3-溴咔唑的制備及性能

張懷敏 張文生 閆建波

(濮陽市聯(lián)眾興業(yè)化工有限公司，河南 濮陽 457000)

咔唑及其衍生物的突出特點(diǎn)是分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移較強(qiáng)并且共軛體系較大，成為含氮芳香雜環(huán)化合物中很重要的一類[1]。其擁有較好的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性以及不弱的空穴傳輸能力，在有機(jī)光電材料、空穴傳輸材料、醫(yī)藥合成等方面有著廣泛應(yīng)用[2]。由于咔唑的結(jié)構(gòu)特殊，各種功能團(tuán)可較為容易引在咔唑環(huán)上[3]，易于形成各種取代度的咔唑化合物。在化工生產(chǎn)中，咔唑類化合物原材料易得，合成方法不復(fù)雜，適用于各種大型生產(chǎn)，而且在新型能源，藥物合成等方面都具有重要作用，受到很多科研工作者的青睞[4]。3-溴咔唑因其具有良好的理化性質(zhì)和生理活性，可作為合成藥物的重要中間體。近年來已有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過結(jié)構(gòu)修飾后的咔唑衍生物還具有抗結(jié)核、抗腫瘤、抗炎、抗氧化、抗病毒和抗瘧疾等多種生物活性。

本研究以咔唑?yàn)樵?，?jīng)三個(gè)步驟合成目標(biāo)產(chǎn)物3-溴咔唑(BHC)，并對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行紫外、紅外、粉末X射線衍射、氣相色譜等檢測，為一步法工業(yè)化合成BHC，提供了基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及藥品

咔唑、雙氧水、溴化氫、濃鹽酸、乙醇、氯仿、醋酸酐、碳酸氫鈉、無水硫酸鈉，均為化學(xué)純。

1.2 反應(yīng)方程式

咔唑 N-乙?；沁?N-乙?；?3-溴咔唑 3-溴咔唑

1.3 BHC反應(yīng)歷程

合成BHC采用N-?；Ｗo(hù)，改變吡咯環(huán)上的電子云分布，增強(qiáng)溴化選擇性，由于引入的乙?；哂休^大的空間位阻作用，致使對(duì)位、間位溴化較為困難，而對(duì)位溴化較為容易，更加有利于控制溴化的進(jìn)程。也同時(shí)降低氮對(duì)咔唑上其他取代位置的供電性，溴化體系采用雙氧水-溴化氫。

1.4 合成N-乙酰基咔唑

使用天平準(zhǔn)確稱量8.5g的咔唑樣品、30mL二氯甲烷、6g乙酸酐、0.5g濃硫酸依次放入反應(yīng)儀器中，使用恒溫加熱套開始加熱，直到反應(yīng)發(fā)生回流，反應(yīng)結(jié)束，反應(yīng)完成后對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行中和、水洗、分層、干燥、析晶和過濾操作，得到產(chǎn)品N-乙?；沁颉?/p>

1.5 合成N-乙?；?3-溴咔唑

使用天平稱取14.5gN-乙?；沁?、80mL氯仿、20g 30%溴化鈉溶液、5g濃硫酸加入反應(yīng)儀器中，緩慢滴加8g 30%雙氧水，保持反應(yīng)溫度為20℃，反應(yīng)過程中要用玻璃棒攪拌加速反應(yīng)，待目測反應(yīng)物消失后，反應(yīng)即為結(jié)束，將所得產(chǎn)物靜置，分離出有機(jī)層，使用碳酸氫鈉溶液洗滌至中性，干燥，進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶操作，得到產(chǎn)品N-乙酰基-3-溴咔唑。

1.6 合成BHC

使用天平準(zhǔn)確稱取6g N-乙?；?3-溴咔唑、5mL濃硫酸依次放入反應(yīng)容器中，再加入適量無水乙醇，使用加熱套加熱至83℃發(fā)生回流反應(yīng)，待反應(yīng)物消失時(shí)反應(yīng)結(jié)束，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)降溫、過濾后得到白色粉末。經(jīng)熔點(diǎn)測定儀測定，產(chǎn)物3-溴咔唑熔點(diǎn)為197.5～199.5℃，文獻(xiàn)值為199℃[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 BHC的FT-IR光譜分析

