一种氮杂环并苯化合物及其制备方法与流程

专利2022-05-10  7



1.本发明属于有机发光功能性材料中间体的合成领域,具体涉及一种氮杂环并苯化合物及其制备方法。


背景技术:

2.近年来,大的并苯类化合物在材料化学,生物化学等领域的应用日益广泛,为该类材料的设计提供了灵活性,也利于其在有机电子应用方面更好的发挥作用。在制备大的并苯类化合物时,需要氮杂环并苯化合物作为中间体,但现有技术中的氮杂环并苯化合物结构单一,因此急需一种新型的氮杂环并苯化合物,将其用于制备大的并苯类化合物。


技术实现要素:

3.本发明的目的在于提供一种氮杂环并苯化合物及其制备方法,该化合物可作为大的并苯类化合物中间体,其制备方法得到的氮杂环并苯化合物收率高,纯度高,同时反应时间短、工艺简单、生产成本低廉,适合工业化生产。
4.第一方面,本发明提供一种氮杂环并苯化合物,其特征在于,其化学名称为4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉;其结构式如下:
[0005]
通过采用上述技术方案,该化合物可作为大的并苯类化合物中间体,用于制备大的并苯类化合物,缩短大的并苯类化合物的合成时间,提高生产效率。
[0006]
第二方面,本发明提供一种氮杂环并苯化合物的制备方法,包括如下步骤:s1、在酸性条件下,将有机溶剂、还原剂混合均匀,加入4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑,制得4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺,其中,反应温度为45~55℃,反应时间为1~1.5h,;s2、在酸性条件下,将有机溶剂、3,4

己二酮混合均匀,加入步骤s1制得的4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺,制得4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉,其中,反应温度为45~50℃,反应时间为7~8h。
[0007]
通过采用上述技术方案,步骤s1,在酸性条件下,4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑经还原反应,制得4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺,氢离子的存在能够使得还原剂有效地释放出电子,增加活性住点,使4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑中的硝基与氢离子之间的反应几率增大,促进还原反应的进行。步骤s2,在酸性条件下,3,4

己二酮易与4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺发生环合反应,制得4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉,该制备方法的反应方程式如下:本发明步骤s1反应温度为45~55℃,步骤s2反应温度为45~50℃,两步反应温度较低,对反应设备要求低,易实施,减低了对设备的损害;同时,两步反应时间可以缩短至8~9.5h,大大缩短了反应周期,提高反应效率。本发明制备方法制得的产物收率高,纯度高,具体地,收率>75%,纯度>84%,并且本发明制备方法工艺简单、反应原料低廉,有利于工业化生产。
[0008]
在本发明的一个实施方案中,步骤s1中,反应温度为55℃,反应时间为1.5h。
[0009]
在本发明的一个实施方案中,步骤s1中,反应温度为45℃,反应时间为1.5h。
[0010]
在本发明的一个实施方案中,步骤s1中,反应温度为55℃,反应时间为1h。
[0011]
在本发明的一个实施方案中,步骤s2中,反应温度为45℃,反应时间为7h。
[0012]
在本发明的一个实施方案中,步骤s2中,反应温度为50℃,反应时间为7h。
[0013]
在本发明的一个实施方案中,步骤s2中,反应温度为50℃,反应时间为8h。
[0014]
优选的,步骤s1中,还原剂为fe粉、zn粉、ni粉、co粉中的一种。
[0015]
优选的,步骤s1中,还原剂为100~200目。在本发明的一个实施方案中,还原剂可以为100目、150目、200目。
[0016]
优选的,步骤s1中,步骤s1中,4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑与还原剂的摩尔比为1:9~1:10;步骤s2中,4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺与3,4

己二酮的摩尔比为1:0.8~1:2。
[0017]
在本发明的一个实施方案中,4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑与还原剂的摩尔比可以是1:9、1:92、1:95、1:98、1:10以及它们之间的任一值,优选为1:10。
[0018]
在本发明的一个实施方案中,4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺与3,4

