超聲輻射下合成2－咪唑啉衍生物

魏俊萍，崔朋雷，劉卉閔，張冬暖

（1.保定市科學(xué)技術(shù)信息研究所，河北保定 071051；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，河北保定 071001）

自1888年Hoffman合成了第1個(gè)咪唑啉后，大量咪唑啉類化合物被合成出來［1］.此類化合物是一類具有很高的生物活性有機(jī)化合物［2］，其衍生物2－咪唑啉也是一類非常重要的化合物，在醫(yī)藥方面應(yīng)用較為廣泛，其中許多化合物都具有抗糖尿病、抗高血壓、抗抑郁癥、抗癌抗菌、抗雄激素、抗HIV病毒活性，在化學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)藥學(xué)等方面都有廣泛的應(yīng)用［3－7］.因此，隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，2－咪唑啉類化合物的合成引起了人們的廣泛關(guān)注.

Midori［8］報(bào)道了一種由醛、乙二胺和N－溴代丁二酰亞胺（NBS）制備2－咪唑啉類化合物的有效方法，但反應(yīng)速度太慢，且反應(yīng)產(chǎn)生H2S，合成的步驟繁瑣.然而，在K2CO3存在的條件下由醛、乙二胺和分子碘很容易得到高產(chǎn)率的2－咪唑啉類化合物［9］，這也是近幾年來對(duì)于2－咪唑啉類化合物合成方法的主要研究方向.

超聲波作為一種有效的技術(shù)手段已廣泛用于氧化、還原、加成、取代、縮合、水解等有機(jī)反應(yīng)中，幾乎涉及有機(jī)化學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：超聲波輔助有機(jī)合成不僅操作簡(jiǎn)便，可以改善反應(yīng)條件，加快反應(yīng)速度和提高反應(yīng)產(chǎn)率，還可以使一些難以進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn).

在超聲輻射下由醛類、乙二胺和碘在K2CO3存在的條件下合成2－咪唑啉類化合物，操作簡(jiǎn)便，收率高（圖1）.

圖1 2－咪唑啉類化合物的合成Fig.1 Synthesis of 2－imidazolines derivatives

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

超聲波清洗器AS20500AT（天津奧特賽恩斯儀器有限公司，功率500W，頻率25kHz）；XRC－1顯微熔點(diǎn)儀（四川大學(xué)科學(xué)儀器廠），溫度計(jì)未校正；Brucker AVANCE 400型核磁共振儀（CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)，瑞士Brucker公司）；WQF－510紅外光譜儀（KBr壓片，北京瑞利分析儀器有限公司）；HEKAEUS（CHN－O－Rapid）型元素分析儀（德國(guó)Heraeus公司），試劑均為分析純.

1.2 超聲輻射下2－咪唑啉衍生物的合成

在50mL錐形瓶中依次加入10mL叔丁醇、1mmol醛和1mmol乙二胺，70℃下超聲輻射30min，此時(shí)溶液呈乳白色（乳黃色），再向上述混合物中加入3mmol K2CO3和1.25mmol碘，在70℃下超聲波輻射繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)（TLC跟蹤監(jiān)測(cè)）.剛加入碘時(shí)由于其典型的紫黑色使整個(gè)燒瓶中溶液為黑色，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，溶液逐漸變?yōu)辄S褐色→黃棕色→紅褐色→橘黃色.反應(yīng)停止后稍微冷卻，向反應(yīng)瓶中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的Na2S2O3直到碘的顏色完全褪去，此時(shí)溶液呈黃色，然后用10mL CHCl3萃取3次，靜置分層，下層的有機(jī)層用10mL NaHCO3和10mL NaCl飽和溶液洗滌2次后，轉(zhuǎn)入燒杯中，再加入適量的無水Na2SO4干燥、過濾后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸去溶劑即可得到的2－咪唑啉晶體，產(chǎn)物均為琥珀色晶體.薄層色譜法初步鑒定后，再進(jìn)一步過柱純化樣品.產(chǎn)物2a，2b，2d－2f是已知物，其結(jié)構(gòu)經(jīng)熔點(diǎn)測(cè)定或波譜證實(shí)；2c，2g－2i是未知物，結(jié)構(gòu)經(jīng)IR，1HNMR和元素分析確證.

