4-甲基-7-芳基-2,1,3-苯并噻二唑的合成方法

郭 杰

（浙江工业大学药学院，浙江 杭州 310014）

0 引言

由于 2，1，3-苯并噻二唑（BTD）具有较强的共平面性、较强的电子亲和势、较好的稳定性和较高的氧化点位，对化合物能隙有较好的调节性[1-2]， 因此，2，1，3-苯并噻二唑被广泛作为有机共轭分子并应用于光电材料领域，在液晶、太阳能电池、离子识别材料、有机发光二极管、荧光探针等领域有着广泛的应用[3-5]。在过去几年中，有越来越多的以2，1，3-苯并噻二唑为结构基元的有机小分子材料的相关报道，在有机太阳能电池领域和有机电致发光器件中发挥了很大的作用[6]，极大地推动了有机光电材料领域的发展[7]。

1 合成路线介绍

4-甲基-7-芳基-2，1，3-苯并噻二唑是以 3-甲基苯二胺为起始原料制备的，通用方法（Scheme 1）：先将化合物1，无水二氯甲烷投入反应容器中，在冰水浴下搅拌30 min，缓慢加入三乙胺，再在0℃下缓慢滴加亚硫酰氯的无水二氯甲烷溶液，将反应在50℃下加热搅拌5 h，待反应液冷却后，加入适量水分液，取有机层，用硫酸钠固体干燥除水，减压浓缩，柱色谱提纯，得到棕色液体化合物2。将化合物2，48%的氢溴酸投入反应容器中，加入液溴的氢溴酸溶液，在120℃下加热回流16 h，待反应液冷却后，加碳酸钠饱和溶液中和反应液，用二氯甲烷萃取，用硫酸钠固体干燥除水，减压浓缩，柱色谱提纯，得到黄色固体化合物3。将化合物3，芳基硼酸，四三苯基膦钯，氟化铯投入反应容器中，加入1，4-二氧六环，反应在120℃下加热回流18 h，待反应液冷却后，加适量水稀释反应液，用乙酸乙酯萃取，用硫酸钠固体干燥除水，减压浓缩，柱色谱提纯，得到化合物4。

2 实验部分

2.1 仪器及试剂

Scheme 1 4-甲基-7-芳基-2，1，3-苯并噻二唑合成路线

熔点用SGWRX-4B熔点仪测定，核磁共振仪为Bruker Model AvanceⅢ500 MHz，以TMS为内标。CDCL3和DMSO-d6作为常用的氘代试剂。薄层色谱使用薄层硅胶板（TLC，烟台江友硅胶），柱层析使用200～300目柱层析硅胶（青岛海洋化工）。所用试剂均为分析级。

2.2 实验操作

2.2.1 4-甲基-2，1，3-苯并噻二唑（2）的合成

取500 mL圆底烧瓶，称取3-甲基苯二胺（10.0 g， 82.0 mmol），无水二氯甲烷（250 mL）加入圆底烧瓶中，在冰水浴下搅拌30 min，缓慢加入三乙胺（45.5 mL， 327.9 mmol），再在 0 ℃下缓慢滴加亚硫酰氯（11.9 mL，163.9 mmol）的无水二氯甲烷溶液（50 mL），将反应在50℃下加热搅拌5 h，待反应液冷却后，加入水（3×200 mL）分液 3次，取有机层，用无水Na2SO4固体干燥，减压浓缩，柱色谱提纯 （PE/EtOAc=10：1），得到棕色液体化合物 2，11.1 g （90%）。

2.2.2 4-溴-7-甲基-2,1，3-苯并噻二唑 （3）的合成

将化合物 2（11.1 mL， 73.8 mmol）和 48%的氢溴酸（250 mL）加入500 mL圆底烧瓶，再加入液溴（3.8 mL，74 mmol）的氢溴酸溶液（50 mL），在120℃下加热回流16 h，待反应液冷却后，加碳酸钠饱和溶液中和反应液，用二氯甲烷 （3×200 mL）萃取3次，取有机层，用无水Na2SO4固体干燥，减压浓缩，柱色谱提纯 （PE/EtOAc=30∶1），得到黄色固体化合物 3，15.5 g（92%）。1H NMR（500 MHz， CDCl3） δ7.74（d， J=7.3 Hz， 1H），7.26（dd， J=7.3，1.3 Hz， 1H），2.71（s，2H）.

