一种2-芳基苯并三氮唑类化合物的制备方法与流程

本发明属于有机化合物合成技术领域，尤其是涉及一种2-芳基苯并三氮唑类化合物的制备方法。

背景技术：

苯并三氮唑是一种具有五元环的独特的重要杂环化合物，在医药、功能化材料、有机合成等领域有着广泛的应用。原则上，苯并三氮唑以1h-苯并三氮唑和2h-苯并三氮唑两种互变异构形式存在(图2)，因此，由于选择性问题，苯并三氮唑的选择性n-芳基化反应面临着巨大的挑战。

值得注意的是，2-芳基苯并三氮唑在许多药物、有机电子材料和紫外稳定剂中发挥着重要作用，是关键的分子骨架(图3)。

由于含有2-芳基苯并三氮唑化合物如此重要，人们对其合成开展了大量研究，目前已经探索了多条合成路线和方法(图4)：利用具有硝基、氨基或叠氮基团的邻位预功能化偶氮苯，合成2-芳基苯并三氮唑；以叠氮化钠为氮源，铜催化2-卤代芳基三氮烯的环化反应得到目标产物；贵金属铑、银协同催化实现无预官能团的三氮烯环化成2-芳基苯并三氮唑。然而现有技术中大多存在着实验操作繁琐、贵金属价格昂贵、副反应多、反应条件剧烈、官能团容忍性性差等诸多缺陷。苯并三氮唑的n-芳基化的低选择性降低了这些方法在2-芳基苯并三氮唑合成中的应用，并且昂贵的金属催化剂以及危险的氮源，从而抑制了工业化的生产。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种2-芳基苯并三氮唑类化合物的制备方法，以克服2-芳基苯并三氮唑类化合物制备过程中低选择性、官能团容忍性差、操作复杂、难以工业化的缺陷。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种2-芳基苯并三氮唑类化合物的制备方法，包括如下步骤：

在强极性有机溶剂中，氮气条件下，以结构式中具有如式(i)所示结构的邻苯二胺化合物和结构式中具有如式(ii)所示结构的芳基氮源为反应底物，在50-150℃下，在强碱性的钾盐或氢氧化钾和含铜催化剂的共同促进作用下，对所述的邻苯二胺化合物和芳基氮源偶联缩合12-36h得到反应混合物，所述的反应混合物中包含结构式中具有式(iii)所示结构的2-芳基苯并三氮唑类化合物，

上述技术方案中，还包括如下步骤：

向冷却后的反应混合物中加入有机溶剂后过滤，对含有所述的2-芳基苯并三氮唑类化合物的部分减压浓缩得到浓缩物，将所述的浓缩物通过柱色谱分离，并在分离过程中加入洗脱液，收集分离后的洗脱液，将所述的分离后的洗脱液浓缩后得到分离纯化后的所述的2-芳基苯并三氮唑类化合物。

上述技术方案中，以摩尔量计，所述的芳基氮源与邻苯二胺化合物用量的摩尔比为1:1-3:1。

上述技术方案中，所述的反应时间为12-36h。

上述技术方案中，所述的强极性有机溶剂为四氢呋喃。

上述技术方案中，以摩尔量计，所述的强碱性的钾盐或钠盐的用量与所述的邻苯二胺化合物的用量比为1:1-4:1，所述的强碱性的钾盐或钠盐为氢氧化钾。

上述技术方案中，以摩尔量计，所述的含铜催化剂中铜的用量与所述的邻苯二胺化合物的用量比为0.02:1-0.2:1。

上述技术方案中，所述的含铜催化剂为硫氢化亚铜。

上述技术方案中，具体包括如下步骤：在室温下，向反应容器中加入结构式中具有如式(i)所示结构的邻苯二胺化合物、结构式中具有如式(ii)所示结构的芳基氮源、含铜催化剂和氢氧化钾，其中，以摩尔量计，芳基氮源与邻苯二胺化合物用量的摩尔比为1:1-3:1，所述的氢氧化钾的用量与所述的邻苯二胺化合物的用量比为1:1-4:1，含铜催化剂中铜的用量与所述的邻苯二胺化合物的用量比为0.02:1-0.2:1，然后对所述的反应容器抽气-充氮气置换三次,加入2ml四氢呋喃，在50-150℃反应温度下搅拌12-36h直到反应结束，得到所述的反应混合物，所述的反应混合物中包含所述的2-芳基苯并三氮唑类化合物。