由BHC的紅外光譜圖可知：在3500-3300cm-1之間產(chǎn)生N-H反對(duì)稱、對(duì)稱伸縮振動(dòng)的吸收峰，1800-1500cm-1芳香環(huán)振動(dòng)偶合產(chǎn)生吸收峰，由于共軛作用，吸收峰的波數(shù)變小。1000-750cm-1產(chǎn)生的吸收峰是由于六元環(huán)碳碳雙鍵伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的，700-500cm-1處產(chǎn)-生的中等強(qiáng)度吸收峰說明有溴化物的存在。

圖1 在400～4000cm-1范圍內(nèi)BHC的FT-IR譜圖

2.2 BHC的UV-vis光譜分析

(a.0.001M b.0.01M c.0.1M)圖2 190-800nm范圍內(nèi)BHC的UV-vis譜圖

用無水乙醇做參比，對(duì)光度計(jì)進(jìn)行基線校正，然后檢測的BHC乙醇溶液的紫外光譜。從紫外吸收光譜可以看出，它在237.9、261.2和297.3nm有較強(qiáng)的吸收峰。其中297.3nm的吸收峰是苯環(huán)向吡咯環(huán)的電子躍遷吸收所產(chǎn)生，261.2nm的吸收峰是咔唑自身的π-π*的電子躍遷吸收所產(chǎn)生，目標(biāo)溶劑極性，特征峰也發(fā)生輕微紅移，物質(zhì)本身的內(nèi)部構(gòu)造與其基態(tài)電子特征受溶劑極性變化的影響很小。250-300nm內(nèi)顯示中等吸收強(qiáng)度且有一定精細(xì)結(jié)構(gòu)，說明有苯環(huán)或者雜芳環(huán)的存在。在210-250nm有強(qiáng)吸收帶，含有兩個(gè)雙鍵的共軛單位。

2.3 BHC的XRD譜圖分析

圖3 在0-80°范圍內(nèi)BHC的XRD譜圖

溴咔唑的特征衍射峰12.8、16.2、24.8，對(duì)應(yīng)晶面指數(shù)分別為(-210)、(-322)、(-531)。EVA-2軟件對(duì)BHC的XRD譜圖進(jìn)行分析，得到BHC屬于三方晶系，空間群P-1，晶胞體積260.5?3，BHC的晶胞參數(shù)：a=12.2325?、b=7.0646?、c=6.7994?、α=51.774°、β=93.5510°、γ=52.5280°。

2.4 BHC的氣相色譜檢測

圖4 BHC的氣相色譜譜圖

取適量BHC樣品，用無水乙醇作為溶劑，配成溶液放入自動(dòng)進(jìn)樣的小號(hào)試樣瓶中。氣相色譜分析條件：色譜柱：DB-1；柱溫：200-250℃(升溫速率4℃/min)；氣化溫度：270℃；接口溫度：230℃；載氣：氮?dú)?；柱前壓?0Kpa；進(jìn)料量：2μL。

由氣相色譜圖和色譜數(shù)據(jù)可知：保留時(shí)間2.302min處的峰為溶劑乙醇產(chǎn)生的，保留時(shí)間22.668min處的峰為產(chǎn)品BHC，沒有其它雜質(zhì)峰出現(xiàn)，根據(jù)峰面積可以推測，BHC純度很高。

3 結(jié)論

(1)本研究以咔唑?yàn)樵希?jīng)三個(gè)步驟合成目標(biāo)產(chǎn)物3-溴咔唑(BHC)

(2)通過FTIR、UV-vis、XRD、GC對(duì)BHC進(jìn)行檢測和表征，確定其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

(3)本研究為一步法工業(yè)化合成BHC，提供了基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。