3-溴-9-苯基咔唑的合成

李 猛，吕宏飞，李淑辉，王艳华，杨 杰

（黑龙江省科学院石油化学研究院，黑龙江哈尔滨150040）

有机电致发光二极管（OLED）是近年来热门的领域。相对于液晶显示器（LCD）相比，OLED具有更高的亮度，更快速的应答时间，更高的色彩纯度、视角和对比度以及更低的电压和功耗。1990年，英国剑桥大学J.Burroughes等人开发出高分子型发光二级管（PLED）对OLED的发展起了重要的作用[1]，使OLED可以制备更大的显示器。目前，小分子型OLED刚刚商业化，正在应用于手机、MP3、PDA、数码相机、数码摄像机等小型显示器中。对于大型的显示器，应用于笔记本电脑，电视中的高分子型发光二级管在技术上已有突破，正在逐渐开发研制中。而弯曲式有机电致发光二极管（FOLED）也是现在欧美、日本、韩国等国家研究的热点。今后，OLED将替代LED，成为新的显示材料，应用在各种显示器中，同时，科研人员正在开发研制出应用于照明的OLED材料，所以，OLED应用前景异常广阔。

OLED利用电子与空穴复合所产生的激子扩散到发光层而发光，磷光发光体材料可以作为主发光材料，其化学结构几乎都含有具有空穴传输的咔唑基团[2,3]，最常用的就是含有苯基咔唑基团，这方面文献很多[4]。而3-溴-N-苯基咔唑就是合成这一中间体的重要底物，从它可以合成的N-苯基咔唑-3-硼酸，进而合成苯基咔唑基团。由于3-溴-N-苯基咔唑在OLED中用量很大，目前正是OLED蓬勃兴起的阶段，所以3-溴-N-苯基咔唑在OLED方面将会有很大的市场前景。

3-溴-N-苯基咔唑也成为3-溴-9-苯基咔唑。目前，其合成方法是N-苯基咔唑在溶剂下与溴化试剂反应得到。

1 3-溴-N-苯基咔唑的合成路线

3-溴-N-苯基咔唑的合成方法是在溶剂中，加入溴化试剂对N-苯基咔唑进行溴化。溴化试剂通常使用NBS，也有文献报道使用溴素或KBr-KBrO3，后者价格低一些，但反应收率也差一些。日本半导体能源实验室有限公司（Semiconductor Energy Laboratory Co.LTD）发表了多篇专利和文章，由于专利合成方法相似或相同，这里不一一列举。反应在不同溶剂、不同温度、不同时间下收率不同，为了便于比较，现分类列表如下。反应方程式如下：

从文献上看，溴化试剂通常使用NBS，使用KBr和KBrO3也可以作为溴化试剂，但反应收率最低，而是用液溴作为溴化试剂，丙酮重结晶后收率只有57%。反应温度基本上都是室温或0℃，证明反应和容易进行。这样，就要求溴化试剂与N-苯基咔唑的摩尔比要控制在1∶1，溴化试剂过量会产生二溴代化合物。使用冰醋酸作为溶剂的反应收率低于二氯甲烷作为溶剂，而最常用的是使用DMF，而收率最高的是使用甲苯-乙酸乙酯混合溶剂。

表1 N-苯基咔唑的溴化反应Table 1 Bromation of N-benylcarbazole

2 N-苯基咔唑的合成

N-苯基咔唑是3-溴代N-苯基咔唑的原料，它的合成方法很多，下面按照原料的不同分述如下。

2.1 N-苯基咔唑的芳基化

N-苯基咔唑的芳基化是指N-苯基咔唑在过渡金属催化剂下，与卤代芳烃反应，脱去卤化氢，使芳烃连接在N-苯基咔唑的N上。这个方法是著名的人名反应——Ullmann C-N偶联反应[18]。反应通常是在碱性条件下进行，催化剂是含贵金属Pt2+，Pd2+等化合物及其配合物，也可以是Ni2+，Cu2+等化合物，甚至是Cu粉；反应一般在惰性气体保护下进行；卤代烃主要是卤代芳烃，如碘代芳烃，溴代芳烃。在反应体系中，为了从经济角度考虑，使用Cu2+作为催化剂，采用溴代芳烃作为反应底物是经济实惠的。N-苯基咔唑的芳基化反应方程式如下：

其中 X=1，Br,CI

表2 以碘苯为原料N-苯基咔唑的芳基化反应Table 2 Arylation of N-benylcarbazole from iodobenzene

使用溴苯代替碘苯，可以降低原料的消耗定额。以溴苯为原料咔唑芳基化的反应与碘苯为原料的反应相类似见表3。

表3 以溴苯为原料N-苯基咔唑的芳基化反应Table 3 Arylation of N-benyl-carbazole from bromobenzene

在铜催化下，溴苯与咔唑钾盐在180-220℃下反应，可以得到N-苯基咔唑[40]。

氯苯活性较低，目前文献中只有一条路线。以二甲苯为溶剂，在叔丁基醇钠作用下，加入cBRIDP配体和 bis(η3-allyl-μ-chloropalladium(II))的 Pd催化剂作用下，120℃反应3h，收率94%[33]。

