CN109851549B

CN109851549B - 一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物及其合成方法

Info

Publication number: CN109851549B
Application number: CN201910287866.8A
Authority: CN
Inventors: 任莺歌; 郭随林; 杨松彬; 任沛褀
Original assignee: Xi'an Oder Photoelectricity Material Co ltd
Current assignee: Xi'an Oder Photoelectricity Material Co ltd
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2022-03-29
Anticipated expiration: 2039-04-11
Also published as: CN109851549A

Abstract

本发明公开了一种5‑氢‑苯并[b]咔唑及相关衍生物及其合成方法，步骤1）利用氢化钠将2‑萘满酮进行阿尔法碳活化，其中氢化钠与2‑萘满酮的摩尔比为0.8~1.2:1，向反应液中滴入溴素发生取代反应生成1‑溴‑2萘满酮，其中2‑萘满酮与溴素的摩尔比为1:1~1:1.5；步骤2）利用步骤1）生成的1‑溴‑2萘满酮与苯肼盐发生费舍尔吲哚合环反应生成6‑溴‑6,11‑二氢‑5‑氢苯[b]并咔唑及相关衍生物，其中1‑溴‑2萘满酮与苯肼盐的摩尔比为1:1~1:1.3；步骤3）所述步骤2）生成的6‑溴‑6,11‑二氢‑5‑氢苯[b]并咔唑及相关衍生物发生芳构化反应生成5‑氢‑苯并[b]咔唑及相关衍生物。

Description

一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物及其合成方法

技术领域

本发明属于有机物合成技术领域，尤其涉及一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物及其合成方法。

背景技术

目前含咔唑类芳环化合物在OLED新型显示材料领域得到广泛的开发及应用，咔唑类相关衍生物作为空穴传输或注入的主要功能材料，在现有单分子OLED显示器件中用量占比很大，其衍生物性质也千差万别。为了更高效、更持久地保持器件得性能稳定性，相关咔唑类衍生物的合成及性能测试和筛选工作显得越来越重要和紧迫，5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物很早就被设计出来，但受限于现有的合成方法，其合成难度和纯度等的影响一直未成功解决，致使类似材料不能大规模研究和使用，市场上供应与之相关OLED材料或其中间体很少，使得该类化合物的应用普及一直被搁置。传统合成5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物通过三苯基膦还原硝基闭环或用费舍尔吲哚合环后脱氢芳构后得到，但是上述合成方法中：硝基闭环所需的原材料β位硝基取代化合物制备困难，价格昂贵，难于量化制备；传统吲哚合环时虽然原材料易得，但是合环时闭环化方向没有选择性，产物为混合物，收率低于50％，纯化非常困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物及其合成方法，克服了现有技术中1：硝基闭环所需的原材料β位硝基取代化合物制备困难，不能大量供应，收率低于50％，且价格昂贵；2：合成过程中生成同分异构的混合物所需产物转化率低于15％；3：难实现分离提纯，纯化困难等问题。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物的合成方法，包括以下步骤：

步骤1)利用氢化钠将2-萘满酮进行阿尔法碳活化，其中氢化钠与2-萘满酮的摩尔比为0.8～1.2:1，向阿尔法碳活化后的反应液中滴入溴素发生取代反应生成1-溴-2萘满酮，其中2-萘满酮与溴素的摩尔比为1:1～1:1.5；

步骤2)利用步骤1)生成的1-溴-2萘满酮与苯肼盐发生费舍尔吲哚合环反应生成6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑及相关衍生物，其中1-溴-2萘满酮与苯肼盐的摩尔比为1:1～1:1.3；

步骤3)所述步骤2)生成的6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑及相关衍生物发生芳构化反应生成5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物

其中R为氢、氯、溴、碘原子。

优选的，所述步骤1)具体反应步骤为：向盐水反应三口瓶内加入2-萘满酮和N，N-二甲基甲酰胺，搅拌使2-萘满酮溶解，并利用氩气保护，接着降温至-20℃～-15℃，分5～7次加入氢化钠，在-20℃～-15℃保温反应2h后体系变浑浊，有固体析出后继续降温到-35℃～－30℃，将溴素的N，N-二甲基甲酰胺溶液滴入上述反应体系，控制温度在-35℃～－30℃范围内滴加完毕后保温反应0.5h后自然升温到0℃，接着将反应液在搅拌条件下倒入二氯乙烷和硫代硫酸钠水溶液的混合体系中，搅拌至有机相呈淡黄色透亮后静置分液，上层水相继续用二氯乙烷提取一次后弃去，合并有机相再用水每次充分洗涤3到4次后用无水硫酸钠干燥，减压浓缩干有机相后加入乙醇溶解清亮后冷冻至-20℃保温2h至体系结晶出浅黄色固体，过滤，抽干得淡黄色固体，再经过40℃减压烘干得到1-溴-2萘满酮。

