離子液體[Etpy]BF4催化苯并咪唑類化合物的微波合成及其抗菌活性*

張 璇， 付玉杰， 祖元?jiǎng)偅?余 平， 陳 玥， 劉曉蕾

(東北林業(yè)大學(xué) 林業(yè)生物制劑教育部工程研究中心森林植物生態(tài)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150040)

苯并咪唑環(huán)是重要的藥效基團(tuán)，其衍生物具有良好的抗菌活性，而且在抗病毒、抗高血壓、抗寄生蟲、抗癌、抗炎、止痛、酶抑制劑、鎮(zhèn)痙以及受體激動(dòng)劑等方面也發(fā)揮良好的作用[1～6]。苯并咪唑也是重要的有機(jī)合成中間體[7]。因此，合成具有苯并咪唑結(jié)構(gòu)的化合物對(duì)新藥開發(fā)和生物化學(xué)研究有重要的意義。

CompabcdefRC6H5-3-ClC6H4-2-ClC6H4-4-FC6H4-4-MeC6H4-4-MeOC6H4-CompghijklR3,5-(MeO)2C6H3-3-MeO-4-HOC6H3-2-furylMeEtn-Pr

Scheme1

通常合成2-芳基取代苯并咪唑的方法有兩種：一種是鄰苯二胺與羧酸[8]及其類似物[9]的偶合。該方法反應(yīng)條件苛刻，常需要在高溫、強(qiáng)酸條件下進(jìn)行[10]。另一種方法是用鄰苯二胺與醛反應(yīng)。該反應(yīng)包含兩個(gè)過程，首先形成中間體氨基苯席夫堿，然后再氧化環(huán)合形成2-芳基取代苯并咪唑[11]。該方法耗時(shí)，需要一定量的氧化劑促進(jìn)反應(yīng)，而且還會(huì)產(chǎn)生許多副產(chǎn)物，危害環(huán)境。離子液體作為一種環(huán)境友好的溶劑和催化劑體系，被廣泛應(yīng)用于清潔催化反應(yīng)中[12，13]。

本文利用微波輻射可以縮短反應(yīng)時(shí)間[14]，離子液體[Etpy]BF4(N-乙基吡啶四氟硼酸鹽)催化鄰苯二胺與取代芳醛或直鏈醛(1a～1l)的反應(yīng)，合成了12個(gè)2-取代苯并咪唑類化合物(2a～2l， Scheme 1)， 其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR， IR和MS表征。優(yōu)化了合成2的實(shí)驗(yàn)條件；對(duì)2進(jìn)行了初步的抗菌活性測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

MAS-Ⅱ型微波合成/萃取反應(yīng)工作站(常壓)；WFH-203型三用紫外分析儀；Bruker AV300型核磁共振波譜儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；傅立葉變換紅外光譜儀(KBr壓片);Platform Ⅱ LC-MS型質(zhì)譜儀(ESI源)；薄層層析硅膠GF254(紫外燈檢測(cè))；柱層析硅膠H，臺(tái)州市路橋四甲生化塑料廠。

離子液體[Etpy]BF4，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所綠色化學(xué)與催化中心；白色葡萄球菌(A)，金黃色葡萄球菌(B)，枯草芽孢桿菌(C)，變形桿菌(D)，綠膿桿菌(E)，大腸桿菌(F)，黑龍江科學(xué)院應(yīng)用微生物學(xué)研究所；青霉素、紅霉素、氯霉素，湖北科益藥業(yè)股份有限公司；營養(yǎng)瓊脂，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；營養(yǎng)肉湯，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；0.9%的生理鹽水，哈爾濱三聯(lián)藥業(yè)；96孔培養(yǎng)板，加拿大JET公司；封口膜，美國PARAFILM公司；其余所用試劑均為分析純或化學(xué)純。

1．2 2的合成通法

在裝有回流冷凝管的直口三角瓶中依次加入鄰苯二胺108 mg(1 mmol)，無水乙醇6 mL， [Etpy]BF40.2 mmol，攪拌均勻后加入1 1 mmol，放入微波反應(yīng)器，于25 ℃/500 W反應(yīng)2 h～3 h(TLC檢測(cè))。室溫冷卻，直接倒入約30 mL冰水中，有大量固體析出，抽濾，濾餅用冰水洗滌，干燥得粗品，經(jīng)丙酮重結(jié)晶或柱層析[洗脫劑：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=6 ∶1～5 ∶1]分離得白色針狀晶體2。

1．3 抗菌活性測(cè)定

(1) 液體培養(yǎng)基的配制： 營養(yǎng)肉湯30 g加入蒸餾水1 L中，加熱煮沸溶解后分裝于大試管中，于121 ℃高壓滅菌15 min備用。

(2) 固體培養(yǎng)基的配制： 營養(yǎng)瓊脂45 g加入蒸餾水1 L中，加熱煮沸溶解后分裝于錐形瓶中，于121 ℃高壓滅菌15 min備用。

(3) 最小抑菌濃度(MIC)板制備： 無菌操作，將倍比稀釋后不同濃度的抗菌藥物溶液分別加入滅菌的96孔聚苯乙烯板中，第1至第11孔加藥液，每孔100 μL，第12孔不加藥作為生長對(duì)照，冰凍干燥后密封，-20 ℃以下保存?zhèn)溆谩?/p>

