关于不同配体的铜催化剂对N- 芳基咔唑合成效果的研究

引言：有机电致发光二极管（OLED）是近年来热门的领域。相对于液晶显示器（LCD）相比，OLED 具有更高的亮度，更快速的应答时间，更高的色彩纯度、视角和对比度以及更低的电压和功耗。1990 年，英国剑桥大学J.Burroughes等人开发出高分子型发光二极管（PLED）对 OLED 的发展起了重要的作用，使OLED 可以制备更大的显示器。目前，小分子型 OLED 刚刚商业化，正在应用于手机、MP3、PDA、数码相机、数码摄像机等小型显示器中。对于大型的显示器，应用于笔记本电脑，电视中的高分子型发光二极管在技术上已有突破，正在逐渐开发研制中。而弯曲式有机电致发光二极管（FOLED）也是现在欧美、日本、韩国等国家研究的热点。今后，OLED 将替代 LED，成为新的显示材料，应用在各种显示器中，同时，科研人员正在开发研制出应用于照明的OLED 材料，所以，OLED 应用前景异常广阔。

1、研究的背景及意义。

N- 芳基杂环化合物是一种具有生物活性的化合物，广泛存在于药物化合物及天然产物中。怎样高效的合成这一类化合物一直是有机合成化学家们的研究热点，其中铜催化的 Ullmann 类型的偶联反应是最重要的合成方法之一。比如9- 芳基嘌呤化合物就具有抗癌抗微生物活性，可以通过嘌呤和苯硼酸进行碳氮偶联反应来合成。

Ullmann 反应是由德国化学家 Ullmann 于 1903 年发现的，他首次将不活泼的芳基卤代物应用于偶联反应。早期的 Ullmann 反应中需要苛刻的反应条件，而且产率不高，导致了这个反应很难推广应用。在 Ullmann 一百多年的发展过程中，化学家们发展了很多方法来克服以上缺点。在 Pd 和 Ni 催化剂被发现和应用后，人们发现Pd 和Ni 具有反应条件温和、反应简单以及后处理简单等优点，因此逐渐放弃了对 Ullmann 反应的研究。但 Pd 催化剂价格昂贵，以及要用不稳定并且剧毒的有机磷做配体，Ni 催化剂的毒性本身就很大。为了克服以上缺点，寻找廉价并且低毒的有效催化剂，化学家们对铜催化的 Ullmann 反应又有了浓厚的兴趣。

Buchwald 组、Hartwing 组和马大为小组在传统的 Ullmann 反映的复兴中做出了开创性工作，他们的主要贡献在于；（1）使用合适的配体、碱和溶剂，使该反应在温和的条件下就可以进行；（2）拓展了该反应形成碳碳和碳杂键底物的适用范围以及官能团兼容性，并把这一反应由芳基化合物拓展到烯基化合物的交叉偶联。关于这方面的改进的新的文献报道不断，这表明这一领域已经成为最近几年的研究热点之一，有人评论 Ullmann 反应进入了“后 Ullmann 化学时代”。

在研究中，他们发现了配体在该反应中起到了非常重要的作用，如果不使用配体，在他们的实验条件下，该反应基本上不发生。在他们的研究体系里，DMF 类配体的效果最好，使用该类配体以1-5 mol% 的CuI 作为催化剂，部分反应就能以高达 99% 的收率得到预期产物，一些底物在较低的温度甚至在室温条件下反应也能取得很好的结果。该方法反应条件温和、简单、高效。他们通过使用DMF 类配体，顺利实现了唑类化合物的氮芳基化反应。

2、铜催化的含氮杂环类化合物的N- 芳基化反应研究进展。

N- 芳基杂环类化合物是一类具有生物活性的化合物，广泛存在于许多的天然产物及药用化合物中。如何有效的合成这类化合物一直是有机合成化学家们研究的热点，其中铜催化的Ullinann 类型的偶联反应是最重要的合成方法之一。比如 9- 芳基嘌呤化合物就具有抗癌抗微生物活性，可以通过嘌呤和苯硼酸进行C-N 偶联反应来合成。

