2-溴咔唑的合成研究进展

王艳慧，姜辉，臧娜，王海洋，王静，金丹，刘思彤

（中钢集团鞍山热能研究院有限公司，辽宁 鞍山 114044）

咔唑衍生物在人们生活中广泛应用，因为咔唑的结构是许多自然产物、医药、光电材料的基本单元，其较大的共轭结构和空穴传输能力使其在光电材料领域中无处不在。2-溴咔唑相比于其他咔唑衍生物具有更大的共轭体系，是少数能够发出蓝光的光电材料之一，在光电材料合成中占有重要地位，也是光电材料合成的重要原料。

本文对咔唑的不同合成方法进行了综述，常见的合成方式大概有3 种，第一种是咔唑直接进行溴化，第二种是通过高碘盐直接进行2-溴咔唑的合成，第三种是通过联苯基骨架的关环反应合成咔唑骨架来合成2-溴咔唑。

1 咔唑溴化合成2-溴咔唑

咔唑可以直接溴化成2-溴咔唑，是2-溴咔唑合成中最理想的方式，其减少反应步骤的同时还能最大限度地提高原子利用率。1992年SMITH[1]等就曾以液态的溴单质为咔唑溴化试剂，以氯仿为溶剂，室温下进行溴化反应，得到了2-溴咔唑，如图1 所示。但是同时也得到了许多其他单取代和多取代的各种溴代副产物，产率很低，而且提纯是有机反应的一个重要步骤，这种合成方式无疑加大了提纯的工作量，而且溴单质腐蚀性很强并具有挥发性，反应过程又剧烈，对于实验人员和器皿操作都是非常危险的，产物也不好控制，所以这种方式就没有得到应用。

图1 咔唑溴化合成2-溴咔唑

2 高碘盐氮化合成2-溴咔唑

2-溴咔唑的传统方法主要是通过二芳基胺的氧化偶联制备得到。这种方式需要在早期就引入氮元素，引入氮元素后在反应中会与金属催化剂络合，又与氧化剂不兼容。同时，含氮化合物要进行相应的保护和去保护，不利于简化反应步骤。所以稳定又易制备的高碘盐，就被广泛地用作芳基化试剂。传统高碘盐只利用其中的一个芳基基团，原子利用率差，由于绿色化学概念的提出，高效的原子利用率成为了发展趋势。2018年WANG[2]等首次在氮气保护下，将含有三氟甲磺酰基的高碘盐作为原料，以叠氮化钠、三苯基膦、碳酸氢钠、噻吩-2-甲酸亚铜为催化剂，二甲基乙酰胺为溶剂，在100 ℃下得到产率为63%的2-溴咔唑，如图2 所示。这种方法通过后期直接引入氮原子，避免了含氮化合物在后期的影响，原料成本低且容易得到，产率较高，底物普适性广。但是原料叠氮化钠毒性大，储藏条件严格，且反应对反应器具要求较高，所以工业应用上受到很大的限制。

图2 高碘盐合成2-溴咔唑

3 联苯基骨架合成2-溴咔唑

在成环后进行取代合成2-溴咔唑对工艺要求很高，所以并没有得到很好的发展，现在合成2-溴咔唑的方法应用较多的是先构建联苯基骨架然后进行关环反应来合成。

3.1 叠氮化物合成2-溴咔唑

在进行化学合成时无论是哪种催化剂用来进行化学合成，其污染是必定的，且原子利用率一般都达不到理想要求，最好的方法是由原料直接合成产物，作为催化剂可选用光、微波等能量介质，2017年SHAWN[3]等通过叠氮化物溶液在紫外流反应器中紫外线照射下反应生成2-溴咔唑，如图3 所示。不同的溶剂对其产率能够产生很大的影响，如表1所示。这是目前合成2-溴咔唑的方法中理想状态下原子利用率最高的一种合成方法。

