2,2'-二苯并咪唑的合成与提纯

第２９卷第１２期　唐怀军等：２，２　一二苯并咪唑的合成与提纯　７３３　型　到　化学试剂，２００７，２９（１２），７３３～７３５　

２，２　．二苯并咪唑的合成与提纯　唐怀军，张志国，从长杰，张克立　（武汉大学化学与分子科学学院，湖北武汉４３００７２）　

摘要：对Ｖｙａｓ法合成２，２＇－二苯并咪唑进行了有效的改进。采用冰醋酸取代使用较广的乙二醇作为提纯溶剂，效果更优。　采用ＤＳＣ和ＴＧ分析技术，更为准确地确定了标题化合物的熔点为４１１℃，并同时首次发现其大约在３６５℃以后存在显　著的升华现象。　关键词：２，２＇－二苯并咪唑；提纯；熔点；ＤＳＣ；ＴＧ；升华　中图分类号：０６２６．２３　文献标识码：Ａ　文章编号：０２５８—３２８３（２（ＫＩ７）１２—０７３３．０３　

２，２　．二苯并咪唑及其衍生物是一类在医药、　化学化工和生物学等领域具有重要应用价值的化　合物【　Ｊ。２，２　．二苯并咪唑具有４个Ｎ原子，在　中性和酸性环境下，２个不带Ｈ的Ｎ原子可与多　种金属离子进行配位；在强碱的作用下，Ｎ—Ｈ上　的Ｈ脱去后，４个Ｎ原子均可参与配位。因此在　配合物合成方面，尤其是双核和多核配合物合成　和应用方面具有重要价值，近年在这方面的研究　颇多［５＿８］。　目前文献报道的２，２　．二苯并咪唑合成和提　纯方法均不够理想。早在１９５３年，Ｌａｎｅ＿９Ｊ９就报道　了以草酰胺和邻苯二胺为原料，乙二醇为溶剂加　热回流的制备方法，但这种方法要使用昂贵的草　酰胺，而产率并不高（５０％左右）。之后，又有多种　合成方法问世（见文献［１０］介绍），也都存在原料　昂贵、产率低、提纯困难、热耗高等缺点。１９８０　年，Ｖｙａｓ等［ｍ］首次报道了采用价格低廉的草酸代　替草酰胺作为原料，与邻苯二胺在多聚磷酸作用　下，在２４０　ｏＣ经过４　ｈ加热合成２，２　．二苯并咪唑，　报道的产率高达８５％。不过该方法极为粗放，使　用了大量的多聚磷酸，以至反应后不得不使用很　多的碱进行中和，浪费了大量的酸碱；同时，由于　粘稠的多聚磷酸难以很好地和原料混合均匀，导　致热扩散不均匀引起的局部过热使原料分解和氧　化，从而在实际应用中产率难以稳定，通常远不如　文献报道的高。另外，这一方法还存在热耗高等　问题。因此，在Ｖｙａｓ等报道后的２０多年里，这一　方法几乎无人问津，广泛使用的依然是１９５３年　Ｌａｎｅ的方法［３，８，１１］。最近几年，国内一些研究　者［１２］开始采用微波辐射技术，对Ｖｙａｓ等报道的　方法进行了改进，获得了较高且较稳定的产率，但　考虑到微波辐射时大量的能量在极短的时间作用　在反应物上，会使反应进程难以控制，且极易使原　料分解和氧化，因而不得不在微波辐射之前先合　成中间体。同时，多聚磷酸的用量仍然很大。另　外，几乎所有的报道均忽视了邻苯二胺如果没有　惰性气体保护加热极易氧化的问题。　２，２　．二苯并咪唑上２个Ｎ—Ｈ的Ｈ与另一分　子上２个不带Ｈ的Ｎ原子之间存在极强的氢键　作用，２，２　．二苯并咪唑通常以二聚或多聚形式存　在，导致其溶解性差，熔点高。较差的溶解性也使　提纯发生困难，在诸多溶剂中的难溶性，不仅使其　不能通过柱层析进行分离提纯，而且文献报道的　重结晶等方法也难以达到满意效果。目前，最为　常用的方法是以乙二醇作溶剂进行重结晶提　纯［３，８，９，１１］，但提纯效率不高，而且由于乙二醇沸　点太高（１９６～１９８　ｏＣ），挥发性差，使产物中的残　存溶剂难以除净。Ｂａｒｉｌ—Ｒｏｂｅｒｔ等　Ｊ不得不用　ＮａＯＨ溶液与２，２　．二苯并咪唑回流２　ｄ后将其转　变为相应的盐，然后过滤除去杂质，再加盐酸得到　纯净的产物。目前文献报道的２，２　一二苯并咪唑　的熔点也颇有出入，甚至是彼此矛盾的。如ｌａｎｅ　报道　：２，２’．二苯并咪唑在３９５～４ＯＯ　ｏＣ出现收　缩、分解、熔化但并不全熔，后来报道的熔点多为　３９６　ｏＣ【　，ｌ。。甚至更低。　

