劉 博，楊曉峰，靳 強，陳志萍

(中北大學理學院化學系，山西 太原 030051)

苯并咪唑及其衍生物具有良好的生物活性，廣泛應用于醫(yī)藥、農藥、獸藥、抗真菌劑等領域[1-4]。苯并咪唑衍生物與金屬離子形成配合物后，可用作模擬天然超氧化物歧化酶(SOD)的活性成分[5]以及OLED發(fā)光材料[6]。因而苯并咪唑化合物的合成研究受到了國內外學者的廣泛關注。

通常情況下該類化合物有2種合成途徑[7-8]：一是以鄰苯二胺和有機羧酸或衍生物為原料，通過環(huán)化、脫水反應來合成。該方法通常需要強酸、高溫等條件，反應時間也較長且產率較低；二是以鄰苯二胺和醛為原料，在氧化劑存在下進行反應來合成，常見的氧化劑有[9-11]DDQ、MnO2、Pb(OAc)4、過硫酸氫鉀、Na2S2O5、氨基磺酸、偏釩酸銨、I2-H2O2等。該方法可以降低反應溫度，減少反應時間，較傳統(tǒng)方法有了很大的改善，但由于氧化劑的參與，致使副產物增多，給目標化合物的后續(xù)分離提純造成了困難。為了消除固體氧化劑對產物分離的影響，Singh 等[12]對該方法進行了改進，以MeCN或DMF作溶劑，在Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化還原體系催化下，直接以氧氣為氧化劑，合成苯并咪唑衍生物。Kawashita等[13]則用活性炭負載氧氣作氧化劑，合成苯并咪唑衍生物。本研究在上述工作的基礎上，對合成工藝進一步改進，以鄰苯二胺和苯甲醛為原料，不借助任何催化劑和載體，直接以氧氣為氧化劑，進行2-苯基苯并咪唑的合成，并對合成工藝進行了優(yōu)化。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品

鄰苯二胺，甲醇，苯甲醛，所有試劑均為分析純。

1.2 2-苯基苯并咪唑的合成及工藝優(yōu)化

將10mmol(1.08g)鄰苯二胺溶于30mL甲醇，置于100mL四口燒瓶中，攪拌下緩慢滴加10mL溶解有20mmol(2.04ml)苯甲醛的甲醇溶液，水浴升溫至45℃，通入氧氣作為氧化劑，回流反應3h，TLC跟蹤反應進程，減壓蒸餾，得黃色糊狀固體，95%乙醇重結晶，活性炭脫色，得到目標化合物。

改變反應溫度、原料配比、反應時間、溶劑用量等反應條件，考察各因素對目標化合物產率的影響，確定合成反應的最佳工藝條件。

1.3 目標化合物的表征

用X-4顯微熔點測試儀測定樣品的熔點；采用KBr 壓片，F(xiàn)IIR-8400S傅里葉變換紅外光譜儀測定樣品的紅外光譜；將目標化合物溶于DMSO-d6，利用BRUKER-DXR300核磁共振儀測定樣品的氫核磁共振圖譜。

2 結果與討論

2.1 2-苯基苯并咪唑的結構分析與表征

2-苯基苯并咪唑的合成路線如Scheme1所示。

（1）熔點：經X-4顯微熔點測試儀測試，目標化合物的熔點為293～295℃，與文獻一致。

（2）FTIR：圖1為2-苯基苯并咪唑(A)和原料鄰苯二胺(B)的紅外圖譜。在曲線A、B中，1635、1593、1504、1458cm-1附近的吸收峰為苯環(huán) C=C骨架伸縮振動；752cm-1附近的吸收峰為苯環(huán)1，2-二元取代后C-H 鍵面外彎曲振動；3030cm-1附近的吸收峰為苯環(huán)的C-H伸縮振動；曲線B中在3382、3363cm-1處的吸收峰為伯胺的N-H伸縮振動，曲線A中，在3047cm-1處出現(xiàn)仲胺基

N-H的伸縮振動吸收峰，而在3500～3200cm-1范圍內伯胺的N-H伸縮振動吸收峰消失，說明伯胺基已與醛基反應，生成仲胺。進一步對比曲線A、B中N-H伸縮振動峰的位置與峰形可發(fā)現(xiàn)曲線A的振動峰位置較之曲線B發(fā)生了紅移300cm-1且峰形趨于平坦，這是因為目標化合物呈大共軛體系[14]，致使N-H伸縮振動力常數(shù)減弱，吸收峰發(fā)生紅移；同時，咪唑環(huán)上的氫較為活潑，呈締合態(tài)存在，其峰形減弱。上述N-H伸縮振動峰位置的紅移與峰形變弱進一步證明反應生成了苯并咪唑類化合物。曲線A中，在740、702cm-1處出現(xiàn)2個強吸收峰，可歸結為單取代苯特征吸收峰，即咪唑環(huán)2位取代苯基的C-H面外彎曲振動吸收峰，表明目標化合物中有一取代苯的存在。綜上所述，胺基已與醛基反應，生成咪唑。

圖1 2-苯基苯并咪唑與鄰苯二胺紅外圖譜Fig.1 FTIR spectra of 2-Phenylbenzimidazole and 1,2-diaminobenzene

