N-己基咔唑-3-硼酸频那醇酯的合成与表征

杨振强，张丛洋，李 瑞，马 欣，陈鹏丽

(1 河南省科学院化学研究所有限公司，河南郑州 450002 ；2 加拿大韦仕敦大学 化学系，伦敦 N6A5B7 加拿大)

近年来咔唑因其独特的结构及理化性质引起科研人员的浓厚兴趣，特别是新合成的单、多取代咔唑类衍生物具有良好的光电性能及电子传输性能，在有机电致发光材料(OLED)领域显示广阔的应用前景[1-4]。咔唑结构具有较大的π-电子共轭体系、较强的分子内电子转移特性和带有孤对电子的氮原子，在氮原子上引入取代基团，3 位或6 位置上氢原子容易被活化，再经过系列反应对咔唑环上3 位或6 位取代基进行修饰，以合成具有特殊功能的咔唑衍生物，这是目前咔唑结构一个重要的研究方向[5-6]。这类咔唑衍生物具有较宽、较强的紫外吸收范围，较好的热稳定性和发光性质，可作为空穴传输层和空穴阻挡层材料广泛应用于小分子OLED 中间体[7-9]。N-己基咔唑-3-硼酸频那醇酯作为合成咔唑类发光材料的一类重要中间体，目前该化合物的合成方法一般是先将咔唑环N 位烷基化，再进行溴化反应，最后进行Morita-Baylis 反应合成目标产物[10-13]。由于溴化得到的N-己基-3-溴咔唑是淡黄色油状物，沸点较高，难以精馏，因此，该方法难以量化生产较高纯度（大于99.5%）的N-己基-3-溴咔唑，进而影响后续合成N-己基咔唑-3-硼酸频那醇酯的品质。

本文以3-溴咔唑为原料，在二-(二亚苄基丙酮)-钯（Pd(dba)2）为催化剂、2-二环己基膦-2′,6′ -二甲氧基-联苯（S-PHOS）为配体作用下与联硼酸频那醇酯经Miyaura Borylation 反应合成3-硼酸频那醇酯咔唑，再和1-溴己烷经亲电反应合成目标化合物N-己基咔唑-3-硼酸频那醇酯，经检测含量大于99.5%（HPLC），通过NMR 对产物结构进行了表征。合成路线如下：

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

上海精科WRR 熔点仪（毛细管法，目视）；Bruker Avance 400 兆超导核磁共振谱仪（溶剂：DMSO-d6，内标：TMS）；Agilent 1120 高效液相色谱仪；

联硼酸频那醇酯购自大连联化化学有限公司；3-溴咔唑（99.98%）购自河南创安光电科技有限公司；S-PHOS购自濮阳惠成电子材料股份有限公司；Pd(dba)2购自陕西瑞科新材料股份有限公司；其他试剂均为分析纯试剂。

1.2 合成

1.2.1 3-硼酸频那醇酯咔唑（化合物1）的合成与表征

氩气保护下，在500 mL 三口瓶中，将24.6 g 3-溴咔唑溶于200 mL N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂中，然后依次加入0.1 g 过渡金属催化剂Pd(dba)2、0.4 g 有机磷配体S-PHOS、19.6 g 乙酸钾、30.5 g 联硼酸频那醇酯，控制反应温度100℃下反应12 h，高效液相色谱检测反应结束加水淬灭，加入200 mL 二氯甲烷萃取，分出有机相，无水硫酸镁干燥过夜，过滤得到滤液，然后减压回收溶剂150mL 后，使用50 mL 甲醇分散后析出固体。过滤、干燥后得到28.1 g 白色固体，产率95.6%，含量99.9% (HPLC)。m.p 194.7～195.4 ℃;1H NMR (DMSO-d6,400 MHz)δ：11.42 (1s,1H);8.462 (s,1H);8.203～8.183(d,1H,J1=8.0Hz);7.718～7.716 (dd,1H,J1=8.0Hz;J2=0.8Hz);7.504～7.460 (t,2H,J1=8.8Hz);7.415～7.375(m,1H);7.194～7.156 (m,1H);1.332 (s,12H)。13C NMR (DMSO-d6,100 MHz)δ:141.9,139.7,131.7,127.2,125.6,122.4,122.1,120.2,119.0,117.5,111.0,110.4,83.2,24.7。

