苯并咪唑类化合物一步法合成及表征

2004年第24卷第7期,792~796有机化学Chinese J ournal of Organic C hem istryVol.24,2004No.7,792~796#研究论文#苯并咪唑类化合物一步法合成及表征杨红伟a岳凡a封顺a王吉德X,a刘爱华a陈华梅a郁开北b X(a新疆大学化学化工学院乌鲁木齐830046)(b中国科学院成都有机化学研究所成都610041)摘要采用对甲氧基苯甲醛、对羟基苯甲醛和邻苯二胺直接关环合成了12(对甲氧基苄基)222(对甲氧基苯基)-苯并咪唑、12(对羟基苄基)222(对羟基苯基)-苯并咪唑化合物.通过元素分析、IR、核磁分析对它们进行了表征,并培养了12(对甲氧基苄基)222(对甲氧基苯基)-苯并咪唑化合物晶体.该晶体经X射线衍射确定为正交晶系,空间群Pna2(1),a=210194(7)nm,b=115657(4)nm,c=015498(1)n m,A=90b,B=90b,C=90b,V=117383(8)nm3,Z=4,M r=344140,D c=11316g/cm3,L=0185cm-1,F(000)=728.关键词苯并咪唑,合成,晶体结构One2S tep Synthesis and Characteristics of Benzimidazole DerivativesY AN G,Hong2Wei a Y UE,Fan a FEN G,Shun a WA NG,Ji2De X,aLI U,Ai2Hua a C HEN,Hua2M ei a Y U,Kai2Bei b(a Co llege o f Chemistry an d Chemical Enginee rin g,Xinjiang U nive rsity,U rumq i830046)(b Chengdu Institute o f O rgan ic Chemistry,Chin es e A cademy o f Sciences,Chengdu610041)Abstr act12(p2Methoxybenzyl)222(p2methoxyphenyl)2benzimidaz ole or12(p2hydroxybenzyl)222(p2hydroxyphenyl)2 benzimidazole was synthesized by the condensation of o2phenylenediamine with p2methoxybenzaldehyde or p2 hydroxybenzaldehyde,and characterized by elemental analysis,IR and N M R spectra.Single crystals of12(p2 methoxybenz yl)222(p2methoxyphenyl)benzimidaz ole were obtained.The crystal belongs to orthorhombic system,space group Pna2(1)with cell parameters:a=210194(7)nm,b=115657(4)nm,c=015498(1)nm,A=90b,B= 90b,C=90b,V=117383(8)nm3,Z=4,M r=344.40,D c=11316g/cm3,L=0185c m-1,F(000)=728.Keywords benzimidaz ole,synthesis,crystal structure含苯并咪唑类衍生物能够抑制细菌和酵母菌生成,许多烷基苯并咪唑具有抗维生素B12的活性,其中一些具有抗病毒性质[1].含苯并咪唑配体的配位化学是配位化学领域中的一个十分活跃的课题,含苯并咪唑的过渡金属配合物常用作为SOD活性中心的模拟物[2].近年来,此类杂环化合物的合成及其生物活性研究日益成为杂环化学研究的热点[3].而文献报道的苯并咪唑类化合物的合成方法一般用邻苯二胺及其衍生物与羧酸经多步反应或添加催化剂[4,5]反应而得.本文用对甲氧基苯甲醛、对羟基苯甲醛与邻苯二胺直接合成了12(对甲氧基苄基)222(对甲氧基苯基)-苯并咪唑、12(对羟基苄基)222(对羟基苯基)-苯并咪唑,方法简单,产率较高(60%以上).用DEP T13C N MR确定对羟基苯甲醛与邻苯二胺的反应产物不是双席夫碱型化合物,而是苯并咪唑类衍生物.用元素分析和I R进行了表征,并培养了12(对甲氧基苄基)222(对甲氧基苯基)-苯并咪唑的晶体,报道了其晶体结构.X E2mail:awangjd@Received August15,2003;revised and accepted February10,2004.