N-己基咔唑-3-硼酸頻那醇酯的合成與表征

楊振強，張叢洋，李 瑞，馬 欣，陳鵬麗

(1 河南省科學(xué)院化學(xué)研究所有限公司，河南鄭州 450002 ；2 加拿大韋仕敦大學(xué) 化學(xué)系，倫敦 N6A5B7 加拿大)

近年來咔唑因其獨特的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)引起科研人員的濃厚興趣，特別是新合成的單、多取代咔唑類衍生物具有良好的光電性能及電子傳輸性能，在有機電致發(fā)光材料(OLED)領(lǐng)域顯示廣闊的應(yīng)用前景[1-4]。咔唑結(jié)構(gòu)具有較大的π-電子共軛體系、較強的分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移特性和帶有孤對電子的氮原子，在氮原子上引入取代基團，3 位或6 位置上氫原子容易被活化，再經(jīng)過系列反應(yīng)對咔唑環(huán)上3 位或6 位取代基進行修飾，以合成具有特殊功能的咔唑衍生物，這是目前咔唑結(jié)構(gòu)一個重要的研究方向[5-6]。這類咔唑衍生物具有較寬、較強的紫外吸收范圍，較好的熱穩(wěn)定性和發(fā)光性質(zhì)，可作為空穴傳輸層和空穴阻擋層材料廣泛應(yīng)用于小分子OLED 中間體[7-9]。N-己基咔唑-3-硼酸頻那醇酯作為合成咔唑類發(fā)光材料的一類重要中間體，目前該化合物的合成方法一般是先將咔唑環(huán)N 位烷基化，再進行溴化反應(yīng)，最后進行Morita-Baylis 反應(yīng)合成目標(biāo)產(chǎn)物[10-13]。由于溴化得到的N-己基-3-溴咔唑是淡黃色油狀物，沸點較高，難以精餾，因此，該方法難以量化生產(chǎn)較高純度（大于99.5%）的N-己基-3-溴咔唑，進而影響后續(xù)合成N-己基咔唑-3-硼酸頻那醇酯的品質(zhì)。

本文以3-溴咔唑為原料，在二-(二亞芐基丙酮)-鈀（Pd(dba)2）為催化劑、2-二環(huán)己基膦-2′,6′ -二甲氧基-聯(lián)苯（S-PHOS）為配體作用下與聯(lián)硼酸頻那醇酯經(jīng)Miyaura Borylation 反應(yīng)合成3-硼酸頻那醇酯咔唑，再和1-溴己烷經(jīng)親電反應(yīng)合成目標(biāo)化合物N-己基咔唑-3-硼酸頻那醇酯，經(jīng)檢測含量大于99.5%（HPLC），通過NMR 對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進行了表征。合成路線如下：

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

上海精科WRR 熔點儀（毛細管法，目視）；Bruker Avance 400 兆超導(dǎo)核磁共振譜儀（溶劑：DMSO-d6，內(nèi)標(biāo)：TMS）；Agilent 1120 高效液相色譜儀；

聯(lián)硼酸頻那醇酯購自大連聯(lián)化化學(xué)有限公司；3-溴咔唑（99.98%）購自河南創(chuàng)安光電科技有限公司；S-PHOS購自濮陽惠成電子材料股份有限公司；Pd(dba)2購自陜西瑞科新材料股份有限公司；其他試劑均為分析純試劑。

1.2 合成

1.2.1 3-硼酸頻那醇酯咔唑（化合物1）的合成與表征

氬氣保護下，在500 mL 三口瓶中，將24.6 g 3-溴咔唑溶于200 mL N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶劑中，然后依次加入0.1 g 過渡金屬催化劑Pd(dba)2、0.4 g 有機磷配體S-PHOS、19.6 g 乙酸鉀、30.5 g 聯(lián)硼酸頻那醇酯，控制反應(yīng)溫度100℃下反應(yīng)12 h，高效液相色譜檢測反應(yīng)結(jié)束加水淬滅，加入200 mL 二氯甲烷萃取，分出有機相，無水硫酸鎂干燥過夜，過濾得到濾液，然后減壓回收溶劑150mL 后，使用50 mL 甲醇分散后析出固體。過濾、干燥后得到28.1 g 白色固體，產(chǎn)率95.6%，含量99.9% (HPLC)。m.p 194.7～195.4 ℃;1H NMR (DMSO-d6,400 MHz)δ：11.42 (1s,1H);8.462 (s,1H);8.203～8.183(d,1H,J1=8.0Hz);7.718～7.716 (dd,1H,J1=8.0Hz;J2=0.8Hz);7.504～7.460 (t,2H,J1=8.8Hz);7.415～7.375(m,1H);7.194～7.156 (m,1H);1.332 (s,12H)。13C NMR (DMSO-d6,100 MHz)δ:141.9,139.7,131.7,127.2,125.6,122.4,122.1,120.2,119.0,117.5,111.0,110.4,83.2,24.7。

