一种由邻烯基芳基异腈通过串联环加成反应合成吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物的方法与流程

本发明属于化学有机合成技术领域，具体涉及一种由邻烯基芳基异腈通过串联环加成反应合成吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物的方法。

背景技术：

吲哚并咔唑包括五个同分异构体，分别是吲哚并[2,3-a]咔唑、吲哚并[2,3-b]咔唑、吲哚并[2,3-c]咔唑、吲哚并[3,2-a]咔唑、吲哚并[3,2-b]咔唑。在五个同分异构体中，人们研究和应用较多的是吲哚并[3,2-b]咔唑，如下所示分子结构：

由于吲哚并[3,2-b]咔唑具有类似并五苯的稠环结构，这类化合物一般具有较大的带隙和较低的最高已占轨道能级，这类分子的大共轭平面结构有助于载流子传输，并且其刚性平面结构使得该类化合物具有良好的热稳定性。此外，和并五苯相比，吲哚并[3,2-b]咔唑还具有一个非常显著的优点，即可以通过化学修饰的方法在吲哚并[3,2-b]咔唑上引入多种取代基，对其进行结构修饰。如其2，4，8，10位反应活性较好；5，11位既可以进行烷基化也可以通过ullmann偶联反应进行n上芳基化进行修饰；6，12位也可以进行结构优化。近来研究已发现，经结构修饰后的吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物在某些性能上有很大改变，如吲哚并[3,2-b]咔唑环上引入卤素、烷基链等官能团不仅可以调节吲哚并咔唑的分子轨道能级，还可以有效改善分子的堆积模式，通过增强分子间的π-π相互作用，提高载流子传输能力。正是吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物优良的性能使其在材料、制药领域得到广泛的应用。

目前，已报道的吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物合成方法主要包括:(1)双费歇尔关环法，(shi,p.h.；shi,l.w.；dai,j.x.；xu,l.；wang,m.h.；wu,x.h.；fang,l.；dong,c.martinm.f.choi,synthesis,photophysicalandelectrochemicalpropertiesandtheoreticalstudiesonthreenovelindolo[3,2-b]carbazolederivativescontainingbenzothiazoleunits[j].tetrahedron2012,68(47),9788-9794.。shi,h.p.；dai,j.x.；wu,x.h.；shi,l.w.；yuan,j.d.；fang,l.；miao,y.q.；du,x.g.；wang,h.；dong,c.anoveldimesitylboron-substitutedindolo[3,2-b]carbazolederivative:synthesis,electrochemical,photoluminescentandelectroluminescentproperties[j].org.electron.2013,14(3),868-874.)。(2)酸催化吲哚与醛缩合法(yu,j.；luo,j.；chen,q.；he,k.q.；meng,f.y.；deng,x.p.；wang,y.f.；tan,h.；jiang,h.g.；zhu,w.g.synthesisandoptoelectronicpropertiesofanoveldinuclearcyclometalatedplatinum(ii)complexcontainingtriphenylamine-substitutedindolo[3,2-b]carbazolederivativeinthesingle-emissive-layerwpleds[j].tetrahedron2014,70(6),1246-1251.,xiao,z.h.；di,y.；tan,z.f.；cheng,x.d.；chen,b.；feng,j.w.efficientorganicdyesbasedonperpendicular6,12-diphenylsubstitutedindolo[3,2-b]carbazoledonor[j].photochem.photobiol.sci.2016,15(12),1514-1523.)。(3)二吲哚甲烷环化法(shu,d.x.；winston-mcpherson,g.n.；song,w.z.；tang,w.p.platinum-catalyzedtandemindoleannulation/arylationforthesynthesisofdiindolylmethanesandindolo[3,2-b]carbazoles[j].org.lett.2013,15(16),4162-4165.,panesar,h.k.；solano,j.；minehan,t.g.synthesisanddnabindingprofileofn-mono-andn,n'-disubstitutedindolo[3,2-b]carbazoles[j].orgbiomolchem,2015,13(10),2879-2883.)。(4)钯催化环化法(kober,u.；h.j.palladium-catalyzedapproachtomalasseziazoleaandfirsttotalsynthesisofmalasseziazolec[j].synlett.2015,26(11),1549-1552.)。(5)酸催化吲哚二聚法(katritzky,a.r.；li,j.q.；stevens,c.v.facilesynthesisof2-substitutedindolesandindolo[3,241carbazolesfrom2-(benzotriazol-1-ylmethy1)indole[j].j.org.chem.1995,60(11),3401-3404.；lee,v.；cheung,m.k.；wongw.t.；cheng,k.f.studiesontheacid-catalyzeddimerizationof2-prenylindoles[j].tetrahedron1996,52(28),9455-9468.)。(6)还原偶联法(laronze-cochard,m.；cochard,f.；daras,e.；lansiaux,a.；brassart,b.；vanquelef,e.；prost,e.；nuzillard,j.m.；baldeyrou,b.；goosens,j.f.；lozach,o.；meijer,l.；riou,j.f.；henon,e.；sapi,j.synthesisandbiologicalevaluationofnewpenta-andheptacyclicindolo-andquinolinocarbazoleringsystemsobtainedviapd(0)catalysedreductiven-heteroannulation[j].org.biomol.chem.2010,8(20),4625-4636.)。

