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

近年來咔唑因其獨特的結構及理化性質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，在有機電致發光材料(OLED)領域顯示廣闊的應用前景[1-4]。咔唑結構具有較大的π-電子共軛體系、較強的分子內電子轉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，再經過系列反應對咔唑環上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，這是目前咔唑結構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，較好的熱穩定性和發光性質，可作為空穴傳輸層和空穴阻擋層材料廣泛應用于小分子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N 位烷基化，再進行溴化反應，最后進行Morita-Baylis 反應合成目標產物[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較高純度（大于99.5%）的N-己基-3-溴咔唑，進而影響后續合成N-己基咔唑-3-硼酸頻那醇酯的品質。

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、2-二環己基膦-2′,6′ -二甲氧基-聯苯（S-PHOS）為配體作用下與聯硼酸頻那醇酯經Miyaura Borylation 反應合成3-硼酸頻那醇酯咔唑，再和1-溴己烷經親電反應合成目標化合物N-己基咔唑-3-硼酸頻那醇酯，經檢測含量大于99.5%（HPLC），通過NMR 對產物結構進行了表征。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 兆超導核磁共振譜儀（溶劑：DMSO-d6，內標：TMS）；Agilent 1120 高效液相色譜儀；

聯硼酸頻那醇酯購自大連聯化化學有限公司；3-溴咔唑（99.98%）購自河南創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 聯硼酸頻那醇酯，控制反應溫度100℃下反應12 h，高效液相色譜檢測反應結束加水淬滅，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，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，產品抽真空干燥后為淡黃色油狀液體14.1 g，含量99.6%，產率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 結果與討論

實驗過程中發現反應溶劑對化合物1 的產率有較大影響。在相同實驗條件下，本文選擇了幾種不同的溶劑DMF、NMP、1,4-二氧六環和甲苯作為反應溶劑進行研究。研究發現，NMP 為溶劑時收率最高，幾乎達到理論量的轉化率，結果顯示依次是DMF 為92%、1,4-二氧六環為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，有利于反應進行，此外，NMP 可能作為配體參與到鈀催化反應中，加速了鈀催化劑的氧化加成步驟，提高了反應速率。

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、2-二環己基膦-2,4,6-三異丙基聯苯（X-PHOS）、三環己基膦、三苯基膦對目標產物產率的影響，其中S-PHOS 作為配體時，產率最高為99.9%，明顯高于X-PHOS 的92%、三環己基膦的85%和三苯基膦的70%，分析原因可能是因為S-PHOS 上環己基具有較好的供電子效應及氧原子的吸電子效應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。同時S-PHOS 較大的空間位阻結構，在催化循環結束后容易離去，增加了過渡金屬的催化活性。

3 結論

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構，得出結論：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，與聯硼酸頻那醇酯反應合成了3-硼酸頻那醇酯咔唑，然后在氫化鈉作用下與1-溴己烷反應合成目標化合物，總產率達到71.2%，目標產品含量大于99.5%（HPLC），反應條件溫和，適合于工業化生產。