己二酮的摩尔比可以是1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.6、1:1.8、1:2以及它们之间的任一值,优选为1:1.2。
[0019]
优选的,步骤s1中,4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑与低碳脂肪酸的摩尔比为1:60~1:70。步骤s2中,4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺与低碳脂肪酸的摩尔比为1:4.5~1:6。
[0020]
在本发明的一个实施方案中,4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑与低碳脂肪酸的摩尔比可以是1:60、1:62、1:64、1:66、1:68、1:70以及它们之间的任一值,优选为1:68。
[0021]
在本发明的一个实施方案中,4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺与低碳脂肪酸的摩尔比可以是1:4.5、1:4.8、1:5.1、1:5.3、1:5.5、1:5.8、1:6以及它们之间的任一值,优选为1:5.3。
[0022]
优选的,在步骤s2中添加催化剂,催化剂为pd/c。
[0023]
通过采用上述技术方案,本技术采用的催化剂环合效率高,可大大缩短反应的时间;同时,使得反应所需温度低,安全度高,减少了有机溶剂、高温条件对设备造成的损害,
更有利于工业化生产。
[0024]
优选的,步骤s1和步骤s2中,用于提供酸性环境的试剂为低碳脂肪酸。
[0025]
优选的,低碳脂肪酸为甲酸或乙酸。
[0026]
优选的,步骤s1中,对有机溶剂、低碳脂肪酸进行干燥预处理,使得有机溶剂、低碳脂肪酸各自的水分含量小于200ppm。通过采用上述技术方案,有机溶剂和低碳脂肪酸中的含水量影响4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑中硝基的还原反应,含水量较高时,反应速率低,反应时间长。
[0027]
综上所述,本发明具有以下有益效果:1、本发明的制备方法原料易得,对仪器要求不高,易实施,后处理操作简单,在保证纯度的前提下产率较高,总体成本较低。
[0028]
2、本发明的制备方法反应时间可以缩小至8~9.5h,大大缩短了反应周期,且产率较高。
[0029]
3、本发明的制备方法反应条件温和,反应温度较低,反应效果明显,主纯度高,不仅节约了能源还降低了高温反应可能带来的危险性,同时也降低了对设备的损害。
附图说明
[0030]
图1为实施例1中步骤s1反应液的hplc图谱。
[0031]
图2为实施例1中步骤s2反应液的hplc图谱。
[0032]
图3为实施例1制备得到的化合物4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉的hplc图谱。
[0033]
图4为实施例1制备得到的化合物4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉的lcms图谱。
[0034]
图5为对比例1制备得到的化合物4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉的hplc图谱。
[0035]
图6为对比例2制备得到的化合物4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉的hplc图谱。
具体实施方式
[0036]
以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
[0037]
原料来源表1原料来源
实施例
[0038]
s1、4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺的制备将干燥后的有机溶剂、低碳脂肪酸加入到反应瓶中,而后加入还原剂,升温至45~55℃,搅拌0.5h;而后分批加入4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑,保持温度在55℃以下,氮气保护。反应体系颜色由黄绿色逐渐过渡到黑褐色,反应1~1.5h后送样,反应完全经后处理,即可制得4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺。
[0039]
其中,有机溶剂、低碳脂肪酸采用分子筛干燥,干燥之后的有机溶剂、低碳脂肪酸各自的水分含量小于200ppm。有机溶剂与低碳脂肪酸的质量比为1:1。有机溶剂选用二氯甲烷、二氯乙烷、乙醇、乙酸乙酯、thf、dmf中的一种,优选为二氯甲烷。还原剂选用fe粉、zn粉、ni粉、co粉中的一种;优选fe粉。添加4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑时,根据反应温度确定分批的次数及每批次的加入量,当温度较高时,减小每批次的添加量。在添加过程中,保持温度低于55℃。反应完全指使用hplc检测,检测结果中原料<1%,目标分子>94%。
[0040]
后处理方式为纯化,纯化方式可以为本领域的常规方法,例如重结晶、柱色谱。其中,重结晶溶剂选用甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、乙酸乙酯中的一种,优选为乙醇,更优选为工业一级乙醇。柱色谱系统为:硅胶 氧化铝柱层析,洗脱剂选用乙酸乙酯