总结上述已有制备方法，我们发现存在以下问题：有些方法或步骤比较繁琐；或产物结构比较单一。同时，基于邻烯基芳基异腈通过串联环加成反应合成吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物的方法还没有报道。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种由邻烯基芳基异腈通过串联环加成反应合成吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物的方法，本发明的方法采用以路易斯酸催化的邻烯基芳基异腈类化合物与亚烷基吲哚酮类化合物通过分子间[4+1]/分子内[4+2]串联环加成反应生成吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物。

本发明通过如下技术方案实现：

一种由邻烯基芳基异腈通过串联环加成反应合成吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物的方法，具体步骤如下：

将亚烷基吲哚酮类化合物与邻烯基芳基异腈类化合物按照摩尔比为1:1～1:3混合，分别加入催化剂及溶剂，在100℃～150℃下反应27～48h，tlc监测直至亚烷基吲哚酮类化合物消失，然后将反应液倒入饱和氯化钠水溶液中，加入稀盐酸(1mol·l^-1)除去剩余的邻烯基芳基异腈类化合物，直至tlc监测邻烯基芳基异腈类化合物消失，然后用二氯甲烷萃取、合并有机相、减压蒸馏，得到粗产品，粗产品经硅胶柱层析分离(硅胶为300～400目；流动相为：石油醚：乙酸乙酯：二氯甲烷＝25:1:1～35:1:1)，得到终产物，产物结构经核磁共振波谱仪或xrd-单晶衍射仪确定。

反应式如下：

其中：r¹选自芳甲酰基、杂环取代甲酰基、酯基、苯乙烯酰基；r²选自氟、氯、甲基、甲氧基；r³选自甲基、乙基；r⁴选自氟、氯、甲基；r⁵选自甲酯基、乙酰基。

该串联反应经历了分子间[4+1]环加成/分子内[4+2]环加成反应过程。

进一步地，所述的催化剂为路易斯酸，其用量与亚烷基吲哚酮类化合物的摩尔比为0.1～0.5。

进一步地，所述的催化剂为zncl2。

进一步地，所述的溶剂为乙二醇二甲醚，用量为1～3ml。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1.该方法首次由邻烯基芳基异腈类化合物出发合成吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物，同时该类异腈具有原料简单易得、实验操作简便等特点。

2.该方法由亚烷基吲哚酮类化合物出发合成吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物。

3.该方法所得产物吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物具有多样性，可通过不同的原料邻烯基芳基异腈类化合物或亚烷基吲哚酮类化合物的变化进行调控。

4.该合成方法经历了分子间[4+1]/分子内[4+2]串联环加成一锅反应过程，在合成吲哚并[3,2-b]咔唑类化合物的方法中机理比较独特。

附图说明

图1为实施例1得到的化合物3aa的¹hnmr核磁共振谱；

图2为实施例1得到的化合物3aa的¹³cnmr核磁共振谱；

图3为实施例2得到的化合物3ab的¹hnmr核磁共振谱；

图4为实施例2得到的化合物3ab的¹³cnmr核磁共振谱；

图5为实施例3得到的化合物3ac的¹hnmr核磁共振谱；

图6为实施例3得到的化合物3ac的¹³cnmr核磁共振谱；

图7为实施例4得到的化合物3ad的¹hnmr核磁共振谱；

图8为实施例4得到的化合物3ad的¹³cnmr核磁共振谱；

图9为实施例5得到的化合物3ae的¹hnmr核磁共振谱；

图10为实施例5得到的化合物3ae的¹³cnmr核磁共振谱；

图11为实施例6得到的化合物3ba的¹hnmr核磁共振谱；

图12为实施例6得到的化合物3ba的¹³cnmr核磁共振谱；

图13为实施例7得到的化合物3ca的¹hnmr核磁共振谱；

图14为实施例7得到的化合物3ca的¹³cnmr核磁共振谱；

图15为实施例1得到的化合物3aa的xrd-单晶衍射谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地说明。

