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因雜環化合物的特性結構，咔唑已經成為近年來國內精細化工行業中的熱點。自然界中大多數咔唑均來自煤炭，從焦油中獲得的，它有耐高溫和紫外光的優點，具有良好的發展前景。隨著科學技術的發展，咔唑的用途漸漸被開發起來，在醫藥，農藥，材料助劑，染料等領域顯示出良好發展前景。本文主要介紹了咔唑及其衍生物在燃料，顏料，光電導材料，醫藥，離子及分子識別等領域中的應用。
咔唑是重要的含氮原子的雜環，咔唑分子獨特的NH單元是一個陰離子識別點，其衍生物可能具有更優越的性能。從結構上看咔唑是兩個苯環并了一個吡咯環，又名二苯并吡咯、9-氮芴、9-氮雜芴分子。它具有二重對稱軸，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[1]。
圖1-1咔唑結構式
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，它是重要的精細化學品的中間體[2]。
自然界中大多數咔唑均來自煤炭，從焦油中獲得的，它是煤焦油具有較高經濟價值的成分之一。咔唑具有耐高溫和抗紫外線的優點，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熱性，導電性，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前研究的熱點之一。此外，咔唑具有很強的熱穩定性和光化學穩定性，咔唑的結構易于修飾，咔唑環易于形成穩定的陽離子。咔唑還具有良好的傳輸能力和廉價的原料，咔唑衍生物廣泛用于聚合物材料領域[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（見圖1-1），因此可以進行鹵化，硝化和其他衍生反應。我們對咔唑氟取代和甲基甲基的四個衍生物：1位和4位的氟取代衍生物，1位和8位甲基取代衍生物，進行了光譜和能量計算。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]。
由鄰氨基聯苯通過閉環反應獲得咔唑，具有高的共軛度，并且可以應用于多種聚合物材料。
我們國家自古以來就是一個紡織業為重要經濟來源的國家，20世紀以來隨著紡織業的迅速發展和國民經濟實力的提升，我國對染料及印染助劑的需求日益增多,在我國的染料行業咔唑及其衍生物有著很普遍的應用[6]。3-氨基咔哇與四氯苯釀縮合其產物與其他有機化合物進行一系列反應得到了三苯二嚷嗦類的藍色直接染料。咔唑還可以跟有機物反應可以生產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，合成過程更復雜，經濟效率低[8]。
伴隨著有機染料的技術進步而逐漸發展，在市場上出現了有機顏料,有機顏料已經應用到了多種領域。
咔唑的N原子具有極弱的堿性，能夠跟KOH反應得到鉀鹽。咔唑被乙基化以獲得N-乙基咔唑，其可以進一步與各種有機物質反應以制備咔唑二惡嗪，由于這是一種粗制顏料產品，因此在使用前需要先進行著色。這種染料在我國有很好的應用市場[9-10]。這種有機顏料是藍紫色的，具有出色的色強度和亮度，以及優異的耐熱性和抗滲透性。它用于高質量領域，例如油漆、油墨、涂料和塑料。它是有機顏料中質量最好的，與酞菁和其他顏料混合的顏料仍保持原始的優異性能[11]。
隨著21世紀信息時代的到來，以及傳統無機半導體材料本身的缺點，適應半導體器件的薄膜變得越來越困難，因為薄膜需要可折疊和柔性[12]。四十多年來，科學家逐漸將研究方向轉移到有機半導體材料的合成和研究上。有機半導體材料具有無機半導體材料無與倫比的特性，例如易于控制結構，易于制造軟器件，批量生產后的成本更低以及功耗更低[12]。
作為新一代的平板顯示設備（OLED），有機電致發光設備在筆記本計算機、移動電話、數碼相機、壁掛電視和軍事領域中具有廣泛的應用。制作有機光電導體時，應選擇適當的電荷傳輸材料。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負電。咔唑衍生物可用作非常好的空穴傳輸材料，并在OLED生產中具有廣泛的應用。Promarak等[13]科學家在咔唑的第9位引入了一個菊花基團，并成功合成了一系列藍色發光材料。更多的咔唑被各種取代基形成的發光材料的不斷報道，證明了咔唑及衍生物在光電導材料領域的重要性[13]。
科學家發現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藥領域有著重要作用。
咔唑衍生物可以選擇性地與HTG G-四鏈體DNA結合[11]，這里的G-四鏈體DNA是許多抗癌藥物的靶標，咔唑化合物與二級結構DNA結合能有效阻止癌細胞的擴散，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咔唑衍生物的受體化合物識別和感測陰離子，咔唑衍生物的分子骨架易于進行各種化學修飾以引入不同的官能團。
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計中使用最廣泛的一種作用力[13]。到目前為止，在陰離子的結合和傳感方面取得了重大進展。這部分是由于發現了利用主要的n–h官能團和中性和陽離子C–h氫鍵供體構建有效陰離子結合受體的方法，以及未充分探索的強定向非共價相互作用，如鹵素鍵和陰離子?π互動[15]。
在我國的燃料，顏料，光電導材料，醫藥，離子及分子識別等行業中咔唑及其衍生物有著很普遍的應用，咔唑還具有良好的空穴傳輸能力和廉價的原料，咔唑衍生物廣泛用于聚合物材料領域。它被各種取代基形成的發光材料的不斷報道，證明了咔唑及衍生物在光電導材料領域的重要性。還有它的陰離子識別在環境，生物以及醫學研究領域中有重要的應用，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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