CN101619036B - 一种咔唑衍生物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种咔唑衍生物的合成方法，所述的方法为：如式(I)所示的碘苯类衍生物和如式(II)所示的苯基酰胺类衍生物，在金属盐催化剂的存在下，在有机溶剂中加热到回流温度下反应，反应完全，反应结束后反应液分离处理得到如式(III)所示的咔唑衍生物；所述苯基酰胺类衍生物和碘苯类衍生物的物质的量比为1∶1～3；所述金属盐催化剂为钯盐、铜盐和银盐按物质的量比0.05∶0.5～1∶0.5～2混合的混合物，所述金属盐催化剂中金属阳离子总的物质的量与式(II)所示的苯基酰胺类衍生物的物质的量之比为1.05～3.05∶1。本发明的有益效果为：使用原料便宜易得，操作简便，反应条件温和，不需要强酸的条件，底物范围广阔，可以合成各种取得的咔唑衍生物。
Description
技术领域
本发明涉及一种咔唑衍生物的合成方法，特别涉及一种过渡金属盐催化剂的催化合成咔唑衍生物的方法。
背景技术
咔唑是煤焦油的重要组分之一，是许多精细化学品的中间体，它可用于制作革塑料、农药、杀虫剂、医药、橡胶等。尤其值得注意的是：咔唑在染料工业中有着重要的应用，它可用于合成咔唑蓝染料、偶氮染料、蒽醌染料、次甲基染料等，这些染料都可用作光电照相的感光材料。同时，咔唑也用于合成的颜料和色素，被广泛用于塑料、涂料、油墨及纤维的着色。随着染料工业的发展，咔唑的需求量呈逐年上升的趋势。
咔唑过去主要是从煤焦油中分离得到的。近年来，随着生产需要的不断增长，对咔唑的需求量呈逐年上升的趋势。传统的分离方法既不经济，又不能满足需要。因此，研究咔唑的合成方法并使之便于工业化生产具有一定的现实意义。
传统的各种合成方法中，有的步骤较多，有的试剂难得，有的产率不高。同时，许多反应需要酸性的条件，这些对于工业的合成都有一定的困难。
文献报导的合成咔唑的方法主要有以下几种：
以上各种合成方法中，都存在着不足之处。如：路线(5)反应步骤较多，路线(1)和(3)(4)原料底物难得，路线(1)(5)反应需要强酸，从而限制了官能团的兼容性，路线(3)使用铬试剂，对环境不友好。
随着金属有机化学的发展，有机过渡金属催化的反应已经有很大的发展，有些在工业中已有很大的应用。因此采用简单的原料，通过金属催化在温和的条件下实现咔唑的合成具有很重要的实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种咔唑衍生物的合成方法。
本发明采用的技术方案为：
一种咔唑衍生物的合成方法，所述的方法为：如式(I)所示的碘苯类衍生物和如式(II)所示的苯基酰胺类衍生物，在金属盐催化剂的存在下，在有机溶剂中加热到回流温度下反应，反应完全，反应结束后反应液分离处理得到如式(III)所示的咔唑衍生物；所述式(II)所示的苯基酰胺类衍生物和如式(I)所示的碘苯类衍生物的物质的量比为1∶1～3；所述金属盐催化剂为钯盐、铜盐和银盐按物质的量比0.05∶0.5～1∶0.5～2混合的混合物，所述金属盐催化剂中金属阳离子总的物质的量与式(II)所示的苯基酰胺类衍生物的物质的量之比为1.05～3.05∶1；所述有机溶剂为1，4-二氧六环、甲苯或二甲苯；
式(I)、式(II)或式(III)中，式(I)、式(II)或式(III)中的苯环上的H被取代基取代或不被取代，所述的取代基R1、R2各自独立为卤素、甲氧基、乙氧基、硝基、三氟甲基、C1～C6的烷基、C3～C6的环烷基或C6～C10的芳香基，所述卤素为氟、氯、溴或碘；所述取代为单取代或多取代，m为0～3的整数，表示取代基R1的数；n为0～3的整数，表示取代基R2的数；当m或n为0时，表示式(I)、式(II)或式(III)中相应的苯环上的H不被取代基取代，R3为C1～C6的烷基、C3～C6的环烷基或C6～C10的芳香基。
所述反应的反应方程式如下：
所述的式(I)、式(II)或式(III)中，R1优选为氟、氯、甲氧基、苯基或甲基；R2优选为氟、氯、甲氧基、苯基或甲基；R3优选为甲基、乙基或苯基。
