N丁基22吡啶基苯并咪唑的合成及表征Word格式文档下载.docx
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2-(2-吡啶基)苯并咪唑;
N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑;
红外光谱性质、紫外光谱性质。
苯并咪唑类化合物以其优异的结构和性能应用十分广泛,多年来一直是研究的热点,具有较高的合成价值[1]。
苯并咪唑类化合物是许多药物、除草剂和杀虫剂等化合物的中间体,也是很多药物分子中主要的药效基团,具有广泛的药效作用。
例如:
苯并咪唑类化合物广泛用于抗癌药、抗真菌药、低血糖治疗药,治理生理紊乱,模拟天然超氧化物歧化酶(SOD)的活性部位研究生物活性,并可作为环氧树脂新型固化剂、催化剂及某些金属的表面处理剂等[2]。
苯并咪唑类化合物作为氮杂环化合物具有特殊的生理活性,它们除对鼻病毒有抑制作用外,对肠道疾病及各种类型的炎症如肝炎、脾炎、骨炎等都具有治疗和预防作用[2-3]。
文献报道[4],含苯并咪唑化合物的合成方法一般是用邻苯二胺及其衍生物与羧酸在无机酸如盐酸、磷酸催化下,高温(250℃)环合制得。
但是,这种合成方法存在着反应温度高、耗时长、副反应多、产率低等缺点。
微波在有机合成中的研究始于1986年,自1986年Gedye及其合作者研究了利用微波辐射有效地加速有机反应以来,微波促进有机反应的研究已成为有机化学的研究热点之一,并已发展成为一个引人注目的新领域—MORE学(microwave-inducedorganicreactionenhancementchemistry),有关这方面的研究进展国内外已有多篇论文、论著发表。
由于微波促进有机化学反应具有加热时间短、产率高、对环境友好等优点而受到人们的关注[5-9]。
本实验以邻苯二胺和α-吡啶甲酸为原料,在多聚磷酸的作用下用波辐射法合成了2-(2-吡啶基)苯并咪唑,然后再与氢化钠作用,最后与溴代丁烷反应合成了N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑,其合成路线如下:
1实验部分
1.1试剂与仪器
1.1.1试剂
邻苯二胺(AR,天津市光复精细化工研究所);
α-吡啶甲酸(AR,上海润捷试剂有限公司);
溴丁烷(AR,五联化工厂);
多聚磷酸(AR,PPA);
95%乙醇;
氢氧化钠(AR,郑州派尼化学试剂厂);
氢化钠(AR,天津市福晨化学试剂厂);
无水四氢呋喃(AR,天津市科密欧化学试剂有限公司)。
1.1.2仪器
NICOLET5700FT-IR型傅里叶变换红外光谱仪(美国热电Thermo公司)KBr压片,碘化铯分束器,扫描范围225-4000cm-1,分辨率1cm-1;
Lambda650s型UV/Visspectrometer紫外分光光度计(美国PE公司);
DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科技有限公司);
温加热磁力搅拌器(郑州长城科工贸有限公司;
X-5精密显微熔点仪(北京福凯仪器有限公司);
FA2004A电子天平(上海精天电子仪器股份有限公司);
SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵(巩义市英峪予华仪器厂);
WD900ASL23-2型微波炉(广州顺德市格兰仕电器有限公司)。
1.2实验方法
1.2.1
2-(2-吡啶基)苯并咪唑的制备
称取2.16g(0.02mol)邻苯二胺,3.55g(0.02mol)α-吡啶甲酸,量取20mL多聚磷酸加入100mL的烧杯中并搅匀,放入微波炉中,先辐射1min待完全溶解后在700W功率下间歇式辐射1min,然后将墨绿色的反应液冷却至室温后倾入100mL冰水中,有沉淀析出,用氢氧化钠溶液中和至pH=9~10,抽滤、洗涤、干燥。
将所得到的粗产品进行重结晶(用95%乙醇︰水=1︰1作为溶剂),并加入适量活性炭进行脱色,趁热过滤、冷却、结晶、抽滤、洗涤、干燥,得到白色晶体2.53g,产率约为65%,熔点为232℃~236℃。
1.1.2
N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑的制备
在干燥的250mL的三口圆底烧瓶上安装回流冷凝管(上加无水氯化钙干燥管)和恒压滴液漏斗,并加入30mL无水THF,0.48g(0.02mol)氢化钠,加热磁力搅拌使氢化钠溶解,然后从恒压滴液漏斗中缓慢滴加1.95g(0.01mol)2-(2-吡啶基)苯并咪唑和90mLTHF的混合液,滴加完毕后反应2-3h。
再缓慢滴加2mL溴丁烷溶液,滴加完毕后回流4-5h。
反应结束后,用95%乙醇︰水=1︰1作为溶剂进行重结晶,得白色晶体1.29g。
熔点225.3℃~226.1℃,产率约为60%。
2实验结果与讨论
2.1目标化合物合成条件初探
2.1.1邻苯二胺和α-吡啶甲酸反应的最佳物质的量配比
在合成2-(2-吡啶基)苯并咪唑化合物时,取3组邻苯二胺和α-吡啶甲酸物质的量配比分别为1︰1、1︰1.2(α-吡啶甲酸保持稍稍过量)、1.2︰1(邻苯二胺保持稍稍过量)并在其它条件保持不变的情况下反应,结果得到分别2-(2-吡啶基)苯并咪唑化合物的质量1.29g、0.98g、0.96g。
实验结果表明采用邻苯二胺和α-吡啶甲酸等物质的量配比反应可得到最大量的2-(2-吡啶基)苯并咪唑化合物。
2.1.2合成2-(2-吡啶基)苯并咪唑化合物最适微波辐射条件
微波辐射合成2-(2-吡啶基)苯并咪唑化合物,设计三种不同的微波辐射反应条件:
(1)将搅匀的邻苯二胺、α-吡啶甲酸、PPA的混合物放在微波炉中,不间断在700W功率下辐射2min。
(2)将搅匀的邻苯二胺、α-吡啶甲酸、PPA的混合物放在微波炉中,先在500W功率下辐射1min待完全溶解后再在700W功率下间歇式辐射1min。
(3)将搅匀的邻苯二胺、α-吡啶甲酸、PPA的混合物放在微波炉中,先在500W功率下辐射1min待完全溶解后再在700W功率下辐射1min。
结果表明在条件
(2)下反应得到最大量的2-(2-吡啶基)苯并咪唑目标化合物。
2.1.3N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑目标化合物重结晶方法的选择
