍｍｏｌ，ＤＥＴ１ｍｏｌに対して８．６ｍｏｌ）及びｏ−キシレン４．３６ｋｇ（ＤＥＴ１重量部に対して２０重量部）を窒素雰囲気下加えたのち、キシレン還流下、４時間反応させた（キシレン還流温度＝１３７−１４２℃）。冷却後、１０％炭酸水素ナトリウム、水３Ｌを加えて、有機層を抽出した。更に、もう一回、同じ実験を繰り返しＥＤＯＴ含有溶液を得た。得られたＥＤＯＴ含有溶液は、ガスクロマトグラフィー分析の結果、ＥＤＯＴを３１０．５ｇ（収率＝８６ｍｏｌ％）含有していることがわかった。有機層を濃縮後、大科工業製スルーザーパック充填蒸留塔（１０段）を用い、還流比＝１０でＥＤＯＴの蒸留を行った（１１０℃／１０ｍｍＨｇ）。その結果、純度＝９９．９２％のＥＤＯＴを２６０．８ｇ（蒸留収率＝８４％）単離した。原料の３，４−ジエトキシチオフェンは検出されなかった。 又、得られたＥＤＯＴは、窒素中、４０℃で一ヶ月長期保存したが、ＧＰＣによる分析でもポリマーの生成もなく、しかも着色も全く見られなかった。 有機スルホン酸触媒存在下に、有機溶媒中、下記一般式（１）で表される３，４−ジアルコキシチオフェンとエチレングリコールから３，４−エチレンジオキシチオフェンを製造するにあたり、キノン系化合物共存下に反応することを特徴とする３，４−エチレンジオキシチオフェンの製造方法。（式中、Ｒは炭素数２〜４のアルキル基を表す）。 キノン系化合物が、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、トリメチルハイドロキノン、ｔｅｒｔ−ブチルハイドロキノン、２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルハイドロキノンから選ばれる１種又は２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の３，４−エチレンジオキシチオフェンの製造方法。 ３，４−ジアルコキシチオフェンが、３，４−ジエトキシチオフェンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の３，４−エチレンジオキシチオフェンの製造方法。 スルホン酸触媒が、ｐ−トルエンスルホン酸であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の３，４−エチレンジオキシチオフェンの製造方法。 反応温度が１２０〜２００℃であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の３，４−エチレンジオキシチオフェンの製造方法。 有機溶媒が、上記一般式（１）で表される３，４−ジアルコキシチオフェン１重量部に対して、１５〜２５重量部であることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の３，４−エチレンジオキシチオフェンの製造方法。 【課題】３，４−エチレンジオキシチオフェンを、経済的に、しかも収率よく製造することのできる方法を提供する。【解決手段】有機スルホン酸触媒存在下に、有機溶媒中、下記一般式（１）で表される３，４−ジアルコキシチオフェンとエチレングリコールから３，４−エチレンジオキシチオフェンを製造するにあたり、キノン系化合物共存下に反応することにより、目的とする３，４−エチレンジオキシチオフェンを効率よく合成できる。（式中、Ｒは炭素数２〜４のアルキル基を表す）。【選択図】なし

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