1.3 攪拌條件下2－咪唑啉衍生物的合成

以10mL叔丁醇作為溶劑，在三口瓶中依次加入1mmol醛和1mmol乙二胺，于70℃電動(dòng)攪拌30min后，此時(shí)溶液呈乳白色（乳黃色），再于上述混合物中加入3mmol K2CO3和碘，反應(yīng)溫度恒定于70℃攪拌.其后的純化步驟同上.

1.4 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征

2a）mp.101～102℃；IR（KBr）：3 200，2 930，1 600，1 510，1 270，985，695cm－1；1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝3.90（s，4H），7.46（t，J＝7.2Hz，2H），7.57（t，J＝7.2Hz，1H），7.95（d，J＝7.2Hz，2H）.MS（FAB），Ana1.calcd for C9H8Cl2N2：C 50.26，H 3.75，Cl 32.97，N 13.02；found C 50.20，H 3.72，Cl 32.99，N 13.09.

2b）mp.180～181℃；IR（KBr）：3 140，2 925，1 600，1 495，985，830cm－1.1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝2.38（s，3H），3.77（s，4H），7.21（d，J＝8.3Hz，2H），7.67（d，J＝8.3Hz，2H）.Ana1.calcd for C10H12N2：C 74.97，H 7.55，N 17.48；found C 74.92，H 7.54，N 17.54.

2c）mp.81～82℃；IR（KBr）：3 100，2 920，1 600，1 505，1 260，985，765cm－1；1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝3.80（s，4H），7.28～7.41（m，3H），7.78（d，J＝7.5and 1.9Hz，1H）.Ana1.calcd for C9H9ClN2：C 59.84，H 5.02，Cl 19.63，N 15.51；found C 59.80，H 5.04，Cl 19.61，N 15.55.

2g）mp.106.8～109.3℃；IR（KBr）：3 180，2 920，1 600，1 515，1 340，960，700cm－1；1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝3.01（brs，2H），3.82（brs，2H），4.87（brs，1H），7.18（t，J＝7.9Hz，1H），8.31（d，J＝7.9Hz，1H），7.53（d，J＝7.9Hz，1H）.Ana1.calcd for C9H8Cl2N2：C 50.26，H 3.75，Cl 32.97，N 13.02；found C 50.15，H 3.70，Cl 32.90，N 13.25.

2h）mp.163.9～165.5℃；IR（KBr）：3 200，2 910，1 600，1 535，1 320，970，710cm－1；1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝3.01（brs，2H），3.81（brs，2H），7.54（t，J＝7.9Hz，1H），7.67（d，J＝7.9Hz，1H），7.87（d，J＝7.9Hz，1H），8.21（s，1H）.Ana1.calcd for C9H9N3O2：C 56.54，H 4.74，N 21.98；O 16.74；found C 56.46，H 4.70，N 21.96，O 16.88.

2i）mp.182.5～183.4℃；IR（KBr）：3 160，2 950，1 600，1 530，1 340，960，700cm－1；1HNMR（400MHz，CDCl3）：δ＝3.01（brs，2H），3.81（brs，2H），7.44（t，J＝7.9Hz，2H），6.75（d，J＝7.9Hz，2H），5.0（s，1H）.Ana1.calcd for C9H10N2O：C 66.65，H 6.21，N 17.27，O 9.86；found C 66.54，H 6.20，N 17.24，O 10.02.

2 結(jié)果與討論

2.1 取代基的影響

由表1的結(jié)果可以看出，超聲輻射下帶有不同取代基的芳香醛與乙二胺在碘催化下都能生成相應(yīng)的苯并咪唑啉衍生物，但底物苯環(huán)上連有強(qiáng)吸電子基時(shí)所得產(chǎn)物產(chǎn)率較高（如2e，2f），底物苯環(huán)上連給電子基時(shí)所得產(chǎn)物產(chǎn)率較低（如2b，2d）.這是因?yàn)榈孜锉江h(huán)連有吸電子基時(shí)醛基碳原子電子云密度降低，更容易受到親核試劑的進(jìn)攻.