教育部骨干教师计划资助项目.1 实验部分1.1 仪器与试剂Perkin 2Elme r 2400C HN 元素分析仪;北京泰克X T 25显微熔点测定仪;Bio 2Rad F TS 240型红外光谱仪(KB r 压片);Va rian Inova 2400核磁共振仪,四甲基硅烷为内标,D MS O 2d 6为溶剂;UV 23010紫外可见光谱仪;Sie mens P4型X 射线四圆衍射仪.对甲氧基苯甲醛、对羟基苯甲醛、邻苯二胺及其他溶剂试剂均为市售分析纯.1.2 两种苯并咪唑化合物的合成与1的单晶培养Scheme 120m mol 的对甲氧基苯甲醛溶于无水乙醇中,加入10mm ol 邻苯二胺,加热回流3h,冷却静置,得黄色沉淀.过滤,用乙醇洗涤,干燥,为淡黄色絮状沉淀.将滤液旋转蒸发后,用乙醇或甲醇重结晶.合并得产物1,产率为60%,熔点为127~129e .化合物1溶于丙酮、乙酸乙酯、体积比为1B 1的THF 和乙醇的混合溶剂、甲醇及乙醇,室温静置数天,瓶壁上均可得适合X 射线单晶结构分析的无色透明针状晶体.用对羟基苯甲醛代替对甲氧基苯甲醛,与邻苯二胺反应,方法同上.可得到浅黄色化合物2,产率为6713%,熔点为222~224e .1.3 元素分析、红外光谱分析及核磁分析元素分析结果:其化合物1化学式为C 22H 20N 2O 2,实测值(%):C 76144,H 5182,N 7197;理论计算值(%):C 76174,H 5181,N 8113.化合物2化学式为C 20H 16N 2O 2#C H 3C H 2OH,实测值(%):C 72138,H 5179,N 8104;理论计算值(%):C 72191,H 6112,N 7173.基本吻合.红外光谱分析结果:所得主要特征峰如表1所示.核磁分析结果:1的1H NM R D :61852~71864(m,12H,苯环氢及咪唑环氢),51395(s,2H,C H 2),31857(s,3H,与苄基相连的OC H 3),31792(s,3H,与苯环相连的OC H 3).图1为2的结构式.图1 2的分子结构式Figur e 1 Molecular structure o f 2图2是2的13C N MR DEP T 谱.醛与二胺一般认为生成双Schif f 碱型化合物II ,所示双Schif f 碱型化合物II 中有5种C H,3种季C,无C H 2.而从13C NM R DEP T 谱分析得6种C H,6种季C,两种C H 2,一种C H 3.这与2所示的苯并咪唑型化合物的碳类型相吻合.其中苯环所连C H 2的13C NM R 化学位移D 471260,另外乙醇的C H 2,C H 3的13C NM R 化学位移分别为D 561232,181765(表2).这与元素分析结果相吻合.表1 化合物1和2的红外光谱吸收频率Table 1 IR absorption frequencies (cm -1)fo r co mpo unds 1and 21M C )H (Ph)M CN(Imid)M C )N(Ph)M C )O )C(PhO C H 3)M C )H(p 2Ph)M C )H(o 2Ph)3049.331479.741294.851028.4814.25737.51828834.67764.542M O )H(PhO H)M C )H (Ph)M C )H (o 2Ph)M C )H (p 2Ph)M C )N(Ph)M CN(Imid)3282.843024.37744.249835.8451265.421480.07793No.7杨红伟等:苯并咪唑类化合物一步法合成及表征图2 2的常规13C N MR 谱(a),H =90b 2的13C N MRD EPT 谱(b)和H =135b 2的13C N MR DEPT 谱(c)Figur e 213C N MR spectrum of 2(a),H =90b DEPT13C N MRspectrum o f 2(b)and H =135b DEPT 13C N MR spectrum of 2(c)1.4 1的晶体结构分析选取一粒0156mm @0130m m @0130m m 的化合物1单晶置于Siemens P4X 射线四圆衍射仪上,用经过石墨单色器单色化的Mo K A 射线(K =01071073nm),在2161b [H [12191b 范围内,用28个衍射点确定晶胞参数.以X 22H 扫描方式,在1165b [H [28140b 范围内,于296(2)K 的温度下共收集到独立衍射点[R (int)=010287]2404个,其中I >2R (I )的独立可观测点1028个用于结构测定和修正,确定该晶体属正交晶系,空间群为Pna 2(1),晶胞参数:a =210194(7)nm,b =115657(4)nm,c =015498(1)nm,A =90b ,B =90b ,C =90b ,V =117383(8)nm 3,Z =4,M r =344140,D c =11316g/c m 3,L =0185cm -1,F (000)=728.