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因雜環(huán)化合物的特性結(jié)構(gòu)，咔唑已經(jīng)成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)精細(xì)化工行業(yè)中的熱點(diǎn)。自然界中大多數(shù)咔唑均來(lái)自煤炭，從焦油中獲得的，它有耐高溫和紫外光的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的發(fā)展前景。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，咔唑的用途漸漸被開(kāi)發(fā)起來(lái)，在醫(yī)藥，農(nóng)藥，材料助劑，染料等領(lǐng)域顯示出良好發(fā)展前景。本文主要介紹了咔唑及其衍生物在燃料，顏料，光電導(dǎo)材料，醫(yī)藥，離子及分子識(shí)別等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
咔唑是重要的含氮原子的雜環(huán)，咔唑分子獨(dú)特的NH單元是一個(gè)陰離子識(shí)別點(diǎn)，其衍生物可能具有更優(yōu)越的性能。從結(jié)構(gòu)上看咔唑是兩個(gè)苯環(huán)并了一個(gè)吡咯環(huán)，又名二苯并吡咯、9-氮芴、9-氮雜芴分子。它具有二重對(duì)稱軸，且具有大的共軛平面，具有較大范圍的π電子，因而具有較好的光譜信號(hào)[1]。
圖1-1咔唑結(jié)構(gòu)式
咔唑，分子式為C12H9N，分子量為167.20。咔唑是含有氮原子的非常重要的雜環(huán)，它是重要的精細(xì)化學(xué)品的中間體[2]。
自然界中大多數(shù)咔唑均來(lái)自煤炭，從焦油中獲得的，它是煤焦油具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的成分之一。咔唑具有耐高溫和抗紫外線的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于汽車面漆和耐熱塑料的上色[3]。咔唑衍生物是具有出色的導(dǎo)熱性，導(dǎo)電性，離子交換和其他物理性能的單體聚合物。因此，咔唑及其衍生物的合成是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。此外，咔唑具有很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性和光化學(xué)穩(wěn)定性，咔唑的結(jié)構(gòu)易于修飾，咔唑環(huán)易于形成穩(wěn)定的陽(yáng)離子。咔唑還具有良好的傳輸能力和廉價(jià)的原料，咔唑衍生物廣泛用于聚合物材料領(lǐng)域[4]。
咔唑的9位含有氮原子。咔唑分子的1、4、5和8位是活性位點(diǎn)（見(jiàn)圖1-1），因此可以進(jìn)行鹵化，硝化和其他衍生反應(yīng)。我們對(duì)咔唑氟取代和甲基甲基的四個(gè)衍生物：1位和4位的氟取代衍生物，1位和8位甲基取代衍生物，進(jìn)行了光譜和能量計(jì)算。與位置2和3的修飾相比，位置1和4的取代咔唑的合成更容易，位置5和8同理[5]。
由鄰氨基聯(lián)苯通過(guò)閉環(huán)反應(yīng)獲得咔唑，具有高的共軛度，并且可以應(yīng)用于多種聚合物材料。
我們國(guó)家自古以來(lái)就是一個(gè)紡織業(yè)為重要經(jīng)濟(jì)來(lái)源的國(guó)家，20世紀(jì)以來(lái)隨著紡織業(yè)的迅速發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，我國(guó)對(duì)染料及印染助劑的需求日益增多,在我國(guó)的染料行業(yè)咔唑及其衍生物有著很普遍的應(yīng)用[6]。3-氨基咔哇與四氯苯釀縮合其產(chǎn)物與其他有機(jī)化合物進(jìn)行一系列反應(yīng)得到了三苯二嚷嗦類的藍(lán)色直接染料。咔唑還可以跟有機(jī)物反應(yīng)可以生產(chǎn)色酚染料和還原染料[7]。
CZ1和CZ2屬于色酚染料，用于染黑。CZ3和CZ4是還原染料，它們具有良好的耐洗性和耐光性。這兩種還原染料主要用于棉布的印染，也可以用于維尼綸、纖維、亞麻、巨石及其混紡織物的印染。但是，它們的收率低，合成過(guò)程更復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)效率低[8]。
伴隨著有機(jī)染料的技術(shù)進(jìn)步而逐漸發(fā)展，在市場(chǎng)上出現(xiàn)了有機(jī)顏料,有機(jī)顏料已經(jīng)應(yīng)用到了多種領(lǐng)域。