石油醚、二氯甲烷

甲醇、乙酸乙酯

丙酮、氯仿

丙酮中的一种。
[0041]
s2、4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉的制备向反应瓶中加入有机溶剂、低碳脂肪酸、3,4

己二酮反应1h后,在催化剂的作用下,分批量加入步骤s1所制得的4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺,而后回流反应,保持温度在50℃以下,氮气保护。反应体系颜色由黄色变为草绿色再到暗红色的转变,反应8h后,取样送检,反应完全经后处理,制得4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉。
[0042]
其中,有机溶剂与低碳脂肪酸的质量比为1:1.5。有机溶剂选用二氯甲烷、二氯乙烷、乙醇、乙酸乙酯、thf、dmf中的一种,优选为二氯甲烷。添加4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺时,根据反应温度确定分批的次数及每批次的加入量,当温度较高时,减小每批次的添加量。在添加过程中,保持温度低于50℃。反应完全是指使用hplc检测,检测结果中原料<0.7%,目标分子>95%。
[0043]
后处理方式为纯化,纯化方式可以为本领域的常规方法,例如重结晶、柱色谱。其中,重结晶溶剂选用甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、乙酸乙酯中的一种,优选为乙醇,更优选为工业一级乙醇。柱色谱系统为:硅胶 氧化铝柱层析,洗脱剂选用乙酸乙酯

石油醚、二氯甲烷

甲醇、乙酸乙酯

丙酮、氯仿

丙酮中的一种。
[0044]
步骤s1和步骤s2的重结晶操作涉及的重结晶溶剂可以完全相同,每一步纯化均不需要调整溶剂种类与比例。实施例
[0045]
实施例1s1、4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺的制备将500ml的四口玻璃烧瓶洗净烘干后,安装好机械搅拌,酒精温度计,瓶塞一个,氮气球连接的三通一个,放置于500ml电加热套内,检查装置气密性后,准备加料。
[0046]
先加入365g乙酸(6.08mol)、365g二氯甲烷,开始搅拌,而后加入50g fe粉(0.89mol,200目),随后升温至55℃,搅拌0.5h;接下来开始分批加入总重量为34.5g的4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑(0.09mol),共分10批,每批次加入量为3.45g,加料完毕后反应1.5h,停止反应,并送样进行hplc检测,检测结果如附图1所示,纯度为95.278%。整个反应在n2保护下进行,并置换3次n2。
[0047]
后处理:取两支500ml烧杯,将反应液加入到烧杯中,向每支烧杯中加入400ml乙醇,搅拌10min后开始抽滤,而后向每支烧杯中加入350ml水和5ml稀盐酸(浓度约为10%),搅拌15min后抽滤得到滤饼;取500ml双口瓶,加入滤饼、400mlthf,搅拌1h,而后静置30min后过滤,得到滤液旋蒸浓缩,而后向双口瓶中再次加入400ml thf,搅拌,静置,过滤,滤液旋蒸浓缩,随后向双口瓶中再次加入400ml thf,搅拌,静置,过滤,滤液旋蒸浓缩,此时滤渣中的thf溶液透明;将璇蒸后得到的固体再次加入约50ml乙醇打浆,抽滤烘干得到4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺(23.34g,浅绿色产品)。收率为91%。
[0048]
s2、4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉的制备将500ml的四口玻璃烧瓶洗净烘干后,安装好机械搅拌,酒精温度计,瓶塞一个,氮气球连接的三通一个,放置于500ml电加热套内,检查装置气密性后,准备加料。
[0049]
先加入165.6g二氯甲烷,开启搅拌,再加入250g乙酸(4.1mol)、105g 3,4

