关于不同溶剂、碱、温度条件在CuI 催化剂下探索N- 芳基咔唑合成效果的研究

引言：

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，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级管在技术上已有突破，而今，OLED 将替代 LED，成为新的显示材料，应用在各种显示器中，所以，OLED 应用前景异常广阔。

OLED 利用电子与空穴复合所产生的激子扩散到发光层而发光，磷光发光体材料可以作为主发光材料，其化学结构几乎都含有具有空穴传输的咔唑基团，最常用的就是含有苯基咔唑基团。而溴代 -N- 芳基咔唑就是合成这一中间体的重要底物，从它可以合成的 N- 苯基咔唑 -3- 硼酸，进而合成苯基咔唑基团。由于溴代-N- 芳基咔唑在OLED 中用量很大，目前正是OLED 蓬勃兴起的阶段，所以溴代 -N- 芳基咔唑在 OLED 方面将会有很大的市场前景。目前，其合成方法是溴代-N- 芳基咔唑在溶剂下与溴化试剂反应得到。

1、研究的背景及意义。

有机电致发光二极管（OLED）是近年来热门的领域，而溴代 -N- 芳基咔唑在 OLED 中用量很大，目前正是 OLED 蓬勃兴起的阶段，所以溴代 -N- 芳基咔唑在 OLED 方面将会有很大的市场前景。探讨不同溶剂、碱、温度条件在CuI 催化剂下探索 N- 芳基咔唑合成效果有助于选择一条最佳合成路线，从而提高芳基卤代物与咔唑的高效偶联反应，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

2、CuI 作为催化剂选的依据。

（1）2004 年 Taillefer 小组报道了水杨醛肟衍生物作为配体进行铜催化的碳氮键和碳碳键的形成。

（2）2006 年，他们进一步改进了配体结构，将亚胺基吡啶基团通过氧原子与磷原子相连，形成一种树枝状物膦配体，用来促进铜催化的氧、氮芳基化和乙烯基化反应，大大增强了催化效果。反应可以在非常温和的条件下，单个亚胺基吡啶就没有如此的催化效果。

（3）Liu 小组使用8- 羟基喹啉进行了咪唑和芳基卤代烃的偶联反应。

（4）Van koten 小组使用氨基苯硫酚 - 铜化物实现了芳基溴化物与苯胺、咪唑的偶联。

（5）四川大学的游劲松小组合成了一类（S）吡咯烷甲基咪唑化合物，将他们应用到铜催化的含氮杂环的氮芳基化反应，取得了很好的效果。同时，他们也研究了无配体条件下的氮杂环的芳基化反应。

（6）浙江大学包伟良小组用 β- 酮脂作配体实现碳氮，碳氧，碳硫的偶联。浙江大学的姜玄珍小组使用，氮羟基酰亚胺进行了吡咯，咪唑和吲哚的氮芳基化反应。

由以上的反应方程式可以看出，卤代烃所参与的 N- 芳基化反应的研究主要是使用亚铜的盐，比如 CuI 或者是 CuBr 等等。然后再用这些亚铜盐和不同的配体来促成反应的进行。

3、目前 N- 芳基咔唑的制备方法。目前 N- 芳基咔唑的制备方法按原料分类可分为以下三类：

（1）第一类是以 2,2’- 二溴联苯为原料，以 Pd 为催化剂。第二类以三氟甲烷磺酰基联苯为原料，Pd 为催化剂。第三类以咔唑为原料。

（2）二类方法存在两个问题： ① 原料成本较高：第一类方法中的 2，2'- 二溴联苯的单位质量价格远远高于咔唑的价格，以 Acros 公司报价为例，2,2'-溴联苯（5 g）价格为 1854 元，而同质量咔唑价格仅为 304 元。第二类方法中的三氟甲烷磺酰基联苯难以通过商业渠道购得，要通过多步合成才能制得，导致合成过程复杂并成本较高。 ② 催化剂成本较高：目前报道的第一、二类方法均采用贵金属Pd 催化剂，而第三类方法大多采用廉价金属Cu 催化剂。

因此，通过以上分析综合，发展一类以咔唑为原料的制备 N- 芳基咔唑的方法，符合经济效益最大化的原则。

4、实验过程

（1）依次称取咔唑（ 0.5mmol ），对氟碘苯（2 ul ）， KOH（ 1mmol ），CuI（0.05mmol），DMF ( 2ml )。将称量好的反应物放入装有磁子的反应管中。

