超声波合成1-对羟基苄基-2-对羟基苯基苯并咪唑

陈书君 ， 李敬芬

(湖州师范学院 生命科学学院， 浙江 湖州 313000)

超声波合成1-对羟基苄基-2-对羟基苯基苯并咪唑

陈书君 ， 李敬芬

(湖州师范学院 生命科学学院， 浙江 湖州 313000)

以氯化铵为催化剂，邻苯二胺和对羟基苯甲醛为原料，在超声波辐射下合成1，2-二取代的苯并咪唑，并利用正交实验筛选出最佳反应条件。通过对实验的探索得最佳反应条件为：配料比为2.3∶1.0，反应时间为2 h，超声波功率为140W，反应温度为55℃，氯化铵为催化剂40mmol，收率为79.06%。

超声波； 苯并咪唑； 邻苯二胺； 对羟基苯甲醛

苯并咪唑类化合物是一类苯并杂环化合物。多数苯并咪唑类化合物具有生物活性和活性反应， 可以作为药物中间体，在抗癌、抗真菌、止痛消炎等方面有重要的实用价值[1]432-435 [2]359-362。传统的1-对羟基苄基-2-对羟基苯基苯并咪唑的合成方法往往需要较为苛刻的条件，对设备的腐蚀性也较大，不符合绿色环保的理念[3]97-99 [4]909-912 [5]603-609 [6]423-427 [7]792-796。有学者通过微波合成该类化合物，但相对微波合成而言，超声波合成可以在接近室温或稍高于室温的较低温度下完成，安全性更佳[1]432-435 [5]603-609 [6]423-427。为此，本文试图探索一种简便高效的合成方法：以氯化铵作为催化剂，超声波为辅助催化手段，以无水乙醇作为溶剂，采用对羟基苯甲醛和邻苯二胺为原料，合成1-对羟基苄基-2-对羟基苯基苯并咪唑，以提高实验的安全性，降低原材料的消耗，提高收率，做到绿色排放。

一、实验部分

(一)仪器与试剂

本实验所用的仪器设备主要有：KQ5200DE型超声波清洗仪，WRS—1A型数字熔点仪，SHZ—DIII型循环式真空泵，BS124S型电子分析天平，1730型红外分光光度仪。所用的试剂主要有：对羟基苯甲醛(化学纯CP)，邻苯二胺(化学纯CP)，无水乙醇(分析纯AR)，氯化铵(化学纯CP)，其余试剂均为分析纯。

(二)合成方法

在100 mL圆底烧瓶中加入2.442 4 g对羟基苯甲醛和1.081 4 g邻苯二胺，而后加入35 mL无水乙醇，充分溶解后，再加入催化剂氯化铵，连接好回流装置并将圆底烧瓶放入超声波清洗仪中，设定好超声波反应的温度和功率及时间。待反应完毕后，冷却静置6 h，抽滤，洗涤，干燥，即得粗品。将粗品加入到50 mL烧杯中，加入30 mL无水乙醇，将烧杯置于热水浴中，至粗品完全溶解后加入少许活性炭脱色，用热滤漏斗趁热过滤除去氯化铵和杂质，滤液置于冰水浴中冷却至有结晶析出，抽滤，洗涤，干燥，得到最终产物。

二、实验结果与讨论

(一)正交优化实验

为了研究不同反应物摩尔比，反应温度，催化剂氯化铵的量对产率的影响，设计了以下的实验。

正交试验采用Ln(tq)表，L表示正交设计，t表示水平数，q表示因素数，n表示试验次数。选取超声波输出功率、原料摩尔比、反应温度、催化剂氯化铵的量作为四因素，进行四因素三水平正交设计实验。反应投料比n(对羟基苯甲醛)∶n(邻苯二胺)(A)；因素安排为超声波功率(B)，W；反应温度(C)，℃；催化剂氯化铵的量(D)mmol。以产率为指标进行实验。表1为正交实验因素水平表(参见表1)。

表1 正交实验因素水平表

在本实验中选用的正交表格为L9(34)，实验安排与收率如下表所示(参见表2)。

表2 L9(34)正交实验安排及实验结果

通过比较九个实验的转化率得出，第9号实验的转化率最高。进一步的分析，比较每一列的均值大小。影响大小顺序为A>B>D>C，第一列A的三号位级优于二号优于一号，第二列B的第三号位级优于二号优于一号位级，第三列C的二号位级优于三号优于一号，第四列D的第二位级优于一号优于二号位级。可以得出较好的条件是A3B3C2D2，当A因素配料比为2.3∶1.0，B因素超声波功率为140 W，C因素温度为55 ℃时，D因素为催化剂氯化铵40 mmol时，产物收率最高。

