咔唑及其衍生物的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种咔唑及其衍生物的合成方法，该合成方法经过N取代反应、乙烯基化反应、脱去R2基团及烯烃闭环复分解反应得到咔唑及其衍生物。本发明专利技术所述咔唑及其衍生物的合成方法，可以根据原料吲哚环上的取代基合成各种咔唑的衍生物，并且咔唑的N上没有取代基，可以根据需要作为中间体进行下一步合成。同时本发明专利技术使用来源丰富的原料合成咔唑及其衍生物，满足咔唑及其衍生物巨大的需求量要求。另外，本发明专利技术的合成路线简单，反应条件易控制并且容易实现，产物收率高，具有很强的实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机合成领域，特别涉及一种咔唑及其衍生物的合成方法。
技术介绍
咔唑又名二苯并吡咯，天然的存在于煤焦油中，是一种重要的有机合成中间体和化工原料。其传统用途是用于合成染料和颜料，例如：用于生产硫化染料海昌蓝、四溴海昌蓝和永固紫RL等。最新的研究发现，在咔唑分子特定位置引入各种取代基团或官能团对咔唑进行化学修饰，可以获得多类结构新颖的咔唑衍生物，目前已有多个被当作药物或药物中间体加以开发，如3-乙酰氨基咔唑、溴代咔唑和4-羟基咔唑显示出一定的生物活性，因此，它们在医药领域的应用也备受关注。此外，咔唑及其衍生物具有强给电子性，使它们具有良好的空穴传输能力，在有机分子电子器件领域有着广泛的应用。例如，聚N-乙烯基咔唑就是一种良好的导电聚合物，被广泛用于静电复印和激光打印等行业。在新一代显示器-有机电致发光二极管(OLED)中，含咔唑核的聚合物也发挥着重要的作用。咔唑主要是从煤焦油中提出获得。近年来，随着研究和生产需求的不断增长，对咔唑及其衍生物的需求量呈逐年上升的趋势，传统方法合成的化合物虽然比较经济，但是产品单一，不能满足多样性需要。1980年以前，我国的咔唑年提取量仅200吨/年，其中100吨被用于生产海昌蓝，100吨出口到日本用于合成N-乙烯基咔唑和聚N-乙烯基咔唑。九十年代以后，我国兴起了生产有机颜料永固紫RL的热潮，咔唑的用量随之增加，故提取量也随之增加。目前，我国永固紫RL的年产量已增长到3000吨/年，对咔唑需求量越来越大。因此，发展合成咔唑的简便方法，使其能大规模应用于工业，对于以咔唑为核心的医药、染料、化工颜料、光电导体和感光材料等领域的发展具有重大意义。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术的专利技术目的是提供一种咔唑及其衍生物的合成方法，该方法简便，能丰富合成的咔唑及其衍生物种类，并且大规模应用于工业。所述技术方案如下：一种咔唑及其衍生物的合成方法，其步骤包括：S1.合成结构如式(1)所示的化合物：S2.将结构如式(1)所示的化合物与X-R2进行N取代反应，得到结构如式(2)所示的化合物：S3.将结构如式(2)所示的化合物进行乙烯基化反应得到结构如式(3)所示的化合物：S4.将结构如式(3)所示的化合物脱去R2基团，得到结构如式(4)所示的化合物:S5.将结构如式(4)所示的化合物进行烯烃闭环复分解反应，得到结构如式(5)所示的咔唑及其衍生物：其中，其中，R1选自氢、卤素、烷基、烷氧基、苄氧基、苯基、氨基、二甲胺基，三氟甲基；R2为嘧啶基或具有取代基的嘧啶基；X为Cl、Br中的一种。优选的，R1选自氢、卤素、C1-C5的烷基、C1-C5的烷氧基；更进一步优选的，R1选自氢、卤素、C1-C3的烷基、C1-C3的烷氧基；最优选的，R1为氢。优选的，R2为嘧啶基，X为Cl。优选的，所述步骤S1中，结构如式(1)所示的化合物是将结构如式(6)所示化合物、结构如式(7)所示的化合物、1,4-二氢吡啶酯以及铟粉在溶剂中加热至40～80℃后反应得到的，更优选为50℃；上述合成结构如式(1)所示的化合物的具体步骤，本领域技术人员可以参考文献(QuentinA.Huchet,BerndKuhn,Bjo″rnWagner,NicoleA.Kratochwil,HolgerFischer,ManfredKansy,DanielZimmerli,ErickM.Carreira,KlausMu″ller,J.Med.Chem.2015,58,9041-9060.)，也可以选择其他方式合成结构如式(1)所示的化合物。更优选的，以THF(四氢呋喃)和水的混合溶剂作为第一溶剂，将摩尔比为1:2:1:1.4的结构如式(6)所示化合物、结构如式(7)所示的化合物、1,4-二氢吡啶酯以及铟粉在THF和水的混合溶剂中加热至50℃后反应，用TLC(薄层层析色谱法)检测反应完全(一般需要16-24小时)后，用EA(乙酸乙酯)萃取，并且用硅胶柱层析分离纯化得到结构如式(1)所示的化合物，纯化条件可以由本领域技术人员通过实验确定，本专利技术优选的流动相体积比V(石油醚)：V(乙酸乙酯)＝15:1。第一溶剂中THF和水混合的比例以反应物能够溶解为准，本专利技术优选采用THF和水按照体积比1:1混合。