苯并咪唑合成研究進展
時間: 2018-07-10 22:53 瀏覽次數: 作者:繕繕
導讀:本文主要講述了苯并咪唑的合成方法,以及在離子鑒定、航空航天等方面的應用介紹。

        今天我們來探討一下苯并咪唑類化合物的研究進展。以下是內容:
        苯并咪唑類化合物具有廣泛的生物活性, 如抗癌、抗真菌、消炎、治療低血糖和生理紊亂等, 在藥物化學中具有非常重要的意義; 并可用于模擬天然超氧化物歧化酶(SOD)的活性部位研究生物活性, 以及環氧樹脂新型固化劑、催化劑和某些金屬的表面處理劑, 還可作為有機合成反應的中間體等。綠色合成苯并咪唑化合物顯得尤為重要。本文主要講述了苯并咪唑的合成方法,以及在離子鑒定、
航空航天等方面的應用介紹。
(圖片來自花瓣網)
關鍵詞:苯并咪唑配合物  合成   應用

1合成苯并咪唑類化合物

1.1以鄰苯二胺和羧酸(及其衍生物)為原料的合成
繼1872年Hoebrecker首次合成第一個苯并咪唑類化合物 2,5-二甲基苯并咪唑(1)后, Ladenburg用乙酸和 4-甲基鄰苯二胺加熱回流, 也同樣得到化合物1 。從此, 鄰苯二胺衍生物和有機酸的關環反應就成為苯并咪唑類化合物制備最通用的方法, 但通常需要很強的酸性條件[常采用 HCl、多聚磷酸(PPA)、混酸體系、對甲苯磺酸等作為催化劑]和很高的反應溫度[1].
1986 年 Gedye 等[2]首次報道了微波作為有機反應的熱源, 具有速度快、產率高、污染少、安全性高等優點。 例如, 路軍等[3]在無溶劑條件下, 利用微波間歇加熱合成苯并咪唑衍生物。只需反應 8 min, 產率一般可達 64%~88%。Zhang[4]成功報道了以鄰苯二胺和原酸酯為原料合成苯并咪唑類化合物.。他們用路易斯酸為催化劑,在乙醇溶劑中室溫攪拌進行反應, 合成條件比較溫和.當以ZrCl4為催化劑時, 反應2h, 產率為95%. 用相同的原料, 他們[5]還研究了用磺酸作為催化劑, 在甲醇體系中室溫下合成苯并咪唑類化合物, 產率達到 96%, 反應時間也縮短為1h。
1.2液相合成
考慮到載體合成的某些缺點, 研究者們對同樣以鹵代硝基苯為原料的傳統液相合成法也比較重視. 例如,Raju 等[6]報道了在室溫下用鄰氟取代硝基苯合成含硫和含氧的取代苯并咪唑. 與別人不同的是, 在還原芳環上的硝基時, 他們用的是 Raney Ni 的甲醇溶液, 最后在THF 溶液中進行關環縮合反應。該方法的合成產率都在 90%以上, 不過反應時間和其他室溫下進行的反應一樣都較長, 需要12h。
Li 等[7]報道了在液相中有效合成多取代 5-氨基苯并咪唑. 他們用 1,5-二氟-2,4-二硝基苯為原料, 經過取代、還原、環化縮合等反應, 在沒有氧化劑存在的條件下, 室溫下成功地得到了苯并咪唑類化合物(Scheme 8),產率為 84.1%。
1.3天然氨基酸類構建苯并咪唑