所述式(II)所示的苯基酰胺类衍生物和如式(I)所示的碘苯类衍生物的物质的量比为1∶1～3，优选为1∶1～1.5。
所述金属盐催化剂为钯盐、铜盐和银盐按物质的量比0.05∶0.5～1∶0.5～2混合的混合物；优选为PdX2、CuY2和AgZ按物质的量比0.05∶0.5～1∶0.5～2混合的混合物，其中X、Y或Z各自独立为F、Cl或Br；最优选为PdCl2 CuF2、AgBr按物质的量比0.05∶0.5∶1混合的混合物。
所述金属盐催化剂中金属阳离子总的物质的量与式(II)所示的苯基酰胺类衍生物的物质的量之比为1.05～3.05∶1，优选为1.55～2.0∶1。
所述有机溶剂优选为1，4-二氧六环。所述有机溶剂的用量以式(II)所示的苯基酰胺类衍生物的物质的量计为1～25ml/mmol。
所述反应温度为回流温度。所述的反应时间为12～72小时，优选为24～48小时，最优选为48小时。
本发明所述的反应液分离处理方法为：反应结束后，过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，减压蒸馏除去溶剂，干燥后得到所述咔唑衍生物产品。
所述按时间梯度收集流出液，是指每隔一段时间收集一次流出液，通常按照2～3分钟/批次进行收集，每批次流出液用TLC检测，以乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液为展开剂，将检测到含有咔唑衍生物的各批次流出液进行合并。
较为具体的，推荐本发明所述的咔唑衍生物的合成方法按照以下步骤进行：如式(I)所示的碘苯类衍生物和如式(II)所示的苯基酰胺类衍生物，在金属盐催化剂的存在下，在1，4-二氧六环中加热到回流温度，反应48小时，反应结束后过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，减压蒸馏除去溶剂，干燥后得到如式(III)所示的咔唑衍生物；所述式(II)所示的苯基酰胺类衍生物和如式(I)所示的碘苯类衍生物的物质的量比为1∶1～1.5；所述金属盐催化剂为PdCl2 CuF2、AgBr按物质的量比0.05∶0.5∶1混合的混合物，所述金属盐催化剂中金属阳离子的总的物质的量与式(II)所示的苯基酰胺类衍生物的物质的量比为1.55～2.0∶1；所述1，4-二氧六环的用量以式(II)所示的苯基酰胺类衍生物的物质的量计为1～25ml/mmol。
本发明的有益效果体现在：使用原料便宜易得，操作简便，反应条件温和，不需要强酸的条件，底物范围广阔，可以合成各种取得的咔唑衍生物。本发明合成的咔唑衍生物，可应用于很多具有咔唑的结构的精细化工产品，如制作革塑料、农药、杀虫剂、医药、橡胶等，具有重要的应用价值。
具体实施方式
以下以具体实例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
9-乙酰基咔唑的合成
干燥的反应管加入碘苯(0.2mmol，40.8mg)，乙酰苯胺(0.2mmol，27mg)，PdCl2(0.01mmol，2.2mg)，CuF2(0.1mmol，10.1mg)，AgBr(0.2mmol，37.2g)，加入溶剂2mL 1，4-二氧六环，加热回流48h.，反应结束后过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，旋转蒸发仪蒸馏除去溶剂，真空干燥后得到白色片状固体37.6毫克，产率90.1％。1H NMR(300MHz，CDCl3)δ8.21(br d，J＝8.5Hz，2H)，7.99(ddd，J＝7.5，1.4，0.6Hz，2H)，7.46(ddd，J＝8.5，7.5，1.4Hz，2H)，7.39(dt，J＝7.5，1.0Hz，2H)，2.88(s，3H)；13C NMR(CDCl3)δ170.0，138.5，127.3，126.3，123.6，119.7，116.2，27.6.