1.2.2 N-己基咔唑-3-硼酸频那醇酯（化合物2）的合成与表征

氩气保护下，在500 mL 三口瓶中，控制反应温度0℃以下，将1.2g 氢化钠缓慢加入到14.7g 化合物1 的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，反应1 h 后，在0℃下滴加84.2 mL 1-溴己烷，高效液相色谱检测无化合物1 时，缓慢加100 mL 水淬灭反应，200 mL 二氯甲烷溶剂萃取，水洗有机相，无水硫酸酸镁干燥过夜，过滤得到滤液，减压回收溶剂至淡黄色油状物，在控制体系温度-20℃条件下加入50mL 正己烷分散，析出白色固体，过滤得到类白色固体，产品抽真空干燥后为淡黄色油状液体14.1 g，含量99.6%，产率74.5%。1H NMR(DMSO-d6,400 MHz)δ:8.494 (s,1H);8.246～8.226(d,1H,J1=8.0Hz);7.779～7.757 (dd,1H,J1=8.0Hz；J2=0.8Hz);7.609～7.569 (t,2H,J1=8.0Hz);7.480～7.439(m,1H);7.232～7.196 (t,1H,J1=7.2Hz);4.398～4.363 (t,2H,J1=7.2Hz)；1.761～1.709 (m,2H);1.335(s,12H)。1.258～1.162 (m,6H);0.808～0.773 (t,3H,J1=7.2Hz)。13C NMR (DMSO-d6,100 MHz)δ:140.9,139.5,131.6,126.2,125.5,122.4,122.1,120.2,118.7,117.4,111.0,110.4,83.3,42.5,31.2,28.6,26.5,24.7,22.1,13.6。

2 结果与讨论

实验过程中发现反应溶剂对化合物1 的产率有较大影响。在相同实验条件下，本文选择了几种不同的溶剂DMF、NMP、1,4-二氧六环和甲苯作为反应溶剂进行研究。研究发现，NMP 为溶剂时收率最高，几乎达到理论量的转化率，结果显示依次是DMF 为92%、1,4-二氧六环为89% 和甲苯为65%，分析原因可能是3-溴咔唑和3-硼酸频那醇酯咔唑在NMP 中的溶解性较好，有利于反应进行，此外，NMP 可能作为配体参与到钯催化反应中，加速了钯催化剂的氧化加成步骤，提高了反应速率。

此外，本文在相同实验条件下研究了几种不同的有机膦配体S-PHOS、2-二环己基膦-2,4,6-三异丙基联苯（X-PHOS）、三环己基膦、三苯基膦对目标产物产率的影响，其中S-PHOS 作为配体时，产率最高为99.9%，明显高于X-PHOS 的92%、三环己基膦的85%和三苯基膦的70%，分析原因可能是因为S-PHOS 上环己基具有较好的供电子效应及氧原子的吸电子效应增加了膦配体与过渡金属的配位，有利于钯催化剂的氧化加成反应。同时S-PHOS 较大的空间位阻结构，在催化循环结束后容易离去，增加了过渡金属的催化活性。

3 结论

提供了一种合成高纯度N-己基咔唑-3-硼酸频那醇酯的新方法，表征了合成化合物的结构，得出结论：以3-溴咔唑为起始原料，NMP 为溶剂，乙酸钾为碱，S-PHOS 为配体，Pd(dba)2为催化剂，与联硼酸频那醇酯反应合成了3-硼酸频那醇酯咔唑，然后在氢化钠作用下与1-溴己烷反应合成目标化合物，总产率达到71.2%，目标产品含量大于99.5%（HPLC），反应条件温和，适合于工业化生产。