4-Methyl-7-bromo-2，1，3-benzothiadiazole[8]：1H NMR （500 MHz， CDCl3） δ 7.74 （d， J=7.3 Hz，1H），7.26 （dd，J=7.3，1.3 Hz，1H），2.71（s， 2H）.

2.2.3 4-甲基-7-芳基-2，1，3-苯并噻二唑（4）的合成

称取化合物3 （1.1 g，5.0 mmol）、 芳基硼酸（6.0 mmol）、四三苯基膦钯（577.5 mg， 0.5 mmol）、氟化铯 （1.5 g，10.0 mmol） 置于100 mL耐压管中，加入 1，4-二氧六环（30 mL），反应在 120 ℃下加热回流18 h，待反应液冷却后，加水（100 mL）稀释反应液，用乙酸乙酯（3×50 mL）萃取 3次，取有机层，用硫酸钠固体干燥，减压浓缩，柱色谱提纯 （PE/EtOAc=30∶1），得到化合物 4。具体收率见Scheme 2。

4-methyl-7-phenyl-2，1，3-benzothiadiazole （4a）：1H NMR （500 MHz， CDCl3） δ 7.92（d，J=7.0 Hz， 2H）， 7.62 （d， J=7.0 Hz， 1H），7.54 （t， J=7.7 Hz， 2H）， 7.48～7.43 （m， 2H），2.80 （d， J=1.1 Hz， 3H）.13C NMR （126 MHz，CDCl3） δ 156.02， 153.50， 137.64， 131.97，130.62， 129.10， 128.56， 128.34， 128.06， 128.00，17.96 （two sp2signal were not observed because of overlapping）.

4-methyl-7-（4-methyl）phenyl-2,1，3-benzothiadiazole （4b）： 1H NMR （500 MHz，CDCl3）δ 7.82 （d， J=8.2 Hz，2H），7.60 （d， J=7.0 Hz， 1H）， 7.44 （dd， J=7.0， 1.2 Hz， 1H），7.37 ～7.33 （m， 2H）， 2.79 （d， J=1.3 Hz， 3H），2.46 （s， 3H）.13C NMR （126 MHz， CDCl3） δ 156.01， 153.58， 137.94， 134.75， 131.97， 130.22，129.27， 128.95， 128.36， 127.57， 21.26， 17.92（two sp2signal were not observed because of overlapping）.

4-methyl-7-（4-chloro）phenyl-2，1，3-benzothiadiazole（4c）：1H NMR （500 MHz， CDCl3）δ 7.87 （d， J=8.6 Hz， 2H）， 7.60 （d， J=7.0 Hz，1H），7.50 （d，J=8.6 Hz，2H），7.45 （dd，J=7.1， 1.2 Hz，1H），2.80 （d，J=1.1 Hz， 3H）.13C NMR （126 MHz， CDCl3） δ 156.00， 153.24，135.99， 134.09， 131.10， 130.63， 130.32， 128.74，128.28， 127.92， 17.98（two sp2signal were not observed because ofoverlapping）.

Scheme 2 化合物4底物拓展

4-methyl-7-（4-fluoro）phenyl-2，1，3-benzothiadiazole（4d）：1H NMR （500 MHz，CDCl3）δ7.90 （dd，J=8.7，5.5 Hz，2H），7.58 （d，J=7.0 Hz， 1H）， 7.45 （dd， J=7.1， 1.2 Hz， 1H），7.22 （t，J=8.7 Hz，2H），2.80 （d，J=1.1 Hz，3H）.13C NMR （126 MHz， CDCl3） δ 162.72 （JC-F=247.8 Hz），155.99，153.39，133.64 （JC-F=3.3 Hz）， 130.86， 130.74 （JC-F=8.1 Hz）， 130.74，128.30， 127.83， 115.50 （JC-F=21.4 Hz）， 17.94（two sp2signal were not observed because of overlapping）.

4-methyl-7-（4-methoxy）phenyl-2，1，3-benzothiadiazole（4e）：1H NMR （500 MHz， CDCl3） δ 7.88 （d， J=8.8 Hz， 2H）， 7.56 （d， J=7.1 Hz，1H），7.42 （dd，J=7.0，1.2 Hz，1H），7.07（d，J=8.8 Hz，2H）， 3.90 （s，3H），2.78 （d，J=1.1 Hz， 3H）.13C NMR （126 MHz， CDCl3） δ 159.57， 156.01， 153.54， 131.52， 130.20， 130.10，129.84， 128.38， 127.13， 114.01， 55.35， 17.87（two sp2signal were not observed because of overlapping）.

