CN107445886B - 一种高纯度3-溴-9-苯基咔唑的制备方法 - Google Patents

一种高纯度3-溴-9-苯基咔唑的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高纯度3‑溴‑9‑苯基咔唑的制备方法，属于有机化学合成领域。本发明所述方法包括如下步骤：(1)对二溴苯经硝化反应制得中间体1,4‑二溴‑2‑硝基苯；(2)所述1,4‑二溴‑2‑硝基苯与二苯胺经乌尔曼偶联反应制得中间体(4‑溴‑2‑硝基苯基)二苯胺；(3)所述中间体(4‑溴‑2‑硝基苯基)二苯胺经还原反应制得中间体(4‑溴‑2‑氨基苯基)二苯胺；(4)所述中间体(4‑溴‑2‑氨基苯基)二苯胺经重氮化关环反应制得3‑溴‑9‑苯基咔唑。本发明所述方法制得的3‑溴‑9‑苯基咔唑可以用于OLED光电材料、医药、染料、农药等领域，是一种重要的咔唑类中间体；反应操作简单、原材料成本低、收率较高、品质好；同时避免了传统制备方法所需要去除二溴代的过程，使得生产便捷性大为提高。

Description

一种高纯度3-溴-9-苯基咔唑的制备方法
技术领域
本发明涉及有机化学合成领域，具体涉及一种高纯度3-溴-9-苯基咔唑的制备方法。
背景技术
咔唑是典型的富电子基团，大的共轭π电子使得其具有良好的空穴传输能力和高发光能力；而且由于咔唑基团是大的刚性平面结构，基团刚性较强，可以有效地提高化合物的玻璃化转变温度，这些固有的性质使得咔唑类化合物在有机光电材料中的研究得以广泛展开。以咔唑为原料制备的其他衍生物也广泛运用于OLED光电材料、医药、染料和农药等领域。
3-溴-9-苯基咔唑是一类重要的有机化工中间体，以其为原料制备的其他化工产品在光电领域、农药、医药和染料方面具有较为广泛的用途。
国内外关于3-溴-9-苯基咔唑的合成方法主要分为三大类：一是以咔唑为原料经过溴代后，再和碘苯或者溴苯偶联。二是先用溴苯和碘苯跟咔唑进行偶联，再经过溴代得到目标物3-溴-9-苯基咔唑。三是以2,2’-二溴联苯为原料和苯胺进行偶联、关环、溴代后得到目标物。上述方法中不可避免的会出现二溴代产物或多偶联杂质。目前生产大都是通过高真空蒸馏后再重结晶的方式去除二溴代杂质。此法对设备要求高、后处理纯化操作繁琐，最终品质和收率一般。本发明旨在用价格低廉的原材料、操作便捷的工艺和简单的后处理纯化方法对现有工艺进行优化，以期满足市场各领域对此产品日益增长的需求。
目前主要采用的合成技术如下图所示：
路线一：
Figure DEST_PATH_GDA0001435806330000021
路线二：
Figure DEST_PATH_GDA0001435806330000022
路线三：
Figure DEST_PATH_GDA0001435806330000023
然而，上述的各种合成方法要么反应条件苛刻，要么原料成本高，难以实现大规模生产。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种操作便捷、后处理纯化简单、收率高、成本低的3-溴-9-苯基咔唑的制备方法。
本发明所述3-溴-9-苯基咔唑的制备方法，其合成路线如下：
Figure DEST_PATH_GDA0001435806330000024
所述制备方法包括如下步骤：
(1)对二溴苯经硝化反应制得中间体1,4-二溴-2-硝基苯；
(2)所述1,4-二溴-2-硝基苯与二苯胺经乌尔曼偶联反应制得中间体(4- 溴-2-硝基苯基)二苯胺；
(3)所述中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺经还原反应制得中间体(4- 溴-2-氨基苯基)二苯胺；
(4)所述中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺经重氮化关环反应制得3- 溴-9-苯基咔唑。
本发明所述的方法，步骤(1)具体为：对二溴苯在浓硝酸的存在下进行硝化反应，制得中间体1,4-二溴-2-硝基苯；
其中，所述浓硝酸的理想浓度为30％-68％，优选为68％，上述浓度的浓硝酸能够在较低温度下达到硝化目的，有利于抑制二硝基的产生。
优选地，步骤(1)中，所述对二溴苯与所述浓硝酸的摩尔投料比为 1:1-1.3，优选为1:1.1。在该投料比下，能够在较为温和的条件下将原料对二溴苯充分反应完全，且产物纯度较高。
上述硝化反应在溶剂中进行；所述溶剂选自二氯甲烷、二氯乙烷和氯仿中的一种，优选为二氯乙烷，该溶剂能够使该硝化反应在较温和条件下进行，且产品杂质少、得率高。
其中，对二溴苯与所述溶剂的理想摩尔投料比为1g:10-20mL，优选为1g:15mL。
本发明所述的方法，步骤(1)中的反应温度为25-35℃；优选为 30℃。
此外，本发明所述的方法，步骤(1)还包括对中间产物的纯化处理，即：将所述硝化反应得到的有机相水洗、干燥、浓缩至干，得到所述中间体1,4-二溴-2-硝基苯。具体的操作及条件控制为本领域技术人员所掌握，本发明对此不作特别限定。
