CN111039849A - 一种含有咔唑环类化合物的制备方法 - Google Patents

一种含有咔唑环类化合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含有咔唑环类化合物的制备方法,所述制备方法包括:式I‑1所示化合物在有机溶剂中,以三苯基膦为还原剂,在金属和/或金属盐存在的情况下,反应生成式I所示化合物。在本发明中,以三苯基膦为还原剂,在所述共还原剂的配合下,利用硝基化合物反应制备咔唑环类化合物,减少了三苯基膦的用量,减少了危险固废产生量,后处理容易,并且在保证具有高的产物收率的同时,可以大幅降低反应温度以及反应的时间。

Description

一种含有咔唑环类化合物的制备方法
技术领域
本发明属于有机材料合成技术领域,涉及一种含有咔唑环类化合物的制备方法。
背景技术
含有咔唑环类的有机化合物,作为一个重要的中间体,广泛应用于医药、农药及有机电子材料中。
现有技术中已经公开了一些咔唑环类化合物的制备方法,例如US2013/303524中公开了在邻二氯苯中,原料和三苯基邻进行反应,生成2-氟代咔唑,反应式如下:
Figure BDA0002338271850000012
但是反应温度高达175℃,反应时间8小时,反应收率89%。
CN104447505中公开了如下反应:
Figure BDA0002338271850000011
在该反应中,原料和亚磷酸三乙酯在甲苯中回流反应10小时,制备得到2-苯基咔唑,收率77%。
如上这些现有技术中,采用硝基化合物在邻二氯苯中和三苯基膦反应,三苯基膦的用量为硝基化合物2倍以上(物质量的比),存在以下弊端:
(1)副产大量三苯基氧膦,为危险固废,处理麻烦。(2)在邻二氯苯中需要回流反应,温度较高、反应时间较长。
因此,在本领域中,期望开发一种危险固废少、可以降低反应温度的咔唑环类化合物的制备方法。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种含有咔唑环类化合物的制备方法。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一方面,本发明提供一种含有咔唑环类化合物的制备方法,所述制备方法包括:
式I-1所示化合物在有机溶剂中,以三苯基膦为还原剂,在金属和/或金属盐存在的情况下,反应生成式I所示化合物,反应式如下:
Figure BDA0002338271850000021
其中R1、R2和R3独立地选自氢、卤素、烷基、芳基或者是与所在苯环形成稠合芳香环的基团中的任意一种或至少两种的组合,m、n和X为0或1。
在本发明中,通过在反应中使用金属和/或金属卤化物为共还原剂,可以减少三苯基膦的用量,并且能够在较低的反应温度下进行反应,并可以将反应时间缩短。
优选地,所述烷基为C1-C5(例如C1、C2、C3、C4或C5)的烷基,具体实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、戊基等。
优选地,所述芳基为C6-C18(例如C6、C7、C8、C9、C10、C12、C13、C15、C17或C18)的芳基,优选苯基、联苯基或萘基。
优选地,当n=1时,m=1。
优选地,所述金属为Fe、Mg、Al或Zn中的任意一种。
所述金属盐为金属卤化物、金属的硫酸盐、金属的硝酸盐或金属的醋酸盐中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述金属卤化物为Fe、Mg、Al或Zn的氯化物或溴化物。
优选地,所述金属的硫酸盐为Fe、Mg、Al或Zn的硫酸盐。
优选地,所述金属的硝酸盐为Fe、Mg、Al或Zn的硝酸盐。
优选地,所述金属的醋酸盐为Fe、Mg、Al或Zn的醋酸盐。
优选地,所述三苯基膦与式I-1所示化合物的摩尔比为0.5-1:1,例如0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1或1:1。在本发明中减少了三苯基膦的用量,使得危险固废减少,后处理方便且安全。
优选地,所述共还原剂与式I-1所示化合物的摩尔比为1-3:1,例如1:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1、2:1、2.2:1、2.5:1、2.8:1或3:1。
优选地,所述反应在金属和金属盐共同存在下进行。
优选地,当反应在金属和金属盐共同存在下进行时,所述金属和金属盐的摩尔比为1:0.05-0.1,例如1:0.05、1:0.06、1:0.065、1:0.07、1:0.075、1:0.08、1:0.085、1:0.09、1:0.095或1:0.1。
在本发明中反应在金属和金属盐共同存在下进行,更有利于反应在较低温度下得到较高的收率。
在本发明中,所述反应使用的溶剂只要是不与反应原料发生化学反应的溶剂均可,优选地,所述反应的溶剂为邻二氯苯或甲苯。
优选地,所述反应的温度为80-180℃,例如80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃,虽然本发明的反应也能在较高的温度下进行,例如在180℃下也能得到较高的收率,但是本发明更大的优势是在较低温度下也能顺利反应,并得到较高的收率,因此本发明所述反应温度优选80-110℃。
优选地,所述反应的时间为3-20小时,例如3小时、5小时、8小时、10小时、12小时、14小时、16小时、18小时或20小时,优选3-12小时。
作为本发明的优选技术方案,所述咔唑环类化合物的制备方法具体包括以下步骤:
式I-1所示化合物在有机溶剂中,以三苯基膦为还原剂,在金属和/或金属盐存在的情况下,其中所述三苯基膦与式I-1所示化合物的摩尔比为0.5-1:1,所述金属和/或金属盐与式I-1所示化合物的摩尔比为1-3:1,在80-180℃的温度下反应3-20小时,生成式I所示化合物。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
在本发明中,以三苯基膦为还原剂,在所述共还原剂的配合下,利用硝基化合物反应制备咔唑环类化合物,减少了三苯基膦的用量,减少了危险固废产生量,后处理容易,并且在保证具有高的产物收率的同时,可以大幅降低反应温度以及反应的时间。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中,提供了2-氟咔唑的制备方法,反应式如下:
Figure BDA0002338271850000051
100毫升三口瓶中,加入50毫升邻二氯苯,2.17克(0.01mol)4-氟-2-硝基-1,1'-联苯,2.62克(0.01mol)三苯基膦,1.12克(0.02mol)铁粉加热至177℃回流20小时,趁热过滤,母液减压浓缩至干,所得到固体研磨后,用甲醇洗涤,过滤除去甲醇后,将所得到的固体硅胶柱层析分离,石油醚:乙酸乙酯:二氯甲烷=8:1:1(体积比)洗脱,得到产品2-氟咔唑1.70克,收率91.9%,用BRUKER生产的solariX XR质谱仪对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例2
与实施例1相比,区别仅在于,加入铁粉后反应温度保持在110℃反应20小时,得到产品2-氟咔唑1.71克,收率92.4%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例3
与实施例1相比,区别仅在于,将反应溶剂换成甲苯,将反应温度保持在106℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.75克,收率94.6%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例4
与实施例3相比,区别仅在于,加入铁粉的同时向反应体系中加入0.13克(0.001mol)FeCl2,反应温度保持在80℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.77克,收率95.7%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例5
与实施例4相比,区别仅在于,将其中的Fe换成等摩尔的Zn,将其中的FeCl2换成等摩尔的ZnCl2,反应温度保持在80℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.73克,收率93.5%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例6
与实施例4相比,区别仅在于,将其中的Fe换成等摩尔的Mg,将其中的FeCl2换成等摩尔的MgCl2,反应温度保持在80℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.74克,收率94.1%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例7
与实施例4相比,区别仅在于,将其中的FeCl2换成等摩尔的硫酸亚铁,反应温度保持在80℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.76克,收率95.1%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例8
与实施例4相比,区别仅在于,将其中的FeCl2换成等摩尔的醋酸亚铁,反应温度保持在80℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.71克,收率92.4%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例9
与实施例4相比,区别仅在于,将其中的FeCl2换成等摩尔的FeBr2,反应温度保持在80℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.76克,收率95.1%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例10
与实施例5相比,区别仅在于,将其中的ZnCl2换成等摩尔的硝酸锌,反应温度保持在80℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.69克,收率91.4%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例11
与实施例4相比,区别仅在于,将其中的FeCl2的量变为0.0008mol,反应温度保持在80℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.56克,收率84.3%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例12
与实施例4相比,区别仅在于,将其中的FeCl2的量变为0.0012mol,反应温度保持在80℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.77克,收率95.6%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例13
与实施例4相比,区别仅在于,将其中的FeCl2的量变为0.0015mol,反应温度保持在80℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.77克,收率95.6%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例14
与实施例4相比,区别仅在于,将其中的FeCl2的量变为0.002mol,反应温度保持在80℃反应10小时,得到产品2-氟咔唑1.76克,收率95.1%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
实施例15
在本实施例中,提供了2-苯基咔唑的制备方法,反应式如下:
Figure BDA0002338271850000071
100毫升三口瓶中,加入50毫升甲苯,2.75克(0.01mol)4-苯基-2-硝基-1,1'-联苯,2.62克(0.01mol)三苯基膦,1.12克(0.02mol)铁粉,加热至106℃反应10小时,趁热过滤,母液减压浓缩至干,所得到固体研磨后,用甲醇洗涤,过滤除去甲醇后,将所得到的固体硅胶柱层析分离,石油醚:乙酸乙酯=9:1(体积比)洗脱,得到产品2-苯基咔唑2.26克,收率93.0%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为243。
实施例16
在本实施例中,提供了5,11-二氢吲哚并[3,2-b]咔唑的制备方法,反应式如下:
Figure BDA0002338271850000081
500毫升三口瓶中,加入300毫升甲苯,3.2克(0.01mol)2',5'-二硝基-1,1':4',1”-三联苯,2.62克(0.01mol)三苯基膦,1.12克(0.02mol)铁粉,加热至106℃反应12小时,趁热过滤,母液减压浓缩至干,所得到固体研磨后,用甲醇洗涤,过滤除去甲醇后,将所得到的固体硅胶柱层析分离,石油醚:二氯甲烷=8:2(体积比)洗脱,得到产品5,11-二氢吲哚并[3,2-b]咔唑2.11克,收率82.4%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为256。
实施例17
在本实施例中,提供了7H-苯并[c]咔唑的制备方法,反应式如下:
Figure BDA0002338271850000082
250毫升三口瓶中,加入60毫升甲苯,2.49克(0.01mol)2-硝基-1-苯基萘,2.62克(0.01mol)三苯基膦,1.12克(0.02mol)铁粉,加热至106℃反应10小时,趁热过滤,母液减压浓缩至干,所得到固体研磨后,用甲醇洗涤,过滤除去甲醇后,将所得到的固体硅胶柱层析分离,石油醚:二氯甲烷=9:1(体积比)洗脱,得到产品7H-苯并[c]咔唑2.12克,收率97.7%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为217。
实施例18
与实施例3相比,只是将反应温度变为80℃,得到产品2-氟咔唑1.36克,收率73.5%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
对比例1
在该对比例中提供了2-氟咔唑的制备方法,具体包括以下步骤:
100毫升三口瓶中,加入50毫升邻二氯苯,2.17克(0.01mol)4-氟-2-硝基-1,1'-联苯,6.55克(0.025mol)三苯基膦,加热至177℃回流20小时,将其中的邻二氯苯减压浓缩至干,所得到固体研磨后,用甲醇洗涤,过滤除去甲醇后,将所得到的固体硅胶柱层析分离,石油醚:乙酸乙酯:二氯甲烷=8:1:1(体积比)洗脱,得到产品2-氟咔唑1.63克,收率88.1%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
对比例2
与对比例1不同之处仅在于,将其中的三苯基膦用量变为5.24克(0.02mol),得到产品2-氟咔唑1.33克,收率71.9%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
对比例3
与对比例1不同之处仅在于,将其中的三苯基膦用量变为2.62克(0.01mol),得到产品2-氟咔唑0.18克,收率9.73%,用BRUKER生产的solariX XR对产品进行检测,确定产品分子量为185。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的含有咔唑环类化合物的制备方法,但本发明并不局限于上述实施例,即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种含有咔唑环类化合物的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
式I-1所示化合物在有机溶剂中,以三苯基膦为还原剂,在金属和/或金属盐存在的情况下,反应生成式I所示化合物,反应式如下:
Figure FDA0002338271840000011
其中R1、R2和R3独立地选自氢、卤素、烷基、芳基或者是与所在苯环形成稠合芳香环的基团中的任意一种或至少两种的组合,m和n为0或1。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述烷基为C1-C5的烷基;
优选地,所述芳基为C6-C18的芳基,优选苯基、联苯基或萘基;
优选地,当n=1时,m=1;
优选地,所述金属为Fe、Mg、Al或Zn中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述金属盐为金属卤化物、金属的硫酸盐、金属的硝酸盐或金属的醋酸盐中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述金属卤化物为Fe、Mg、Al或Zn的氯化物或溴化物;
优选地,所述金属的硫酸盐为Fe、Mg、Al或Zn的硫酸盐;
优选地,所述金属的硝酸盐为Fe、Mg、Al或Zn的硝酸盐;
优选地,所述金属的醋酸盐为Fe、Mg、Al或Zn的醋酸盐。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述三苯基膦与式I-1所示化合物的摩尔比为0.5-1:1。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述金属和/或金属盐与式I-1所示化合物的摩尔比为1-3:1。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述反应在金属和金属盐共同存在下进行。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法,其特征在于,当反应在金属和金属盐共同存在下进行时,所述金属和金属盐的摩尔比为1:0.05-0.1。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述反应的溶剂为邻二氯苯或甲苯。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述反应的温度为80-180℃,优选80-110℃;
优选地,所述反应的时间为3-20小时,优选3-12小时。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述咔唑环类化合物的制备方法具体包括以下步骤:
式I-1所示化合物在有机溶剂中,以三苯基膦为还原剂,在金属和/或金属盐存在的情况下,其中所述三苯基膦与式I-1所示化合物的摩尔比为0.5-1:1,所述金属和/或金属盐与式I-1所示化合物的摩尔比为1-3:1,在80-180℃的温度下反应3-20小时,生成式I所示化合物。
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