溴咔唑衍生物的制备及其性能研究进展*

皮华春，王 静，王海洋，姜 辉，金 丹，王艳慧，张亮亮

(1 中国中钢集团有限公司科技创新部，北京 100080；2 中钢集团鞍山热能研究院有限公司，煤焦油系新型材料制备技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 鞍山 114044)

咔唑及其衍生物分子内电子转移较强且共轭体系较大，是重要的含氮芳香杂环化合物[1]。由于有较好的热稳定性和光稳定性，以及较强的空穴传输能力，在有机光电材料、空穴传输材料、医药合成等方面有着广泛应用[2]。咔唑及其衍生物因其特殊的电学，电化学和光物理性质和热稳定性而被研究[3]。咔唑类化合物原材料易得，合成方法较简便，适用于各种大型生产，而且在新型能源和药物合成等方面都具有重要作用，因此很多科研工作者广泛研究。

溴代咔唑是有机光导材料和医药的重要中间体[4]。溴咔唑可在有机电致发光器件中作为空穴传输层，降低了小分子材料的结晶，提高了器件寿命。同时，增加了电子空穴复合的机会，提高了器件的发光效率[5]，咔唑上取代基位置不同会影响其电子效应，进而影响其空穴传输能力[6-7]，因此溴代咔唑已广泛用于光电材料、染料、药物和分子识别[8]。

本文基于溴咔唑优良的光学及药理学等特征，选取其中应用较广泛的溴代咔唑对其进行合成、性能及应用研究。

1 溴咔唑及其衍生物的合成

1.1 1-溴咔唑的合成

2016年，杨振强课题组[9]以3,6-二叔丁基咔唑为起始原料，经过溴化反应合成1-溴-3,6-二叔丁基咔唑，在三氯化铝和异丙醇条件下脱去叔丁基，经碱处理、纯化合成了1-溴咔唑。

2017年，田会强课题组[10]以邻溴苯胺和邻溴碘苯为原料，进行乌尔曼偶联反应，得到中间体二-(2-溴苯基)胺；将中间体在钯催化剂作用下进行关环反应得到1-溴咔唑。

1.2 2-溴咔唑的合成

2014年，赵晓宇课题组[11]利用二氯甲烷为溶剂，亚硝酸叔丁酯为重氮化试剂，使邻硝基苯胺重氮化与溴苯偶联反应，制备出中间体4-溴-2′-硝基联苯；向4-溴-2′-硝基联苯中加入足够多亚磷酸三乙酯，使4-溴-2′-硝基联苯和亚磷酸三乙酯发生关环反应，待关环反应结束后，再加入足量盐酸破坏未反应完的亚磷酸三乙酯，最后经过过滤、干燥，得到2-溴咔唑。

2014年，黄开勋课题组[12]取邻碘硝基苯，4-溴苯硼酸，碳酸钾加入DME/水溶液中并脱气，在氮气保护下加入Pd(PPh3)4反应、回流，降至室温，有机相用无水硫酸钠干燥并真空蒸馏，所得黄色油状物使用乙酸乙酯/己烷通过硅胶柱分离得到4-溴-2-硝基联苯；将4-溴-2-硝基联苯、亚磷酸三乙酯和邻二氯苯，在氮气保护下加热、搅拌，减压脱溶至无液体蒸出，再加入乙酸乙酯和水进行洗涤、萃取，并用无水硫酸钠干燥，过滤，滤液在真空下旋蒸，得到的粗产物再通过硅胶柱，得到灰白色固体2-溴咔唑。

1.3 3-溴咔唑的合成

2015年，姜辉课题组[4]以咔唑为原料，通过N-乙酰基保护，溴化钠饱和溶液-浓硫酸-双氧水溴化，脱乙酰基制备高纯3-溴咔唑。

2020年，张怀敏课题组[1]同上述方法咔唑为原料，通过引入N-乙酰基，经三个步骤合成3-溴咔唑。

1.4 4-溴咔唑的合成

2014年，杨振强课题组[13]以邻溴苯硼酸为原料，DMSO溶剂，钯金属与有机膦配体共同催化作用下与邻氯硝基苯发生Suzuki反应，得到2-溴-2′-硝基联苯；然后2-溴-2′-硝基联苯以亚磷酸三苯酯为还原剂合成产物4-溴咔唑。