本发明所述的方法，步骤(2)具体为：将步骤(1)制得的1,4-二溴-2- 硝基苯以及二苯胺在铜催化剂、相转移催化剂和无机碱的存在下进行乌尔曼偶联反应，制得中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺。
其中，所述铜催化剂为氧化亚铜、氯化亚铜、溴化亚铜中的一种，优选为溴化亚铜，该铜催化剂能够较好的催化此反应，且不引入其他卤代物杂质。
其中，所述相转移催化剂优选为18-冠醚-6，该相转移催化剂能够促进偶联反应的快速进行。
理想地，所述1,4-二溴-2-硝基苯、所述铜催化剂以及所述相转移催化剂的摩尔投料比为1:0.05-0.1:0.05-0.1；优选为1:0.05:0.05。
其中，所述无机碱为碳酸钾或碳酸铯，优选为碳酸钾。
优选地，所述无机碱的用量为1,4-二溴-2-硝基苯：无机碱(摩尔比) ＝1:2-3。
本发明所述的方法，步骤(2)中所述乌尔曼偶联反应在溶剂中进行；所述溶剂优选为甲苯、二甲苯和二乙苯的一种，更优选为甲苯。
此外，步骤(2)中的反应温度为100-140℃；更优选为115℃。
本发明所述的方法，步骤(3)具体为：将步骤(2)制得的中间体(4-溴 -2-硝基苯基)二苯胺在水合肼存在下进行还原反应，制得中间体(4-溴-2- 氨基苯基)二苯胺。
其中，所述中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺与所述水合肼的理想摩尔投料比为1:2-6，优选为1:2.5。该摩尔投料比下，能够充分的将原料反应，且较少的使用了水合肼原料。
上述水合肼以溶液形式存在，所述水合肼溶液的浓度优选为 40％-85％，更优选为85％。
本发明所述的方法，步骤(3)中的反应温度为10-60℃；优选为 25℃。
此外，本发明所述的方法，步骤(3)还包括对中间产物的纯化处理，即：将所述还原反应得到的有机相水洗至中性、干燥、减压浓缩至干，得中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺。具体的操作及条件控制为本领域技术人员所掌握，本发明对此不作特别限定。
本发明所述的方法，步骤(4)具体为：将步骤(3)制得的中间体(4-溴 -2-氨基苯基)二苯胺在亚硝酸异戊酯和碘化钾的存在下进行重氮化关环反应，制得所述3-溴-9-苯基咔唑。
其中，所述中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺与所述亚硝酸异戊酯的摩尔投料比为1:1.5-3；优选为1:2。
所述中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺与碘化钾的摩尔投料比为1: 0.1-0.5；优选为1：0.2。
本发明所述的方法，步骤(4)中的所述重氮化关环反应在溶剂中进行；所述溶剂为乙腈、乙醇或四氢呋喃中的一种，优选为乙醇。
更优选地，所述溶剂的用量为(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺:乙醇＝1g:10mL。
此外，步骤(4)中的反应温度为50-60℃；优选为55℃。
优选地，步骤(4)还包括对终产物的纯化处理，即：向重氮化关环反应得到的产物加入水和甲苯，分液，甲苯相水洗至中性，干燥、浓缩后，降温结晶、抽滤、干燥，即得所述3-溴-9-苯基咔唑。
本发明所述的方法，步骤(1)-(4)均在惰性气体的保护下进行；所述惰性气体优选为氮气。在惰性气体保护下，能避免产生一些偶联杂质和因氧化产生的杂质。
优选地，本发明所述3-溴-9-苯基咔唑的制备方法包括在惰性气体保护下的如下步骤：
(1)二溴苯在浓度为30％-68％的浓硝酸存在下进行硝化反应，制得中间体1,4-二溴-2-硝基苯；其中，所述对二溴苯与所述浓硝酸的摩尔投料比为1:1-1.3；
(2)步骤(1)制得的1,4-二溴-2-硝基苯以及二苯胺在铜催化剂、相转移催化剂和无机碱的存在下进行乌尔曼偶联反应，制得中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺；
其中，所述铜催化剂为氧化亚铜、氯化亚铜、溴化亚铜中的一种；所述相转移催化剂为18-冠醚-6；所述无机碱为碳酸钾或碳酸铯；
所述1,4-二溴-2-硝基苯、所述铜催化剂以及所述相转移催化剂的摩尔投料比为1:0.05-0.1:0.05-0.1；
(3)步骤(2)制得的中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺在水合肼存在下进行还原反应，制得中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺；其中，所述中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺与所述水合肼的摩尔投料比为1:2-6；