实施例16-甲酸甲酯-12-苯甲酰基-5,11-二氢吲哚[3,2-b]咔唑(3aa)的合成

在10ml耐压管中加入3-(2-异腈基苯基)丙烯酸甲酯1a(112.2mg,0.6mmol)、3-(2-氧代-2-苯基亚乙基)-吲哚啉-2-酮2a(74.7mg,0.3mmol)、氯化锌(12.3mg,0.09mmol)、乙二醇二甲醚(gdme)1ml,将其放入到130℃条件下搅拌，tlc监测2a基本消失后，将反应液倾入到4ml饱和氯化钠水溶液中，加盐酸(1mol·l^-1)除去剩余的1a，用二氯甲烷萃取3次，合并有机相，减压蒸馏。粗产物经硅胶柱层析(石油醚:乙酸乙酯:二氯甲烷＝30:1:1)分离，得到产物红色固体3aa(86.2mg,69％)。

谱图解析数据3aa

¹hnmr核磁共振谱：(dmso-d6,400mhz)δ4.24(s,3h),6.96(t,j＝8.0hz,1h),7.21(t,j＝8.0hz,1h),7.37(m,2h),7.46(t,j＝8.0hz,1h),7.54(m,3h),7.71(m,2h),7.93(d,j＝7.2hz,2h),8.74(d,j＝8.4hz,1h),11.34(s,1h),11.43(s,1h).

¹³cnmr核磁共振谱：(dmso-d6,100mhz)δ52.8,107.0,111.6,112.3,118.8,119.2,119.7,119.8,120.2,121.0,121.3,121.6,125.2,126.9,127.2,129.8,130.2,132.4,135.1,135.3,136.6,141.9,142.7,167.6,196.5.

xrd-单晶衍射数据

empiricalformula:c27h18n2o3；formulaweight:418.43；crystalsystem:monoclinic；spacegroup:p21/c；a9.1847(3)；b26.5047(8)；c8.3121(2)；α(deg):90.00；β(deg):96.585(3)；γ(deg):90.00；volume2010.13(11)；z:4；calculateddensity(mg/m³):1.383；μ/mm^-1:0.736；f(000):872.0；crystalsize/mm³:0.35×0.28×0.18；radiation:cukα(λ＝1.54184)；2θrangefordatacollection/°:6.66to142.08；indexranges:-10≤h≤8,-22≤k≤32,-10≤l≤10；reflectionscollected:7618；independentreflections:3761[rint＝0.0170,rsigma＝0.0220]；data/restraints/parameters:3761/0/291,goodness-of-fitonf²:1.032；finalrindexes[i>＝2σ(i)]:r1＝0.0396,wr2＝0.1053；finalrindexes[alldata]:r1＝0.0464,wr2＝0.1119；largestdiff.peak/hole/e0.20/-0.14.

实施例26-甲酸甲酯-12-(4-甲基苯甲酰基)-5,11-二氢吲哚[3,2-b]咔唑(3ab)的合成

在10ml耐压管中加入3-(2-异腈基苯基)丙烯酸甲酯1a(112.2mg,0.6mmol)、3-(2-氧代-2-(4-甲基苯基)亚乙基)-吲哚啉-2-酮2b(86.6mg,0.3mmol)、氯化锌(12.3mg,0.09mmol)、乙二醇二甲醚1ml,将其放入到130℃条件下搅拌，tlc监测2b基本消失后，将反应液倾入到4ml饱和氯化钠水溶液中，加盐酸(1mol·l^-1)除去剩余的1a，用二氯甲烷萃取3次，合并有机相，减压蒸馏。粗产物经硅胶柱层析(石油醚:乙酸乙酯:二氯甲烷＝30:1:1)分离，得到橘黄色固体3ab(95.9mg,74％)。

谱图解析数据3ab

¹hnmr核磁共振谱：(dmso-d6,400mhz)δ2.33(s,3h),4.23(s,3h),6.96(t,j＝7.6hz,1h),7.20(t,j＝7.6hz,1h),7.32(d,j＝8.0hz,2h),7.38(m,2h),7.45(t,j＝7.6hz,1h),7.51(d,j＝8.0hz,1h),7.73(d,j＝8.0hz,1h),7.81(d,j＝8.0hz,2h),8.75(d,j＝8.0hz,1h),11.35(s,1h),11.42(s,1h).