从上述反应路线可以看出，以溴苯为底物，加入一定量的碱，使用CuI催化的Ullmann反应是较为合理的，反应过程中加入表面活性剂，以加快反应速度。避免了昂贵的Pd催化剂，以及复杂的配体。

2.2 以N-苯基甲胺与邻卤代苯合成路线

其中，X=Br，Cl

使用醋酸钯和三己基磷的配合物为Pd催化剂，以甲苯为溶剂，N-苯基甲胺与邻卤代苯在高温下反应，可以得到N-苯基咔唑。在105℃下，使用邻二溴苯、1-氯-2-溴苯，邻二氯苯为底物，得到N-苯基咔唑的收率分别为96%，88%，85%[41]。

2.3 以2,2’-二取代-1,1’-联苯与苯胺为原料

当联苯的2和2’位取代有卤素，如氯、溴、碘，或是磺酸基时，2,2’-二取代联苯与苯胺在过渡金属钯的催化剂作用下，与苯胺反应，生成N-苯基咔唑[42]。

以三(二亚苄基茚丙酮)二钯(0)催化剂，甲苯为溶剂，2,8-二溴联苯与苯胺为原料，在叔丁醇钠盐作用下，加入不同的配合物，加热反应，能够得到N-苯基咔唑。

表4 苯胺与2,2’-二溴代-1,1’-联苯合成路线Table 4 Synthesis route of aniline and 2,2’-bromo-1,1’-biphenyl

类似地，2,2’-二氯联苯也可以作为原料生成N-苯基咔唑。以三(二亚苄基茚丙酮)二钯(0)催化剂，甲苯为溶剂，2,8-二氯联苯与苯胺为原料，在叔丁醇钠盐作用下，100℃反应24h，能够得到N-苯基咔唑。再加入非离子超强碱，可以提高收率，达到95%[42]。

以邻氯碘苯为原料，乙酸钯为催化剂，三环己基膦为配体，叔丁醇钠作用下，惰性气体保护下，105℃下反应18h，可以得到N-苯基咔唑，收率84%[41]。

当联苯的取代基一个为氯，一个为氟代烷基磺酸基时，与苯胺反应，在三(二亚苄基茚丙酮)二钯(0)催化下，加入配体，碱，在甲苯中100℃反应，也会产生N-苯基咔唑。不同的配体催化性能不同，使用4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽(Xantphos)时，只能得到痕量的N-苯基咔唑，使用联苯基膦(biphenylphosphine)时，收率提高，丁醇钠作为碱时，收率可达76%，使用磷酸钾时，收率可达86%[45]。

当2和2’位基团同为氟代磺酸基时，也能够合成N-苯基咔唑。

在以三氟乙酸铜为催化剂，二氯甲烷为溶剂，联苯二酚三氟甲磺酸酯与苯胺在室温下反应50h，收率84%[46]。在以三(二亚苄基丙酮)二钯氯仿配合物为催化剂，在磷酸钾作用下，加入2-(dicyclohexylphosphino)-2'-methylbiphenyl配体，以甲苯作为溶剂，联苯二酚三氟甲磺酸酯与苯胺在100℃反应18h，收率 88%[47]。

2.4 三苯胺脱氢

在水中，Pd/C为催化剂，在250℃下反应12h，三苯胺脱氢得到N-苯基咔唑，收率76%[48]。

在以乙酸为溶剂，乙酸钯为催化剂，加热反应3h，三苯胺脱氢得到N-苯基咔唑，收率45%。

在乙腈溶剂中，光照、通氧条件下，三苯胺定量地转化为N-苯基咔唑[49]。

在甲醇溶剂中，光照条件下，能够使三苯胺定量地转化为N-苯基咔唑，文献中还测定了反应动力学以及热力学数据[50]。

3 总结

3-溴-N-苯基咔唑的制备方法比较简单，就是N-苯基咔唑溴化的方法。其溴化试剂通常选用NBS，在室温或0℃下进行，收率很高。用于合成3-溴-N-苯基咔唑的底物N-苯基咔唑的合成方法较多，比较简单的是使用咔唑与卤代苯进行Ullmann的C-N偶联反应得到，其它方法都存在着底物合成困难，反应条件复杂的情况。在合成中，选用由咔唑与卤代苯反应生成N-苯基咔唑，再溴化合成3-溴-N-苯基咔唑的路线是合理的。

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