2-溴咔唑的合成研究進展

王艷慧，姜輝，臧娜，王海洋，王靜，金丹，劉思彤

（中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司，遼寧 鞍山 114044）

咔唑衍生物在人們生活中廣泛應用，因為咔唑的結構是許多自然產物、醫藥、光電材料的基本單元，其較大的共軛結構和空穴傳輸能力使其在光電材料領域中無處不在。2-溴咔唑相比于其他咔唑衍生物具有更大的共軛體系，是少數能夠發出藍光的光電材料之一，在光電材料合成中占有重要地位，也是光電材料合成的重要原料。

本文對咔唑的不同合成方法進行了綜述，常見的合成方式大概有3 種，第一種是咔唑直接進行溴化，第二種是通過高碘鹽直接進行2-溴咔唑的合成，第三種是通過聯苯基骨架的關環反應合成咔唑骨架來合成2-溴咔唑。

1 咔唑溴化合成2-溴咔唑

咔唑可以直接溴化成2-溴咔唑，是2-溴咔唑合成中最理想的方式，其減少反應步驟的同時還能最大限度地提高原子利用率。1992年SMITH[1]等就曾以液態的溴單質為咔唑溴化試劑，以氯仿為溶劑，室溫下進行溴化反應，得到了2-溴咔唑，如圖1 所示。但是同時也得到了許多其他單取代和多取代的各種溴代副產物，產率很低，而且提純是有機反應的一個重要步驟，這種合成方式無疑加大了提純的工作量，而且溴單質腐蝕性很強并具有揮發性，反應過程又劇烈，對于實驗人員和器皿操作都是非常危險的，產物也不好控制，所以這種方式就沒有得到應用。

圖1 咔唑溴化合成2-溴咔唑

2 高碘鹽氮化合成2-溴咔唑

2-溴咔唑的傳統方法主要是通過二芳基胺的氧化偶聯制備得到。這種方式需要在早期就引入氮元素，引入氮元素后在反應中會與金屬催化劑絡合，又與氧化劑不兼容。同時，含氮化合物要進行相應的保護和去保護，不利于簡化反應步驟。所以穩定又易制備的高碘鹽，就被廣泛地用作芳基化試劑。傳統高碘鹽只利用其中的一個芳基基團，原子利用率差，由于綠色化學概念的提出，高效的原子利用率成為了發展趨勢。2018年WANG[2]等首次在氮氣保護下，將含有三氟甲磺酰基的高碘鹽作為原料，以疊氮化鈉、三苯基膦、碳酸氫鈉、噻吩-2-甲酸亞銅為催化劑，二甲基乙酰胺為溶劑，在100 ℃下得到產率為63%的2-溴咔唑，如圖2 所示。這種方法通過后期直接引入氮原子，避免了含氮化合物在后期的影響，原料成本低且容易得到，產率較高，底物普適性廣。但是原料疊氮化鈉毒性大，儲藏條件嚴格，且反應對反應器具要求較高，所以工業應用上受到很大的限制。

圖2 高碘鹽合成2-溴咔唑

3 聯苯基骨架合成2-溴咔唑

在成環后進行取代合成2-溴咔唑對工藝要求很高，所以并沒有得到很好的發展，現在合成2-溴咔唑的方法應用較多的是先構建聯苯基骨架然后進行關環反應來合成。

3.1 疊氮化物合成2-溴咔唑

在進行化學合成時無論是哪種催化劑用來進行化學合成，其污染是必定的，且原子利用率一般都達不到理想要求，最好的方法是由原料直接合成產物，作為催化劑可選用光、微波等能量介質，2017年SHAWN[3]等通過疊氮化物溶液在紫外流反應器中紫外線照射下反應生成2-溴咔唑，如圖3 所示。不同的溶劑對其產率能夠產生很大的影響，如表1所示。這是目前合成2-溴咔唑的方法中理想狀態下原子利用率最高的一種合成方法。

圖3 疊氮化物合成2-溴咔唑

表1 不同的波長對其產率的影響

這種合成方式，避免了浪費，符合綠色化學發展觀念，是一種非常理想的合成方式，但是反應因為疊氮化合物的存在對反應儀器要求較高，且價格昂貴，所以應用很少，但是隨著科技發展，相信這種理想的合成方法能夠得到進一步改進從而能大范圍應用。

