超聲波合成1-對(duì)羥基芐基-2-對(duì)羥基苯基苯并咪唑

陳書(shū)君 ， 李敬芬

(湖州師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院， 浙江 湖州 313000)

超聲波合成1-對(duì)羥基芐基-2-對(duì)羥基苯基苯并咪唑

陳書(shū)君 ， 李敬芬

(湖州師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院， 浙江 湖州 313000)

以氯化銨為催化劑，鄰苯二胺和對(duì)羥基苯甲醛為原料，在超聲波輻射下合成1，2-二取代的苯并咪唑，并利用正交實(shí)驗(yàn)篩選出最佳反應(yīng)條件。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的探索得最佳反應(yīng)條件為：配料比為2.3∶1.0，反應(yīng)時(shí)間為2 h，超聲波功率為140W，反應(yīng)溫度為55℃，氯化銨為催化劑40mmol，收率為79.06%。

超聲波； 苯并咪唑； 鄰苯二胺； 對(duì)羥基苯甲醛

苯并咪唑類化合物是一類苯并雜環(huán)化合物。多數(shù)苯并咪唑類化合物具有生物活性和活性反應(yīng)， 可以作為藥物中間體，在抗癌、抗真菌、止痛消炎等方面有重要的實(shí)用價(jià)值[1]432-435 [2]359-362。傳統(tǒng)的1-對(duì)羥基芐基-2-對(duì)羥基苯基苯并咪唑的合成方法往往需要較為苛刻的條件，對(duì)設(shè)備的腐蝕性也較大，不符合綠色環(huán)保的理念[3]97-99 [4]909-912 [5]603-609 [6]423-427 [7]792-796。有學(xué)者通過(guò)微波合成該類化合物，但相對(duì)微波合成而言，超聲波合成可以在接近室溫或稍高于室溫的較低溫度下完成，安全性更佳[1]432-435 [5]603-609 [6]423-427。為此，本文試圖探索一種簡(jiǎn)便高效的合成方法：以氯化銨作為催化劑，超聲波為輔助催化手段，以無(wú)水乙醇作為溶劑，采用對(duì)羥基苯甲醛和鄰苯二胺為原料，合成1-對(duì)羥基芐基-2-對(duì)羥基苯基苯并咪唑，以提高實(shí)驗(yàn)的安全性，降低原材料的消耗，提高收率，做到綠色排放。

一、實(shí)驗(yàn)部分

(一)儀器與試劑

本實(shí)驗(yàn)所用的儀器設(shè)備主要有：KQ5200DE型超聲波清洗儀，WRS—1A型數(shù)字熔點(diǎn)儀，SHZ—DIII型循環(huán)式真空泵，BS124S型電子分析天平，1730型紅外分光光度儀。所用的試劑主要有：對(duì)羥基苯甲醛(化學(xué)純CP)，鄰苯二胺(化學(xué)純CP)，無(wú)水乙醇(分析純AR)，氯化銨(化學(xué)純CP)，其余試劑均為分析純。

(二)合成方法

在100 mL圓底燒瓶中加入2.442 4 g對(duì)羥基苯甲醛和1.081 4 g鄰苯二胺，而后加入35 mL無(wú)水乙醇，充分溶解后，再加入催化劑氯化銨，連接好回流裝置并將圓底燒瓶放入超聲波清洗儀中，設(shè)定好超聲波反應(yīng)的溫度和功率及時(shí)間。待反應(yīng)完畢后，冷卻靜置6 h，抽濾，洗滌，干燥，即得粗品。將粗品加入到50 mL燒杯中，加入30 mL無(wú)水乙醇，將燒杯置于熱水浴中，至粗品完全溶解后加入少許活性炭脫色，用熱濾漏斗趁熱過(guò)濾除去氯化銨和雜質(zhì)，濾液置于冰水浴中冷卻至有結(jié)晶析出，抽濾，洗滌，干燥，得到最終產(chǎn)物。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

(一)正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

為了研究不同反應(yīng)物摩爾比，反應(yīng)溫度，催化劑氯化銨的量對(duì)產(chǎn)率的影響，設(shè)計(jì)了以下的實(shí)驗(yàn)。