实施例2
9-乙酰基-2-甲基咔唑的合成
干燥的反应管加入3-甲基碘苯0.24mmol，乙酰苯胺0.2mmol，Pd(OAc)20.01mmol，CuF2 0.1mmol，AgBr 0.2mmol，加入溶剂3mL1，4-二氧六环，加热回流48h.反应结束后过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，旋转蒸发仪蒸馏除去溶剂，真空干燥后得到白色片状固体44毫克，产率98％。
1H NMR(300MHz，CDCl3)δ8.18(d，J＝8.35Hz，1H)，8.08(s，1H)，7.97(d，J＝7.65Hz，1H)，7.88(d，J＝7.82Hz，1H)，7.46(td，J＝7.82，1.37Hz，1H)，7.38(td，J＝7.48，0.96Hz，1H)，7.23(d，J＝7.86Hz，1H)，2.90(s，3H)，2.56(s，3H).13C NMR(CDCl3)δ170.39，139.25，138.79，137.83，126.98，126.79，125.11，124.22，123.82，119.76，119.64，116.94，116.36，28.03，22.57.
实施例3
9-乙酰基-2-叔丁基咔唑的合成
干燥的反应管加入3-叔丁基碘苯0.24mmol，乙酰苯胺0.2mmol，PdCl2 0.01mmol，CuF2 0.1mmol，AgF 0.2mmol，加入溶剂5mL甲苯，加热回流48h.反应结束后过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，旋转蒸发仪蒸馏除去溶剂，真空干燥后得到白色片状固体51毫克，产率96％。
1H NMR(300MHz，CDCl3)δ8.35(s，1H)，8.16(d，J＝8.27Hz，1H)，7.97(d，J＝7.67Hz，1H)，7.92(d，J＝8.17Hz，1H)，7.50-7.42(m，2H)，7.38(t，J＝7.47Hz，1H)，2.90(s，3H)，1.46(s，9H).13C NMR(CDCl3)δ170.37，151.30，139.24，138.99，126.97，126.69，124.13，123.79，121.61，119.85，119.37，116.26，113.46，35.63，31.93，28.02.
实施例4
9-乙酰基-3-甲基咔唑的合成
干燥的反应管加入4-甲基碘苯0.3mmol，乙酰苯胺0.2mmol，PdCl2 0.01mmol，CuF2 0.1mmol，AgBr 0.2mmol，加入溶剂2mL 1，4-二氧六环，加热回流48h.反应结束后过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，旋转蒸发仪蒸馏除去溶剂，真空干燥后得到白色片状固体41毫克，产率92％。
1H NMR(300MHz，CDCl3)δ8.23(d，J＝8.39Hz，1H)，8.07(d，J＝8.39Hz，1H)，7.97(dt，J＝7.78，0.69Hz，1H)，7.79(s，1H)，7.48(td，J＝7.82，1.33Hz，1H)，7.38(t，J＝7.48Hz，1H)，7.29(d，J＝8.51Hz，1H)，2.88(s，3H)，2.53(s，3H).13C NMR(CDCl3)δ170.17，139.07，136.93，133.54，128.62，127.42，126.77，126.61，123.81，120.18，119.92，116.54，116.10，27.93，21.45.
实施例5
9-乙酰基-1，3-二甲基咔唑的合成
干燥的反应管加入2，4-二甲基碘苯0.24mmol，乙酰苯胺0.2mmol，PdCl2 0.01mmol，CuF2 0.1mmol，AgBr 0.2mmol，加入溶剂2mL 1，4-二氧六环，加热回流48h.反应结束后过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，旋转蒸发仪蒸馏除去溶剂，真空干燥后得到白色片状固体45毫克，产率95％。
1H NMR(300MHz，CDCl3)δ7.95(m，2H)，7.64(s，1H)，7.44(t，J＝7.77Hz，1H)，7.36(t，J＝7.48Hz，1H)，7.13(s，1H)，2.70(s，3H)，2.50(s，3H)，2.47(s，3H).13C NMR(CDCl3)δ170.95，140.24，137.36，134.06，131.48，128.18，127.13，126.89，126.22，123.49，120.13，117.72，114.75，27.22，21.45，21.38.