(4) MIC的測(cè)定： 直接菌懸液法制備的濃度相當(dāng)于0.5麥?zhǔn)媳葷針?biāo)準(zhǔn)的菌懸液，經(jīng)營養(yǎng)肉湯1 ∶1 000稀釋后，向每孔中加100 μL，密封后置37 ℃普通空氣孵箱中，孵育24 h判斷結(jié)果。此時(shí)，第1孔～第11孔藥物濃度分別為4， 2， 1， 0.5， 0.25， 0.125， 0.062 5， 0.031 25， 0.015 625， 0.007 812 5， 0.003 906 25 mg·L-1。以肉眼分辯不長菌為MIC。

(5) 最小殺菌濃度(MBC)的測(cè)定: 取各孔藥物菌株混合物10 μL于固體培養(yǎng)基中，過夜培養(yǎng)，以菌落數(shù)不超過5個(gè)的平板所對(duì)應(yīng)的小試管的最低藥物濃度即為該藥物的MBC。

2 結(jié)果與討論

2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和IR， MS數(shù)據(jù)見表1；1H NMR數(shù)據(jù)見表2。

表1 2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和IR， MS數(shù)據(jù)*Table 1 Experimental results， IR and MS data of 2

*2a～2i重結(jié)晶純化；2j,2k,2l柱層析純化

表2 2的1H NMR數(shù)據(jù)Table 2 1H NMR data of 2

以鄰苯二胺和苯甲醛(1a)反應(yīng)合成2a為例，考察諸因素對(duì)其產(chǎn)率的影響，尋找其合成的最佳反應(yīng)條件。

2.1 溶劑對(duì)反應(yīng)的影響

鄰苯二胺1 mmol，苯甲醛1 mmol，在相同微波條件(25 ℃/500 W, 2 h)下，考察溶劑對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見表1。由表1可見，溶劑對(duì)反應(yīng)的影響較大。乙醇為最佳的反應(yīng)溶劑。

2.2 [Etpy]BF4用量對(duì)反應(yīng)的影響

以無水乙醇(6 mL)為溶劑，其余反應(yīng)條件同2.1,考察[Etpy]BF4用量對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見表4。由表4可知，隨著[Etpy]BF4用量的增多，產(chǎn)率提高，當(dāng)其用量為0.2 mmol時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到最高(89．6%)；繼續(xù)增加用量，收率有所下降。[Etpy]BF4最佳用量為0.2 mmol。

2.3 微波功率對(duì)反應(yīng)的影響

合成2a常規(guī)約需18 h，而微波促進(jìn)的反應(yīng)僅用2 h左右，由此可見，微波對(duì)該反應(yīng)有一定的促進(jìn)作用。無水乙醇(6 mL)為溶劑，[Etpy]BF40.2 mmol,其余反應(yīng)條件同2.1,考察微波功率對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見表5。由表5可見，反應(yīng)產(chǎn)率隨微波功率的升高而增加，當(dāng)達(dá)到500 W時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最大(90．8%)；繼續(xù)增大功率，產(chǎn)率降低。最佳微波功率為500 W。

2.4 2的抗菌活性

2的抗菌活性結(jié)果見表6。從表6可見，2j～2l具有很好的抗細(xì)菌活性，抗革蘭氏陽性菌的效果要好于革蘭氏陰性菌。其中2j～2l具有很好的抑菌、殺菌效果，比對(duì)其他化合物，可能是由于其2-位的長鏈取代基增強(qiáng)了咪唑的抗菌效果[15]。

綜上所述，合成2a的最佳反應(yīng)條件為：鄰苯二胺1 mmol， 1a1 mmol,無水乙醇6 mL，[Etpy]BF40.2 mmol，于25 ℃/500 W反應(yīng)2 h，產(chǎn)率90．8%。

3 結(jié)論

合成了12個(gè)2-取代苯并咪唑類化合物。該方法不僅適用于芳醛、芳雜醛，還適用于直鏈醛。 與芳醛相比，直鏈醛的收率相對(duì)較低。在芳醛中，無論是 含有吸電子基團(tuán)還是給電子基團(tuán)，其反應(yīng)均能得到較高 收率的苯并咪唑類化合物。由此可見，本合成方法具有 廣泛的適用性。

表3 溶劑對(duì)反應(yīng)的影響*Table 3 Effect of solvent on reaction

*鄰苯二胺1 mmol，苯甲醛1 mmol， 25 ℃/500 W， 2 h,其余反應(yīng)條件同1．2

表4 [Etpy]BF4用量對(duì)反應(yīng)的影響*Table 4 Effect of [Etpy]BF4 on reaction

*無水乙醇6 mL，其余反應(yīng)條件同表1

表5 微波功率對(duì)反應(yīng)的影響*Table 5 Effect of microwave power on reaction

*無水乙醇(6 mL)為溶劑，[Etpy]BF40.2 mmol, 25 ℃，其余反應(yīng)條件同表1

表6 2的抗菌活性*Table 6 Antibacterial activity of 2

*2a～2i對(duì)A(白色葡萄球菌), B(金黃色葡萄球菌), C(枯草芽孢桿菌), D(變形桿菌), E(綠膿桿菌)和F(大腸桿菌)均為-

初步生物活性測(cè)試結(jié)果表明，2j～2l對(duì)革蘭氏陰性 菌和革蘭氏陽性菌都具有較好的抑制活性。

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