正交試驗(yàn)采用Ln(tq)表，L表示正交設(shè)計(jì)，t表示水平數(shù)，q表示因素?cái)?shù)，n表示試驗(yàn)次數(shù)。選取超聲波輸出功率、原料摩爾比、反應(yīng)溫度、催化劑氯化銨的量作為四因素，進(jìn)行四因素三水平正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)投料比n(對(duì)羥基苯甲醛)∶n(鄰苯二胺)(A)；因素安排為超聲波功率(B)，W；反應(yīng)溫度(C)，℃；催化劑氯化銨的量(D)mmol。以產(chǎn)率為指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。表1為正交實(shí)驗(yàn)因素水平表(參見(jiàn)表1)。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

在本實(shí)驗(yàn)中選用的正交表格為L(zhǎng)9(34)，實(shí)驗(yàn)安排與收率如下表所示(參見(jiàn)表2)。

表2 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)安排及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)比較九個(gè)實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)化率得出，第9號(hào)實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)化率最高。進(jìn)一步的分析，比較每一列的均值大小。影響大小順序?yàn)锳>B>D>C，第一列A的三號(hào)位級(jí)優(yōu)于二號(hào)優(yōu)于一號(hào)，第二列B的第三號(hào)位級(jí)優(yōu)于二號(hào)優(yōu)于一號(hào)位級(jí)，第三列C的二號(hào)位級(jí)優(yōu)于三號(hào)優(yōu)于一號(hào)，第四列D的第二位級(jí)優(yōu)于一號(hào)優(yōu)于二號(hào)位級(jí)?？梢缘贸鲚^好的條件是A3B3C2D2，當(dāng)A因素配料比為2.3∶1.0，B因素超聲波功率為140 W，C因素溫度為55 ℃時(shí)，D因素為催化劑氯化銨40 mmol時(shí)，產(chǎn)物收率最高。

(二)優(yōu)化條件下的重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在正交設(shè)計(jì)所得的最佳條件下進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表(參見(jiàn)表3)。

表3 正交設(shè)計(jì)最佳反應(yīng)條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

由重復(fù)實(shí)驗(yàn)得出，最佳實(shí)驗(yàn)條件為重復(fù)實(shí)驗(yàn)的條件，測(cè)得1-對(duì)羥基芐基-2-對(duì)羥基苯基苯并咪唑的平均收率為78.18%，比實(shí)驗(yàn)9的產(chǎn)率高，且三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相差很小，該方法的穩(wěn)定性較好，收率客觀。先用這種方法來(lái)合成目標(biāo)產(chǎn)物。

(三)1-對(duì)羥基芐基-2-對(duì)羥基苯基苯并咪唑結(jié)構(gòu)表征

采用壓片法，將樣品研細(xì)后和溴化鉀粉末混研，待樣品與溴化鉀混合均勻，裝入模具內(nèi)用壓片機(jī)壓2～3分鐘，壓成透明的薄片，打開(kāi)軟件OPUS，設(shè)置參數(shù)，設(shè)置保存路徑，掃描背景，將壓好的片放入樣品池，關(guān)上樣品池，開(kāi)始測(cè)試。圖1為實(shí)驗(yàn)所得的紅外光譜圖(參見(jiàn)圖1)。

圖1 1-對(duì)羥基芐基-2-對(duì)羥基苯基苯并咪唑紅外光譜圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，產(chǎn)物的紅外光譜主要特征峰為：3 288.85cm-1為γO-H(Ph-OH);3 027.71cm-1為γC-H(Ph);743.71cm-1為γC-H(O-Ph);839.25cm-1為γC-H(p-Ph)；1 268.57cm-1為γC-N(Ph);1 515.76cm-1為γC=N(Imid)，紅外結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)譜圖[7]792-796基本一致。結(jié)合所得產(chǎn)物顏色、結(jié)晶形狀與文獻(xiàn)基本符合，產(chǎn)物熔點(diǎn)為222.3～222.7℃，與文獻(xiàn)報(bào)道的222.2～222.8℃基本一致[6]?；敬_定該物質(zhì)為1-對(duì)羥基芐基-2-對(duì)羥基苯基苯并咪唑。