重结晶目标化合物N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑时,设计两种重结晶方案:
(1)直接用1︰1的水和乙醇作为溶剂,重结晶目标化合物。
(2)先用95%的乙醇溶剂溶解沉淀物,蒸发得到含有目标化合物的饱和溶液,冷却后滴加蒸馏水。
结果表明用方案
(2)时晶体析出的较方案
(1)多。
2.2目标化合物的物理性质
2-(2-吡啶基)苯并咪唑为得白色晶体,熔点为235℃~236℃。
N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑为白色晶体,熔点为225℃~227℃。
N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑可溶于二甲基亚砜、乙醇、丙酮、二氯甲烷等溶剂,难溶于甲苯、石油醚、四氯化碳、乙醚、水等溶剂。
可与铁、钴、镍、锌、铬、汞等金属形成配合物。
2.3目标化合物的红外光谱
2.3.12-(2-吡啶基)苯并咪唑的红外光谱分析
红外光谱在美国NICOLET5700FT-IR型傅里叶变换红外光谱仪上测定,在4000~400cm-1波长范围内用KBr压片法进行扫描。
图12-(2-吡啶基)苯并咪唑的红外光谱
由图1可知,3430cm-1为N-H键的伸缩振动,3060cm-1为2-(2-吡啶基)苯并咪唑化合物中苯环的C-H伸缩动,1590cm-1,1440cm-1,1400cm-1,1330cm-1为苯并咪唑环骨架振动的吸收波数。
744cm-1为邻取代苯环上的C-H面外弯曲振动。
以上特征峰的出现说明目标化合物的生成。
2.3.2N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑的红外光谱分析
图2N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑的红外光谱分析
图2中,3050cm-1为N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑化合物中苯环的C-H伸缩动,2931cm-1为丁基中饱和C-H键的伸缩振动,苯并咪唑环骨架振动的吸收峰为1590cm-1,1440cm-1,1400cm-1,1320cm-1。
-CH3对称伸缩振动为1388cm-1。
和图1相比2-(2-吡啶基)苯并咪唑N-H键伸缩振动峰(3430cm-1)的消失说明目标化合物N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑的生成。
2.3目标化合物的紫外光谱
紫外光谱在Lambda650s型UV/Visspectrometer紫外分光光度计,以乙醇作溶剂,将2-(2-吡啶基)苯并咪唑和N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑配成浓度为1×
10-4mol/L的溶液,在200nm~400nm范围内进行扫描,其主要特征峰见图3和图4。
由图3,2-(2-吡啶基)苯并咪唑和图4,N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑可知,在乙醇中均表现出3个强的吸收峰,峰值分别是204nm、310nm和321nm左右。
其中204nm峰处的吸收是由于苯并咪唑环共轭体系中C=C键的π-π*跃迁所致,310nm和321nm峰处的吸收是由于C=N键的n-π*跃迁和苯并咪唑环共轭体系中π-π*跃迁的结果[10-13]。
图32-(2-吡啶基)苯并咪唑的紫外光谱
图4N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑的紫外光谱
3结论
1、用微波辐射法合成2-(2-吡啶基)苯并咪唑具有加热时间短、产率高操作方便等优点。
通过对目标化合物的工艺初探,合成2-(2-吡啶基)苯并咪唑时,反应物最佳物质的量配比为1:
1。
微波辐射时应先在低功率下连续辐射1min,接着在700W采取间歇式辐射方式1min。
重结晶目标化合物时,应先用95%的乙醇溶剂溶解,脱色,再滴加蒸馏水冷却结晶,有利于晶体的析出。
2、N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑为白色晶体,熔点225.3℃~226.1℃。
易溶于二甲基亚砜、乙醇、丙酮、二氯甲烷等溶剂,难溶于甲苯、石油醚、四氯化碳、乙醚、水等溶剂。
3、通过测定熔点、红外(IR)及紫外(UV)对N-丁基-2-(2-吡啶基)苯并咪唑结构进行表征,结果表明所合成的化合物为目标产物。
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StudyonSynthesisandPropertyofN-butane-2-(2-pyridyl)Benzimidazole
LENGKai
Abstract:
The2-(2-pyridyl)benzimidazolewassynthesizedbythereactionofo-phenylenediaminewithα-picolinicacidundermicrowave,inthepresenceofpolyphosphoricacid(PPA)asthecatalyst.TheN-butane-2-(2-pyridyl)benzimidazolewassynthesizedbythereactionof
2-(2-pyridyl)benzimidazolewith1-bromobutane,inthepresenceofsodiumhydride.Itspurenessandstructruewascharacterizedbythemeltingpoint,ultravioletandinfraredanalysis.
Keywords:
microwavesynthsis;
2-(2-pyridyl)benzimidazole;
N-butane-2-(2-pyridyl)benzimidazole;
IRspectrumproperty;
UVspectrumproperty.
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