4-碘苯基苯并咪唑的合成和三維熒光性質(zhì)

王卓淵

(藥用資源化學(xué)與藥物分子工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西師范大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，廣西 桂林541004）

4-碘苯基苯并咪唑的合成和三維熒光性質(zhì)

王卓淵

(藥用資源化學(xué)與藥物分子工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西師范大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，廣西 桂林541004）

在混合酸的催化條件下，合成了2-(4-碘苯基)苯并咪唑（PIBB），產(chǎn)率為80.5%。產(chǎn)物經(jīng)元素分析、質(zhì)譜、1HNMR譜表征。研究了PIBB分子中苯并咪唑基團(tuán)和對(duì)碘苯基的特征熒光峰和熒光壽命，發(fā)現(xiàn)PIBB化合物可發(fā)射多種波長(zhǎng)強(qiáng)熒光，是良好的熒光材料。

2-(4-碘苯基)苯并咪唑；合成；三維熒光性質(zhì)

2-(4-碘苯基)苯并咪唑是一種重要的藥物中間體，以它為原料，可合成2-(取代聯(lián)苯基)苯并咪唑類抗菌藥物，具有抗鼠傷寒沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的活性[1]，用于防治鼠傷寒急性傳染病、肺炎、腸炎、敗血癥等疾病；也可合成2-(4-硼酸基苯基)苯并咪唑類藥物，具有脂肪酸酰胺水解酶的抑制活性[2]，用于防治憂郁癥、心血管疾病、骨質(zhì)疏松、免疫系統(tǒng)障礙等疾病。類似的2-(鹵代苯基)苯并咪唑衍生物可作為黑色素聚集激素的拮抗劑[3]，治療肥胖癥、糖尿病等疾病。這方面的報(bào)道很多，該領(lǐng)域的研究一直非?；钴S。

PIBB的很多光譜性質(zhì)還未見報(bào)道。本文制備了PIBB化合物，研究了它的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和三維激發(fā)-發(fā)射矩陣熒光(三維熒光)性質(zhì)。其合成反應(yīng)如下所示:

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

Jobin Yvon Fluorolog-3時(shí)間分辨熒光光譜儀, Perkin Elmer 240C元素分析儀，Bruker Avance 500MHz核磁共振譜儀，X-4顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀，ESQUIRE HCT 電噴霧質(zhì)譜儀（ESI-MS）。

所用試劑均為分析純，其中苯并咪唑(AR)購(gòu)于北京百靈威公司，蒸餾水為二次蒸餾水。

1.2 2-(4-碘苯基)苯并咪唑的合成

采用混合酸催化的方法[4]，在250mL三頸燒瓶中，加入8.18g(33.0mmol) 4-碘苯甲酸、3.25g(30.0mmol)鄰苯二胺、10mL多聚磷酸、40mL磷酸，在N2保護(hù)下，于180℃攪拌反應(yīng)6h，反應(yīng)溶液呈藍(lán)色。待溶液冷卻后，倒進(jìn)500mL冰冷的蒸餾水中，在攪拌條件下，滴加20%的氫氧化鈉溶液，中和至pH=8.0，有大量沉淀產(chǎn)生，靜置6h以上。抽濾，用蒸餾水洗滌沉淀(濾渣)，直至濾出液呈中性，干燥，粗產(chǎn)物為棕黃色固體。用60%的乙醇水溶液重結(jié)晶，活性炭脫色，得白色晶狀產(chǎn)物7.73g，產(chǎn)率為80.5%, m.p.＞260℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成方法

在PIBB的早期研究中[5]，由于沒有使用催化劑，產(chǎn)物的產(chǎn)率很低；而在近期的研究中，產(chǎn)物的分離提純過程非常復(fù)雜，不可避免地使產(chǎn)物遭受較大的損失。

本文在多聚磷酸與磷酸的混合酸催化下，4-碘苯甲酸與鄰苯二胺的摩爾配比采用1.1∶1，反應(yīng)溫度控制在180℃，具有反應(yīng)條件溫和，操作簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)率達(dá)80.5%。