4-methyl-7-（2-chloro）phenyl-2，1，3-benzothiadiazole（4f）：1H NMR （500 MHz， CDCl3）δ 7.59～7.56 （m， 1H）， 7.53 （d， J=6.9 Hz， 1H），7.51～7.49 （m， 1H），7.47 （dd，J=7.0，1.2 Hz，1H）， 7.42～7.39 （m， 2H）， 2.82 （d， J=1.1 Hz，3H）.13C NMR （126 MHz， CDCl3）δ155.41，153.66， 136.55， 133.49， 131.91， 131.51， 130.04，129.98， 129.95， 129.45，127.81，126.69，18.00.

4-methyl-7-（2-methoxy）phenyl-2，1，3-benzothiadiazole（4g）：1H NMR （500 MHz， CDCl3）δ7.57 （d，J=6.9 Hz，1H），7.51 （dd，J=7.5，1.8 Hz，1H），7.45 （dddd，J=7.4，6.1，4.7，1.8 Hz， 2H）， 7.15～7.07 （m， 2H）， 3.79 （s， 3H），2.80 （d， J=1.2 Hz， 3H）.13C NMR （126 MHz，CDCl3） δ 157.02， 155.57， 154.15， 131.57，130.47， 129.83， 129.56， 129.40， 128.06， 126.73，120.62， 111.46， 55.66， 17.94.

4-methyl-7-（2-trifluoromethyl）phenyl-2，1，3-benzothiadiazole（4h）：1H NMR （500 MHz，CDCl3） δ 7.86 （d， J=8.5 Hz， 1H）， 7.67 （td， J=7.5， 0.9 Hz， 1H）， 7.59 （t， J=7.7 Hz， 1H），7.47 （d， J=7.6 Hz，1H），7.44 （s， 2H）， 2.82（s， 3H）.13C NMR （126 MHz， CDCl3） δ 155.14，154.32， 136.44， 132.38， 131.54， 131.36， 129.82，129.62， 129.20， 128.27， 127.61， 126.42 （JC-F=5.0 Hz），124.02 （JC-F=273.6 Hz），17.97.

4-methyl-7-（3-methoxy）phenyl-2，1，3-benzothiadiazole（4i）：1H NMR （500 MHz，CDCl3）δ7.63 （d， J=7.0 Hz， 1H）， 7.52 ～7.48 （m，2H），7.48 ～7.42 （m，2H），7.02 ～6.98 （m， 1H），3.91（s， 3H）， 2.80 （d， J=1.1 Hz， 3H）.13C NMR（126 MHz， CDCl3） δ159.71， 156.02， 153.46，138.97，131.78， 130.76，129.53， 128.30，128.03，121.53，114.99，113.51，55.36，17.97.

4-methyl-7-（3-methoxycarbonyl）phenyl-2，1，3-benzothiadiazole（4j）：1H NMR （500 MHz，CDCl3） δ8.57 （t， J=1.8 Hz， 1H）， 8.16 （d， J=7.9 Hz， 1H），8.11（d，J=7.9 Hz， 1H），7.66 （d，J=7.0 Hz， 1H）， 7.60 （t， J=7.8 Hz， 1H）， 7.46（dd， J=7.0， 1.2 Hz， 1H）， 3.97 （s， 3H）， 2.80（d， J=1.1 Hz， 3H）.13C NMR （126 MHz， CDCl3）δ 167.01， 155.98， 153.27， 137.89， 133.58，131.28， 130.79， 130.56， 130.10， 129.09， 128.63，128.28，52.25， 17.99.

3 结论

本文探索了一条制备4-甲基-7-芳基-2,1，3-苯并噻二唑的合成工艺路线，以3-甲基苯二胺为起始原料，分子内合环得到4-甲基-2，1，3-苯并噻二唑，再经溴代反应得到4-甲基-7-溴-2,1，3-苯并噻二唑，再与苯硼酸发生Suzuki偶联反应得到4-甲基-7-芳基-2，1，3-苯并噻二唑。通过该路线最终得到了15种含有不同取代基4-甲基-7-芳基-2，1，3-苯并噻二唑的衍生物，且收率良好，对光电材料的合成提供了新的前提物质和合成思路，具有良好的工业应用前景。