综上所述，本发明提供的2-芳基苯并三氮唑类化合物的制备方法具有如下有益效果：

a)反应高效、收率高、后处理简单、操作简便；

b)结构式中具有如式(i)所示结构的邻苯二胺或结构式中具有如式(ii)所示结构的芳基氮源等原料容易制备；

c)苯并三氮唑类化合物选择性高；

d)采用廉价的铜金属做催化剂；

e)采用工业中常见的氢氧化钾为碱。

本发明以易于制备的结构式中具有如式(i)所示结构的邻苯二胺和结构式中具有如式(ii)所示结构的芳基氮源为反应原料，在氮气反应氛围下，含铜催化剂与强碱性的钾盐或钠盐的共同促进作用下，化学选择性地得到结构式中具有式(iii)所示结构的2-芳基苯并三氮唑类化合物。反应条件、后处理操作简单，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为实施例1中反应原料和反应产物的结构式。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

以下实施例所给出的新化合物的数据和纯度均通过核磁共振鉴定。

实施例1

2-苯基苯并三氮唑的合成

在室温下，将邻苯二胺(0.5mmol,1equiv)、硝基苯(0.9mmol,1.8equiv)、cuscn(0.05mmol，10％mmol)、koh(1mmol,2equiv)加入到反应管中，然后抽气-充氮气置换三次,加入2ml四氢呋喃，在90℃反应温度下搅拌24h。通过薄层色谱监测反应结束后，将反应混合物冷却，然后加入乙酸乙酯过滤，然后旋掉溶剂，经柱层析分离得到产物(洗脱剂:石油醚)，产物为白色固体，收率81％，产物重量为79mg。

所得产物的核磁共振氢谱的数据如下:

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.37-8.35(m,2h),7.96-7.93(m,2h),7.58-7.54(m,2h),7.47-7.41(m,3h)；

所得产物的核磁共振碳谱的数据如下:

¹³cnmr(125mhz,cdcl3):δ145.0,140.4,129.4,128.9,127.2,120.6,118.4.

实施例2

2-(4-溴苯基)苯并三氮唑的合成

在室温下，将邻苯二胺(0.5mmol,1equiv)、对溴硝基苯(0.9mmol,1.8equiv)、cuscn(0.05mmol，10％mmol)、koh(1mmol,2equiv)加入到反应管中，然后抽气-充氮气置换三次,加入2ml四氢呋喃，在90℃反应温度下搅拌24h。通过薄层色谱监测反应结束后，将反应混合物冷却，然后加入乙酸乙酯过滤，然后旋掉溶剂，经柱层析分离得到产物(洗脱剂:石油醚)，产物为黄色固体，收率73％，产物重量为100mg。

所得产物的核磁共振氢谱的数据如下:

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.25-8.23(m,2h),7.92-7.90(m,2h),7.68-7.66(m,2h),7.42-7.40(m,2h)；

所得产物的核磁共振碳谱的数据如下:

¹³cnmr(125mhz,cdcl3):δ145.1,139.3,132.5,127.4,122.8,122.0,118.4.