己二酮(0.92mol),随后升温至50℃,搅拌1h;接下来加入12.5g pd/c催化剂,分批加入总重量为250g 4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺(0.77mol),共分25批,每批次加入量为10g,加料完毕,瓶内颜色由透明黄色变为混浊的草绿色,持续搅拌7h后,待颜色变为浑浊的暗红色时,停止反应,并送样进行hplc检测,检测结果如附图2所示,纯度为95.30%。整个反应在n2保护下进行,并置换3次n2。
[0050]
后处理:反应液降温至10

20℃,直接过滤,滤饼使用少量乙醇淋洗得到4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉粗品。取285g粗品,进行后处理。使用200ml水进行两次水洗,使用20g无水硫酸钠进行干燥,而后采用使用硅胶 氧化铝过柱,洗脱剂为二氯甲烷

甲醇,柱液进行浓缩,得到4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉(279.62g),收率为90.2%,以上两步总收率为82.02%。
[0051]
经hplc测定,纯度为90.2%,hplc图谱见图3。
[0052]
lcms图谱见图4。
[0053]
实施例2实施例2与实施例1的区别在于:步骤s1中,反应温度为45℃,其他与实施例1相同。
[0054]
实施例3实施例3与实施例1的区别在于:步骤s2中,反应温度为45℃,其他与实施例1相同。
[0055]
实施例4实施例4与实施例1的区别在于:步骤s1中,反应时间为1h,其他与实施例1相同。
[0056]
实施例5实施例5与实施例1的区别在于:步骤s2中,反应时间为8h,其他与实施例1相同。
[0057]
实施例6实施例6与实施例1的区别在于:步骤s1中,fe粉为47g(0.81mol),其他与实施例1相同。
[0058]
实施例7实施例7与实施例1的区别在于:步骤s2中,3,4

己二酮为68.5g(0.6mol),其他与实施例1相同。
[0059]
实施例8实施例8与实施例1的区别在于:步骤s1中,乙酸为324g(5.4mol),其他与实施例1相同。
[0060]
实施例9实施例9与实施例1的区别在于:步骤s2中,乙酸为207.6g(3.46mol),其他与实施例1相同。
[0061]
对比例对比例1s1、4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺的制备将34.5g 4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑(0.09mol)和50g铁粉(0.89mol,200目)加入到365g乙酸(6.08mol)中,升温至80℃,搅拌3.5h。搅拌完成后,冷却至室温,而后将上述溶液加入到100ml氢氧化钠溶液(浓度为5%)中沉淀并用100ml乙醚萃取三次。将三次萃取的有机层用300ml盐水洗涤两次,用硫酸镁干燥并在转蒸发器上除去溶剂,得到4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺(13.12g),收率为50.46%。
[0062]
s2、4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉的制备将250g 4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺(0.77mol)溶解在250g乙酸(4.1mol)中,随后向上述体系中加入105g 3,4

己二酮(0.92mol),在室温下搅拌12h。而后采用硅胶 氧化铝过柱,洗脱剂为二氯甲烷

甲醇,而后滤液旋蒸,得到4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉(155.42g),收率为50.1%,以上两步总收率为25.25%。
[0063]
经hplc测定,纯度为50.95%,hplc图谱见图5。
[0064]
对比例2s1、4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺的制备将34.5g 4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑(0.09mol)加入到365g乙酸(6.08mol)中,50g铁粉(0.89mol,200目)在0℃下分10批加入到上述体系中,铁粉的每批加入量均为5g,上述反应物在室温下搅拌12h。搅拌完成后,将反应溶液倒入冰水中,过滤,滤出沉淀,沉淀物用水洗涤,得到4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺(12.9g),收率为49.6%。
[0065]
s2、4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉的制备将250g 4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺(0.77mol)溶解在165.6g二氯甲
烷中,在惰性气体保护下,向上述体系中加入105g 3,4

