兩種含吡唑基1,3,4-噁二唑衍生物的合成及光譜性質(zhì)*

許文君，游金宗，胡飛飛，楊春霞，邊佳瑩，黃　娟，齊德強

(浙江外國語學(xué)院科學(xué)技術(shù)學(xué)院，浙江　杭州　310012)

?

兩種含吡唑基1,3,4-噁二唑衍生物的合成及光譜性質(zhì)*

許文君，游金宗，胡飛飛，楊春霞，邊佳瑩，黃娟，齊德強

(浙江外國語學(xué)院科學(xué)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州310012)

以苯乙酮為起始原料，與草酸二乙酯、水合肼反應(yīng)得到5-苯基-1H-吡唑-3-甲酸乙酯，再通過親核取代反應(yīng)、酯的肼解反應(yīng)和合環(huán)反應(yīng)，得到5-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-硫基-1,3,4-噁二唑，在碳酸鉀催化下，進一步與對甲基溴化芐發(fā)生親核取代反應(yīng)得到5-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-(4-甲基苯甲基-2-硫基)-1,3,4-噁二唑。所有中間體及目標化合物的結(jié)構(gòu)均經(jīng)核磁共振、紅外光譜、元素分析表征，并對目標化合物的紫外吸收光譜和熒光光譜性質(zhì)進行了初步研究。

吡唑；噁二唑；合成；光譜

雜環(huán)化合物具有良好的熒光性能和廣泛的生物活性，逐漸成為化學(xué)、醫(yī)藥、農(nóng)藥領(lǐng)域的研究熱點。吡唑類衍生物具有諸如抗菌、消炎、降低血糖、抗癌等生物活性，許多吡唑衍生物已被開發(fā)為殺菌劑、殺蟲劑、殺螨劑、除草劑及醫(yī)用藥物[1-3]。噁二唑類化合物不僅具有除草、殺菌、殺蟲、抗癌等生物活性，還因具有較好的熒光性能而同樣備受到人們的關(guān)注，一些噁二唑衍生物可作為熒光劑、閃爍劑和激光材料，有些衍生物還可以作為感光高分子應(yīng)用于電發(fā)光儀器[4-6]。此外，利用它們的結(jié)構(gòu)特點，對噁二唑骨架進行改造[7]，有望合成出功能多樣的雜環(huán)衍生物。

近年來，人們報道了眾多吡唑環(huán)、噁二唑環(huán)衍生物在光學(xué)及生物活性方面的應(yīng)用研究[8-11]。盡管如此，通過官能團修飾，將吡唑環(huán)引入到1,3,4-噁二唑母體，并進行適當(dāng)取代，合成吡唑連噁二唑硫醚(醇)類的化合物鮮有報道[12-13]。基于此，本文以苯乙酮為起始原料，經(jīng)過多步反應(yīng)，合成了兩種含吡唑基的1,3,4-噁二唑衍生物，5-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-硫基-1,3,4-噁二唑(4)和5-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-(4-甲基苯甲基-2-硫基)-1,3,4-噁二唑(5)，化合物的結(jié)構(gòu)經(jīng)過核磁共振(1H NMR)、紅外光譜(IR)、元素分析(EA)表征確證，研究了化合物的紫外吸收和熒光性質(zhì)。

1　實驗部分

1.1儀器與試劑

試劑：苯乙酮；草酸二乙酯；水合肼(80%)；氯化芐；對甲基溴化芐；二硫化碳；碳酸鉀；氫氧化鉀；二甲基亞砜；乙酸；乙腈；甲醇；乙醇；乙酸乙酯；石油醚(60～90 ℃)等均為市售分析純。

分析儀器：Nicolet iS10傅立葉變換紅外光譜儀，美國Thermo Fisher公司；AVANCE 300 MHz核磁共振譜儀。瑞士Bruker公司；PE-240C型元素分析儀，美國Perkin-Elmer公司；UV-2550紫外-可見分光光度計，日本Shimadzu公司；FP-6200熒光光譜儀，日本JASCO公司；WRR熔點儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司；RE52-99旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；78HW-1數(shù)顯恒溫磁力攪拌器，杭州儀表電機有限公司。