（2）将盛有药品的反应管常温反应 30min ，然后在油浴锅中加热到 130‰ 反应 24h 。

（3）待反应时间结束之后，取下反应管。向分液漏斗先加 20ml 饱和食盐水，每次取 20ml 二氯甲烷分三次充分冲洗反应管，然后移入分液漏斗中，震荡，静置数分钟，分层后萃取取有机相。然后进行薄层色谱分析，根据其极性判断出合适的过柱液。之后将装有有机相的鸡心瓶拿到旋蒸仪上旋干。如果无法旋干，则加入硅胶粉、乙酸乙酯继续旋。直到旋干为止。

（4）取一根干净的层析柱，两个个烧杯，一个锥形瓶。两个胶头滴管，一小团棉花，接着往烧杯里倒入大约 2ml 石油醚，将棉花充分润湿，用细铜丝将润湿的棉花装入层析柱，用玻璃棒将棉花捅入柱子底部，再将层析柱固定在铁架台上，使其与桌面保持垂直，烧杯接在柱子底部，加入少量石油醚检漏。然后加入少许石英砂，大概 5mm 厚，用石油醚将其在柱子中把石英砂流平。然后往另一个烧杯中倒入石油醚，再往烧杯中加 8-10 勺硅胶粉，根据柱子装的高矮、具体情况或加或减，充分搅拌，均匀混合，使其无气泡，最后将硅胶液用玻璃棒引流入层析柱，静置，将柱子阀门打开，根据情况往柱子中加入石油醚，待柱子中的硅胶凝固即可，加入滤纸片，待柱子里面的石油醚滴至硅胶柱 2 CM处关闭阀门。

（5）将鸡心瓶里面的粉末用钥匙刮下来放进柱子。剩余的鸡心瓶里面的物质用乙酸乙酯冲洗。每次滴加 2ml 。用胶头滴管吸取乙酸乙酯将鸡心瓶上的物质冲洗至下面的乙酸乙酯中。在将下面的乙酸乙酯吸到柱子内。重复此操作，使得绝大部分的反应物都能进入柱子内。

（6）打开柱子阀门之后让过柱液滴下。每隔一段时间将下面锥形瓶里面的液体进行薄层色谱分析。如果发现目标产物，立即将锥形瓶换成事先称量好重量的鸡心瓶。之后隔一段时间进行一次薄层色谱分析，如果发现目标产物滴完了。立即关闭阀门。将鸡心瓶内的物质进行薄层色谱分析，确定里面的物质为纯物质。然后将鸡心瓶拿到旋蒸仪上旋干。称重，根据质量差来求出产物的收率。

5、实验结果分析

（1）惰性气体对卤代 N- 芳基咔唑选择性合成的影响。通过实验，相同条件下，选择“加 N2 气、不加 N2 气”进行实验，可以得出不加 N2 气的反应效果最好，产品分离分离收率 99% 以上，故实验不需要加惰性气体进行反应。

（2）不同温度对卤代 N- 芳基咔唑选择性合成的影响。通过实验，相同条件下，对不同温度条件下，选择“ 150^qC 、 130% 、 110^∘C 、 90% ”进行实验，可以得出 130^qC 的反应效果最好，产品分离分离收率 97% 以上，故不需要再提高反应温度。

（3）溶剂对卤代 N- 芳基咔唑选择性合成的影响。通过实验，相同条件下，对不同溶剂条件下，选择“DMF、DMA、NMP、DMSO”进行实验，可以得出DMF 的反应效果最好，产品分离分离收率 98% 以上。

（4）碱对卤代 N- 芳基咔唑选择性合成的影响。通过实验，相同条件下，对不同碱条件下，选择“ K₃PO₄ ·2H₂O 、NaOH、 NaHCO₃ Na₂CO₃ KOH、Cs₂CO₃,Na(OOCH₂CH₃)⋅H₂O 、叔丁醇钠、叔丁醇钾”进行实现对比发现，碱性强弱对分离收率的影响没有规律可循，但是碱为 KOH 时的产品分离收率最高达到 98% ，效果最佳。