阿布力米提·阿布都卡德尔， 张永红， 刘晨江,1b*

(1.新疆大学 a. 化学化工学院; b. 理化测试中心，新疆 乌鲁木齐　830046)



·研究简报·

N-乙基咔唑的绿色高效合成

阿布力米提·阿布都卡德尔1a， 张永红1a， 刘晨江1a,1b*

(1.新疆大学 a. 化学化工学院; b. 理化测试中心，新疆 乌鲁木齐830046)

摘要：以咔唑为原料，碳酸二乙酯为烷基化试剂，碳酸铯和三乙基苄基氯化铵为共催化剂，经烷基化反应绿色合成了N-乙基咔唑，其结构经1H NMR和HR-ESI-MS确证。在最佳反应条件[咔唑200 mmol，碳酸二乙酯1.2 eq.，碳酸铯(0.05 eq.)和三乙基苄基氯化铵(0.05 eq.)为催化体系，于180 ℃反应3 h]下，产率99%。

关键词：N-乙基咔唑； 碳酸二乙酯； 绿色合成； 双催化剂； 烷基化

N-乙基咔唑(3)在合成永固紫RL、硫化还原蓝GNX等染料方面有重要应用[1]，其制备方法受到广大科研人员的关注[2]。工业上3的制备方法主要有氯乙烷法和硫酸二乙酯法[3]，但这两种方法存在原料咔唑(1)不能完全转化、反应时间较长等不足。近年来，科研人员以溴乙烷为烷基化试剂[4-7]，使用相转移催化剂[8-11]、超声波[12]或微波[13]促进的方法，反应速率及产率有了较大幅度提高。但现有合成方法都大量使用了强碱和有机溶剂，对环境污染较严重。因此，开发绿色高效的3的合成方法具有重要意义。

本文以碳酸铯和三乙基苄基氯化铵为共催化剂，碳酸二乙酯(2)为烷基化试剂，实现了3的绿色合成(Scheme 1),其结构经1H NMR和HR-ESI-MS确证。并优化了反应条件，考察了在最优反应条件下，放大反应及催化剂重复使用次数对3产率的影响。

1实验部分

1.1仪器及试剂

X-4型显微熔点仪(温度未校正)；Agilent 1200型高效液相色谱仪；Bruker ARX-300型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；Agilent 6210 TOF LC/MS型高分辨质谱仪(ESI源)。

Scheme 1

所用试剂均为分析纯。

1.23的合成

在高压釜中加入1 33.44 g(200 mmol)， 2 35.44 g(300 mmol)， Cs2CO3163 g和相转移催化剂三乙基苄基氯化铵(TEBAC)114 g，搅拌(转速200 r·min-1)下于180 ℃反应3 h。降至室温，减压至一个大气压，旋蒸除去过量的2和乙醇，残余物经水洗除催化剂，真空干燥得白色固体3[14-15]，产率99%， m.p.68～70 ℃；1H NMRδ： 8.04(d,J=8.2 Hz, 2H), 7.48～7.23(m, 6H), 7.41(dd,J=8.4 Hz, 1.1 Hz, 2H), 7.23(t,J=6.8 Hz, 1.3 Hz, 2H), 4.36(q,J=7.2 Hz, 2H), 1.45(t,J=7.2 Hz, 3H); HR-ESI-MSm/z： Calcd for C14H14N{[M+H]+}196.112 1， found 196.114 6。

2结果与讨论

2.1反应条件优化

考察了催化剂的种类及用量、反应温度和时间、投料比等对产率的影响，寻找最佳反应条件。

(1) 催化剂

1 200 mmol，其余反应条件同1.2，考察催化剂的种类及其用量对反应的影响，结果见表1。由表1可见，以KOH为碱性催化剂，四丁基溴化铵(TBAB)为相转移催化剂时，产率较低(42%， No.1)；在相同的反应条件下，Cs2CO3的活性最高(No.3)。由于TBAB作相转移催化剂时有少量副产物生成，因此我们考察了其它相转移催化剂的催化效果。以18-冠-6为相转移催化剂时，虽然没有副产物生成，但是反应速度大幅降低(No.4)；三乙基苄基氯化铵(TEBA)为相转移催化剂时的催化效果较好，1完全转化，3的产率达到98%(No.5)。 Cs2CO3和TEBA的用量降到0.05 eq.时，催化性能依然良好(No.6)；当催化剂用量进一步降低到0. 02 eq.时，转换率和产率降至65%(No.7)。综上，选用Cs2CO3(0.05 eq.)和TEBA(0.05 eq.)作为最佳的催化体系。

表1　催化剂及其用量对3产率的影响*

*1 200 mmol，其余反应条件同1.2；a转化率和产率由HPLC测定。

(2) 反应温度和反应时间

以Cs2CO3(0.05 eq.)和TEBA(0.05 eq.)为催化体系，其余反应条件同2.1(1)，考察温度和时间对产率的影响，结果见图1。

Time/h

由图1可见，反应速率随温度上升而加快。于170 ℃反应4 h后，1未反应完全；于180 ℃反应3 h, 1完全转化，产率>99%;随着温度进一步升高至190 ℃，副产物大量增加。因此， 最佳反应温度为180 ℃，最佳反应时间为3 h。

(3) 2的用量

于180 ℃反应3 h，其余反应条件同2.1(2)，考察2的用量对3产率的影响，结果见表2。由表2可见，2的用量对产率的影响较大。当2的用量为0.8 eq.时，产率仅65%，同时伴有66%的乙醇生成。这一结果显示，该反应体系中，2仅有一个乙基可用，增加2的用量可提高3的产率。但当其用量大于1.2eq.时，产率不再增加。因此，2