全部数据经W 扫描的数据进行经验吸收校正.晶体结构由直接法解出,全部非氢原子经Fourie r 合成及差值电子密度函数修正,从差值电子密度函数并结合几何分析获得全部氢原子坐标.全部非氢原子坐标、各向异性温度因子和氢原子坐标及各向同性温度因子经最小二乘法修正至收敛.最终偏离因子R =010415,R w =010674,S =01823,($/R )ma x =01000,X =1/[s 2(F 2o )+(010210P )2+010000P ],P =(F 2o +2F 2c )/3.所有计算均在IBM 586/PC 计算机上用Sie mens S HELXTL 97程序包完成.2 晶体结构描述及讨论化合物1的部分键长和键角列于表3,化合物的分子结构图示于图3.表2 2的13C NM R 数据Table 213C N MR spectral data for 2Carbon N o.C 21,6C 22,5C 23,4C 27C 28C 29C 210D c136.096115.734122.315142.924127.333130.802119.036Carbon No.C 211C 212C 213C 214C 215C 216Ethanol 2C H 2Ethano l 2C H 3D c159.02347.260121.033127.697111.165156.86756.23218.765表3 化合物1的部分键长(10-1nm)和键角(b )Ta ble 3 Selected bond lengths (10-1n m)and angles (b )for co mpound 1O(1))C(1) 1.374(3)O(1))C(21) 1.419(4)O(2))C(18) 1.380(4)O(2))C(22)1.418(4)N(1))C(8) 1.371(4)N(1))C(14) 1.380(3)N(1))C(7) 1.459(3)N(2))C(14) 1.319(4)N(2))C(13)1.390(4)C(4))C(7) 1.523(4)C(14))C(15) 1.471(4)C(1))O(1))C(21)118.4(3)C(18))O(2))C(22)118.8(3)C(8))N(1))C(14)106.1(3)C(8))N(1))C(7)123.9(3)C(14))N(1))C(7)129.0(3)C(14))N(2))C(13)105.0(3)C(2))C(1))O(1)114.7(3)C(6))C(1))O(1)124.9(3)C(5))C(4))C(7)122.7(3)C(3))C(4))C(7)119.7(3)N(1))C(7))C(4)113.6(3)N(1))C(8))C(9)131.2(3)N(1))C(8))C(13)106.5(3)C(12))C(13))N(2)129.8(3)C(8))C(13))N(2)120.5(4)N(2))C(14))N(1)112.6(3)N(2))C(14))C(15)109.7(3)N(1))C(14))C(15)124.7(3)C(16))C(15))C(14)118.7(3)C(20))C(15))C(14)120.1(3)794有机化学V ol.24,2004图3 化合物1的分子结构图Figur e 3 Molecular structure of co mpo und 1从表3中看出,C(8))N(1),C(14))N(2),C(14))N(1),C (13))N(2)的键长分别为011371,011319,011380,011390nm,平均键长为011365nm,介于正常CN (011270nm)与C )N (011480nm)之间,因此可认为是咪唑环.其中C(14))N(2)键长为011319nm,比C(8))N(1),C(14))N(1)和C(13))N(2)短010052nm 以上,与咪唑环中的CN 键相符[5],而其它三个键的键长分别与咪唑环中各C )N 单键的键长吻合,化合物以苯并咪唑的形式存在.咪唑环与苯环共用的C(8))C(13)键长为011388nm,介于苯环中邻位双取代CC 键(011397(9)nm)和咪唑环中CC 键(011360(14)nm)之间.这表明在与对甲氧基苯甲醛缩合闭环反应中,原来被氨基邻位双取代的C C 键发生了变化.而C (7)与N(1)键长011459nm,表明C(7))N(1)是单键.