超声辐射下合成2－咪唑啉衍生物

魏俊萍，崔朋雷，刘卉闵，张冬暖

（1.保定市科学技术信息研究所，河北保定 071051；2.河北农业大学理学院，河北保定 071001）

自1888年Hoffman合成了第1个咪唑啉后，大量咪唑啉类化合物被合成出来［1］.此类化合物是一类具有很高的生物活性有机化合物［2］，其衍生物2－咪唑啉也是一类非常重要的化合物，在医药方面应用较为广泛，其中许多化合物都具有抗糖尿病、抗高血压、抗抑郁症、抗癌抗菌、抗雄激素、抗HIV病毒活性，在化学、生物化学、医药学等方面都有广泛的应用［3－7］.因此，随着社会和科学技术的发展，2－咪唑啉类化合物的合成引起了人们的广泛关注.

Midori［8］报道了一种由醛、乙二胺和N－溴代丁二酰亚胺（NBS）制备2－咪唑啉类化合物的有效方法，但反应速度太慢，且反应产生H2S，合成的步骤繁琐.然而，在K2CO3存在的条件下由醛、乙二胺和分子碘很容易得到高产率的2－咪唑啉类化合物［9］，这也是近几年来对于2－咪唑啉类化合物合成方法的主要研究方向.

超声波作为一种有效的技术手段已广泛用于氧化、还原、加成、取代、缩合、水解等有机反应中，几乎涉及有机化学的各个领域，许多实验结果表明：超声波辅助有机合成不仅操作简便，可以改善反应条件，加快反应速度和提高反应产率，还可以使一些难以进行的化学反应得以实现.

在超声辐射下由醛类、乙二胺和碘在K2CO3存在的条件下合成2－咪唑啉类化合物，操作简便，收率高（图1）.

图1 2－咪唑啉类化合物的合成Fig.1 Synthesis of 2－imidazolines derivatives

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

超声波清洗器AS20500AT（天津奥特赛恩斯仪器有限公司，功率500W，频率25kHz）；XRC－1显微熔点仪（四川大学科学仪器厂），温度计未校正；Brucker AVANCE 400型核磁共振仪（CDCl3为溶剂，TMS为内标，瑞士Brucker公司）；WQF－510红外光谱仪（KBr压片，北京瑞利分析仪器有限公司）；HEKAEUS（CHN－O－Rapid）型元素分析仪（德国Heraeus公司），试剂均为分析纯.

1.2 超声辐射下2－咪唑啉衍生物的合成

在50mL锥形瓶中依次加入10mL叔丁醇、1mmol醛和1mmol乙二胺，70℃下超声辐射30min，此时溶液呈乳白色（乳黄色），再向上述混合物中加入3mmol K2CO3和1.25mmol碘，在70℃下超声波辐射继续进行反应（TLC跟踪监测）.刚加入碘时由于其典型的紫黑色使整个烧瓶中溶液为黑色，随着反应的不断进行，溶液逐渐变为黄褐色→黄棕色→红褐色→橘黄色.反应停止后稍微冷却，向反应瓶中滴加质量分数10%的Na2S2O3直到碘的颜色完全褪去，此时溶液呈黄色，然后用10mL CHCl3萃取3次，静置分层，下层的有机层用10mL NaHCO3和10mL NaCl饱和溶液洗涤2次后，转入烧杯中，再加入适量的无水Na2SO4干燥、过滤后用旋转蒸发仪蒸去溶剂即可得到的2－咪唑啉晶体，产物均为琥珀色晶体.薄层色谱法初步鉴定后，再进一步过柱纯化样品.产物2a，2b，2d－2f是已知物，其结构经熔点测定或波谱证实；2c，2g－2i是未知物，结构经IR，1HNMR和元素分析确证.

1.3 搅拌条件下2－咪唑啉衍生物的合成

以10mL叔丁醇作为溶剂，在三口瓶中依次加入1mmol醛和1mmol乙二胺，于70℃电动搅拌30min后，此时溶液呈乳白色（乳黄色），再于上述混合物中加入3mmol K2CO3和碘，反应温度恒定于70℃搅拌.其后的纯化步骤同上.

1.4 产物结构表征

2a）mp.101～102℃；IR（KBr）：3 200，2 930，1 600，1 510，1 270，985，695cm－1；1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝3.90（s，4H），7.46（t，J＝7.2Hz，2H），7.57（t，J＝7.2Hz，1H），7.95（d，J＝7.2Hz，2H）.MS（FAB），Ana1.calcd for C9H8Cl2N2：C 50.26，H 3.75，Cl 32.97，N 13.02；found C 50.20，H 3.72，Cl 32.99，N 13.09.

2b）mp.180～181℃；IR（KBr）：3 140，2 925，1 600，1 495，985，830cm－1.1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝2.38（s，3H），3.77（s，4H），7.21（d，J＝8.3Hz，2H），7.67（d，J＝8.3Hz，2H）.Ana1.calcd for C10H12N2：C 74.97，H 7.55，N 17.48；found C 74.92，H 7.54，N 17.54.

2c）mp.81～82℃；IR（KBr）：3 100，2 920，1 600，1 505，1 260，985，765cm－1；1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝3.80（s，4H），7.28～7.41（m，3H），7.78（d，J＝7.5and 1.9Hz，1H）.Ana1.calcd for C9H9ClN2：C 59.84，H 5.02，Cl 19.63，N 15.51；found C 59.80，H 5.04，Cl 19.61，N 15.55.