实施例3

2-(4-氯苯基)苯并三氮唑的合成

在室温下，将邻苯二胺(0.5mmol,1equiv)、对氯硝基苯(0.9mmol,1.8equiv)、cuscn(0.05mmol，10％mmol)、koh(1mmol,2equiv)加入到反应管中，然后抽气-充氮气置换三次,加入2ml四氢呋喃，在90℃反应温度下搅拌24h。通过薄层色谱监测反应结束后，将反应混合物冷却，然后加入乙酸乙酯过滤，然后旋掉溶剂，经柱层析分离得到产物(洗脱剂:石油醚)，产物为白色固体，收率83％，产物重量为95mg。

所得产物的核磁共振氢谱的数据如下:

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.32-8.30(m,2h),7.93-7.91(m,2h),7.54-7.51(m,2h),7.41-7.40(m,2h)；

所得产物的核磁共振碳谱的数据如下:

¹³cnmr(125mhz,cdcl3):δ145.1,138.9,134.8,129.6,127.4,121.8,118.4.

实施例4

2-(4-叔丁基苯基)苯并三氮唑的合成

在室温下，将邻苯二胺(0.5mmol,1equiv)、对叔丁基硝基苯(0.9mmol,1.8equiv)、cuscn(0.05mmol，10％mmol)、koh(1mmol,2equiv)加入到反应管中，然后抽气-充氮气置换三次,加入2ml四氢呋喃，在90℃反应温度下搅拌24h。通过薄层色谱监测反应结束后，将反应混合物冷却，然后加入乙酸乙酯过滤，然后旋掉溶剂，经柱层析分离得到产物(洗脱剂:石油醚)，产物为白色固体，收率67％，产物重量为84mg。

所得产物的核磁共振氢谱的数据如下:

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.29-8.26(m,2h),7.95-7.92(m,2h),7.58-7.55(m,2h),7.42-7.41(m,2h),1.39(s,9h)；

所得产物的核磁共振碳谱的数据如下:

¹³cnmr(125mhz,cdcl3):δ152.4,144.9,138.0,126.9,126.3,120.3,118.3,34.8,31.3.

实施例5

2-联苯基苯并三氮唑的合成

在室温下，将邻苯二胺(0.5mmol,1equiv)、对苯基硝基苯(0.9mmol,1.8equiv)、cuscn(0.05mmol，10％mmol)、koh(1mmol,2equiv)加入到反应管中，然后抽气-充氮气置换三次,加入2ml四氢呋喃，在90℃反应温度下搅拌24h。通过薄层色谱监测反应结束后，将反应混合物冷却，然后加入乙酸乙酯过滤，然后旋掉溶剂，经柱层析分离得到产物(洗脱剂:石油醚)，产物为白色固体，收率83％，产物重量为112mg。

所得产物的核磁共振氢谱的数据如下:

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.45-8.42(m,2h),7.97-7.95(m,2h),7.79-7.77(m,2h),7.68-7.65(m,2h),7.51-7.47(m,2h),7.44-7.39(m,3h)；

所得产物的核磁共振碳谱的数据如下:

¹³cnmr(125mhz,cdcl3):δ145.1,141.9,139.9,139.5,128.9,128.0,127.9,127.2,127.1,120.9,118.4.

实施例6

2-(4-苯炔基)苯并三氮唑的合成

在室温下，将邻苯二胺(0.5mmol,1equiv)、对苯炔基硝基苯(0.9mmol,1.8equiv)、cuscn(0.05mmol，10％mmol)、koh(1mmol,2equiv)加入到反应管中，然后抽气-充氮气置换三次,加入2ml四氢呋喃，在90℃反应温度下搅拌24h。通过薄层色谱监测反应结束后，将反应混合物冷却，然后加入乙酸乙酯过滤，然后旋掉溶剂，经柱层析分离得到产物(洗脱剂:石油醚)，产物为白色固体，收率58％，产物重量为86mg。

所得产物的核磁共振氢谱的数据如下:

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.38-7.36(m,2h),7.95-7.92(m,2h),7.73-7.70(m,2h),7.58-7.56(m,2h),7.44-7.41(m,2h),7.38-7.36(m,3h)；

所得产物的核磁共振碳谱的数据如下:

¹³cnmr(125mhz,cdcl3):δ145.2,139.7,132.7,131.7,128.6,128.4,127.4,124.1,122.9,120.5,118.4,91.4,88.5.