¹³cnmr核磁共振谱：(dmso-d6,100mhz)δ21.77,52.85,106.82,111.66,112.29,118.83,119.29,119.76,120.19,120.37,121.06,121.39,121.74,125.26,126.94,127.23,130.38,130.43,132.43,134.28,135.46,141.92,142.74,145.91,167.73,196.03.

实施例36-甲酸甲酯-12-(3,4-二甲氧基苯甲酰基)-5,11-二氢吲哚[3,2-b]咔唑(3ac)的合成

在10ml耐压管中加入3-(2-异腈基苯基)丙烯酸甲酯1a(112.2mg,0.6mmol)、3-(2-(3,4-二甲氧基苯基)-2-氧代亚乙基)吲哚啉-2-酮2c(92.7mg,0.3mmol)、氯化锌(12.3mg,0.09mmol)、乙二醇二甲醚3ml,将其放入到130℃条件下搅拌，tlc监测2c基本消失后，将反应液倾入到4ml饱和氯化钠水溶液中，加盐酸(1mol·l^-1)除去剩余的1a，用二氯甲烷萃取3次，合并有机相，减压蒸馏。粗产物经硅胶柱层析(石油醚:乙酸乙酯:二氯甲烷＝25:1:1)分离，得到黄色固体3ac(87.5mg,61％)。

谱图解析数据3ac

¹hnmr核磁共振谱：(cdcl3,400mhz)δ3.86(s,3h),3.86(s,3h),4.27(s,3h),6.66(d,j＝8.4hz,1h),6.93(t,j＝7.6hz,1h),7.26(m,1h),7.34(m,3h),7.44(m,3h),7.76(s,1h),8.75(d,j＝8.0hz,1h),8.92(s,1h),10.14(s,1h).

¹³cnmr核磁共振谱：(cdcl3,100mhz)δ52.17,56.02,56.13,106.53,110.38,110.75,110.82,110.89,119.32,119.37,119.43,120.91,120.95,121.74,121.91,123.54,125.46,126.71,126.75,127.18,130.02,134.23,137.30,140.94,141.74,149.55,154.37,168.51,195.28.

实施例46-甲酸甲酯-12-(2-噻吩甲酰基)-5,11-二氢吲哚[3,2-b]咔唑(3ad)的合成

在10ml耐压管中加入3-(2-异腈基苯基)丙烯酸甲酯1a(112.2mg,0.6mmol)、3-(2-氧代-2-(2-噻吩)亚乙基)-吲哚啉-2-酮2d(74.7mg,0.3mmol)、氯化锌(12.3mg,0.09mmol)、乙二醇二甲醚1ml,将其放入到130℃条件下搅拌，tlc监测2a基本消失后，将反应液倾入到4ml饱和氯化钠水溶液中，加盐酸(1mol·l^-1)除去剩余的1a，用二氯甲烷萃取3次，合并有机相，减压蒸馏。粗产物经硅胶柱层析(石油醚:乙酸乙酯:二氯甲烷＝28:1:1)分离，得到橘黄色固体3ad(82.6mg,65％)。

谱图解析数据3ad

¹hnmr核磁共振谱：(cdcl3,400mhz)δ4.25(s,3h),6.95(m,2h),7.24(m,1h),7.40(m,6h),7.75(m,1h),8.70(d,j＝8.4hz,1h),8.95(s,1h),10.10(s,1h).

¹³cnmr核磁共振谱：(cdcl3,100mhz)δ52.16,107.03,110.89,110.96,118.63,119.42,120.67,120.80,121.70,122.04,123.58,125.46,126.78,127.25,128.89,134.11,136.20,136.86,137.35,140.98,141.72,143.88,168.37,188.58.

实施例56-甲酸甲酯-12-苯甲酰基-2-甲氧基-5,11-二氢吲哚[3,2-b]咔唑(3ae)的合成

在10ml耐压管中加入3-(2-异腈基苯基)丙烯酸甲酯1a(112.2mg,0.6mmol)、5-甲氧基-3-(2-氧代-2-苯基亚乙基)吲哚啉-2-酮2e(83.7mg,0.3mmol)、氯化锌(12.3mg,0.09mmol)、乙二醇二甲醚1ml,将其放入到130℃条件下搅拌，tlc监测2e基本消失后，将反应液倾入到4ml饱和氯化钠水溶液中，加盐酸(1mol·l^-1)除去剩余的1a，用二氯甲烷萃取3次，合并有机相，减压蒸馏。粗产物经硅胶柱层析(石油醚:乙酸乙酯:二氯甲烷＝30:1:1)分离，得到红色固体3ae(73.9mg,55％)。

谱图解析数据3ae

¹hnmr核磁共振谱：(dmso-d6,400mhz)δ3.46(s,3h),4.23(s,3h),6.71(m,1h),7.03(m,1h),7.18(t,j＝7.2hz,1h),7.45(t,j＝7.2hz,1h),7.54(m,3h),7.61(m,1h),7.72(t,j＝7.2hz,1h),7.92(d,j＝6.8hz,2h),8.70(d,j＝8.0hz,1h),11.16(s,1h),11.42(s,1h).