三、結(jié)論與討論

(一)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)表明超聲波可以加速二取代并咪唑合成的反應(yīng)，并且不需要復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作和苛刻的實(shí)驗(yàn)條件，超聲波提供了一種綠色高效的合成方式。加入氯化銨可以提高反應(yīng)的進(jìn)行速度，提高產(chǎn)率。經(jīng)過(guò)正交實(shí)驗(yàn)分析之后得出：在超聲波輻射下，配料比為2.3∶1.0，反應(yīng)時(shí)間為2 h，反應(yīng)溫度為60 ℃，超聲波功率為140 W，氯化銨為催化劑40 mmol，收率為79.06%。

(二)討論

在本實(shí)驗(yàn)中超聲波反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)物被氧化，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)6 h的時(shí)候產(chǎn)物被氧化變色，故最佳反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為2 h，不能反應(yīng)過(guò)久。反應(yīng)過(guò)程中會(huì)有少量的水生成，氯化銨會(huì)溶解一部分在水中，隨著產(chǎn)物生成，反應(yīng)物濃度降低反應(yīng)速度下降。

在反應(yīng)結(jié)束后需要靜置6 h使產(chǎn)物充分析出，靜置時(shí)間若少于6 h會(huì)使產(chǎn)物無(wú)法充分析出，靜置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)被空氣氧化。重結(jié)晶時(shí)不能用太多乙醇，30～35 ml為宜，乙醇過(guò)多會(huì)使析出變得緩慢。

[1] 呂維忠,劉 波,韋少慧.微波合成1-對(duì)羥基芐基-2-對(duì)羥基苯基苯并咪唑[J].深圳大學(xué)學(xué)報(bào)理工版,2007(4).

[2] 白翠冰,李軍艦,張 鵬,等.合成苯并咪唑類化合物的工藝改進(jìn)[J].合成化學(xué),2012(3).

[3] 李瑩瑩,周永花,郭玉芳,等.苯并咪唑衍生物的合成改進(jìn)[J].有機(jī)化學(xué),2006(8).

[4] CARPENTER R D,DEBERDT P B,LAM K S.Synthesis and Potent Aimimicrobial Activities of Some Nqovel R:EtinoidalMonocation

icBenzimidazoles[J].Comb.Chem.,2006(5).

[5] 張守民,李 鴻,鄭修成,等.超聲波有機(jī)反應(yīng)中的應(yīng)用[J].有機(jī)化學(xué),2002(9).

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[7] 楊紅偉,岳 凡,封 順,等.苯并咪唑化合物一步法合成及表征[J].有機(jī)化學(xué),2004(7).

Synthsisof1-hydroxy-benzyl-2-hydroxylPhenylBenzimidazolebyUnderUltrasonicIrradiation

CHEN Shu-jun , LI Jing-fen

(School Life Science, Huzhou University, Huzhou 313000, China )

The 1,2-disubstitutedbenzimidazole was synthesized by ultrasonic irradiation with ammonium chloride as catalyst, o-phenylenediamine and p - hydroxybenzaldehyde as reactants, and the optimum reaction conditions were screened by orthogonal experiment.The optimum reaction conditions were as follows: the ratio of ingredients was 2.3: 1.0, the reaction time was 2 h, the ultrasonic power was 140 W, the reaction temperature was 55 ℃, the ammonium chloride was 40 mmol, and the yield was 79.06%.

ultrasonic irradiation; benzimidazole; o-phenylenediamine; p-hydroxybenzaldehyde

2017-06-15

本文系2016年度湖州師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“超聲波合成1-對(duì)羥基芐基-2-對(duì)羥基苯基苯并咪唑”(153)的研究成果。

陳書(shū)君(1996-)，女，浙江德清人，湖州師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院2014級(jí)制藥工程專業(yè)學(xué)生，主要從事有機(jī)物合成研究；李敬芬(1964-)，女，黑龍江綏化人，教授，化學(xué)碩士，主要從事有機(jī)合成、天然有效成分結(jié)構(gòu)修飾技術(shù)研究。

O644.3

A

1672-2388(2017)03-0089-03