优选的，所述步骤1)中氢化钠与2-萘满酮的摩尔比为0.95:1，所述2-萘满酮与溴素的摩尔比为1:1.1。

优选的，所述步骤2)具体反应步骤为：向三口烧瓶内依次加入1-溴-2萘满酮、苯肼盐和甲苯，搅拌0.5h混合均匀，将反应体系升温到80℃后关闭加热，体系仍呈现灰白色浑浊状，从恒压滴液漏斗向反应体系滴加乙酸和三氟乙酸溶液，滴加过程有轻微放热，体系逐渐变黄色，固体逐渐减少，最后清亮，滴加完毕后继续将反应体系升温到100℃～105℃保温反应2h后利用薄层色谱跟踪1-溴-2萘满酮至反应完全，反应确认结束后向反应液中加入水，充分搅拌后静置分液，分去下层水相，上层有机相再用水洗涤三次到中性，将有机相干燥后过柱，收集柱液，柱床用甲苯淋洗干净，柱液减压浓干后得浅红色胶状物即为6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑及相关衍生物。

优选的，所述步骤2)中苯肼盐为苯肼盐酸盐或苯肼盐酸盐的卤代取代物，其中1-溴-2萘满酮与苯肼盐的摩尔比为1:1.2。

优选的，所述步骤3)具体反应步骤为：向三口烧瓶内加入6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑及相关衍生物、乙醇、钯炭催化剂和碳酸钠，升温到高于72℃，反应体系有弱回流，回流反应6h后利用薄层色谱跟踪6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑及相关衍生物至反应完全，反应液趁热过硅藻土漏斗，除去不溶的钯炭催化剂和碳酸钠，收集滤液，滤液减压浓缩干后有固体析出，呈土黄色，向上述固体中加入甲苯充分搅拌溶解彻底后过保温柱，收集柱液，柱床用甲苯淋洗干净，柱液减压浓缩至大量固体析出后停止，降温到室温后置于冰箱冷冻3h后过滤，滤饼用冷甲苯少量淋洗抽干得类白色固体结晶粉末，即5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物。

优选的，一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物，所述5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物由以上任意一项所述的合成方法合成。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本发明对所用原料2-萘满酮进行了前期修饰，使合环反应所得产物定向、可控，很好地避免了反应过程中生成混合物的结果，主要产物转化率均大于95％，极大的方便了后续纯化，产物更易分离提纯，为高效、廉价的制备5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物提供了技术保障；

(2)本发明极大的降低了产物成本，所需原料简单、易得，为批量生产提供了可靠原材料保障，为其他类似吲哚合环实现定向合成提供了重要参考思路；

(3)本发明反应过程温和，操控简单，转化率高，提纯容易，易于放大制备过程，所得产物纯度高，不含有同分异构体，避免后续反应纯化困难影响，能实现廉价规模化制备供应5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物。

具体实施方式

下面结合实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

本发明公开了一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物的合成方法，包括以下步骤：

其中R为氢、氯、溴、碘原子。

实施例2

其中R为氢、氯、溴、碘原子。

所述步骤1)的反应方程式如下：

实施例3

其中R为氢、氯、溴、碘原子。

所述步骤1)的反应方程式如下：

所述步骤2)的反应方程式如下：

其中：(R＝H，Cl，Br，I)

实施例4

其中R为氢、氯、溴、碘原子。

所述步骤1)的反应方程式如下：

所述步骤2)的反应方程式如下：

其中：(R＝H，Cl，Br，I)

所述步骤3)的反应方程式如下：

其中：(R＝H，Cl，Br，I)

本发明所述原料2-萘满酮、N，N-二甲基甲酰胺、氢化钠、溴素、二氯乙烷、硫代硫酸钠、无水硫酸钠、乙醇、苯肼盐、甲苯、乙酸、三氟乙酸溶液、正庚烷、碳酸钠、Pd/C、碳酸钠等均为市购产品，部分非反应产品的浓度和用量为本领域常用量，其浓度和用量对本申请无影响，因此省略。

实施例5

步骤1)：

a反应容器：1L盐水反应三口瓶

b操作：向1L盐水反应三口瓶内加入2-萘满酮73g(0.50mol)，N，N-二甲基甲酰胺500ml，搅拌溶解清亮，氩气保护，将体系降温至-20℃～-15℃之间，分5～7次加入氢化钠19.0g(60％含量，0.475mol)，控制体系温度在上述温度范围内，保温反应2h后体系变浑浊，在固体析出后继续将体系温度降温到-35℃～－30℃之间，将预先配置好得88g(0.550mol)溴素和100ml的N，N-二甲基甲酰胺溶液滴入上述反应体系，滴加过程有放热，控制在上述温度范围内滴加完毕后保温反应0.5h后自然升温到0℃，反应完毕。