实施例6
9-乙酰基-2-甲氧基咔唑的合成
干燥的反应管加入3-甲氧基碘苯0.24mmol，乙酰苯胺0.2mmol，PdCl2 0.01mmol，CuF2 0.1mmol，AgBr 0.2mmol，加入溶剂2mL 1，4-二氧六环，加热回流48h.反应结束后过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，旋转蒸发仪蒸馏除去溶剂，真空干燥后得到白色片状固体47毫克，产率97％。
1H NMR(300MHz，CDCl3)δ8.05(d，J＝8.08Hz，1H)，7.91(m，2H)，7.86(d，J＝8.51Hz，1H)，7.39(m，2H)，6.99(dd，J＝8.50，2.21Hz，1H)，3.94(s，3H)，2.88(s，3H).13C NMR(CDCl3)δ170.42，159.96，140.27，138.60，126.88，126.09，123.88，120.39，119.91，119.37，115.93，111.58，102.15，55.97，27.97.
实施例7
9-乙酰基-2-三氟甲氧基咔唑的合成
干燥的反应管加入3-三氟甲氧基碘苯0.24mmol，乙酰苯胺0.2mmol，PdCl2 0.01mmol，CuF2 0.1mmol，AgBr 0.2mmol，加入溶剂2mL 1，4-二氧六环，加热回流48h.反应结束后过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，旋转蒸发仪蒸馏除去溶剂，真空干燥后得到白色片状固体52毫克，产率94％。
1H NMR(300MHz，CDCl3)δ8.68(s，1H)，8.10(m，3H)，7.67(d，J＝7.63Hz，1H)，7.58(t，J＝7.86Hz，1H)，7.46(t，J＝7.44Hz，1H)，2.94(s，3H)13C NMR(CDCl3)δ170.03，139.23，138.24，129.39，129.14，128.99，128.98，128.88，128.64，125.72，125.38，124.11，123.55，120.78，120.75，120.72，120.69，119.98，115.94，114.21，114.17，114.14，114.11，27.83.
实施例8
9-乙酰基-1.3-二氟咔唑的合成
干燥的反应管加入2，4-二氟碘苯0.24mmol，乙酰苯胺0.2mmol，PdCl2 0.01mmol，CuF2 0.1mmol，AgBr 0.2mmol，加入溶剂2mL 1，4-二氧六环，加热回流48h.反应结束后过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，旋转蒸发仪蒸馏除去溶剂，真空干燥后得到白色片状固体45毫克，产率93％。
1H NMR(300MHz，CDCl3)δ8.38(d，J＝8.43Hz，1H)，7.92(d，J＝7.74Hz，1H)，7.59-7.49(m，2H)，7.41(t，J＝7.54Hz，1H)，7.40(t，J＝7.23Hz，1H)，7.01(td，J＝10.53，2.37Hz，1H)，2.71(dd，J＝6.67，0.61Hz，3H).13C NMR(CDCl3)δ170.87，160.54，160.45，158.59，158.51，150.98，150.88，148.98，148.88，140.95，131.12，131.09，131.04，131.00，129.25，124.91，124.89，124.88，124.86，124.16，120.19，116.41，103.40，103.20，103.18，102.97，102.76，102.73，102.57，102.54，76.98，26.58，26.45.
实施例9
9-乙酰基-1，2-二甲基咔唑的合成
干燥的反应管加入碘苯0.24mmol，2，3-二甲基乙酰苯胺0.2mmol，PdCl2 0.01mmol，CuF2 0.1mmol，AgBr 0.2mmol，加入溶剂2mL 1，4-二氧六环，加热回流48h.反应结束后过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，旋转蒸发仪蒸馏除去溶剂，真空干燥后得到白色片状固体38毫克，产率80％。
1H NMR(300MHz，CDCl3)δ7.95(m，2H)，7.64(s，1H)，7.44(t，J＝7.77Hz，1H)，7.36(t，J＝7.48Hz，1H)，7.13(s，1H)，2.70(s，3H)，2.50(s，3H)，2.47(s，3H).13C NMR(CDCl3)δ170.95，140.24，137.36，134.06，131.48，128.18，127.13，126.89，126.22，123.49，120.13，117.72，114.75，27.22，21.45，21.38.