最小二乘平面计算结果表明,咪唑环基本共面,它的最小二乘面方程为:31191x +111273y +31715z =719765,环上原子距最小二乘面的平均距离为0100046nm;与咪唑环稠合的苯环的最小二乘平面方程为:31287x +111753y +31520z =812735,原子距最小二乘面的平均距离为0100034nm;稠合苯环与咪唑环也基本在同一平面内,其双面角为217b .而苯环C(1)~C(6)的共面性较差一些,平均偏差距离为0100102nm,它与苯环C(15)~C(20)(平均偏差距离为0100036nm)和苯环C(8)~C(13)所在平面基本垂直,其二面角分别为9012b 和8213b ;另外苯环C(15)~C(20)与咪唑环的二面角为3615b .3 结果与讨论邻苯二胺与醛反应在通常情况下得到双席夫碱类产物,如水杨醛及邻香兰素与邻苯二胺的缩合[6~8].但在该文所示的情况下,产物的单晶及核磁等数据表明,实际产物为苯并咪唑类化合物.这一点与文献报道的邻苯二胺与22吡啶苯甲醛的反应结果很相似[9].这表明醛与邻苯二胺可以进一步关环得到苯并咪唑类衍生物,且收率较高,无需催化便可在较温和的条件下直接合成.醛与二胺首先加成后消去生成席夫碱,然后发生了关环反应.在常温下,延长反应时间也能得到苯并咪唑化合物,可知此产物为热力学产物,较席夫碱化合物稳定,因此反应的最终产物为苯并咪唑化合物.本文曾尝试在冰浴情况合成化合物1时,可得到油状的中间产物I ,放置数天后,油状物可变为化合物1.在溶剂甲醇中对油状物I 及化合物1进行UV 2vis 光谱进行对比测定,其吸收光谱在200~500nm 范围内油状物I 有四个吸收谱带,各个谱带的K m ax 分别为:307100,294150,248100,212100nm.而化合物1有三个吸收谱带,各个谱带的K m ax 分别为:291100,245100,212100nm.由图4可以看出油状物I 作为中间产物,可能是席夫碱化合物.其红外光谱为:M C )H (苯环):3066184c m -1;M CN :1681185cm -1;M C )O )C :1030108cm -1.化合物1的咪唑环上的C N 的波数为1479174cm -1,较油状物I C N 红移了202111c m -1.这可能是由于咪唑环上的CN 是介于CN 和C )N 的一种键,因此它较正常CN 有所红移.图4 化合物I 与1的紫外可见光谱图Figur e 4 UV 2vis spectra for co mpounds I and 1References1Ciardell, F.;Tsuchida, E.;W hrle, D.Mac r o molecule 2Metal Co mplexes ,Translated by Zhang,Z .2Q.;Z hang,J.2X.,Peking Universi ty Press,Beijing,1999(in Chinese).(Ciardell,F.;Tsuchida, E.;W hrle, D.,高分子金属络合物,张志奇,张举贤译,北京大学出版社,北京,1999.)2Valentine,J.S.;Mo ta de Freitas,D.J c.1985,62,990.3Liu,F.2M.;Lu,W.2J.;Zhang,Z .2F.;W ang, B.2L.;Liu,Y.2T.Chem.J.Chin.U n iv.1999,20(8),1242(in Chinese).(刘方明,鲁文杰,张正方,王宝雷,刘育亭,高等学校化学学报,1999,20(8),1242.)795No.7杨红伟等:苯并咪唑类化合物一步法合成及表征4Huang,K.2T.;Sun,C.2M.Bioo rg.Me d.Chem.Lett.2002, 12,1001.5Wang,L.2G.;W ang,Z.2Y.;Liu,S.2G.Chem.Res.A ppl.2001,13(3),293(in Chinese).(王立格,王卓渊,刘生桂,化学研究与应用,2001,13(3), 293.)6Chen, D.;Martell,A.E.I no rg.Chem.1987,26,1026.7Wang,H.;Li,S.2L.;Li u, D.2X.;Cui,X.2G.;Li,X.2Y.Acta Chim.Sinica1994,52,676(in 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Ho w ever,12(p2methox ybenzy l)222 (p2methox yphenyl)benzi midazole or12(p2metho xybenz yl)222(p2hy2 dro xy phenyl)benzimidazo le w as syn thesized directly by o2p henyl2 enediamine