3.2 2-氨基-4’-溴聯苯合成2-溴咔唑

2015年CHIHARU[4]等首次通過2-氨基-4’-溴聯苯為原料，在二聚體、醋酸銅和新戊酸的催化下，以N,N-二甲基吡咯烷酮為溶劑，120 ℃下空氣中反應3 h，得到產率為33%的2-溴咔唑，如圖4 所示。此方法與上述方法比較，對氣體環境要求不大，條件比較溫和，副產物也很少，但是催化劑比較昂貴，產率也比較低，且芳香胺長期低濃度接觸能引起慢性中毒，屬于三類致癌物清單中物質，應慎重使用。

圖4 2-氨基-4’-溴聯苯合成2-溴咔唑

3.3 2-硝基-4-溴聯苯合成2-溴咔唑

胺類原料的毒性使其在操作中復雜了很多，所以以硝基代替胺基的2-硝基-4-溴聯苯和2-硝基-4溴聯苯作為原料合成2 溴咔唑的方法被應用得相對比較多，如圖5 所示。

圖5 2-硝基-4-溴聯苯合成2-溴咔唑

2014年LI[5]等以三苯基膦為催化劑，鄰二氯苯為溶劑，150～160 ℃下反應30 h，得到了產率為52%的2-溴咔唑。ELMABRUK[6]等在170 ℃下回流12 h，得到了89%的2-溴咔唑。所以適當升溫加快了2-溴咔唑的合成產率。但是三苯基膦價格比較昂貴，而且后處理比較復雜，所以以亞磷酸三乙酯取代三苯基膦的催化關環反應更為實用。

2014年KIM[7]等將2-硝基-4 溴聯苯加入1,2-二氯苯溶劑中。亞磷酸三乙酯催化得到產率為48%的2-溴咔唑。TSAL[8]等以2-硝基-4 溴聯苯為原料在亞磷酸三乙酯和6N 鹽酸催化下得到產率為65%的2-溴咔唑。2018年JASON[9]等在合成一系列以2-溴咔唑為原料的光電材料時也使用了同樣的合成方法。蔡星偉[10]等加入亞磷酸三乙酯催化，高溫回流4～5 h，得到產率為75%的2-溴咔唑。在合成2-溴咔唑的過程中用亞磷酸三乙酯雖然成本下降了，但是相比于三苯基膦作為成環反應的偶聯劑，產率普遍偏低。

3.4 2-硝基-4’-溴聯苯

2-硝基-4-溴-1,1’-聯苯合成2-溴咔唑如圖6 所示。OH[11-12]等以1,2-二氯苯為溶劑在三苯基膦的催化下得到產率為63%的2-溴咔唑。KAWAMURA 和張貫京[13-14]等在氬氣氣流下，三苯基膦、鄰二氯苯180 ℃下反應得到收率68%的2-溴咔唑。KIM[15]等在氬氣氣流下,依次添加三苯基膦、鄰二氯苯以200 ℃加熱8 h 得到收率71%的2-溴咔唑。PARK等曾用2-硝基-4’-溴聯苯以1,2-二氯苯為溶劑在三苯基膦的催化下200 ℃回流得到產率為74%的2-溴咔唑[16-21]。相比于2-硝基-4-溴合成2-溴咔唑，此類方法需要更高的反應溫度，所以對實驗操作和工藝要求相對更高。

圖6 2-硝基-4-溴-1,1’-聯苯合成2-溴咔唑

4 結束語

2-溴咔唑在有機光電材料領域具有重要地位，其具有光譜吸收范圍寬、光穩定性好以及光電轉換效率高等優點，受到了研究工作者的極大關注，是當前重點研究開發的有機光電材料之一。但是其合成方式成本相對較高，條件也不溫和，還有待改進。2-溴咔唑能夠低成本的合成是其廣泛使用的前提，希望不久之后能夠有一種操作簡單、成本低的2-溴咔唑的合成方式出現。