本文在Ｖｙａｓ等　ｏＪ报道的基础上对合成方法　

收稿日期：２００７－０５．２９　作者简介：唐怀军（１９７４－），男，湖南祁阳人，博士生，讲师，　主要从事功能有机配合物的合成和应用研究。　

维普资讯 http://www.cqvip.com 化学试剂　２００７年ｌ２月　作了改进，在较短的加热时间下不仅获得了满意　的稳定的产率，而且还使反应用的多聚磷酸量大　为减少，且反应后不需要用碱进行中和处理。在　试用多种溶剂后发现，用冰醋酸重结晶提纯产物　回收率高，还几乎不存在溶剂残留问题。用ＤＳＣ　和ＴＧ技术对其熔点进行了更为准确的测定，首　次发现２，２　．二苯并咪唑约在３６５℃以后出现显　著的升华现象。　

１实验部分　１．１　主要仪器与试剂　德国Ｎｅｔｓｚｓｃｈ　ＳＴＡ　４４９Ｃ综合热分析仪；德国　Ｎｅｔｚｓｃｈ　ＤＳＣ　２００差热扫描量热仪；１３本Ｓｈｉｍａｄｚｕ　ＦＨＲ－８２０１ＰＣ红外光谱仪；德国Ｂｒｕｋｅｒ　ＡＲＸ．３００　（３００　ＭＨｚ）核磁共振波谱仪；德国Ｖａｒｉｏ　ＥＬ　ｍ元素　分析仪。　所用试剂均为国产分析纯或化学纯，未进一　步纯化。　１．２　２，２　．二苯并咪唑的合成和提纯　称取４．２　ｇ（３３　ｍｍｏ１）二水合草酸和７．２　ｇ　（６７　ｍｍｏ１）邻苯二胺于研钵中，充分研磨混合均　匀，转入烧瓶中，加入１２　ｍＬ（约７５　ｍｒｒ￣１）多聚磷酸　和２０　ｍＬ乙二醇，搅拌混合。Ｎ２保护下，逐渐升　温至沸腾，回流１　ｈ。停止加热，待反应物冷却至　７０℃左右，倾人５００　ｍＬ水中，充分搅拌，静置，抽　滤。滤饼转入２０％的乙醇溶液中，搅拌分散后再　抽滤，此过程再重复一次，即得粗产物。粗产物转　入醋酸（约１　ｇ／８０　ｍＬ）中，加热至沸腾，使之全部　溶解完全后冷却至室温，得大量金黄色蓬松的针　状晶体，即为纯净产品。过滤，１００～１２０℃真空　干燥至恒重，产率８５％。ｍ．Ｐ．４１１℃（ＤＳＣ）。　ＨＮＭＲ（ＤＭＳＯ—ｄ６，３００　ＭＨｚ），　：７．４１～７．７７（ｍ，　８Ｈ，ＡｒＨ），一ＮＨ一上的Ｈ处于快速的交换状态中　无法检测到。兀１一ＩＲ（ＫＢｒ），　，ｃｍ‘。：３　４４０（Ｎ—Ｈ），　２　９４９，１　６１９，１　５８８，１　５５２，１　４８１，１　３９８，１　３４４　（ｃ—Ｎ），１　２７２，９４９，７４３，所得红外数据与标准图　谱一致。元素分析，Ｃ１４Ｈ１ｏＮ４，实测值（计算　值），％：Ｃ　７１．５８（７１．７８）；Ｈ　４．０２（４．３０）；Ｎ　２３．６８　（２３．９２）。　１．３　ＤｓＣ和ＴＧ分析　对样品进行了两次ＤＳＣ分析，其中一次在　ＤＳＣ专用铝质坩埚中加入适量样品后在加盖的铝　质盖子上打一针孔，而另外一次则不打孔。坩埚　与盖子用专用的压力装置加压压紧。空气气氛，　