基于氨基酸的苯并咪唑衍生物的合成反應是分兩步進行,第一步酰胺化形成中間產物酰胺,然后關環形成苯并咪唑單元[8] 。劉思全等[9]研究了鹽酸、磷酸、多聚磷酸(PPA)等催化劑的影響, 發現以磷酸與 PPA 的混酸(物質的量的比為 1∶2)為催化劑和溶劑時, 反應效果最好。甘氨酸與鄰苯二胺的縮合產物, 可作為中間體應用于抗癌藥物的合成。類似地, 氨基被保護的甘氨酸。也可與鄰苯二胺類化合物反應, 得到相應的苯并咪唑, 并可繼續合成具有生物活性的化合物。 例如, 化合物 2對 DNA 甲基轉移酶具有抑制作用。 化合物 3 具有抗HIV 活性。不僅如此, 甘氨酸二肽的 N-端氨基被保護后, 亦可應用于含有苯并咪唑結構藥物的合成[10]。
1.4鹵代苯胺原料合成苯并咪唑類化合物
Cu 鹽具有廉價、穩定及其低毒性等優點, Cu 催化有機合成反應在醫藥以及日用化工品等的合成中得到廣泛的應用. 2007 年, Zou 等[11]以鄰鹵代酰胺和伯胺為原料, 首先在CuI/L-poline/K2CO3催化體系下, DMSO為溶劑, 反應一段時間形成鄰氨基苯酰胺和 1,2-二取代苯并咪唑的混合物, 然后在 100~140 ℃加熱或者添加乙酸和 40~60 ℃條件下繼續反應得到 1,2-二取代苯并咪唑化合物(Eq. 54). 該反應適用于多種多樣的底物, 但是反應時間較長。2009 年, Hirano 等[12]以 CuI 為催化劑, DBU 為堿,在 DMSO 中使鹵代苯胺發生分子內環化合成 N-取代苯并咪唑。 該方法主要為合成 N-芳基苯并咪唑類化合物提供了新方法。
1.5以硝基苯衍生物為原料合成苯并咪唑類化合物
2007 年, Hubbard 等[13]先將鄰鹵硝基苯上鹵素和伯胺反應形成N-取代-2-硝基苯, 然后, 在催化劑的作用下發生硝基還原環化形成2-取代苯并咪唑。 該反應涉及不尋常插入 sp3雜化碳氫鍵的過程。
2009 年, Selvam等[14]以2-疊氮硝基苯和脂肪醇為原料, 以TiO2、Ag/TiO2和Pt/TiO2為催化劑,在紫外光或太陽光的照射下,合成了2-取代苯并咪唑。該反應利用光照高效合成目標產物, 符合綠色化學的要求。
1.6其他原料合成苯并咪唑類化合物
2008 年, Brasche 等[15]以廉價的醋酸銅為催化劑,DMSO 為溶劑, 存在醋酸和 O2條件下, 使 N-苯基苯甲脒經C—H功能化, 然后環化形成C—N鍵制備得到2-芳基苯并咪唑類化合物,收率為 70%~89%. 該方法使用廉價催化劑, 適用于含各種取代基的底物, 但反應時間較長. 該方法還是用于合成 N-甲基 2-芳基苯并咪唑類化合物。2009 年, Rosen 等[16]以商業易得的苯并噻二唑磺酰胺為原料, 在金屬鋅作用下, 化學選擇性還原脫硫得到中間體苯二胺, 然后在焦亞硫酸鈉氧化下與醛反應合成2-取代苯并咪唑磺酰胺化合物(Scheme 16). 該反應原料易得, 反應條件溫和。