己二酮(0.92mol),升温至50℃,搅拌12h。而后采用使用硅胶 氧化铝过柱,洗脱剂为二氯甲烷

甲醇,柱液进行浓缩,得到4,9

二溴

6,7

二甲基

[1,2,5]噻二唑[3,4

g]喹喔啉(145g),收率为46.7%,以上两步总收率为23.16%。
[0066]
经hplc测定,纯度为56.59%,hplc图谱见图6。
[0067]
性能检测实施例1

9和对比例1

2的纯度和收率记载在表2中。
[0068]
表2实施例1

9和对比例1

2的纯度和收率实施例12345纯度(%)90.290.4589.3488.0289.99收率(%)82.0878.1280.1480.1182.26实施例6789 纯度(%)86.7984.1387.2388.49 收率(%)78.9275.4980.3576.83 对比例12
ꢀꢀꢀ
纯度(%)50.9556.59
ꢀꢀꢀ
收率(%)25.2523.16
ꢀꢀꢀ
实施例1

9与对比例1相比,实施例1

9制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度均大于对比例1制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度,并且实施例1

9所需反应时间较短,因此可以推测,本发明的制备方法优于对比例1的制备方法。
[0069]
实施例1

9与对比例2相比,实施例1

9制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度均大于对比例2制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度,并且实施例1

9所需反应时间较短,因此可以推测,本发明的制备方法优于对比例2的制备方法。
[0070]
实施例1与实施例2相比,实施例1制备得到的氮杂环并苯化合物的收率大于实施例2制备得到的氮杂环并苯化合物的收率,并且实施例1与实施例2的纯度相近,因此可以推测,步骤s1的反应温度对氮杂环并苯化合物的收率影响较大,温度越高,收率越大,但步骤s1的反应温度对氮杂环并苯化合物的纯度影响较小。
[0071]
实施例1与实施例3相比,实施例1制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度大于实施例3制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度,因此可以推测,步骤s2的反应温度对氮杂环并苯化合物的收率和纯度均有影响,温度越高,收率越大,纯度越大。
[0072]
实施例1与实施例4相比,实施例1制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度大于实施例4制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度,因此可以推测,步骤s1的反应时间对氮杂环并苯化合物的收率和纯度均有影响,反应时间越长,收率越大,纯度越大。
[0073]
实施例1与实施例5相比,实施例1制备得到的氮杂环并苯化合物的收率与实施例5制备得到的氮杂环并苯化合物的收率相近,实施例1制备得到的氮杂环并苯化合物的纯度与实施例5制备得到的氮杂环并苯化合物的纯度也相近,但是实施例1中步骤s2的反应时间小于实施例5中步骤s2的反应时间,因此考虑到时间成本,实施例1中步骤s2的反应时间更优。
[0074]
实施例1与实施例6相比,实施例1制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度大
于实施例6制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度,因此可以推测,4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑与fe粉的摩尔比影响氮杂环并苯化合物的收率和纯度,当摩尔比为1:10时,氮杂环并苯化合物的收率和纯度更优。
[0075]
实施例1与实施例7相比,实施例1制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度大于实施例7制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度,因此可以推测,4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺与3,4

己二酮的摩尔比影响氮杂环并苯化合物的收率和纯度,当摩尔比为1:1.2时,氮杂环并苯化合物的收率和纯度更优。
[0076]
实施例1与实施例8相比,实施例1制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度大于实施例8制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度,因此可以推测,4,7

二溴

5,6

二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑与乙酸的摩尔比影响氮杂环并苯化合物的收率和纯度,当摩尔比为1:68时,氮杂环并苯化合物的收率和纯度更优。
[0077]
实施例1与实施例9相比,实施例1制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度大于实施例9制备得到的氮杂环并苯化合物的收率和纯度,因此可以推测,4,7

二溴苯并[1,2,5]噻二唑

5,6

二胺与乙酸的摩尔比影响氮杂环并苯化合物的收率和纯度,当摩尔比为1:5.3时,氮杂环并苯化合物的收率和纯度更优。
[0078]
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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