新型咔唑取代乙炔化合物的合成*

江 峰，王志祥，史益強(qiáng)，瞿金清

(1.中國藥科大學(xué) 藥學(xué)院，江蘇 南京 211198； 2.華南理工大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 廣州 510640)

1977年Shirakawa H等成功制備出高導(dǎo)電性的聚乙炔薄膜，開啟了導(dǎo)電聚合物的研究領(lǐng)域[1，2]。但聚乙炔難溶熔和不穩(wěn)定，限制了其應(yīng)用。采取適當(dāng)?shù)墓δ芑鶊F(tuán)替代聚乙炔重復(fù)單元中的氫原子，可產(chǎn)生具有良好溶解度、易熔且穩(wěn)定的取代聚乙炔。由于取代聚乙炔具有優(yōu)異的電光、非線性光學(xué)、氣體滲透、液晶、螺旋手性、手性識別及生物活性等特殊性能[3～5]，因此在化學(xué)傳感、信息儲存、光學(xué)顯示、手性探針、藥物傳遞、組織工程等領(lǐng)域顯現(xiàn)潛在的應(yīng)用價值，近年來已成為材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。

咔唑是一種重要的光導(dǎo)體材料，含咔唑的聚合物已經(jīng)在光電、光折射和光伏材料中取得廣泛的應(yīng)用[6]。將咔唑基團(tuán)引入取代聚乙炔側(cè)鏈中，有望合成出具有新穎性能的聚合物。本課題組[9～12]曾合成了含咔唑、氨基酸、偶氮苯和二茂鐵的取代聚乙炔，且表現(xiàn)出優(yōu)異的電光、螺旋手性、光異構(gòu)化和電化學(xué)等性能。本文在此基礎(chǔ)上，分別以咔唑和2-羥基咔唑為原料，通過Sonagashira偶聯(lián)反應(yīng)在咔唑的3-位或2-位引入乙炔基；采用N-烷基化反應(yīng)在咔唑的9-位N上引入不同烷基，合成了6個新型咔唑取代乙炔化合物：3-乙炔基-9-取代咔唑(1a～1c)和2-乙炔基-9-取代咔唑(2a，2b和2d，Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR，IR和元素分析確認(rèn)。1和2的合成為新型咔唑取代聚乙炔的合成提供了重要單體。

Scheme2

1 實(shí)驗部分

1．1 儀器與試劑

Bruker Avance Digital 300型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Perkin-Elmer Spectrum-2000型紅外光譜儀(KBr壓片)；Vario EL Ⅲ型元素分析儀。

3-碘代咔唑，3-乙炔基咔唑，2-乙炔基咔唑[11,12]和4-硝基-4′-溴丁氧基偶氮苯[8,13,14]按文獻(xiàn)方法合成。

咔唑和對硝基苯胺，化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；溴化芐(BnBr)，化學(xué)純，上海化學(xué)試劑采購供應(yīng)五聯(lián)化工廠；1-溴正丁烷，化學(xué)純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；1-溴正己烷，99%，Alfa Aesar； 1,4-二溴丁烷，98%，阿拉丁試劑； TMSA(三甲基硅乙炔)，97%，百靈威化學(xué)有限公司；二羥基咔唑，Tf2O(三氟甲磺酸酐)，PdCl2(PPh3)2，CuI，PPh3，Sigma-Aldrich公司；其余所用試劑均為化學(xué)純和分析純，并按要求進(jìn)行純化處理。

1．2 合成(以2a為例)

在反應(yīng)瓶中加入2-乙炔基咔唑0.50 g(2.61 mmol),溴化芐0.67 g(3.92 mmol)及DMF 50 mL,攪拌使其溶解。加入粒狀氫氧化鉀1.46 g(26.1 mmol),于室溫反應(yīng)12 h(TLC檢測)。傾入1 mol·L-1鹽酸(500 mL)中析晶，過濾,濾餅真空干燥24 h后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=10∶1]分離得2a。

用類似的方法合成1a～1c,2b和2d,實(shí)驗結(jié)果見表1。

表1 1和2的實(shí)驗結(jié)果

2 結(jié)果與討論

1和2的IR和元素分析數(shù)據(jù)見表2，NMR數(shù)據(jù)見表3。

表2 1和2的IR和元素分析數(shù)據(jù)

表3 1和2的NMR數(shù)據(jù)

續(xù)表3

咔唑的3-位和6-位氫原子活性比較高，易被鹵化試劑鹵代。本文參考文獻(xiàn)[11]方法將咔唑在碘酸鉀、碘化鉀和冰醋酸存在下回流反應(yīng)數(shù)分鐘，冷卻至室溫析出銀色片狀晶體產(chǎn)物，再用冰醋酸重結(jié)晶可得到高純度和較好收率的3-碘代咔唑。按文獻(xiàn)[11,12]方法，利用經(jīng)典的Sonagashira偶聯(lián)反應(yīng)，即在過渡金屬鈀配合物催化下，使3-碘代咔唑與TMSA于室溫反應(yīng)24 h，將TMSA引入咔唑3-位上，再在弱堿TBAF作用下脫去TMS保護(hù)基得到3-乙炔基咔唑。

同理以二羥基咔唑為起始物，同Tf2O在堿性吡啶溶劑下反應(yīng)得到2-位TfO基保護(hù)的咔唑，其很容易同TMSA發(fā)生Sonagashira偶聯(lián)反應(yīng)，再通過堿金屬作用脫去TMS即得2-乙炔基咔唑。由于TBAF價格較昂貴，采用廉價的堿金屬催化脫去保護(hù)基更經(jīng)濟(jì)有效。

我們嘗試在咔唑的N上引入各種取代基如正丁基、正己基、芐基等，由于N-烷基化反應(yīng)條件溫和，后處理簡單，收率較好，是一種簡單有效的合成策略。不同溴代烷烴在堿金屬催化作用下與2-位或3-位乙炔基咔唑進(jìn)行N-烷基化反應(yīng)，得到目標(biāo)化合物，收率50%～68%。此外，我們還以對硝基苯胺為起始物，通過與苯酚的疊氮化反應(yīng)合成出4-硝基-4′-羥基偶氮苯，然后再同1,4-二溴丁烷反應(yīng)合成出含硝基偶氮苯的溴代烷烴，最后與3-乙炔基咔唑進(jìn)行N-烷基化反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物1c，收率42%。

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