3-溴-9-苯基咔唑的合成

李 猛，呂宏飛，李淑輝，王艷華，楊 杰

（黑龍江省科學院石油化學研究院，黑龍江哈爾濱150040）

有機電致發光二極管（OLED）是近年來熱門的領域。相對于液晶顯示器（LCD）相比，OLED具有更高的亮度，更快速的應答時間，更高的色彩純度、視角和對比度以及更低的電壓和功耗。1990年，英國劍橋大學J.Burroughes等人開發出高分子型發光二級管（PLED）對OLED的發展起了重要的作用[1]，使OLED可以制備更大的顯示器。目前，小分子型OLED剛剛商業化，正在應用于手機、MP3、PDA、數碼相機、數碼攝像機等小型顯示器中。對于大型的顯示器，應用于筆記本電腦，電視中的高分子型發光二級管在技術上已有突破，正在逐漸開發研制中。而彎曲式有機電致發光二極管（FOLED）也是現在歐美、日本、韓國等國家研究的熱點。今后，OLED將替代LED，成為新的顯示材料，應用在各種顯示器中，同時，科研人員正在開發研制出應用于照明的OLED材料，所以，OLED應用前景異常廣闊。

OLED利用電子與空穴復合所產生的激子擴散到發光層而發光，磷光發光體材料可以作為主發光材料，其化學結構幾乎都含有具有空穴傳輸的咔唑基團[2,3]，最常用的就是含有苯基咔唑基團，這方面文獻很多[4]。而3-溴-N-苯基咔唑就是合成這一中間體的重要底物，從它可以合成的N-苯基咔唑-3-硼酸，進而合成苯基咔唑基團。由于3-溴-N-苯基咔唑在OLED中用量很大，目前正是OLED蓬勃興起的階段，所以3-溴-N-苯基咔唑在OLED方面將會有很大的市場前景。

3-溴-N-苯基咔唑也成為3-溴-9-苯基咔唑。目前，其合成方法是N-苯基咔唑在溶劑下與溴化試劑反應得到。

1 3-溴-N-苯基咔唑的合成路線

3-溴-N-苯基咔唑的合成方法是在溶劑中，加入溴化試劑對N-苯基咔唑進行溴化。溴化試劑通常使用NBS，也有文獻報道使用溴素或KBr-KBrO3，后者價格低一些，但反應收率也差一些。日本半導體能源實驗室有限公司（Semiconductor Energy Laboratory Co.LTD）發表了多篇專利和文章，由于專利合成方法相似或相同，這里不一一列舉。反應在不同溶劑、不同溫度、不同時間下收率不同，為了便于比較，現分類列表如下。反應方程式如下：

從文獻上看，溴化試劑通常使用NBS，使用KBr和KBrO3也可以作為溴化試劑，但反應收率最低，而是用液溴作為溴化試劑，丙酮重結晶后收率只有57%。反應溫度基本上都是室溫或0℃，證明反應和容易進行。這樣，就要求溴化試劑與N-苯基咔唑的摩爾比要控制在1∶1，溴化試劑過量會產生二溴代化合物。使用冰醋酸作為溶劑的反應收率低于二氯甲烷作為溶劑，而最常用的是使用DMF，而收率最高的是使用甲苯-乙酸乙酯混合溶劑。

表1 N-苯基咔唑的溴化反應Table 1 Bromation of N-benylcarbazole

2 N-苯基咔唑的合成

N-苯基咔唑是3-溴代N-苯基咔唑的原料，它的合成方法很多，下面按照原料的不同分述如下。

2.1 N-苯基咔唑的芳基化

N-苯基咔唑的芳基化是指N-苯基咔唑在過渡金屬催化劑下，與鹵代芳烴反應，脫去鹵化氫，使芳烴連接在N-苯基咔唑的N上。這個方法是著名的人名反應——Ullmann C-N偶聯反應[18]。反應通常是在堿性條件下進行，催化劑是含貴金屬Pt2+，Pd2+等化合物及其配合物，也可以是Ni2+，Cu2+等化合物，甚至是Cu粉；反應一般在惰性氣體保護下進行；鹵代烴主要是鹵代芳烴，如碘代芳烴，溴代芳烴。在反應體系中，為了從經濟角度考慮，使用Cu2+作為催化劑，采用溴代芳烴作為反應底物是經濟實惠的。N-苯基咔唑的芳基化反應方程式如下：

其中 X=1，Br,CI

表2 以碘苯為原料N-苯基咔唑的芳基化反應Table 2 Arylation of N-benylcarbazole from iodobenzene

使用溴苯代替碘苯，可以降低原料的消耗定額。以溴苯為原料咔唑芳基化的反應與碘苯為原料的反應相類似見表3。

表3 以溴苯為原料N-苯基咔唑的芳基化反應Table 3 Arylation of N-benyl-carbazole from bromobenzene

在銅催化下，溴苯與咔唑鉀鹽在180-220℃下反應，可以得到N-苯基咔唑[40]。

氯苯活性較低，目前文獻中只有一條路線。以二甲苯為溶劑，在叔丁基醇鈉作用下，加入cBRIDP配體和 bis(η3-allyl-μ-chloropalladium(II))的 Pd催化劑作用下，120℃反應3h，收率94%[33]。