2.2 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征

2.2.1 元素分析和質(zhì)譜

元素分析，C13H9N2I，實(shí)測(cè)值（計(jì)算值），%:C 48.89(48.77)； H 2.83(2.83)；N 8.70(8.75)，測(cè)定值與理論值很一致。

以乙醇為溶劑，ESI-MS測(cè)定所得質(zhì)譜圖如圖1所示，圖中m/z為320.97的譜峰屬單電荷離子(M+H)+峰，與理論值321.12非常吻合。

圖1 PIBB的ESI-MS譜圖

2.2.21HNMR譜

以DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)，測(cè)得PIBB的1HNMR譜(δ,×10-6): 7.2173～7.6751(m,4H, benzimidazolyl C6H4)；7.9352(d,2H,C6H4, H2,H6,3J=8.4Hz)；7.9711(d,2H,C6H4,H3,H5,3J=8.4Hz)；12.9672(S,1H,NH)。

2.3 固體三維熒光

2.3.1 三維熒光譜和等高線圖

以氙燈為激發(fā)光源，掃描范圍:激發(fā)光波長(zhǎng)λex和發(fā)射光波長(zhǎng)λem都為200～900nm，狹縫寬度為3nm(下同)，測(cè)定固體PIBB的三維熒光數(shù)據(jù)，去除瑞利散射線的影響，得到三維熒光譜圖和相應(yīng)的等高線投影圖如圖2和圖3所示。從圖2、3看出，在不同波長(zhǎng)的激發(fā)光作用下，固體PIBB具有不同的熒光性質(zhì)，圖2出現(xiàn)2個(gè)尖銳的高峰(1和2)與1個(gè)矮峰(3)，圖3則顯示出這些熒光峰所處的位置。

2.3.2 苯并咪唑基團(tuán)的熒光區(qū)

峰1和峰3的λex范圍都為232～336nm，λem范圍分別為366～397nm和690～731nm，峰值(λex/ λem)分別在320/382和320/726nm處，熒光強(qiáng)度分別為9.26×106CPS和1.98×106CPS。對(duì)應(yīng)這2個(gè)峰的特征熒光發(fā)射譜(λex為320nm）如圖4所示，與固體苯并咪唑（Bim）的特征熒光發(fā)射譜（圖5，λex為287nm）相對(duì)應(yīng)，屬于PIBB分子中苯并咪唑基團(tuán)的特征熒光發(fā)射，由其π→π* 電子躍遷所產(chǎn)生。由于對(duì)碘苯基的共軛作用，使λex和λem都發(fā)生紅移，峰值由287/301nm和287/600nm分別變?yōu)?20/382 nm和320/726 nm，峰寬也明顯增大。這樣，峰1和峰3都屬于PIBB分子中苯并咪唑基團(tuán)的熒光區(qū)，可測(cè)得它在2個(gè)峰值處的熒光壽命τ382和τ726分別為0.41ns和0.61ns。

圖2 PIBB的三維熒光譜

圖3 PIBB的等高線圖

圖4 固體中苯并咪唑基團(tuán)的熒光發(fā)射譜

圖5 固體Bim的特征熒光發(fā)射譜

2.3.3 對(duì)碘苯基的熒光區(qū)

峰2的范圍λex為352～488nm，λem為413～521nm，峰值在368/442nm處, 熒光強(qiáng)度為9.34×106CPS，特征熒光發(fā)射譜(λex為368nm)如圖6所示，這與固體Bim的特征熒光發(fā)射(圖5)不對(duì)應(yīng)，峰2應(yīng)屬于PIBB分子中對(duì)碘苯基的熒光區(qū)，由其π→π* 電子躍遷所產(chǎn)生。求得對(duì)碘苯基的熒光壽命τ442為1.46ns。