2g）mp.106.8～109.3℃；IR（KBr）：3 180，2 920，1 600，1 515，1 340，960，700cm－1；1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝3.01（brs，2H），3.82（brs，2H），4.87（brs，1H），7.18（t，J＝7.9Hz，1H），8.31（d，J＝7.9Hz，1H），7.53（d，J＝7.9Hz，1H）.Ana1.calcd for C9H8Cl2N2：C 50.26，H 3.75，Cl 32.97，N 13.02；found C 50.15，H 3.70，Cl 32.90，N 13.25.

2h）mp.163.9～165.5℃；IR（KBr）：3 200，2 910，1 600，1 535，1 320，970，710cm－1；1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝3.01（brs，2H），3.81（brs，2H），7.54（t，J＝7.9Hz，1H），7.67（d，J＝7.9Hz，1H），7.87（d，J＝7.9Hz，1H），8.21（s，1H）.Ana1.calcd for C9H9N3O2：C 56.54，H 4.74，N 21.98；O 16.74；found C 56.46，H 4.70，N 21.96，O 16.88.

2i）mp.182.5～183.4℃；IR（KBr）：3 160，2 950，1 600，1 530，1 340，960，700cm－1；1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝3.01（brs，2H），3.81（brs，2H），7.44（t，J＝7.9Hz，2H），6.75（d，J＝7.9Hz，2H），5.0（s，1H）.Ana1.calcd for C9H10N2O：C 66.65，H 6.21，N 17.27，O 9.86；found C 66.54，H 6.20，N 17.24，O 10.02.

2 结果与讨论

2.1 取代基的影响

由表1的结果可以看出，超声辐射下带有不同取代基的芳香醛与乙二胺在碘催化下都能生成相应的苯并咪唑啉衍生物，但底物苯环上连有强吸电子基时所得产物产率较高（如2e，2f），底物苯环上连给电子基时所得产物产率较低（如2b，2d）.这是因为底物苯环连有吸电子基时醛基碳原子电子云密度降低，更容易受到亲核试剂的进攻.

表1 超声辐射60min 2－咪唑啉衍生物的产率Tab.1 Yield of 2－imidazolines derivatives under ultrasound irradiation for 60min

2.2 2－咪唑啉类化合物的红外光谱

合成的2－咪唑啉类的红外光谱表明，在1 250cm－1和1 638cm－1的酰胺特征峰已经消失，而出现了很强的1 600cm－1的咪唑啉环的特征吸收峰；1 271cm－1为C—N吸收峰，1 566cm－1为与苯环相连的C＝N吸收峰，1 153，751，701cm－1为苯环吸收峰.这与文献［8－9］报道的咪唑啉环的特征吸收峰一致.

2.3 超声辐射法与搅拌方法的比较

为了考察超声辐射对反应的影响，在其他条件均相同的条件下，笔者以搅拌替代超声进行了相应的实验，其结果见表2.从表2可见与传统加热相比，超声辐射可以明显地加快反应速度，如合成产物2e，传统加热方法反应3h的产率为66%，而超声辐射法的反应60min的产率则达到94%.

表2 超声辐射和搅拌条件下2－咪唑啉衍生物的产率Tab.2 Yields of 2－imidazolines derivatives with and without the use of ultrasound irradiation

续表2Continue tab.2

2.4 碘用量对反应产率的影响

以10mL叔丁醇为溶剂，加入1mmol苯甲醛和1.1mmol乙二胺，70℃下超声辐射30min溶液呈乳白色（乳黄色），再于上述混合物中加入3mmol K2CO3和不同量的I2，控制水温使反应温度恒定于70℃，超声辐射下继续反应30min，研究了碘的用量对2a产率的影响.

表3 碘用量对2a产率的影响Tab.3 Effect of dosage of iodine on the yield of 2aamount of iodine／mmol

由表3数据可知：碘的用量对该反应的收率有显著的影响.由于在反应的第2步中，在碱性环境中，碘分子作为亲电试剂进行亲电取代反应（图2），当不加入碘时，反应停止在醛和乙二胺脱水这一步，得不到目标产物；随着碘的量不断增多，反应逐渐趋于完全，使产物产率增加；但若继续加大其用量时，产率将不再明显提高，甚至有下降的趋势，这是因为在碘过量时会发生二取代反应，并且不宜进行后处理，继而影响收率［8］.在上述实验条件下，碘用量为1.25mmol时为最适宜.

图2 碘催化合成2－咪唑啉衍生物的反应机理Fig.2 Formation of 2－imidazolines derivatives catalyzed by iodine

2.5 超声辐射时间对反应产率的影响

在其他条件均相同的情况下，以苯甲醛反应生成2a为例考察了加入碘后反应时间对2a产率的影响，结果见表4.

表4 超声辐射条件下反应的时间对2a产率的影响Tab.4 Effect of reaction time on the yield of 2aunder ultrasonic radiation

从表4可以看出，随着反应时间增长，产率升高，当反应30min时收率最大，此后再增加反应时间收率无变化.

3 结论

在超声辐射条件下由醛类、乙二胺和分子碘在K2CO3存在的条件下合成2－取代咪唑啉.实验结果表明：与普通加热的方法对比，利用超声法合成2－咪唑啉衍生物具有反应时间短、反应条件较温和、产品收率高等优点，为绿色合成2－咪唑啉类化合物提供了新的途径.

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