实施例7

5-溴-2-苯基-苯并三氮唑的合成

在室温下，将4-溴邻苯二胺(0.5mmol,1equiv)、硝基苯(0.9mmol,1.8equiv)、cuscn(0.05mmol，10％mmol)、koh(1mmol,2equiv)加入到反应管中，然后抽气-充氮气置换三次,加入2ml四氢呋喃，在90℃反应温度下搅拌24h。通过薄层色谱监测反应结束后，将反应混合物冷却，然后加入乙酸乙酯过滤，然后旋掉溶剂，经柱层析分离得到产物(洗脱剂:石油醚)，产物为白色固体，收率61％，产物重量为83mg。

所得产物的核磁共振氢谱的数据如下:

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.33-8.31(m,2h),8.11(s,1h),7.81-7.79(m,1h),7.56-7.53(m,2h),7.49-7.45(m,2h)；

所得产物的核磁共振碳谱的数据如下:

¹³cnmr(125mhz,cdcl3):δ145.9,143.6,140.1,131.0,129.5,129.3,125.5,122.4,120.7,119.8.

实施例8

4-苯基-2-苯基苯并三氮唑的合成

在室温下，将4-苯基邻苯二胺(0.5mmol,1equiv)、硝基苯(0.9mmol,1.8equiv)、cuscn(0.05mmol，10％mmol)、koh(1mmol,2equiv)加入到反应管中，然后抽气-充氮气置换三次,加入2ml四氢呋喃，在90℃反应温度下搅拌24h。通过薄层色谱监测反应结束后，将反应混合物冷却，然后加入乙酸乙酯过滤，然后旋掉溶剂，经柱层析分离得到产物(洗脱剂:石油醚)，产物为白色固体，收率71％，产物重量为76mg。

所得产物的核磁共振氢谱的数据如下:

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.39-8.38(m,2h),8.11(s,1h),8.01-7.99(m,1h),7.71-7.69(m,3h),7.58-7.55(m,2h),7.51-7.46(m,3h),7.42-7.41(m,1h)；

所得产物的核磁共振碳谱的数据如下:

¹³cnmr(125mhz,cdcl3):δ145.7,144.6,140.8,140.5,140.4,129.4,129.0,128.9,128.0,127.7,127.5,120.6,118.6,115.8.

实施例9

5-溴-2苯基-苯并三氮唑的合成

在室温下，将5-溴-3-甲基邻苯二胺(0.5mmol,1equiv)、硝基苯(0.9mmol,1.8equiv)、cuscn(0.05mmol，10％mmol)、koh(1mmol,2equiv)加入到反应管中，然后抽气-充氮气置换三次,加入2ml四氢呋喃，在90℃反应温度下搅拌24h。通过薄层色谱监测反应结束后，将反应混合物冷却，然后加入乙酸乙酯过滤，然后旋掉溶剂，经柱层析分离得到产物(洗脱剂:石油醚)，产物为白色固体，收率67％，产物重量为96mg。

所得产物的核磁共振氢谱的数据如下:

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.33-8.30(m,2h),7.90(s,1h),7.55-7.51(m,2h),7.46-7.43(m,1h),7.23(s,1h),2.67(s,3h)；

所得产物的核磁共振碳谱的数据如下:

¹³cnmr(125mhz,cdcl3):δ145.6,144.3,140.2,130.9,129.8,129.4,129.1,120.9,121.0,117.9,16.9.

实施例10

4,5-二甲基-2苯基-苯并三氮唑的合成

在室温下，将4,5-二甲基-邻苯二胺(0.5mmol,1equiv)、硝基苯(0.9mmol,1.8equiv)、cuscn(0.05mmol，10％mmol)、koh(1mmol,2equiv)加入到反应管中，然后抽气-充氮气置换三次,加入2ml四氢呋喃，在90℃反应温度下搅拌24h。通过薄层色谱监测反应结束后，将反应混合物冷却，然后加入乙酸乙酯过滤，然后旋掉溶剂，经柱层析分离得到产物(洗脱剂:石油醚)，产物为白色固体，收率68％，产物重量为76mg。

所得产物的核磁共振氢谱的数据如下:

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.32-8.30(m,2h),7.66(s,2h),7.54-7.51(m,2h),7.43-7.40(m,1h),2.42(s,6h)；

所得产物的核磁共振碳谱的数据如下:

¹³cnmr(125mhz,cdcl3):δ144.5,140.5,137.8,129.3,128.4,120.4,116.7,20.9.