圖6 固體中對(duì)碘苯基的熒光發(fā)射譜

2.4 溶液熒光

在λex為322nm時(shí)，測(cè)得PIBB乙醇溶液（1.00×10-4M）中苯并咪唑基的特征熒光發(fā)射譜如圖7所示，2個(gè)特征熒光發(fā)射峰位于351nm和681nm處，比固體狀態(tài)的特征熒光發(fā)射峰（圖4）分別藍(lán)移了31nm和45nm。測(cè)得乙醇溶液中苯并咪唑基團(tuán)的熒光壽命τ351和τ681分別為1.65ns和1.63ns。

在λex為377nm時(shí)，測(cè)得溶液中對(duì)碘苯基的特征熒光發(fā)射譜如圖8所示，發(fā)射峰位于440 nm處，測(cè)得它在該處的熒光壽命τ440為1.80ns。

圖7 溶液中苯并咪唑基團(tuán)的熒光發(fā)射譜

圖8 溶液中對(duì)碘苯基的特征熒光發(fā)射譜

3 結(jié)論

1) 本文的合成方法具有反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單方便、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)。

2) 固體PIBB分子中苯并咪唑基團(tuán)的特征熒光峰出現(xiàn)在320/382nm和320/726nm處，它在2個(gè)峰處的熒光壽命分別為0.41ns和0.61ns，而對(duì)碘苯基的特征熒光峰位于368/442nm處，它的熒光壽命為1.46ns。

3) 在PIBB的乙醇溶液中，苯并咪唑基團(tuán)的特征熒光峰位于322/351nm和322/681nm處，它在2個(gè)峰處的熒光壽命分別為1.65ns和1.63ns，而對(duì)碘苯基的特征熒光峰位于377/440nm處，其熒光壽命為1.80ns。

4) PIBB化合物可發(fā)射多種波長(zhǎng)強(qiáng)熒光,具有良好的熒光性質(zhì)，是良好的熒光材料。

[1] Raut C N, Bharambe S M, et al. Microwave-mediated

synthesis and antibacterial activity of some novel2-(substituted biphenyl) benzimidazoles [J]. J. Heterocyclic Chem., 2011, 48(2): 419-425.

[2] Behnke M L, Castro A C, et al. Inhibitors of fatty acid amide hydrolase: WO, 2009126691 A1[P]. 2009-10-15.

[3] Suh J H, Yi K Y, et al. Preparation of imidazole derivatives as antagonists of MCH receptor:. WO, 2008140239 A1[P]. 2008-11-20.

[4] 王卓淵，王立格. Synthesis and crystal structure of 1,2-bis(2-benzimidazolyl)benzene[J]. 結(jié)構(gòu)化學(xué)，2005，24(1):35-38.

[5] Rope M, Isensee R W, et al. Derivatives of 2-Phenylbenzimidazole[J]. J. Am. Chem. Soc., 1952(74): 1095-1096.

Synthesis and Three-dimension Fluorescence Property of 4-Iodophenylbenzimidazole

WANG Zhuo-yuan
(MOE Key Laboratory for the Chemistry and Molecular Engineering of Medicinal Resources, School of Chemistry & Pharmaceutical Sciences, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China)

Under the catalysis of mixed acid, 2-(4-iodophenyl)benzimidazole(PIBB) was synthesized and the yield was 80.5%. The product was characterized by elemental analysis, mass, and1HNMR spectra. The characteristic f uorescence peaks and lifetimes of benzimidazolyl group and p-iodophenyl group were studied. It was found that PIBB emitted multiwavelength strong f uorescence, it was a very good f uorescent material.

2-(4-iodophenyl)benzimidazole, synthesis, three-dimension f uorescence property

O 6 26.23

A

1670-9905(2015)05-0006-03

國(guó)家自然科學(xué)基金（21161003)； 藥用資源化學(xué)與藥物分子工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助課題（CMEMR2012-A16）

王卓淵（1975-），男，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事雜環(huán)化合物研究。Tel:0773-5846065，E-mail:zywang1975@163.com

2015-03-10