c后处理：待反应液升温到0℃附近后将反应液在搅拌条件下倒入1L二氯乙烷和4L5％硫代硫酸钠水溶液的混合体系中，搅拌至有机相呈淡黄色透亮后静置分液，上层水相继续用300ml二氯乙烷提取一次后弃去，合并有机相再用水500ml每次充分洗涤3到4次后用无水硫酸钠干燥，减压浓缩干有机相后加入80ml乙醇溶解清亮后冷冻至-20℃保温2h以上至体系结晶出浅黄色固体，过滤，抽干得淡黄色固体，再经过40℃减压烘干后称重：75g，送检GC，含量>98.5％，收率：66.7％(以2-萘满酮计)。

步骤2)：

其中：(R＝H，Cl，Br，I)

a反应容器：1L三口烧瓶

b操作：向1L三口烧瓶内依次加入1-溴-2萘满酮56.25g(0.25mol)，苯肼盐43g(0.30mol)，甲苯600ml，搅拌0.5h混合均匀，将反应体系升温到内温80℃后关闭加热，体系仍呈现灰白色浑浊状，从恒压滴液漏斗向反应体系滴加预先配置好得乙酸和三氟乙酸溶液(乙酸：50ml，三氟乙酸5g)，滴加过程有轻微放热，体系逐渐变黄色，固体逐渐减少，最后清亮，滴加完毕后继续将反应体系升温到100℃～105℃保温反应2h后利用薄层色谱跟踪1-溴-2萘满酮至反应完全，停止反应，反应完全后送检LC，显示主含量96％，1-溴-2萘满酮剩余0.5％。

c后处理：反应确认结束后向反应液中加入水200ml，充分搅拌后静置分液，分去下层水相，上层有机相再用水200ml每次洗涤三次到中性，将有机相干燥后过柱(柱经5cm，硅胶150g)，收集柱液，柱床用甲苯淋洗干净，柱液减压浓干后得浅红色胶状物，重78g。

d纯化：向上述胶状物中加入正庚烷150ml，加热回流充分搅拌分散后降温，体系有类白色固体析出，降温至室温后置于冰箱冷冻2h以上，过滤析出固体，抽干，烘干得类白色固体粉末62g，LC>97％，收率：83.1％(以1-溴-2萘满酮计)。

步骤3)：

其中：(R＝H，Cl，Br，I)

a反应容器：1L三口烧瓶

b操作：向1L三口烧瓶内加入6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑60g(0.20mol)，乙醇500ml，Pd/C(10％质量含量)3g，碳酸钠31.8g(0.3mol)，升温到回流反应6h后利用薄层色谱跟踪原料，至原料反应完全后，停止反应，送检LC主含量95.4％，原料未检出。

c后处理：反应液趁热(55℃)过硅藻土漏斗，除去过量得Pd/C和碳酸钠，收集滤液，滤液减压浓缩干后有固体析出，呈土黑色，向上述固体中加入甲苯400ml充分搅拌溶解彻底后过保温柱(硅胶50g，柱经5cm，柱温60℃)，收集柱液，柱床用甲苯300ml淋洗干净，柱液减压浓缩至大量固体析出后停止，降温到室温后置于冰箱冷冻(-20℃)3h后过滤，滤饼用冷甲苯少量淋洗抽干得类白色固体结晶粉末，烘干(60℃，5h)后重37.5g，LC显示含量98.6％，收率：86％(以6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑计)。

实施例6

按实施例5的步骤1)方法，溴素用量不变，只改变氢化钠用量收集1-溴-2萘满酮实验数据结果如下表1：

表1：定量溴素下不同重量的氢化钠生成1-溴-2萘满酮情况

从表1可以看出：1、氢化钠所用当量在0.80～1.20eq之间均可以较高收率顺利制备得到1-溴-2-萘满酮；2、氢化钠所用当量在0.95eq时为最佳料比，料比若减少则2-萘满酮反应不够彻底，转化率偏低导致收率降低；若料比加大则其他副反应加剧，导致收率反而降低。

实施例7

按实施例5的步骤1)方法，氢化钠用量不变，只改变溴素用量收集1-溴-2萘满酮实验数据结果如下表2：

表2：定量氢化钠下不同重量的溴素生成1-溴-2萘满酮情况

从表2可以看出，溴素所用当量在1.0～1.5eq之间均可以较高收率得到1-溴-2-萘满酮，最佳的溴素所用当量在1.1eq，若继续加大溴素用量，对产物收率提高没有意义。

实施例8

按实施例5的步骤2)方法，1-溴-2萘满酮不变，只改变苯肼盐用量，收集6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑实验数据如下表3：

表3：定量1-溴-2萘满酮下不同重量的苯肼盐生成6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑情况