本发明的反应温度的范围为50-150℃，反应时间的范围为12-36h；以摩尔量计，强碱性的钾盐或钠盐的用量与结构式中具有如式(i)所示结构的邻苯二胺化合物的用量比为1:1-4:1，结构式中具有如式(i)所示结构的芳基氮源与邻苯二胺化合物用量的摩尔比为1:1-3:1，含铜催化剂中铜的用量与邻苯二胺化合物的用量比为0.02:1-0.2:1。上述实施例中采用的均是本发明的最优选，所用的反应温度为90℃，反应时间为24h；以摩尔量计，强碱性的钾盐或钠盐的用量与结构式中具有如式(i)所示结构的邻苯二胺化合物的用量比为2:1，结构式中具有如式(ii)所示结构的芳基氮源与结构式中具有如式(i)所示结构的邻苯二胺化合物用量的摩尔比为9:5，含铜催化剂中铜的用量与邻苯二胺化合物的用量比为0.01:1。

实施例11-25

除将其中反应溶剂的四氢呋喃分别替换为如下的有机溶剂外，与实施例1相同的方式而分别实施了实施例10-25，所使用有机溶剂和相应产物的收率如下表1所示。

表1

由上表1可看出，当使用其它有机溶剂时，在强极性溶剂中能发生反应，但产率仍有降低，其中，1,4-二氧六环和二甲基亚砜能使该反应进行，得到相应产物；而非极性和沸点较低溶剂没有任何产物。这证明了有机溶剂的合适选择对反应能否进行有着显著的，甚至是决定性的影响。

实施例26-37

除将其中反应碱的氢氧化钾分别替换为如下的碱外，与实施例1相同的方式而分别实施了实施例26-37，所使用碱和相应产物的收率如下表2所示。

表2

由上表2可看出，当使用其它碱时，在强碱性的钾盐和钠盐能发生反应，但产率仍有降低，其中，叔丁醇钠、叔丁醇钾、甲醇钠和甲醇钾能使该反应进行，得到相应产物；其他碱没有任何产物。这证明了碱的合适选择对反应能否进行有着显著的，甚至是决定性的影响。

实施例38-45

除将其中反应催化剂的硫氢化亚铜分别替换为如下的铜外，与实施例1相同的方式而分别实施了实施例38-45，所使用铜和相应产物的收率如下表3所示。

表3

由上表3可看出，当使用其它含铜催化剂时，能发生反应，但产率仍有降低；这证明了催化剂的合适选择对反应能否进行有着显著的，甚至是决定性的影响。

本发明所选用的含铜催化剂为氯化铜、氯化亚铜、碘化亚铜、溴化铜、溴化亚铜、铜粉、氟化铜、氧化铜、氧化亚铜、三氟甲磺酸铜、醋酸亚铜、醋酸铜、硫氢化亚铜、硫化亚铜等其中一种，本发明优先选用硫氢化亚铜。

综上所述，由上述所有实施例可明确看出，当采用本发明的方法即使用含铜催化剂、强碱性的钾盐或氢氧化钾和强极性有机溶剂(尤其是四氢呋喃)所组成的复合反应体系时，能够使具有如式(i)所示结构的邻苯二胺化合物和结构式中具有如式(ii)所示结构的芳基氮源发生偶联反应而以高产率和高纯度合成得到2-苯基苯并三氮唑类的化合物，为该类化合物的高效快捷合成提供了全新的合成路线。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然科研对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。