表22的用量对3产率的影响*

Table 2The effect of the amount of 2 on the yield of 3

2/eq.0.80.91.01.11.21.31.41.5产率/%6576869499999999

*于180 ℃反应3 h，其余反应条件同表1。

的最佳用量为1.2 eq．。

综上所述，合成3的最佳反应条件为：1 200 mmol， 2 1.2 eq.， Cs2CO3(0.05 eq.)和TEBA(0.05 eq.)为催化体系，于180 ℃反应3 h，产率99%。

2.2反应放大及催化剂循环使用

为了验证该工艺在工业生产上的可行性，对最佳反应条件进行公斤级放大研究(1 1．672 kg，高压釜中进行)，产率99%。说明最佳反应条件稳定，能实现公斤级放大实验，为工业生产提供依据。

放大实验中回收的催化剂，在放大级反应中重复使用，重复操作5次，考察其循环使用次数对产率的影响，结果见表3。由表3可见，催化剂重复操作5次，1的转化率和3的产率都未明显降低，说明催化剂在使用过程中，并未失活。

表3　催化剂循环使用次数对产率的影响

3结论

采用碳酸铯与三乙基苄基氯化铵为双催化剂，使用绿色环保的碳酸二乙酯为烷基化试剂，高产率地合成了N-乙基咔唑，克服了传统方法中的高污染问题，大大提高了反应速率和产率。

该方法操作简单，不使用有机溶剂，催化剂可循环利用，公斤级放大表现良好，成本低，具有工业化生产的潜力。

参考文献

[1]孙雄平,蒋晓庄. 优质紫色颜料——永固紫RL[J].上海化工,1994,19(1):12-15.

[2]张永晖,崔建兰,杨玉芬,等.N-乙基咔唑合成工艺的研究进展[J].山西化工,2011,31(1):39-42.

[3]吴建中,张为民.N-乙基咔唑的合成[J].江苏化工,1991,2(3):28-29.

[4]李振,李俊,秦金贵. 简法合成N-乙基咔唑[J].化学试剂,2001,23(5):297．

[5]钟增培,周健能. 用KF/Al2O3催化合成N-乙基咔唑方法研究[J].化学通报,1998，(1):31-32.

[6]Chen J, Ko S, Liu L,etal. The effect of porphyrins suspended with different electronegative moieties on the photovoltaic performance of monolithic porphyrin-sensitized solar cells with carbon counter electrodes[J].New J Chem,2015,39(4):2889-2900.

[7]Li D, Wu P, Guo D,etal. Synthesis and luminescence properties of novel carbazolyl-containing amino alcohol Schiff bases[J].Res Chem Intermed,2015,41(4):2591-2601.

[8]段文生,崔建兰,祁晓静. 相转移催化剂合成N-乙基咔唑的研究[J].天津化工,2010,24(3):21-24.

[9]李德江,葛正红. 相转移催化合成N-烃基咔唑[J].化工时刊,2004,18(5):51-53.

[10]孙剑.N-乙基咔唑的中试研究[J].宝钢技术,2004，(4):37-38.

[11]秦智,倪家宝.N-烷基咔唑的合成研究[J].广西化工,1998,27(4):19-21.

[12]Zhao S H, Kang J, Du Y T,etal. An efficient ultrasound-assisted synthesis ofN-alkyl derivatives of carbazole,indole,and phenothiazine[J].J Heterocycl Chem,2014,51(3):683-689.

[13]李珊,王宏青. 微波诱导催化合成N-乙基咔唑[J].化学试剂,2002,22(4):240-246.

[14]C. Farmer S, H. Berg S. Ring contracting sulfur extrusion from oxidized phenothiazine ring systems[J].Molecules,2008,13(6):1345-1352.

[15]Lin J, Chen J, Su W. Rhodium-cobalt bimetallic nanoparticles:A catalyst for selective hydrogenation of unsaturated carbon-carbon bonds with hydrous hydrazine[J].Adv Synth Catal,2013,355(1):41-46.

The Efficient Green Synthesis ofN-ethylcarbazole

ABDUKADER Ablimit1a，ZHANG Yong-hong1a,LIU Chen-jiang1a,1b*

(a. College of Chemical and Chemical Engineering; b. Physics and Chemistry Detecting Center,1. Xinjiang University, Urumqi 830046, China)

Abstract：N-ethylcarbazole was synthesized by alkylation reaction, using carbazole as the material, diethyl carbonate as the alkylating reagent and Cs2CO3/TEBAC as the cocatalyst. The structure was confirmed by1H NMR and HR-ESI-MS． Under the optimized conditions[carbazole 200 mmol， diethyl carbonate 1.2 eq.， Cs2CO3 0.05 eq., TEBAC 0.05 eq.， at 180 ℃ for 3 h], the yield was up to 99%.

Keywords：N-ethylcarbazole; diethyl carbonate; green synthesis; cocatalyst; alkylation reaction

中图分类号：O626.3; O621.3

文献标志码：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.03.15368

作者简介：阿布力米提·阿布都卡德尔(1970-)，男，维吾尔族，新疆和田人，博士，主要从事有机合成的研究。 E-mail: ablimit1970@126.com通信联系人： 刘晨江，教授， Tel. 0991-8582901, E-mail: pxylcj@126.com

基金项目：国家自然科学基金资助项目(21162025, 21262035)

收稿日期：2015-04-20；

修订日期：2016-01-08