4-甲基-7-芳基-2,1,3-苯并噻二唑的合成方法

郭 杰

（浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，浙江 杭州 310014）

0 引言

由于 2，1，3-苯并噻二唑（BTD）具有較強(qiáng)的共平面性、較強(qiáng)的電子親和勢(shì)、較好的穩(wěn)定性和較高的氧化點(diǎn)位，對(duì)化合物能隙有較好的調(diào)節(jié)性[1-2]， 因此，2，1，3-苯并噻二唑被廣泛作為有機(jī)共軛分子并應(yīng)用于光電材料領(lǐng)域，在液晶、太陽(yáng)能電池、離子識(shí)別材料、有機(jī)發(fā)光二極管、熒光探針等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[3-5]。在過(guò)去幾年中，有越來(lái)越多的以2，1，3-苯并噻二唑?yàn)榻Y(jié)構(gòu)基元的有機(jī)小分子材料的相關(guān)報(bào)道，在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域和有機(jī)電致發(fā)光器件中發(fā)揮了很大的作用[6]，極大地推動(dòng)了有機(jī)光電材料領(lǐng)域的發(fā)展[7]。

1 合成路線介紹

4-甲基-7-芳基-2，1，3-苯并噻二唑是以 3-甲基苯二胺為起始原料制備的，通用方法（Scheme 1）：先將化合物1，無(wú)水二氯甲烷投入反應(yīng)容器中，在冰水浴下攪拌30 min，緩慢加入三乙胺，再在0℃下緩慢滴加亞硫酰氯的無(wú)水二氯甲烷溶液，將反應(yīng)在50℃下加熱攪拌5 h，待反應(yīng)液冷卻后，加入適量水分液，取有機(jī)層，用硫酸鈉固體干燥除水，減壓濃縮，柱色譜提純，得到棕色液體化合物2。將化合物2，48%的氫溴酸投入反應(yīng)容器中，加入液溴的氫溴酸溶液，在120℃下加熱回流16 h，待反應(yīng)液冷卻后，加碳酸鈉飽和溶液中和反應(yīng)液，用二氯甲烷萃取，用硫酸鈉固體干燥除水，減壓濃縮，柱色譜提純，得到黃色固體化合物3。將化合物3，芳基硼酸，四三苯基膦鈀，氟化銫投入反應(yīng)容器中，加入1，4-二氧六環(huán)，反應(yīng)在120℃下加熱回流18 h，待反應(yīng)液冷卻后，加適量水稀釋反應(yīng)液，用乙酸乙酯萃取，用硫酸鈉固體干燥除水，減壓濃縮，柱色譜提純，得到化合物4。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器及試劑

Scheme 1 4-甲基-7-芳基-2，1，3-苯并噻二唑合成路線

熔點(diǎn)用SGWRX-4B熔點(diǎn)儀測(cè)定，核磁共振儀為Bruker Model AvanceⅢ500 MHz，以TMS為內(nèi)標(biāo)。CDCL3和DMSO-d6作為常用的氘代試劑。薄層色譜使用薄層硅膠板（TLC，煙臺(tái)江友硅膠），柱層析使用200～300目柱層析硅膠（青島海洋化工）。所用試劑均為分析級(jí)。

2.2 實(shí)驗(yàn)操作

2.2.1 4-甲基-2，1，3-苯并噻二唑（2）的合成

取500 mL圓底燒瓶，稱(chēng)取3-甲基苯二胺（10.0 g， 82.0 mmol），無(wú)水二氯甲烷（250 mL）加入圓底燒瓶中，在冰水浴下攪拌30 min，緩慢加入三乙胺（45.5 mL， 327.9 mmol），再在 0 ℃下緩慢滴加亞硫酰氯（11.9 mL，163.9 mmol）的無(wú)水二氯甲烷溶液（50 mL），將反應(yīng)在50℃下加熱攪拌5 h，待反應(yīng)液冷卻后，加入水（3×200 mL）分液 3次，取有機(jī)層，用無(wú)水Na2SO4固體干燥，減壓濃縮，柱色譜提純 （PE/EtOAc=10：1），得到棕色液體化合物 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

將化合物 2（11.1 mL， 73.8 mmol）和 48%的氫溴酸（250 mL）加入500 mL圓底燒瓶，再加入液溴（3.8 mL，74 mmol）的氫溴酸溶液（50 mL），在120℃下加熱回流16 h，待反應(yīng)液冷卻后，加碳酸鈉飽和溶液中和反應(yīng)液，用二氯甲烷 （3×200 mL）萃取3次，取有機(jī)層，用無(wú)水Na2SO4固體干燥，減壓濃縮，柱色譜提純 （PE/EtOAc=30∶1），得到黃色固體化合物 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

稱(chēng)取化合物3 （1.1 g，5.0 mmol）、 芳基硼酸（6.0 mmol）、四三苯基膦鈀（577.5 mg， 0.5 mmol）、氟化銫 （1.5 g，10.0 mmol） 置于100 mL耐壓管中，加入 1，4-二氧六環(huán)（30 mL），反應(yīng)在 120 ℃下加熱回流18 h，待反應(yīng)液冷卻后，加水（100 mL）稀釋反應(yīng)液，用乙酸乙酯（3×50 mL）萃取 3次，取有機(jī)層，用硫酸鈉固體干燥，減壓濃縮，柱色譜提純 （PE/EtOAc=30∶1），得到化合物 4。具體收率見(jiàn)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 結(jié)論

本文探索了一條制備4-甲基-7-芳基-2,1，3-苯并噻二唑的合成工藝路線，以3-甲基苯二胺為起始原料，分子內(nèi)合環(huán)得到4-甲基-2，1，3-苯并噻二唑，再經(jīng)溴代反應(yīng)得到4-甲基-7-溴-2,1，3-苯并噻二唑，再與苯硼酸發(fā)生Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)得到4-甲基-7-芳基-2，1，3-苯并噻二唑。通過(guò)該路線最終得到了15種含有不同取代基4-甲基-7-芳基-2，1，3-苯并噻二唑的衍生物，且收率良好，對(duì)光電材料的合成提供了新的前提物質(zhì)和合成思路，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。