2018年，郭晓河课题组[14]以邻氯硝基苯为起始原料，在铜粉催化下高温偶联反应合成2,2′-二硝基联苯，通过亚磷酸三乙酯关环得到4-硝基咔唑，4-硝基咔唑酸性条件下通过锌粉还原、重氮化反应得到重氮盐，进而与溴化亚铜反应合成产物4-溴咔唑。

1.5 3,6-二溴咔唑的合成

2014年，吴跃初课题组[15]以咔唑为原料，无水乙醇为溶剂，常温条件下，分批加入二溴海因；HPLC图谱检测没有单溴产物时，停止反应；直接过滤即可得到粗品；粗品用热的乙醇回流后降温再过滤就可的到白色结晶状固体产品3,6-二溴咔唑。

2018年，姜辉课题组[16]以咔唑为原料，采用氮酰基化保护，改变芳香环上的电子云分布，增强溴代选择性，通过H2O2-HBr氧化溴化体系，合成3,6-二溴咔唑。

1.6 1,3,6,8-四溴咔唑的合成

2000年，劳文健课题组[17]以咔唑为原料，将溴和冰乙酸溶液加入到咔唑冰乙酸溶液中，90 ℃水浴4 h，冷却，过滤，滤饼于冰乙酸中重结晶，得到白色针状晶体1,3,6,8-四溴咔唑。

2 溴咔唑的应用

2.1 溴咔唑衍生物作为光电材料

溴咔唑是一类杂环芳香化合物，有较大的π电子共轭体系和较强的分子内电子转移特性，从结构来看，咔唑亲电的N原子通过诱导效应吸收双键上的电子；另一方面，由于p-π共轭效应N原子的未共用电子又供给双键，使双键富电子，因此溴咔唑可作为光电材料的重要中间体[18]。

2017年，甘世丰[19]将3-溴咔唑溶于干燥THF中与4,5-二氟酞腈和氢化钠反应，二氯甲烷萃取，采用二氯甲烷与石油醚的混合溶剂作为淋洗剂用硅胶柱色谱法进行分离提纯，最终得到溴咔唑衍生物。研究表明由于分子晶体中存在压电效应晶体相，具有力致发光特性使其固体在碾压时发出的蓝色荧光，溴咔唑衍生物表现出明显的力致发光现象，可作为光电材料的应用。

2.2 溴咔唑衍生物具有抗菌活性

随着抗生素及抗菌药物的广泛使用，带来了许多负面影响，如细菌病原体会大量发生变异，这将会导致细菌，真菌的种类增多同时耐药性也不断增加，因此研制新型的抗菌类药物以解决细菌耐药性问题。

咔唑类衍生物在医药学、农药学等领域的应用已有报道，研究表明其具有抗菌、消炎、抗病毒、抗癌等作用，并证明咔唑类化合物具有抗菌、消炎等作用，且药用潜力大[20]。

2012年，要晓丽[21]以咔唑和吡啶作为原料, 通过咔唑卤代反应和3,6-二溴咔唑烷基化反应得到溴咔唑衍生物。对N-吡啶咔唑类化合物进行了抗菌活性测试，结果表明溴咔唑类衍生物具有抗菌活性。

3 结 语

溴咔唑及其衍生物的制备工艺多样，原材料来源广，工艺操作简单，有利于工业化生产，且具有较好的生物活性和光学性能，因此该类化合物具有广阔的应用前景。目前溴咔唑及其衍生物的研究已取得了一定成果，但仍有不足有待研究者继续努力探索和研究，溴咔唑衍生物的合成方法需解决的问题：①研究更绿色环保的合成路线；②降低制备成本；③提高反应效率，实现高品质化、规模化、稳定化制备。

基于溴咔唑衍生物具有广谱的药理活性，为了合成具有低毒性和良好生物利用度的化合物，以溴咔唑为核心骨架，将不同的杂环活性组块拼接于同一分子中，达到活性叠加效果；基于溴咔唑优良的光学性能和分子结构中多杂原子的特征，可拼合不同的荧光基团，期望可作为荧光探针，在医学及环境检测方面的研究奠定基础并提供重要参考价值。