condensed w ith p2 metho xybenzaldehyde o r p2hy dro2 xy benzaldehy de.Synthesis and Biological Activity of12[22(2,42 Dichlor ophenoxyl)acetyl]252amino21H2pyra2 zole DerivativesW AN G,Hong2Qing;LIU,Hui;LIU,Zhao2Jie X .Chem.2004,24(7),797A series of new12[22(2,42dichlo ropheno xyl)acetyl]252amino21H2pyrazole deri vatives have been designed and synthesized by the reaction of2,42dichlorophenox ylacetyl chlo ride wi th52 amino21H2pyrazole.The structures of all new co mpounds w ere co nfirmed by elemental analy2 ses,1H N MR,IR and MS spectroscopies.The results of preliminary bioassay indicate that the target co mpo unds po ssess hig h herbicidal activi ty against the ro ot of rape and barnyard grass.Synthesis of N2(Pyrr ole222car bonyl)2amino Acid Methyl Ester sZE NG,Xiang2Chao;X U,Shi2Hai;LI,Yi2Q un; SHI,Wen2Bing;DEN G,Qin2Ying X.Chem.2004,24(7),802A series o f N2(pyrrole222carbonyl)2amino acid methyl esters w ere synthesized by acylation o f amino acid methyl es ters wi th22(trichloroacetyl)pyrroles,w itho ut using pyrrole222carbonyl chlo ride as acylating agent,at ro om temperature in8013%~9516%yields.A nd the struc2 tures of products w ere determined by1H N MR,IR,MS and elemental analyses.Sesquiter penes fr om Caraga na IntermediaSU N,Z hi2Hua;Z HAN G,Su;SHI,Jiao; HU,Chang2Qi X.Chem.2004,24(7),806T wo novel sesquiterpenoids,eudes m24(15)2ene21B,8A2diol(1)and trans2octahydroin2dane27B2isopropyl242methylene29B2methyl21B2o l(2),fo ur kno wn compounds,allo aro2madendrane23A,9A2diol(3),(+)23A,9B2 aro maden2dranediol(4),(+)2spathulenol(5)and(+)2lariciresinol(6),were isolated fro m an aerial part o f Car agana in terme dia.(+)210A2B romo spathulenol(7)was prepared fro m co mpo pounds1,2,3,4,5and7show ed anti2py riculariao ryzae P22b ac2 tivi ty with MIC value of38,10,25,18,9and35L g/mL,respectively.The structures o f these compounds w ere determined by spectral data including1D,2D N MR,IR spectra and pound4w as co nfirmed by X2ray crys tallog raphic analy sis.24(7)Chinese Jou r nal o f O rga n ic Chemistry2004。