圖2 2-苯基苯并咪唑的1H-NMRFig.2 1H-NMR of 2-Phenylbenzimidazole

（3）1HNMR：圖2為2-苯基苯并咪唑氫核磁共振譜圖，圖中出現(xiàn)4組共振峰，積分面積之比(Ha∶Hb∶Hc∶Hd)為 2∶5∶2∶1。 在 δ=12.913(d)處出現(xiàn)的共振峰，可歸屬仲胺基的1個活潑H，胺基上的H處于它所連接苯環(huán)的去屏蔽區(qū)，因此，化學位移向低場移動。在苯環(huán)區(qū)(化學位移δ= 7.0～8.0)有3組共振峰出現(xiàn)，可歸屬為苯并咪唑苯環(huán)的4個H以及單取代苯環(huán)的5個H；在δ=7.508～7.532(b)處出現(xiàn)的共振峰，歸屬為單取代苯環(huán)的5個H，由于取代基為不飽和的苯并咪唑基團，與苯環(huán)形成共軛，使苯環(huán)電子云密度降低，表現(xiàn)為去屏蔽效應，因此，化學位移向低場移動。在δ=8.172～8.195(c)處的共振峰，歸屬為苯并咪唑苯環(huán)的3、6位上的H；在δ=7.183(a)處的峰，歸屬為苯并咪唑苯環(huán)的4、5位上的H。在δ= 2.565處為溶劑DMSO-d6的吸收峰。由氫核磁圖譜可進一步證實合成產物為目標化合物2-苯基苯并咪唑。

2.2 合成工藝優(yōu)化

2.2.1 反應溫度選擇

固定鄰苯二胺的量為10mmol、苯甲醛的量為20mmol、反應時間為3 h、甲醇/鄰苯二胺的液固比(mL/g)為37.0(甲醇用量為40mL)，考察反應溫度對產率的影響，實驗結果如圖3所示。

圖3顯示，隨著反應溫度的升高，2-苯基苯并咪唑產率先增大后減小，反應溫度為45℃時，產率最高可達71.2%。這是由于隨著溫度的升高，首先達到主反應所需的活化能，反應速率增大，產率增大；當溫度繼續(xù)升高時，鄰苯二胺有可能被氧氣氧化為2,3-二氨基吩嗪[15]，吩嗪類化合物一般是在氧化酶[16]催化或高溫高壓下合成，所需活化能較高，升高溫度致使吩嗪類副產物的生成速率增大，使目標化合物產率降低。因此，在此條件下，合成反應較為適宜的溫度為45℃。

圖3 溫度對反應產率的影響Fig.3 Influence of temperature on reaction yield

2.2.2 原料配比選擇

固定鄰苯二胺的量為10mmol、反應時間為3h、溫度為45℃、甲醇/鄰苯二胺的液固比(mL/g)為37.0(甲醇用量為40mL) (甲醇用量為40mL)，改變苯甲醛與鄰苯二胺的摩爾比，考察原料配比對產率的影響，結果如圖4所示。

由圖4可知，隨著苯甲醛用量的增加，2-苯基苯并咪唑的產率也是先增大后減小趨勢，當原料配比為n(苯甲醛)/n(鄰苯二胺)=2，反應產率最高。這可能是由于在氧氣存在的條件下，苯甲醛極易被氧化為苯甲酸，苯甲醛不能完全地與胺基反應，因此，此反應需要過量的苯甲醛；當苯甲醛配比用量超過2時，隨著苯甲醛的用量增大，生成的苯甲酸等副產物也隨之增多，給后續(xù)的分離提純造成了困難，產率降低。因此，在此條件下，較為適宜的原料配比為n(苯甲醛)/n(鄰苯二胺)=2。

圖4 原料配比對反應產率的影響Fig.4 Influence of molar ratio on reaction yield

2.2.3 反應時間的選擇

固定鄰苯二胺的量為10mmol、苯甲醛的量為20mmol、反應溫度為45℃、甲醇/鄰苯二胺的液固比(mL/g)為37.0(甲醇用量為40mL) (甲醇用量為40mL)，改變反應時間，考察反應時間對產率的影響，實驗結果如圖5所示。

由圖5可知，隨著反應時間的延長，2-苯基苯并咪唑的產率也呈先增大后減小趨勢，反應3h產率最高。3h產率最高的原因目前尚不清楚，可能與副反應的加劇有關，有待于進一步探索和研究。

2.2.4 溶劑用量的選擇

固定鄰苯二胺的量為10mmol、苯甲醛的量為20mmol、反應溫度為45℃、反應時間為3h，選擇適宜的溶劑用量，考察反應體系液固比對產率的影響，實驗結果如圖6所示。

圖5 時間對反應產率的影響Fig.5 Influence of time on reaction yield

圖6 反應體系液固比對反應產率的影響Fig.6 Influence of liquid solid ratio on reaction yield

圖6顯示，當鄰苯二胺用量一定時，2-苯基苯并咪唑產率隨溶劑用量的增加而增加，當體系液固比超過37.0后，產率基本保持不變。這是由于體系液固比小于37.0時，溶劑未能將原料充分溶解，反應不完全，產率較低；當體系液固比超過37.0時，溶劑已將原料溶解，可進行充分反應，因此產率變化不大。在此條件下，體系較為適宜的液固比(mL/g)為37.0，此時甲醇用量為40mL。

3 結論

(1)直接以氧氣為氧化劑，鄰苯二胺與苯甲醛反應成功合成了目標化合物2-苯基苯并咪唑。

(2)合成2-苯基苯并咪唑的最佳工藝條件為：n(苯甲醛)/n(鄰苯二胺)=2，反應溫度為45℃，反應時間為3h，甲醇/鄰苯二胺的液固比(mL/g)為37.0(甲醇用量為40mL)，產率最高可達71.2%。

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