(4)步骤(3)制得的中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺在亚硝酸异戊酯和碘化钾的存在下进行重氮化关环反应，制得所述3-溴-9-苯基咔唑；其中，所述中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺与所述亚硝酸异戊酯的摩尔投料比为1:1.5-3；
所述中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺与碘化钾的摩尔投料比为1: 0.1-0.5。
本发明所述3-溴-9-苯基咔唑的制备方法所用原料廉价易得，反应条件温和，后处理纯化简化了现有工艺的多次高真空蒸馏和反复重结晶，收率高，降低了生产成本，避免了传统制备方法所需要去除二溴代的过程，使得生产便捷性大为提高，有利于实现工业化生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行说明。所用原材料、溶剂和催化剂均为常规市售产品。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种3-溴-9-苯基咔唑的制备方法，具体地，所述方法包括如下步骤：
(1)将对二溴苯23.59g(分子量235.9，0.1mol)与二氯甲烷235.9mL 加入到带有搅拌、冷凝管、温度计的反应瓶中，控制温度为30℃，向体系中滴加浓硝酸9.26g(浓度：68％)(分子量63，0.1mol)，反应两小时后结束反应。将所得有机相水洗至中性，加入10g硫酸钠干燥后，减压浓缩至干，得1,4-二溴-2-硝基苯27.52g(分子量280.9，0.098mol)； MS(FAB)：m/z 280(M+)
(2)将步骤(1)制得的1,4-二溴-2-硝基苯、二苯胺16.58g(分子量169.2，0.098mol)、氧化亚铜0.7g(分子量143.08，0.0049mol)、18- 冠醚-6 1.29g(分子量264.32，0.0049mol)、碳酸钾27.04g(分子量138， 0.0196mol)以及甲苯412.8mL加入到反应瓶中，控制温度为110℃，反应至GC监测原料无剩余时停止反应。将所得产物过滤，得中间体(4- 溴-2-硝基苯基)二苯胺；MS(FAB)：m/z 369(M+)
(3)在氮气保护下，控制温度为25℃，向步骤(2)所得中间体(4-溴-2- 硝基苯基)二苯胺中滴加水合肼(85％)11.76g(分子量50.06，0.2mol)，在此温度下反应2小时；将所得有机相水洗至中性、干燥、减压浓缩至干，得中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺32.5g(分子量339.23， 0.0958mol)；MS(FAB)：m/z 339(M+)
(4)将步骤(3)制得的中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺溶解到325mL 乙腈中，加入亚硝酸异戊酯16.83g(分子量117.15，0.143mol)、碘化钾 3.32g(分子量166，0.02mol)，缓慢升温到55℃，在此温度下反应至气相监测原料(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺无剩余，停止反应。向所得有机相中加入水650mL水和650mL甲苯分液。甲苯相水洗至中性，加入13g 硫酸钠干燥后减压浓缩至剩余约65mL甲苯时，降温结晶、抽滤、干燥，得3-溴-9-苯基咔唑24.58g。
本实施例制得的3-溴-9-苯基咔唑的收率为76.3％，GC含量为 99.82％。
产物熔点：81.2℃-82.3℃。MS(FAB)：m/z 322(M+)。元素分析C18H12BrN：理论值C:67.10％；H：3.75％；Br：24.8％；N：4.35％。实测值C:67.12％；H：3.74％；Br：24.8％；N：4.34％。
实施例2
本实施例提供一种3-溴-9-苯基咔唑的制备方法，具体地，所述方法包括如下步骤：
(1)将对二溴苯23.59g(分子量235.9，0.1mol)、二氯乙烷353.8mL 加入到带有搅拌、冷凝管、温度计的反应瓶中，控制温度25℃，向体系中滴加浓硝酸10.19g(68％含量)(分子量63，0.11mol)，反应两小时后结束反应。将所得有机相水洗至中性，加入10g硫酸钠干燥后，减压浓缩至干，得1,4-二溴-2-硝基苯27.66g(分子量280.9，0.098mol)。
(2)将步骤(1)制得的1,4-二溴-2-硝基苯、二苯胺16.58g(分子量 169.2，0.098mol)、氯化亚铜0.485g(分子量98.99，0.0049mol)、18- 冠醚-6 1.29g(分子量264.32，0.0049mol)、碳酸钾27.04g(分子量138， 0.0196mol)以及二甲苯276.6mL加入到反应瓶中，控制温度为120℃，反应至GC监测原料无剩余时停止反应，将所得产物过滤，得中间体(4- 溴-2-硝基苯基)二苯胺；
