六种苯并咪唑化合物的NMR分析*

赵春欣，宗春蕾，高 翔，郭 娟，孙 伟

(1 合成与天然功能分子化学教育部重点实验室，西北大学化学与材料科学学院，陕西 西安 710127；2 大陆动力学国家重点实验室，西北大学地质学系，陕西 西安 710029)

苯并咪唑类化合物是由苯环与咪唑环连在一起构成的具有多种生物活性的化合物，含有这类结构的物质具有杀菌[1]、抑菌、杀虫[2]等作用，如对多种由真菌引起的病害作物有防治效果的多菌灵(Carbendazim)和苯菌灵(Benomyl)[3]，用于人、畜寄生虫疾病的防治的奥芬达唑(Oxfendazole)[4]，具有抑制植物细胞分裂增长的苯噻草胺(Mefenacet)[5]等药物都含苯并咪唑(Benzimidazole)结构。这类化合物的衍生物通常在苯并咪唑环的1、2位上进行取代，其2位取代基对苯并咪唑环活性影响很大，对其它位置的出峰位置有较大的影响[6]。

本文利用核磁共振技术对苯并咪唑(G1)、2-甲基-苯并咪唑(G2)、2-巯基-苯并咪唑(G3)、2-氨基-苯并咪唑(G4)、2-羟基-苯并咪唑(G5)，5-氨基-6-甲基-苯并咪唑酮(G6)，6种苯并咪唑化合物的结构(图1)进行了表征，应用一维1H NMR、13C NMR和二维ROESY、HMBC、HSQC对其1H、13C信号进行了指认归属[7-15]。

图1 6种苯并咪唑化合物的化学结构

1 实 验

1.1 仪器与试剂

PABBO-5mm多核宽带探头、Avance III-400 MHz超导核磁共振仪，德国布鲁克科技有限公司；ST-500核磁试管(Φ5 mm)，NORELL。

6种苯并咪唑化合物(纯度99%)，阿拉丁试剂公司；氘代甲醇MeOD、氘代二甲亚砜DMSO(氘代度99.8%)，CIL。

1.2 实验条件

2 结果与讨论

2.1 1H NMR谱分析

图2 6种苯并咪唑类化合物1H NMR谱

如图2所示，苯并咪唑2位取代基不同，H-4/H-7苯环区氢原子不程度向高场移动，峰型不断变尖锐，底部变窄。G4苯环区的H-5/H-6向低场移动，并与H-4/H-7重叠。G5使用溶剂DMSO，氢谱中观察到了活泼氢(δH10.60)，积分值显示有2个质子，说明两个活泼氢出在同一位置，苯环区氢原子出峰表现为一个单峰，推测G5化学结构高度对称，变为苯并咪唑酮。G6为苯环区5、6位被-NH2、-CH3取代的苯并咪唑酮，该结构在谱图中苯环区显示有2个处于高场区的单峰。

2.2 重水交换谱分析

图3 重水交换1H NMR谱

对G5进行重水交换实验，原来δ 6.923的单峰变成了一组多重峰(图3)，同时活泼氢的峰强减弱，说明1、2位的活泼氢被2H (D)取代后，破坏了G5苯并咪唑的对称结构，对氢的化学位移影响较大，但在图4中发现，重水交换后对13C的化学位移影响不大。

图4 重水交换13C谱

2.3 13C NMR谱分析

如图5所示，G1到G5的碳谱中，受2位取代基团的影响，其峰型与化学位移均发生改变，受2位吸电子基团的影响，C-2均向低场移动，在G4中处于最低场。C-8/9在G1和G2中均为小包，在G3中，峰型发生变化，表现为一个较小的尖峰，说明2位取代基的电负性大于碳原子电负性时，会对苯环区C-8/C-9位置的季碳原子造成影响，减弱邻位N原子的电四极矩驰豫的影响。在G6中发现，苯环5、6位被取代后，将增加苯环上碳原子的不对称性，表现为出现7组峰，其中最低场处为C-2；位于高场，强度最大的2组峰为C-4/C-7，其余为苯环的季碳原子。

图5 6种苯并咪唑类化合物13C NMR谱

2.4 二维NMR谱分析

图6 G6的2D ROESY谱图

以G6为例，在ROESY谱图中(图6)，以G6的甲基特征峰H-10为出发点，观察到相关点是H-7，则苯环区另外一个出峰位置是H-4。

通过HSQC(图7)，可以看到H-4，H-7，H-10在谱图中与13C有相关点，分别对应于C-4、C-7、C-10，从而确定了G6结构中3个碳原子，其余的季碳原子需要通过HMBC指认。

图7 G6的2D HSQC谱图

在HMBC(图8中)，化学位移δC156.8和δC97.20没有观察到与氢原子有交叉峰出现，从G6结构中可以看出，只有C-2和C-4与氢原子没有远程耦合关系，从出峰强度和化学位移确定是δC156.8是C-2，因此δC97.20是C-4；δC139.7的碳原子与H-7和H-10有交叉峰出现，确定是C-5；δC128.4的碳原子只与H-7有交叉峰出现，确定是C-9；δC122.3的碳原子只与H-4有交叉峰出现，确定是C-6；δC117.1的碳原子与H-4和H-10有交叉峰出现，确定是C-8；δC110.5的碳原子只与H-10有交叉峰出现，确定是C-7；δC16.25的碳原子只与H-7有交叉峰出现，确定是C-10。

图8 G6的2D HMBC谱图

3 结 论

通过综合运用一维1H NMR、13C NMR、二维1H-1H ROESY、HSQC、HMBC核磁共振技术，分析、归属了6种苯并咪唑化合物的所有1H、13C原子信号，结果见表1。

表1 6种苯并咪唑化合物的1H、13C归属*

*注：溶剂为DMSO。

苯并咪唑类化合物结构受2位取代基影响较大，2位取代基原子不同，对苯环区的出峰位置影响较大。通过分析比较发现，随着2位取代基电负性的增加，不仅存在诱导效应，还存在共轭效应，因此苯环上氢原子和碳原子的化学位移归属要结合二维实验等方法，对于重叠较厉害的氢谱区域，利用碳谱位置不易重叠的特点进行分析归属。