表1 超聲輻射60min 2－咪唑啉衍生物的產(chǎn)率Tab.1 Yield of 2－imidazolines derivatives under ultrasound irradiation for 60min

2.2 2－咪唑啉類化合物的紅外光譜

合成的2－咪唑啉類的紅外光譜表明，在1 250cm－1和1 638cm－1的酰胺特征峰已經(jīng)消失，而出現(xiàn)了很強(qiáng)的1 600cm－1的咪唑啉環(huán)的特征吸收峰；1 271cm－1為C—N吸收峰，1 566cm－1為與苯環(huán)相連的C＝N吸收峰，1 153，751，701cm－1為苯環(huán)吸收峰.這與文獻(xiàn)［8－9］報(bào)道的咪唑啉環(huán)的特征吸收峰一致.

2.3 超聲輻射法與攪拌方法的比較

為了考察超聲輻射對(duì)反應(yīng)的影響，在其他條件均相同的條件下，筆者以攪拌替代超聲進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果見表2.從表2可見與傳統(tǒng)加熱相比，超聲輻射可以明顯地加快反應(yīng)速度，如合成產(chǎn)物2e，傳統(tǒng)加熱方法反應(yīng)3h的產(chǎn)率為66%，而超聲輻射法的反應(yīng)60min的產(chǎn)率則達(dá)到94%.

表2 超聲輻射和攪拌條件下2－咪唑啉衍生物的產(chǎn)率Tab.2 Yields of 2－imidazolines derivatives with and without the use of ultrasound irradiation

續(xù)表2Continue tab.2

2.4 碘用量對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響

以10mL叔丁醇為溶劑，加入1mmol苯甲醛和1.1mmol乙二胺，70℃下超聲輻射30min溶液呈乳白色（乳黃色），再于上述混合物中加入3mmol K2CO3和不同量的I2，控制水溫使反應(yīng)溫度恒定于70℃，超聲輻射下繼續(xù)反應(yīng)30min，研究了碘的用量對(duì)2a產(chǎn)率的影響.

表3 碘用量對(duì)2a產(chǎn)率的影響Tab.3 Effect of dosage of iodine on the yield of 2aamount of iodine／mmol

由表3數(shù)據(jù)可知：碘的用量對(duì)該反應(yīng)的收率有顯著的影響.由于在反應(yīng)的第2步中，在堿性環(huán)境中，碘分子作為親電試劑進(jìn)行親電取代反應(yīng)（圖2），當(dāng)不加入碘時(shí)，反應(yīng)停止在醛和乙二胺脫水這一步，得不到目標(biāo)產(chǎn)物；隨著碘的量不斷增多，反應(yīng)逐漸趨于完全，使產(chǎn)物產(chǎn)率增加；但若繼續(xù)加大其用量時(shí)，產(chǎn)率將不再明顯提高，甚至有下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)樵诘膺^量時(shí)會(huì)發(fā)生二取代反應(yīng)，并且不宜進(jìn)行后處理，繼而影響收率［8］.在上述實(shí)驗(yàn)條件下，碘用量為1.25mmol時(shí)為最適宜.

圖2 碘催化合成2－咪唑啉衍生物的反應(yīng)機(jī)理Fig.2 Formation of 2－imidazolines derivatives catalyzed by iodine

2.5 超聲輻射時(shí)間對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響

在其他條件均相同的情況下，以苯甲醛反應(yīng)生成2a為例考察了加入碘后反應(yīng)時(shí)間對(duì)2a產(chǎn)率的影響，結(jié)果見表4.

表4 超聲輻射條件下反應(yīng)的時(shí)間對(duì)2a產(chǎn)率的影響Tab.4 Effect of reaction time on the yield of 2aunder ultrasonic radiation

從表4可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，產(chǎn)率升高，當(dāng)反應(yīng)30min時(shí)收率最大，此后再增加反應(yīng)時(shí)間收率無變化.

3 結(jié)論

在超聲輻射條件下由醛類、乙二胺和分子碘在K2CO3存在的條件下合成2－取代咪唑啉.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與普通加熱的方法對(duì)比，利用超聲法合成2－咪唑啉衍生物具有反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)條件較溫和、產(chǎn)品收率高等優(yōu)點(diǎn)，為綠色合成2－咪唑啉類化合物提供了新的途徑.

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