(3)氮气保护下，控制温度为30℃，向步骤(2)所得中间体(4-溴-2- 硝基苯基)二苯胺中滴加水合肼(85％含量)14.7g(分子量50.06， 0.25mol)，在此温度下反应2小时结束；将所得有机相水洗至中性、干燥、减压浓缩至干，得中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺32.7g(分子量 339.23，0.0964mol)。
(4)将步骤(3)制得的中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺溶解到327mL 乙醇中，加入亚硝酸异戊酯22.49g(分子量117.15，0.192mol)、碘化钾 3.32g(分子量166，0.02mol)，缓慢升温到60℃，在此温度下反应至气相监测原料(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺无剩余，停止反应。向所得有机相中加入水654mL水和654mL甲苯分液。甲苯相水洗至中性，加入13g 硫酸钠干燥后减压浓缩至剩余约65mL甲苯时，降温结晶、抽滤、干燥，得3-溴-9-苯基咔唑24.69g。
本实施例制得的3-溴-9-苯基咔唑的收率为76.6％，GC含量为 99.43％。
实施例3
本实施例提供一种3-溴-9-苯基咔唑的制备方法，具体地，所述方法包括如下步骤：
(1)将对二溴苯23.59g(分子量235.9，0.1mol)、氯仿471.8mL加入到带有搅拌、冷凝管、温度计的反应瓶中，控制温度为25℃，向体系中滴加浓硝酸11.11g(68％含量)(分子量63，0.12mol)，反应两小时后结束反应。将所得有机相水洗至中性，加入10g硫酸钠干燥后减压浓缩至干，得1,4-二溴-2-硝基苯27.41g(分子量280.9，0.097mol)。
(2)将步骤(1)制得的1,4-二溴-2-硝基苯、二苯胺16.41g(分子量169.2，0.097mol)、溴化亚铜0.69g(分子量143.35，0.00485mol)、18- 冠醚-6 1.28g(分子量264.32，0.00485mol)、碳酸铯1.58g(分子量 325.82，0.00485mol)以及二乙苯548.2mL加入到反应瓶中，控制温度在 115℃下反应至GC监测原料无剩余时停止反应。将所得产物过滤，得中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺；
(3)在氮气保护下，控制温度为20℃，向步骤(2)所得中间体(4-溴-2- 硝基苯基)二苯胺中滴加水合肼(85％含量)17.64g(分子量50.06， 0.3mol)，在此温度下反应2小时结束。将所得有机相水洗至中性、干燥、减压浓缩至干，得中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺31.8g(分子量 339.23，0.0937mol)。
(4)将步骤(3)制得的中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺溶解到318mL 四氢呋喃中，加入亚硝酸异戊酯32.9g(分子量117.15，0.281mol)、碘化钾3.32g(分子量166，0.02mol)，缓慢升温到50℃，在此温度下反应至气相监测原料(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺无剩余，停止反应。有机相中加入水636mL水和636mL甲苯分液。甲苯相水洗至中性，加入13g硫酸钠干燥后减压浓缩至剩余约63mL甲苯时，降温结晶、抽滤、干燥，得3-溴-9-苯基咔唑23.71g。
本实施例制得3-溴-9-苯基咔唑的收率为73.6％，GC含量为 99.66％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (14)

1.一种3-溴-9-苯基咔唑的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)对二溴苯经硝化反应制得中间体1,4-二溴-2-硝基苯；
(2)将步骤(1)制得的1,4-二溴-2-硝基苯以及二苯胺在铜催化剂、相转移催化剂和无机碱的存在下进行乌尔曼偶联反应，制得中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺；所述铜催化剂为氧化亚铜、氯化亚铜、溴化亚铜中的一种；所述相转移催化剂为18-冠醚-6；所述无机碱为碳酸钾或碳酸铯或碳酸钠；所述乌尔曼偶联反应在溶剂中进行；所述溶剂为甲苯、二甲苯和二乙苯的一种；
(3)将步骤(2)制得的中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺在水合肼存在下进行还原反应，制得中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺；