升温速率１０￣Ｃ／ｍｉｎ。ＴＧ分析，空气气氛，升温速　率１０￣Ｃ／ｍｉｎ。　

２结果与讨论　、　２．１　２，２　．二苯并咪唑合成的反应过程如下：　

ｚ￣一／…ＮＨ＋Ｈ　Ｈ　Ｈ　。　３Ｈ２Ｏ＋ｎ，Ｐ，Ｏ１　—４Ｈ３ＰＯ４　多聚磷酸（Ｈ６Ｐ４Ｏ　３）在反应中实际上起吸水　剂的作用，通过对水的吸收促使反应向生成２，２　．　二苯并咪唑的方向移动。多聚磷酸过于粘稠，很　难溶解反应物，如果仅用多聚磷酸，难以保证获得　满意的反应效果。反应前将反应物和多聚磷酸经　研磨和搅拌，并加入适量乙二醇作溶剂，有利于反　应物之间的充分混合和接触，从而提高产率，加快　反应速率。同时，乙二醇的加入也利于热的扩散　和平衡，防止局部过热而导致原料的分解和氧化。　２．２　经试验，２，２　．二苯并咪唑在大多数常用溶　剂（如乙醇、三氯甲烷、二氯甲烷、乙醚、石油醚、四　氢呋喃、苯、甲苯等）中仅能微溶，且加热后溶解度　变化不大；在ＤＭＳＯ、ＤＭＦ中溶解度相对较大，但　加热后变化也不大，所以这些溶剂均不适合用来　重结晶提纯２，２　．二苯并咪唑。２，２　一二苯并咪唑　在乙二醇和冰醋酸中在室温下溶解度不大，但加　热后大幅增加，是合适的重结晶提纯溶剂。这归　因于乙二醇和冰醋酸的强极性，以及它们与２，２　一　二苯并咪唑之间通过形成氢键而使２，２　一二苯并　咪唑的聚合体发生解体，且这一趋势随温度的升　高而加剧。经试验，用冰醋酸重结晶效果非常理　想，室温下溶解度约１．０５　ｇ／Ｌ，沸点时溶解度约　１２．７Ｏ　ｇ／Ｌ，单次重结晶回收率可达９１．７％。由于　冰醋酸沸点相对较低，易于除去，因此可减少溶剂　在产物中的残留，是理想的重结晶溶剂。　

图１　２，２＇－二苯并咪唑的ＤＳＣ．ＴＧ曲线　Ｆｉｇ．１　ＤＳＣ—ＴＧ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　２．２＇－ｂｉｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ　１．ＴＧ；２．ＯＳＣ（密封）；３．ＯＳＣ（打孔）　２．３　从２，２　一二苯并咪唑的ＤＳＣ和ＴＧ分析（见　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷第１２期　唐怀军等：２，２　．二苯并咪唑的合成与提纯　７３５　图１）可以看出：在坩埚打孔的ＤＳＣ测量中，从　ＤＳＣ曲线上首先可以看到吸附的水和残存的极少　量溶剂的挥发吸收峰（大约９５～１１５℃），相应ＴＧ　曲线显示失重约２．５５％。随后可以看到在３６５～　４１０　ｏＣ之间存在一个宽的吸收峰，对应的ＴＧ曲线　上显示这一区段存在较大失重（约６６．５％）。在　坩埚密封的ＤＳＣ测量中，这２处吸收峰均未出　现，所以３６５～４１０　ｏＣ之间的吸收峰可以认为是　２，２　一二苯并咪唑的升华所致。为进一步验证　３６５　ｏＣ以后的升华是否存在，可以直接在实验室　加热２，２　一二苯并咪唑样品进行实验，实验显示大　约在３６５　ｏＣ以后确实存在显著的升华现象。在大　约４１１～４２３　ｏＣ之间，两种测试方法所得到的曲线　上均出现了尖锐的吸收峰，且后者的吸收强度远　远大于前者，这一吸收峰对应于样品的熔化过程。　因打孔，测试中样品挥发较多，信号相对较弱。在　随后的进一步加热中，密封测试的ＤＳＣ曲线出现　了另一显著的吸收峰和随后的放热峰，为２，２　一二　苯并咪唑的分解和氧化所致，而打孔测试中则不　存在，这是因为此时样品已经挥发完全。在ＴＧ　测试时需要的样品量相对较多，这时并未挥发完　全，故ＴＧ曲线上并未显示完全失重。根据以上　分析和热分析曲线图可以确定，２，２　．二苯并咪唑　的熔点应为４１１℃。　ｅ【９Ｊ及文献［３］报道的在　３９５～４００　ｏＣ的收缩、分解现象，可能是对２，２　．二　苯并咪唑升华现象的误解，此时的部分熔化可能　是由残存的杂质所引起。　

参考文献：　［１］ＲＯＤＥＲＩＣＫ　Ｗ　Ｒ，Ｎ０ｆｕ）ＥＥＮ　Ｃ　Ｗ．Ｂｉｓｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅｓ　ｐｏｔｅｎｔ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ　ｏｆ　ｒｔ￣ｎｏｖｉｒｕｓｅｓ［Ｊ］．Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．，１９７２，１５（６）：　６５５．６５８．　１２ＪＰＲＫＳ￣Ｎ　Ｐ　Ｎ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｒｅａｃｔｉｏｎｓ，ａｎｄ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｐｒｏｐ—　ｅｒｆｉｅｓ　ｏｆ　ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅｓ［Ｊ］．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．，１９７４，７４（３）：２７９．　３１４．　［３］ＡＢＢＯＵＤ　Ｙ，ＡＢＯＵＲＲ１ＣＨＥ　Ａ．Ｔｈｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｌｄ　ｓｔｅｅｌ　￣ｒＴｏｓｉｏｎ　ｉｎ　ａｃｉｄｉｃ　ｍｅｄｉｕｍ　ｂｙ　２，２＇－ｂｉｓ（ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）［Ｊ］．　Ａｐｐｔ．Ｓｕｒ．Ｓｃ／．，２ＯＯ６，２５２（２３）：８　１７８—８　１８４．