本专利技术步骤S2中的R2为导向基团，用于定位步骤S3中乙烯基化反应的反应位点，本领域技术人员可以根据常识选择其他基团。优选的，所述R2为嘧啶基。优选的，所述步骤S2中，将结构如式(1)所示的化合物、2-氯嘧啶与强碱混合在0～130℃的第二溶剂中反应得到结构如式(2)所示的化合物。所述强碱优选为NaH，结构如式(1)所示的化合物、2-氯嘧啶与强碱的摩尔比优选为1:(1～1.2):1，第二溶剂优选为DMF(N,N-二甲基甲酰胺)。反应结束后用水和EA进行分液萃取，再将有机相洗涤(优选用饱和食盐水洗涤)、干燥(优选用无水硫酸镁干燥)后用硅胶柱层析法进行纯化得到，纯化条件可以由本领域技术人员通过实验确定，本专利技术优选的流动相体积比V(石油醚)：V(乙酸乙酯)＝8:1。优选的，所述步骤S3中，将结构如式(2)所示的化合物在铑催化作用下，与乙酸银、三氟乙烯基硼酸钾混合，在第三溶剂中空气中进行乙烯基化反应。作为本领域技术人员公知的，铑催化的乙烯基化反应过程中需要在氧气存在下进行，考虑到纯氧气的安全性不易掌握，本专利技术优选是在空气气氛下进行。更优选的，所述铑催化剂为[RhCp*Cl2]2。步骤S3中的第三溶剂优选为甲醇和TFE(三氟乙醇)混合溶剂，体积比优选为1:1。加入结构如式(2)所示的化合物、乙酸银、三氟乙烯基硼酸钾的摩尔比优选为1:(1.2～3.0):(1.2～3.0)，更优选为1:1.5:1.5，反应温度为40～50℃，用TLC检测反应完全后，用硅胶柱层析分离纯化得到结构如式(3)所示的化合物。纯化条件可以由本领域技术人员通过实验确定，本专利技术优选的流动相体积比V(石油醚)：V(乙酸乙酯)＝8:1。该乙烯基化反应也可以在铑催化剂的基础上选择其他反应条件，参考文献(周俊.铑催化的吡啶直接官能团化及芳烃乙烯基化[D].浙江大学,2014.)。优选的，所述步骤S4中，将结构如式(3)所示的化合物在含有醇钠的第四溶剂中加热至90～130℃反应即可脱去R2基团。所述醇钠可以为乙醇钠，第四溶剂可以为DMSO(二甲基亚砜)，加入醇钠的摩尔量为结构如式(3)所示的化合物的3～5倍。反应完成后用EA萃取，并用硅胶柱层析分离纯化得到结构如式(4)所示的化合物，纯化条件可以由本领域技术人员通过实验确定，本专利技术优选的流动相体积比V(石油醚)：V(乙酸乙酯)＝15:1。优选的，所述步骤S5中，将结构如式(4)所示的化合物在第二代格拉布催化剂作用下进行烯烃闭环复分解反应。所述第二代格拉布催化剂(Grubbs-II)的CAS号为：246047-72-3。该烯烃闭环复分解反应可以根据反应物的溶解性选择溶剂，本专利技术优选为甲苯，反应温度为50～80℃，更优选为60℃。用TLC检测反应完全后，用EA萃取，并且用硅胶柱层析分离纯化得到所述咔唑及其衍生物，纯化条件可以由本领域技术人员通过实验确定，本专利技术优选的流动相体积比V(石油醚)：V(乙酸乙酯)＝3:1。本专利技术合成咔唑及其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种咔唑及其衍生物的合成方法，其特征在于：其步骤包括：S1.合成结构如式(1)所示的化合物：S2.将结构如式(1)所示的化合物与X‑R2进行N取代反应，得到结构如式(2)所示的化合物：S3.将结构如式(2)所示的化合物进行乙烯基化反应得到结构如式(3)所示的化合物：S4.将结构如式(3)所示的化合物脱去R2基团，得到结构如式(4)所示的化合物:S5.将结构如式(4)所示的化合物进行烯烃闭环复分解反应，得到结构如式(5)所示的咔唑及其衍生物：其中，R1选自氢、卤素、烷基、烷氧基、苄氧基、氰基、氨基、三氟甲基、R2为嘧啶基或具有取代基的嘧啶基；X为Cl、Br中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种咔唑及其衍生物的合成方法，其特征在于：其步骤包括：S1.合成结构如式(1)所示的化合物：S2.将结构如式(1)所示的化合物与X-R2进行N取代反应，得到结构如式(2)所示的化合物：S3.将结构如式(2)所示的化合物进行乙烯基化反应得到结构如式(3)所示的化合物：S4.将结构如式(3)所示的化合物脱去R2基团，得到结构如式(4)所示的化合物:S5.将结构如式(4)所示的化合物进行烯烃闭环复分解反应，得到结构如式(5)所示的咔唑及其衍生物：其中，R1选自氢、卤素、烷基、烷氧基、苄氧基、氰基、氨基、三氟甲基、R2为嘧啶基或具有取代基的嘧啶基；X为Cl、Br中的一种。2.根据权利要求1所述咔唑及其衍生物的合成方法，其特征在于：所述步骤S1中，结构如式(1)所示的化合物是将结构如式(6)所示化合物、结构如式(7)所示的化合物、1,4-二氢吡啶酯以及铟粉在第一溶剂中加热至40～80℃后反应得到的；3.根据权利要求1所述咔唑及其衍生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，谢浩浩，张玉敏，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42