从表3数据得出，苯肼盐所用当量在1.2eq时所得6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑收率最高，1-溴-2萘满酮得到充分得利用。

结合上述实施例5～8数据，本发明对制备合成5-氢-苯并[b]咔唑做了细致的合成数据采集，给出了理想的合成条件和物料比例情况，为其他5-氢-苯并[b]咔唑的衍生物制备提供了全新的合成思路和方法，是目前解决5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物合成困难的新合成技术方法。

本发明对所用原料2-萘满酮进行了前期修饰，使合环反应所得产物定向、可控，很好地避免了反应过程中生成混合物的结果，主要产物转化率均大于95％，极大的方便了后续纯化，产物更易分离提纯，为高效、廉价的制备5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物提供了技术保障。

本发明极大的降低了产物成本，所需原料简单、易得，为批量生产提供了可靠原材料保障，为其他类似吲哚合环实现定向合成提供了重要参考思路。

本发明反应过程温和，操控简单，转化率高，提纯容易，易于放大制备过程，所得产物纯度高，不含有同分异构体，避免后续反应纯化困难影响，能实现廉价规模化制备供应5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物。

上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims

1.一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

其中R为氢、氯、溴、碘原子。

2.根据权利要求1所述的一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物的合成方法，其特征在于，所述步骤1)具体反应步骤为：向盐水浴反应三口瓶内加入2-萘满酮和N，N-二甲基甲酰胺，搅拌使2-萘满酮溶解，并利用氩气保护，接着降温至-20℃～-15℃，分5～7次加入氢化钠，在-20℃～-15℃保温反应2h后体系变浑浊，有固体析出后继续降温到-35℃～－30℃，将溴素的N，N-二甲基甲酰胺溶液滴入上述反应体系，控制温度在-35℃～－30℃范围内滴加完毕后保温反应0.5h后自然升温到0℃，接着将反应液在搅拌条件下倒入二氯乙烷和硫代硫酸钠水溶液的混合体系中，搅拌至有机相呈淡黄色透亮后静置分液，上层水相继续用二氯乙烷提取一次后弃去，合并有机相再用水充分洗涤3到4次后用无水硫酸钠干燥，减压浓缩干有机相后加入乙醇溶解清亮后冷冻至-20℃保温2h至体系结晶出浅黄色固体，过滤，抽干得淡黄色固体，再经过40℃减压烘干得到1-溴-2萘满酮。

3.根据权利要求2所述的一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物的合成方法，其特征在于：所述步骤1)中氢化钠与2-萘满酮的摩尔比为0.95:1，所述2-萘满酮与溴素的摩尔比为1:1.1。

4.根据权利要求1所述的一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物的合成方法，其特征在于，所述步骤2)具体反应步骤为：向三口烧瓶内依次加入1-溴-2萘满酮、苯肼盐和甲苯，搅拌0.5h混合均匀，将反应体系升温到80℃后关闭加热，体系仍呈现灰白色浑浊状，从恒压滴液漏斗向反应体系滴加乙酸和三氟乙酸溶液，滴加过程有轻微放热，体系逐渐变黄色，固体逐渐减少，最后清亮，滴加完毕后继续将反应体系升温到100℃～105℃保温反应2h后利用薄层色谱跟踪1-溴-2萘满酮至反应完全，反应确认结束后向反应液中加入水，充分搅拌后静置分液，分去下层水相，上层有机相再用水洗涤三次到中性，将有机相干燥后过柱，收集柱液，柱床用甲苯淋洗干净，柱液减压浓干后得浅红色胶状物即为6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑及相关衍生物。

5.根据权利要求4所述的一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物的合成方法，其特征在于：所述步骤2)中苯肼盐为苯肼盐酸盐或苯肼盐酸盐的卤代取代物，其中1-溴-2萘满酮与苯肼盐的摩尔比为1:1.2。

6.根据权利要求1所述的一种5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物的合成方法，其特征在于，所述步骤3)具体反应步骤为：向三口烧瓶内加入6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑及相关衍生物、乙醇、钯炭催化剂和碳酸钠，升温到高于72℃，反应体系有弱回流，回流反应6h后利用薄层色谱跟踪6-溴-6,11-二氢-5-氢苯[b]并咔唑及相关衍生物至反应完全，反应液趁热过硅藻土漏斗，除去不溶的钯炭催化剂和碳酸钠，收集滤液，滤液减压浓缩干后有固体析出，呈土黄色，向上述固体中加入甲苯充分搅拌溶解彻底后过保温柱，收集柱液，柱床用甲苯淋洗干净，柱液减压浓缩至大量固体析出后停止，降温到室温后置于冰箱冷冻3h后过滤，滤饼用冷甲苯少量淋洗抽干得类白色固体结晶粉末，即5-氢-苯并[b]咔唑及相关衍生物。