(二)优化条件下的重复实验结果

在正交设计所得的最佳条件下进行重复实验。实验结果见下表(参见表3)。

表3 正交设计最佳反应条件下重复实验结果表

由重复实验得出，最佳实验条件为重复实验的条件，测得1-对羟基苄基-2-对羟基苯基苯并咪唑的平均收率为78.18%，比实验9的产率高，且三次重复实验的结果相差很小，该方法的稳定性较好，收率客观。先用这种方法来合成目标产物。

(三)1-对羟基苄基-2-对羟基苯基苯并咪唑结构表征

采用压片法，将样品研细后和溴化钾粉末混研，待样品与溴化钾混合均匀，装入模具内用压片机压2～3分钟，压成透明的薄片，打开软件OPUS，设置参数，设置保存路径，扫描背景，将压好的片放入样品池，关上样品池，开始测试。图1为实验所得的红外光谱图(参见图1)。

图1 1-对羟基苄基-2-对羟基苯基苯并咪唑红外光谱图

实验结果显示，产物的红外光谱主要特征峰为：3 288.85cm-1为γO-H(Ph-OH);3 027.71cm-1为γC-H(Ph);743.71cm-1为γC-H(O-Ph);839.25cm-1为γC-H(p-Ph)；1 268.57cm-1为γC-N(Ph);1 515.76cm-1为γC=N(Imid)，红外结果与标准谱图[7]792-796基本一致。结合所得产物颜色、结晶形状与文献基本符合，产物熔点为222.3～222.7℃，与文献报道的222.2～222.8℃基本一致[6]。基本确定该物质为1-对羟基苄基-2-对羟基苯基苯并咪唑。

三、结论与讨论

(一)结论

实验表明超声波可以加速二取代并咪唑合成的反应，并且不需要复杂的实验操作和苛刻的实验条件，超声波提供了一种绿色高效的合成方式。加入氯化铵可以提高反应的进行速度，提高产率。经过正交实验分析之后得出：在超声波辐射下，配料比为2.3∶1.0，反应时间为2 h，反应温度为60 ℃，超声波功率为140 W，氯化铵为催化剂40 mmol，收率为79.06%。

(二)讨论

在本实验中超声波反应时间过长会导致反应物被氧化，当反应时间超过6 h的时候产物被氧化变色，故最佳反应时长为2 h，不能反应过久。反应过程中会有少量的水生成，氯化铵会溶解一部分在水中，随着产物生成，反应物浓度降低反应速度下降。

在反应结束后需要静置6 h使产物充分析出，静置时间若少于6 h会使产物无法充分析出，静置时间过长则会被空气氧化。重结晶时不能用太多乙醇，30～35 ml为宜，乙醇过多会使析出变得缓慢。

[1] 吕维忠,刘 波,韦少慧.微波合成1-对羟基苄基-2-对羟基苯基苯并咪唑[J].深圳大学学报理工版,2007(4).

[2] 白翠冰,李军舰,张 鹏,等.合成苯并咪唑类化合物的工艺改进[J].合成化学,2012(3).

[3] 李莹莹,周永花,郭玉芳,等.苯并咪唑衍生物的合成改进[J].有机化学,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] 张守民,李 鸿,郑修成,等.超声波有机反应中的应用[J].有机化学,2002(9).

[6] 王 军,李军舰,初红涛,等.微波辐射下2-苯并咪唑的绿色合成[J].化学研究与应用,2013(3).

[7] 杨红伟,岳 凡,封 顺,等.苯并咪唑化合物一步法合成及表征[J].有机化学,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年度湖州师范学院大学生创新创业训练计划重点项目“超声波合成1-对羟基苄基-2-对羟基苯基苯并咪唑”(153)的研究成果。

陈书君(1996-)，女，浙江德清人，湖州师范学院生命科学学院2014级制药工程专业学生，主要从事有机物合成研究；李敬芬(1964-)，女，黑龙江绥化人，教授，化学硕士，主要从事有机合成、天然有效成分结构修饰技术研究。

O644.3

A

1672-2388(2017)03-0089-03