Claims (9)
1.一种如式(III)所示的咔唑衍生物的合成方法，其特征在于所述的方法为：如式(I)所示的碘苯类衍生物和如式(II)所示的苯基酰胺类衍生物，在金属盐催化剂的存在下，在有机溶剂中加热到回流温度下反应，反应完全，反应结束后反应液分离处理得到如式(III)所示的咔唑衍生物；所述如式(II)所示的苯基酰胺类衍生物和如式(I)所示的碘苯类衍生物的物质的量比为1∶1～3；所述金属盐催化剂为钯盐、铜盐和银盐按物质的量比0.05∶0.5～1∶0.5～2混合的混合物，所述金属盐催化剂中金属阳离子总的物质的量与式(II)所示的苯基酰胺类衍生物的物质的量之比为1.05～3.05∶1；所述有机溶剂为1，4-二氧六环、甲苯或二甲苯；
式(I)、式(II)或式(III)中，式(I)、式(II)或式(III)中的苯环上的H被取代基取代或不被取代，取代基R1、R2各自独立为卤素、甲氧基、乙氧基、硝基、三氟甲基、C1～C6的烷基、C3～C6的环烷基或C6～C10的芳香基，所述卤素为氟、氯、溴或碘；所述取代为单取代或多取代，m为0～3的整数，表示取代基R1的数；n为0～3的整数，表示取代基R2的数；当m或n为0时，表示式(I)、式(II)或式(III)中相应的苯环上的H不被取代基取代，R3为C1～C6的烷基、 C3～C6的环烷基或C6～C10的芳香基。
2.如权利要求1所述的咔唑衍生物的合成方法，其特征在于所述的金属盐催化剂为PdX2、CuY2和AgZ按物质的量比0.05∶0.5～1∶0.5～2混合的混合物，其中X、Y或Z各自独立为F、Cl或Br。
3.如权利要求1所述的咔唑衍生物的合成方法，其特征在于所述的式(I)、式(II)或式(III)中，R1为氟、氯、甲氧基、苯基或甲基；R2为氟、氯、甲氧基、苯基或甲基；R3为甲基、乙基或苯基。
4.如权利要求1所述的咔唑衍生物的合成方法，其特征在于所述有机溶剂的用量以式(II)所示的苯基酰胺类衍生物的物质的量计为1～25ml/mmol。
5.如权利要求1所述的咔唑衍生物的合成方法，其特征在于所述金属盐催化剂为PdCl2、CuF2、AgBr按物质的量比0.05∶0.5∶1混合的混合物。
6.如权利要求1所述的咔唑衍生物的合成方法，其特征在于所述有机溶剂为1，4-二氧六环。
7.如权利要求1所述的咔唑衍生物的合成方法，其特征在于反应时间为12～72小时。
8.如权利要求1所述的咔唑衍生物的合成方法，其特征在于所述的反应液分离处理方法为：反应结束后，过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，减压蒸馏除去溶剂，干燥后得到所述咔唑衍生物产品。
9.如权利要求1所述的咔唑衍生物的合成方法，其特征在于所述的 方法为：如式(I)所示的碘苯类衍生物和如式(II)所示的苯基酰胺类衍生物，在金属盐催化剂的存在下，在1，4-二氧六环中加热到回流温度，反应48小时，反应结束后过滤，滤液蒸馏除去溶剂，剩余物用硅胶柱层析，用乙酸乙酯和石油醚体积比为1∶20的混合溶液淋洗，按时间梯度收集流出液，TLC检测，合并含有咔唑衍生物的流出液，减压蒸馏除去溶剂，干燥后得到如式(III)所示的咔唑衍生物；所述式(II)所示的苯基酰胺类衍生物和如式(I)所示的碘苯类衍生物的物质的量比为1∶1～1.5；所述金属盐催化剂为PdCl2、CuF2、AgBr按物质的量比0.05∶0.5∶1混合的混合物，所述金属盐催化剂中金属阳离子的总的物质的量与式(II)所示的苯基酰胺类衍生物的物质的量比为1.55～2.0∶1；所述1，4-二氧六环的用量以式(II)所示的苯基酰胺类衍生物的物质的量计为1～25ml/mmol。
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| W. C. Peter Tsang, et al..Combined C-H Functionalization/C-N Bond Formation Route to Carbazoles.《J. AM. CHEM. SOC.》.2005,第127卷(第42期),第14560-14561页. * |
| W. C. Peter Tsang, et al..Palladium-Catalyzed Method for the Synthesis of Carbazoles via Tandem C-H Functionalization and C-N Bond Formation.《J. Org. Chem.》.2008,第73卷(第19期),第7603-7610页. * |
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