咔唑的N原子具有極弱的堿性，能夠跟KOH反應(yīng)得到鉀鹽。咔唑被乙基化以獲得N-乙基咔唑，其可以進(jìn)一步與各種有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)以制備咔唑二惡嗪，由于這是一種粗制顏料產(chǎn)品，因此在使用前需要先進(jìn)行著色。這種染料在我國(guó)有很好的應(yīng)用市場(chǎng)[9-10]。這種有機(jī)顏料是藍(lán)紫色的，具有出色的色強(qiáng)度和亮度，以及優(yōu)異的耐熱性和抗?jié)B透性。它用于高質(zhì)量領(lǐng)域，例如油漆、油墨、涂料和塑料。它是有機(jī)顏料中質(zhì)量最好的，與酞菁和其他顏料混合的顏料仍保持原始的優(yōu)異性能[11]。
隨著21世紀(jì)信息時(shí)代的到來(lái)，以及傳統(tǒng)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料本身的缺點(diǎn)，適應(yīng)半導(dǎo)體器件的薄膜變得越來(lái)越困難，因?yàn)楸∧ば枰烧郫B和柔性[12]。四十多年來(lái)，科學(xué)家逐漸將研究方向轉(zhuǎn)移到有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成和研究上。有機(jī)半導(dǎo)體材料具有無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料無(wú)與倫比的特性，例如易于控制結(jié)構(gòu)，易于制造軟器件，批量生產(chǎn)后的成本更低以及功耗更低[12]。
作為新一代的平板顯示設(shè)備（OLED），有機(jī)電致發(fā)光設(shè)備在筆記本計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、壁掛電視和軍事領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。制作有機(jī)光電導(dǎo)體時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)碾姾蓚鬏敳牧?。電荷傳輸材料可分為空穴傳輸材料和電子傳輸材料，空穴傳輸材料傳輸正電，而電子傳輸材料傳輸?fù)電。咔唑衍生物可用作非常好的空穴傳輸材料，并在OLED生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。Promarak等[13]科學(xué)家在咔唑的第9位引入了一個(gè)菊花基團(tuán)，并成功合成了一系列藍(lán)色發(fā)光材料。更多的咔唑被各種取代基形成的發(fā)光材料的不斷報(bào)道，證明了咔唑及衍生物在光電導(dǎo)材料領(lǐng)域的重要性[13]。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)咔唑及其衍生物有很多生物活性，因此，咔唑及其衍生物在醫(yī)藥領(lǐng)域有著重要作用。
咔唑衍生物可以選擇性地與HTG G-四鏈體DNA結(jié)合[11]，這里的G-四鏈體DNA是許多抗癌藥物的靶標(biāo)，咔唑化合物與二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合能有效阻止癌細(xì)胞的擴(kuò)散，此外咔唑化合物在臨床上還有抗菌、抗腫瘤、抗老年癡呆、抗糖尿病等作用，所以咔唑的臨床診斷意義重大[14]。
一些研究人員致力于通過(guò)咔唑衍生物的受體化合物識(shí)別和感測(cè)陰離子，咔唑衍生物的分子骨架易于進(jìn)行各種化學(xué)修飾以引入不同的官能團(tuán)。
咔唑類化合物具有良好的氫鍵功能。氫鍵是目前陰離子受體設(shè)計(jì)中使用最廣泛的一種作用力[13]。到目前為止，在陰離子的結(jié)合和傳感方面取得了重大進(jìn)展。這部分是由于發(fā)現(xiàn)了利用主要的n–h官能團(tuán)和中性和陽(yáng)離子C–h氫鍵供體構(gòu)建有效陰離子結(jié)合受體的方法，以及未充分探索的強(qiáng)定向非共價(jià)相互作用，如鹵素鍵和陰離子?π互動(dòng)[15]。
在我國(guó)的燃料，顏料，光電導(dǎo)材料，醫(yī)藥，離子及分子識(shí)別等行業(yè)中咔唑及其衍生物有著很普遍的應(yīng)用，咔唑還具有良好的空穴傳輸能力和廉價(jià)的原料，咔唑衍生物廣泛用于聚合物材料領(lǐng)域。它被各種取代基形成的發(fā)光材料的不斷報(bào)道，證明了咔唑及衍生物在光電導(dǎo)材料領(lǐng)域的重要性。還有它的陰離子識(shí)別在環(huán)境，生物以及醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中有重要的應(yīng)用，不僅如此在臨床上還有抗菌、抗腫瘤、抗老年癡呆、抗糖尿病等作用，所以咔唑的臨床診斷意義重大。
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