從上述反應路線可以看出，以溴苯為底物，加入一定量的堿，使用CuI催化的Ullmann反應是較為合理的，反應過程中加入表面活性劑，以加快反應速度。避免了昂貴的Pd催化劑，以及復雜的配體。

2.2 以N-苯基甲胺與鄰鹵代苯合成路線

其中，X=Br，Cl

使用醋酸鈀和三己基磷的配合物為Pd催化劑，以甲苯為溶劑，N-苯基甲胺與鄰鹵代苯在高溫下反應，可以得到N-苯基咔唑。在105℃下，使用鄰二溴苯、1-氯-2-溴苯，鄰二氯苯為底物，得到N-苯基咔唑的收率分別為96%，88%，85%[41]。

2.3 以2,2’-二取代-1,1’-聯苯與苯胺為原料

當聯苯的2和2’位取代有鹵素，如氯、溴、碘，或是磺酸基時，2,2’-二取代聯苯與苯胺在過渡金屬鈀的催化劑作用下，與苯胺反應，生成N-苯基咔唑[42]。

以三(二亞芐基茚丙酮)二鈀(0)催化劑，甲苯為溶劑，2,8-二溴聯苯與苯胺為原料，在叔丁醇鈉鹽作用下，加入不同的配合物，加熱反應，能夠得到N-苯基咔唑。

表4 苯胺與2,2’-二溴代-1,1’-聯苯合成路線Table 4 Synthesis route of aniline and 2,2’-bromo-1,1’-biphenyl

類似地，2,2’-二氯聯苯也可以作為原料生成N-苯基咔唑。以三(二亞芐基茚丙酮)二鈀(0)催化劑，甲苯為溶劑，2,8-二氯聯苯與苯胺為原料，在叔丁醇鈉鹽作用下，100℃反應24h，能夠得到N-苯基咔唑。再加入非離子超強堿，可以提高收率，達到95%[42]。

以鄰氯碘苯為原料，乙酸鈀為催化劑，三環己基膦為配體，叔丁醇鈉作用下，惰性氣體保護下，105℃下反應18h，可以得到N-苯基咔唑，收率84%[41]。

當聯苯的取代基一個為氯，一個為氟代烷基磺酸基時，與苯胺反應，在三(二亞芐基茚丙酮)二鈀(0)催化下，加入配體，堿，在甲苯中100℃反應，也會產生N-苯基咔唑。不同的配體催化性能不同，使用4,5-雙二苯基膦-9,9-二甲基氧雜蒽(Xantphos)時，只能得到痕量的N-苯基咔唑，使用聯苯基膦(biphenylphosphine)時，收率提高，丁醇鈉作為堿時，收率可達76%，使用磷酸鉀時，收率可達86%[45]。

當2和2’位基團同為氟代磺酸基時，也能夠合成N-苯基咔唑。

在以三氟乙酸銅為催化劑，二氯甲烷為溶劑，聯苯二酚三氟甲磺酸酯與苯胺在室溫下反應50h，收率84%[46]。在以三(二亞芐基丙酮)二鈀氯仿配合物為催化劑，在磷酸鉀作用下，加入2-(dicyclohexylphosphino)-2'-methylbiphenyl配體，以甲苯作為溶劑，聯苯二酚三氟甲磺酸酯與苯胺在100℃反應18h，收率 88%[47]。

2.4 三苯胺脫氫

在水中，Pd/C為催化劑，在250℃下反應12h，三苯胺脫氫得到N-苯基咔唑，收率76%[48]。

在以乙酸為溶劑，乙酸鈀為催化劑，加熱反應3h，三苯胺脫氫得到N-苯基咔唑，收率45%。

在乙腈溶劑中，光照、通氧條件下，三苯胺定量地轉化為N-苯基咔唑[49]。

在甲醇溶劑中，光照條件下，能夠使三苯胺定量地轉化為N-苯基咔唑，文獻中還測定了反應動力學以及熱力學數據[50]。

3 總結

3-溴-N-苯基咔唑的制備方法比較簡單，就是N-苯基咔唑溴化的方法。其溴化試劑通常選用NBS，在室溫或0℃下進行，收率很高。用于合成3-溴-N-苯基咔唑的底物N-苯基咔唑的合成方法較多，比較簡單的是使用咔唑與鹵代苯進行Ullmann的C-N偶聯反應得到，其它方法都存在著底物合成困難，反應條件復雜的情況。在合成中，選用由咔唑與鹵代苯反應生成N-苯基咔唑，再溴化合成3-溴-N-苯基咔唑的路線是合理的。

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