图3 叠氮化物合成2-溴咔唑

表1 不同的波长对其产率的影响

这种合成方式，避免了浪费，符合绿色化学发展观念，是一种非常理想的合成方式，但是反应因为叠氮化合物的存在对反应仪器要求较高，且价格昂贵，所以应用很少，但是随着科技发展，相信这种理想的合成方法能够得到进一步改进从而能大范围应用。

3.2 2-氨基-4’-溴联苯合成2-溴咔唑

2015年CHIHARU[4]等首次通过2-氨基-4’-溴联苯为原料，在二聚体、醋酸铜和新戊酸的催化下，以N,N-二甲基吡咯烷酮为溶剂，120 ℃下空气中反应3 h，得到产率为33%的2-溴咔唑，如图4 所示。此方法与上述方法比较，对气体环境要求不大，条件比较温和，副产物也很少，但是催化剂比较昂贵，产率也比较低，且芳香胺长期低浓度接触能引起慢性中毒，属于三类致癌物清单中物质，应慎重使用。

图4 2-氨基-4’-溴联苯合成2-溴咔唑

3.3 2-硝基-4-溴联苯合成2-溴咔唑

胺类原料的毒性使其在操作中复杂了很多，所以以硝基代替胺基的2-硝基-4-溴联苯和2-硝基-4溴联苯作为原料合成2 溴咔唑的方法被应用得相对比较多，如图5 所示。

图5 2-硝基-4-溴联苯合成2-溴咔唑

2014年LI[5]等以三苯基膦为催化剂，邻二氯苯为溶剂，150～160 ℃下反应30 h，得到了产率为52%的2-溴咔唑。ELMABRUK[6]等在170 ℃下回流12 h，得到了89%的2-溴咔唑。所以适当升温加快了2-溴咔唑的合成产率。但是三苯基膦价格比较昂贵，而且后处理比较复杂，所以以亚磷酸三乙酯取代三苯基膦的催化关环反应更为实用。

2014年KIM[7]等将2-硝基-4 溴联苯加入1,2-二氯苯溶剂中。亚磷酸三乙酯催化得到产率为48%的2-溴咔唑。TSAL[8]等以2-硝基-4 溴联苯为原料在亚磷酸三乙酯和6N 盐酸催化下得到产率为65%的2-溴咔唑。2018年JASON[9]等在合成一系列以2-溴咔唑为原料的光电材料时也使用了同样的合成方法。蔡星伟[10]等加入亚磷酸三乙酯催化，高温回流4～5 h，得到产率为75%的2-溴咔唑。在合成2-溴咔唑的过程中用亚磷酸三乙酯虽然成本下降了，但是相比于三苯基膦作为成环反应的偶联剂，产率普遍偏低。

3.4 2-硝基-4’-溴联苯

2-硝基-4-溴-1,1’-联苯合成2-溴咔唑如图6 所示。OH[11-12]等以1,2-二氯苯为溶剂在三苯基膦的催化下得到产率为63%的2-溴咔唑。KAWAMURA 和张贯京[13-14]等在氩气气流下，三苯基膦、邻二氯苯180 ℃下反应得到收率68%的2-溴咔唑。KIM[15]等在氩气气流下,依次添加三苯基膦、邻二氯苯以200 ℃加热8 h 得到收率71%的2-溴咔唑。PARK等曾用2-硝基-4’-溴联苯以1,2-二氯苯为溶剂在三苯基膦的催化下200 ℃回流得到产率为74%的2-溴咔唑[16-21]。相比于2-硝基-4-溴合成2-溴咔唑，此类方法需要更高的反应温度，所以对实验操作和工艺要求相对更高。

图6 2-硝基-4-溴-1,1’-联苯合成2-溴咔唑

4 结束语

2-溴咔唑在有机光电材料领域具有重要地位，其具有光谱吸收范围宽、光稳定性好以及光电转换效率高等优点，受到了研究工作者的极大关注，是当前重点研究开发的有机光电材料之一。但是其合成方式成本相对较高，条件也不温和，还有待改进。2-溴咔唑能够低成本的合成是其广泛使用的前提，希望不久之后能够有一种操作简单、成本低的2-溴咔唑的合成方式出现。