¹³cnmr核磁共振谱：(dmso-d6,100mhz)δ52.82,55.55,104.73,107.23,111.68,113.01,116.01,118.81,119.47,119.76,120.44,121.02,121.55,125.20,127.27,129.89,130.15,132.66,135.05,135.98,136.83,137.11,142.78,152.97,167.67,196.52.

实施例66-甲酸甲酯-12-苯甲酰基-8-甲基-5,11-二氢吲哚[3,2-b]咔唑(3ba)的合成

在10ml耐压管中加入3-(2-异腈基-5-甲基苯基)丙烯酸甲酯1b(120.6mg,0.6mmol)、3-(2-氧代-2-苯基亚乙基)-吲哚啉-2-酮2a(74.7mg,0.3mmol)、氯化锌(12.3mg,0.09mmol)、乙二醇二甲醚1ml,将其放入到130℃条件下搅拌，tlc监测2a基本消失后，将反应液倾入到4ml饱和氯化钠水溶液中，加盐酸(1mol·l^-1)除去剩余的1a,用二氯甲烷萃取3次，合并有机相，减压蒸馏。粗产物经硅胶柱层析(石油醚:乙酸乙酯:二氯甲烷＝＝30:1:1)分离，得到红色固体3ba(93.3mg,72％)。

谱图解析数据3ba

¹hnmr核磁共振谱：(dmso-d6,400mhz)δ2.50(s,3h),4.22(s,3h),6.93(t,j＝7.6hz,1h),7.29(t,j＝7.2hz,2h),7.37(t,j＝7.2hz,2h),7.53(t,j＝7.6hz,2h),7.71(m,2h),7.90(d,j＝7.6hz,2h),8.50(s,1h),11,27(s,1h),11.28(s,1h).

¹³cnmr核磁共振谱：(dmso-d6,100mhz)δ22.02,52.84,106.97,111.37,112.26,119.21,119.59,119.71,120.30,121.14,121.23,121.67,124.85,126.89,127.16,128.69,129.82,130.26,132.79,135.13,135.26,136.66,141.05,141.90,167.67,196.57.

实施例76-乙酰基-12-苯甲酰基-5,11-二氢吲哚[3,2-b]咔唑(3ca)的合成

在10ml耐压管中加入4-(2-异腈基苯基)-3-烯-2-丁酮1c(102.6mg,0.6mmol)、3-(2-氧代-2-苯基亚乙基)-吲哚啉-2-酮2a(74.7mg,0.3mmol)、氯化锌(12.3mg,0.09mmol)、乙二醇二甲醚1ml,将其放入到130℃条件下搅拌，tlc监测2a基本消失后，将反应液倾入到4ml饱和氯化钠水溶液中，加盐酸(1mol·l^-1)除去剩余的1a，用二氯甲烷萃取3次，合并有机相，减压蒸馏。粗产物经硅胶柱层析(石油醚:乙酸乙酯:二氯甲烷＝30:1:1)分离，得到红色固体3ca(67.8mg,56％)。

谱图解析数据3ca

¹hnmr核磁共振谱：(dmso-d6,400mhz)δ2.99(s,3h),6.91(t,j＝6.4hz,1h),7.16(t,j＝6.4hz,1h),7.28(d,j＝7.6hz,1h),7.35(t,j＝6.4hz,1h),7.43(t,j＝6.4hz,1h),7.54(m,4h),7.70(s,1h),7.92(d,j＝6.8hz,2h),8.04(d,j＝7.6hz,1h),11.30(s,1h),11.37(s,1h).

¹³cnmr核磁共振谱：(dmso-d6,100mhz)δ32.0,111.8,112.0,117.2,118.8,119.0,119.1,120.0,120.6,121.9,122.7,126.8,126.9,129.7,130.2,131.9,132.8,134.9,137.0,142.3,142.4,196.5,203.5.