2苯并咪唑類化合物的應用

2.1用于金屬離子的檢測
2.1.1應用于汞離子的檢測
作為污染性強的重金屬離子, Hg2+的檢測一直備受關注, 在苯并咪唑基熒光化學傳感器中報道最多。例如,Tzeng 等[17]報道了2-(2'-吡啶基)苯并咪唑(1)(圖1)與金屬錸配位而應用于 Hg2+檢測的傳感器。羅丹明是常用于設計成熒光探針的熒光基團, 引進苯并咪唑基能夠明顯提高其熒光性能且能增加其對金屬離子的選擇性檢測. 例如, 將苯并咪唑分子 2 (Figure1)通過 C=N 鍵引進到羅丹明 6G 中, 可設計出用于檢測Hg2+的“turn-on”型比色化學傳感器, 在其乙腈溶液中,Hg2+的加入能夠使熒光顯著增強. 不僅如此, 加入 Hg2+后, 溶液的顏色由肉眼就能看出從無色變為淡粉色, 而熒光的顏色由無色變為綠色[18].
目前, 國內外大多數對于 Hg2+的檢測只是體外檢測, 而生物體內的檢測鮮見報道. 但2013年Chowdhury等[19]在這方面做了重要突破, 他們將苯并咪唑基團鍵入氟硼二吡咯類熒光分子中, 利用其摩爾吸光系數較高、熒光光譜峰窄而尖銳、光學性質穩定等特點, 得到了可用于體內外檢測 Hg2 +的熒光增強型傳感器 9(Scheme 3), 能實現對人類乳腺癌細胞中 Hg2+的檢測。
2.1.2應用于銅離子的檢測
即使只含有一個醛基的喹啉類化合物, 也可用于同2-(2'-氨基苯基)-苯并咪唑(19)縮合而設計出熒光探針.2013 年, 湯立軍課題組[20]利用這種策略將喹啉熒光團引進到苯并咪唑基熒光探針 28 中(Eq. 4). 在 EtOH/H2O中, 探針 28 在 423 nm 處有微弱的熒光發射峰, 加入Cu2+后, 探針 28 與 Cu2+以化學計量比 2∶1 發生絡合,絡合常數為 2.16×105L2 mol-2, 使該處的熒光明顯增強, 而其他金屬離子無影響. 進一步在 28-Cu2+復合體溶液中加入不同的陰離子, 發現當加入 CN時, 熒光光譜最大發射峰從 423 nm 處藍移到 419 nm 處, 熒光再次增強, 而其他離子則無此現象. 因此, 該“turn-on”型熒光探針也能夠很好地選擇性檢測 CN-。類似地, 只含有一個醛基的鄰萘二酚類化合物, 也可用于同 2-(2'-氨基苯基)-苯并咪唑(19)縮合而設計出熒光探針, 如湯立軍課題組[21]報道的熒光探針29.在 CH3OH/H2O 溶液中, 不同的 pH 值對探針 29 的熒光性能有很大的影響, 在 pH=7 時其熒光性能最好. 向探針29的溶液加入1 equiv.的不同金屬離子, 探針29的熒光能夠被 Cu2+猝滅, 而其他離子無影響. 探針 29 與Cu2+以 1∶1 絡合, 絡合常數為 7.38×106L/mol. 再進一步研究表明, 在 29-Cu2+復合體溶液中加入各種陰離子,只有 CN-能夠使其熒光顯著增強. 這是由于 CN的加入, 使得 Cu2+與 CN結合形成[Cu(CN)x]n而離開熒光探針 29. 對 CN檢測下限達 1.86×10-5mol/L, 遠低于世界衛生組織制定的飲用水的 CN的含量的最高濃度。
2.2苯并咪唑衍生物的工業抗蝕性
酸洗廣泛應用于各個工業部門中的換熱設備、傳熱設備和冷卻設備等的水垢清洗.由于酸對各類金屬設備均有腐蝕,所以在酸洗時要加入緩蝕劑,以減少酸的使用量,抑制金屬在酸性介質中的腐蝕,提高酸洗效果,延長設備的使用壽命.苯并咪唑類酸洗緩蝕劑最早出現于1980年代,因為毒性較低,具有極大的開發價值[22]。
沈建等[23]研究認為,苯并咪唑類化合物在質量分數5%的HCl中對碳鋼具有明顯緩蝕效果.室溫下, 2 -丙基苯并咪唑、2 -對氯芐基苯并咪唑的緩蝕率較高; 50℃時2 -戊基苯并咪唑、2 -己基苯并咪唑、2 -對氯芐基苯并咪唑的緩蝕率較高.其中2 -對氯芐基苯并咪唑在上述2種條件下緩蝕率均在97%以上.史志龍等研究認為,烷基苯并咪唑化合物在鹽酸溶液中對銅具有較好的緩蝕作用,且長碳鏈的2 -十一烷基苯并咪唑緩蝕效果優于2 -己基苯并咪唑。
2.3苯并咪唑的航天應用
聚苯并咪唑(PBI),通常由芳香族胺和芳香族二元羧酸或其衍生物縮聚而得.是最早應用于耐高溫粘結劑的雜環高分子之一,具有優良的瞬間耐高溫、耐高低溫交變及超低溫性能.可廣泛用于鋁合金、銑合金、銅、鋼、玻璃纖維、炭纖維增強復合材料等金屬及非金屬的粘結[24]。
PBI纖維比一般玻璃纖維、聚芳酰胺纖維等具有優越的尺寸穩定性和耐磨性,同時阻燃性能優異,在400℃以上仍具有非常優良的力學和電學性能,因此常被用作航空及宇航人員防護用的不燃燒材料以及超音速飛行器的雷達天線罩、整流罩、尾翼,耐燒蝕涂層,印制線路板,宇宙飛船耐輻射材料等.今后,隨著航天技術的發展和巡航導彈飛行速度的提高,耐高溫的聚苯并咪唑復合材料將具有更廣闊的發展前景.
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