(4)将步骤(3)制得的中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺在亚硝酸异戊酯和碘化钾的存在下进行重氮化关环反应，制得所述3-溴-9-苯基咔唑。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，对二溴苯在浓硝酸的存在下进行硝化反应，所述浓硝酸的浓度为30％-68％。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对二溴苯与所述浓硝酸的摩尔投料比为1:1-1.3。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硝化反应在溶剂中进行；所述溶剂选自二氯甲烷、二氯乙烷和氯仿中的一种；
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对二溴苯与溶剂的质量体积比为1g:10-20mL。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对二溴苯与溶剂的质量体积比为1g:15mL。
7.根据权利要求1-3、5、6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述1,4-二溴-2-硝基苯、所述铜催化剂以及所述相转移催化剂的摩尔投料比为1:0.05-0.1:0.05-0.1。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述1,4-二溴-2-硝基苯、所述铜催化剂以及所述相转移催化剂的摩尔投料比为1:0.05:0.05。
9.根据权利要求1-3、5-6、8中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶剂的用量为1,4-二溴-2-硝基苯：溶剂＝1g：10mL-20mL。
10.根据权利要求1-3、5-6、8中任一项所述的方法，其特征在于，所述中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺与所述水合肼的摩尔投料比为1:2-6。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺与所述水合肼的摩尔投料比为1:2.5。
12.根据权利要求1-3、5-6、8、11中任一项所述的方法，其特征在于，所述中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺与所述亚硝酸异戊酯的摩尔投料比为1:1.5-3。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺与碘化钾的摩尔投料比为1:0.1-0.5。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括在惰性气体保护下的如下步骤：
(1)二溴苯在浓度为30％-68％的浓硝酸存在下进行硝化反应，制得中间体1,4-二溴-2-硝基苯；其中，所述对二溴苯与所述浓硝酸的摩尔投料比为1:1-1.3；
(2)步骤(1)制得的1,4-二溴-2-硝基苯以及二苯胺在铜催化剂、相转移催化剂和无机碱的存在下进行乌尔曼偶联反应，制得中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺；
其中，所述铜催化剂为氧化亚铜、氯化亚铜、溴化亚铜中的一种；所述相转移催化剂为18-冠醚-6；所述无机碱为碳酸钾或碳酸铯；
所述1,4-二溴-2-硝基苯、所述铜催化剂以及所述相转移催化剂的摩尔投料比为1:0.05-0.1:0.05-0.1；
(3)步骤(2)制得的中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺在水合肼存在下进行还原反应，制得中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺；其中，所述中间体(4-溴-2-硝基苯基)二苯胺与所述水合肼的摩尔投料比为1:2-6；
(4)步骤(3)制得的中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺在亚硝酸异戊酯和碘化钾的存在下进行重氮化关环反应，制得所述3-溴-9-苯基咔唑；其中，所述中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺与所述亚硝酸异戊酯的摩尔投料比为1:1.5-3；
所述中间体(4-溴-2-氨基苯基)二苯胺与碘化钾的摩尔投料比为1:0.1-0.5。
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