1.2.2 N-己基咔唑-3-硼酸頻那醇酯（化合物2）的合成與表征

氬氣保護下，在500 mL 三口瓶中，控制反應(yīng)溫度0℃以下，將1.2g 氫化鈉緩慢加入到14.7g 化合物1 的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶劑中，反應(yīng)1 h 后，在0℃下滴加84.2 mL 1-溴己烷，高效液相色譜檢測無化合物1 時，緩慢加100 mL 水淬滅反應(yīng)，200 mL 二氯甲烷溶劑萃取，水洗有機相，無水硫酸酸鎂干燥過夜，過濾得到濾液，減壓回收溶劑至淡黃色油狀物，在控制體系溫度-20℃條件下加入50mL 正己烷分散，析出白色固體，過濾得到類白色固體，產(chǎn)品抽真空干燥后為淡黃色油狀液體14.1 g，含量99.6%，產(chǎn)率74.5%。1H NMR(DMSO-d6,400 MHz)δ:8.494 (s,1H);8.246～8.226(d,1H,J1=8.0Hz);7.779～7.757 (dd,1H,J1=8.0Hz；J2=0.8Hz);7.609～7.569 (t,2H,J1=8.0Hz);7.480～7.439(m,1H);7.232～7.196 (t,1H,J1=7.2Hz);4.398～4.363 (t,2H,J1=7.2Hz)；1.761～1.709 (m,2H);1.335(s,12H)。1.258～1.162 (m,6H);0.808～0.773 (t,3H,J1=7.2Hz)。13C NMR (DMSO-d6,100 MHz)δ:140.9,139.5,131.6,126.2,125.5,122.4,122.1,120.2,118.7,117.4,111.0,110.4,83.3,42.5,31.2,28.6,26.5,24.7,22.1,13.6。

2 結(jié)果與討論

實驗過程中發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溶劑對化合物1 的產(chǎn)率有較大影響。在相同實驗條件下，本文選擇了幾種不同的溶劑DMF、NMP、1,4-二氧六環(huán)和甲苯作為反應(yīng)溶劑進行研究。研究發(fā)現(xiàn)，NMP 為溶劑時收率最高，幾乎達到理論量的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果顯示依次是DMF 為92%、1,4-二氧六環(huán)為89% 和甲苯為65%，分析原因可能是3-溴咔唑和3-硼酸頻那醇酯咔唑在NMP 中的溶解性較好，有利于反應(yīng)進行，此外，NMP 可能作為配體參與到鈀催化反應(yīng)中，加速了鈀催化劑的氧化加成步驟，提高了反應(yīng)速率。

此外，本文在相同實驗條件下研究了幾種不同的有機膦配體S-PHOS、2-二環(huán)己基膦-2,4,6-三異丙基聯(lián)苯（X-PHOS）、三環(huán)己基膦、三苯基膦對目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率的影響，其中S-PHOS 作為配體時，產(chǎn)率最高為99.9%，明顯高于X-PHOS 的92%、三環(huán)己基膦的85%和三苯基膦的70%，分析原因可能是因為S-PHOS 上環(huán)己基具有較好的供電子效應(yīng)及氧原子的吸電子效應(yīng)增加了膦配體與過渡金屬的配位，有利于鈀催化劑的氧化加成反應(yīng)。同時S-PHOS 較大的空間位阻結(jié)構(gòu)，在催化循環(huán)結(jié)束后容易離去，增加了過渡金屬的催化活性。

3 結(jié)論

提供了一種合成高純度N-己基咔唑-3-硼酸頻那醇酯的新方法，表征了合成化合物的結(jié)構(gòu)，得出結(jié)論：以3-溴咔唑為起始原料，NMP 為溶劑，乙酸鉀為堿，S-PHOS 為配體，Pd(dba)2為催化劑，與聯(lián)硼酸頻那醇酯反應(yīng)合成了3-硼酸頻那醇酯咔唑，然后在氫化鈉作用下與1-溴己烷反應(yīng)合成目標(biāo)化合物，總產(chǎn)率達到71.2%，目標(biāo)產(chǎn)品含量大于99.5%（HPLC），反應(yīng)條件溫和，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。