Ullnann 反应是由德国化学家 Ullnann 于 1903 年发现的，他首次将不活泼的芳基卤代物应用于偶联反应。早期的 Ullrnann 反应中需要苛刻的反应条件（高温，强碱，当量的铜或者铜盐，较长的反应时间），而且产率不高，导致了这个反应较难推广应用。在反应一百多年的发展过程中，化学家们发展了很多方法来克服以上缺点。在钯和镍催化剂被发现和应用以后，人们发现钯和镍具有反应条件温和，反应简单以及后处理简单等优点，因此逐渐放弃了对Ullrnann 反应的研究。但钯催化剂价格昂贵，以及要用不稳定并且有剧毒的有机磷做配体，镍催化剂的毒性本身就很大。为了克服以上缺点，寻找廉价并且低毒的有效催化剂，化学家们对铜催化的Ullrnann 反应又产生了浓厚的兴趣。

Buchwald 组，Hartwig 组和马大为小组在传统 Ullrnann 反应的复兴中做出了开创性工作，他们的主要贡献在于：

（1）使用合适的配体，碱和溶剂，使该反应在温和的条件下就可以进行；

（2）拓展了该反应形成碳 - 碳和碳 - 杂键底物的适用范围以及官能团兼容性，并此反应由芳基化合物拓展到烯基化合物的交叉偶联。同时，人们对金属有机试剂参与的碳 - 氮偶联反应产生了浓厚的兴趣。和卤代烃相比，使用金属有机试剂可以在非常温和的条件进行反应，还可以避免强碱的使用，使底物适用性大大扩展。

因此使用金属有机试剂来代替卤代芳烃发生偶联反应是一类形成 C-N 键的非常有效的方法。

3、氮氮配体- 铜催化的N- 芳基化反应。

含有胺或亚胺配位基团的有机化合物是有效的有机配体。按照路易斯酸碱理论，它们属于硬碱或交界碱，可以和作为软酸的铜 (I) 配位，形成稳定性适当的配合物。像啡咯啉、邻二胺、双希夫碱等双齿配体都能够与中心原子铜(I)配位，所形成的配合物可以有效地诱导C-N 交叉偶联反应的进行。

4、啡咯啉类- 铜催化的 N- 芳基化反应。

Arterburn 等 于 2001 年首次利用上述催化系统在 95 ℃下，完成了尿嘧啶衍生物与杂环胺类化合物的偶联反应，得到了中等偏上的分离收率，但使用咪唑类化合物未获成功。不足的是上述所用的配体量都是化学计量的。

5、无配体铜催化的 N- 芳基化反应。

在一定的反应条件下，无配体的铜 (I，II) 盐催化的胺化反应仍然是胺化反应的非常重要的一个方面，特别是对一些杂环类化合物与芳硼酸的反应。该方法的特点是催化剂只是铜盐，而不需要加入任何配体，这样可以避免因加入配体而引起的一系列问题，因此在 C-N 成键反应中也具有重要意义。

有机金属铋化合物是一类重要的有机金属试剂，当然也可以用在交叉偶联反应中。1999 年，Finet 等 将其用于 Cu(Ω0Ac)₂ （0.1 eq ）催化的与杂环化合物的偶联反应，得到了中等到较好的分离收率。

C-N 成键反应是一类重要的有机合成反应，温和条件下铜催化的 C-N 交叉偶联反应的研究最近几年得到了迅速发展，啡咯啉、邻二胺等氮氮双齿配体，邻二醇等氧氧双齿配体，氨基酸、邻胺醇（酚）等氮氧双齿配体以及磷配体在铜催化的 C-N 交叉偶联反应中的应用研究取得了可喜进展。当然，某些无配体状态下进行的 C-N 交叉偶联反应，也取得了一定的成果。

结论：在一定条件下，特别是微波技术的应用，使得无配体铜催化的 C-N交叉偶联反应也能顺利进行，得到了不错的结果。今后发展的趋势仍然是通过简单易得的原料，经过简捷的路线，合成高效、稳定性好的配体，通过条件的优化，得到最佳的铜催化体系。因此研究不同配体的铜催化剂对高效制备 N-芳基咔唑化合物的合成方法有着重要的意义。

参考文献：

[1] 张敬先 , 殷慧清，韩世清 . 水相中铜催化含氮杂环化合物的 N- 芳基化反应 [J]. 掌桥科研 ,2012.

[2] 施介华 , 王炯杰 .CuCl2/Al2O3 催化氮杂环的 N- 芳基化反应 [J]. 万方 ,2013.