1.2實驗方法

化合物1～5的合成路線如圖1所示。

圖1　化合物的合成路線

1.2.13-苯基-1H-吡唑-5-甲酸乙酯(1)

向250 mL三口燒瓶中加入金屬鈉(2.07 g，0.09 mol)和無水乙醇(100 mL)，攪拌至完全溶解，滴加草酸二乙酯(10.35 g，0.07 mol)，攪拌均勻后，開始滴加苯乙酮(8.8 mL，0.07 mol)，控制滴加時間1 h，滴加完畢后，室溫反應(yīng)3 h，向反應(yīng)瓶中加入冰醋酸(10.3 mL，0.15 mol)，攪拌1 h后，滴加80%水合肼(6 mL，0.1 mol)，1.5 h滴完，繼續(xù)反應(yīng)10 h，減壓蒸去大部分溶劑，抽濾，濾餅用水、石油醚洗滌，粗產(chǎn)品用乙酸乙酯進行重結(jié)晶，得白色固體，產(chǎn)率74%，熔點：138～140 ℃。IR(KBr，ν，cm-1)：3460(br)，3111(w)，2906(w)，1727(s)，1615(m)，1468(m)，1419(m)，1242(w)，1195(m)，1139(m)，1024(m)，762(s)。1H NMR(300 MHz，CDCl3，25 ℃，TMS，ppm)：7.74～7.69(m，2H，ArH)，7.34～7.20 (m，3H，ArH)，7.06～7.02(m，1H，Pyrazole，=C-H)，4.37～4.28(q，2H，CH2)，1.37～1.28(t，3H，CH3)。

1.2.21-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-甲酸乙酯(2)

向50 mL圓底燒瓶中加入化合物1(1.08 g，5.24 mmol)，碳酸鉀(0.71 g，5.14 mmol)，乙腈(25 mL)，攪拌15 min后加入氯化芐(0.79 g，6.24 mmol)。加熱回流，用TLC監(jiān)測至反應(yīng)終點，減壓蒸去溶劑，加入二氯甲烷，過濾，減壓濃縮除去溶劑，所得粗產(chǎn)品用V(乙酸乙酯):V(石油醚)=1:5作洗脫劑，硅膠柱色譜分離，得到白色晶體，產(chǎn)率66.1%，熔點92～93 ℃(文獻值[8]：92～94 ℃)。IR(KBr，ν，cm-1)：3460(br)，3142(w)，2984(w)，1720(s)，1453(m)，1325(m)，1261(s)，1096(m)，763(s)，728(m)，697(m)。1H NMR(300 MHz，CDCl3，25 ℃，TMS，ppm)：7.83～7.81(m，2H，ArH)，7.81～7.81(d，2H，ArH)，7.32～7.28(t，5H，ArH)，7.27～7.23(t，1H，ArH)，7.15(s，1H，Pyrazole，=C-H)，5.80(s，2H，NCH2)，4.33～4.28(m，2H，CH2)，1.36～1.33(t，3H，CH3)。

1.2.31-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-碳酰肼(3)

向化合物2(3.36 g，10.9 mmol)的甲醇(5 mL)溶液中加入80%水合肼(12 mL)，加熱回流反應(yīng)至原料完全消耗，減壓蒸去大部分溶劑，過濾，得粗產(chǎn)品，用少量乙醇重結(jié)晶得白色絮狀固體，產(chǎn)率89.8%，熔點：131～132 ℃(文獻值[13]132～133 ℃)。IR(KBr，ν，cm-1)：3452(br)，3302(w)，3277(w)，3197(w)，2982(w)，1680(s)，1613(s)，1544(m)，1447(s)，1328(m)，1208(m)，1103(w)，772(s)，723(m)，696(s)。1H NMR(300 MHz，CDCl3，25 ℃，TMS，ppm)：7.77～7.75(d，2H，ArH)，7.40～7.36(m，2H，ArH)，7.32～7.21(m，6H，ArH)，6.79(s，1H，Pyrazole，=C-H)，5.77(s，2H，NCH2)，3.81(bs，1H，NH)。

1.2.45-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-硫基-1,3,4-噁二唑(4)

向50 mL圓底燒瓶中加入化合物3(0.50 g，1.71 mmol)，乙醇(20 mL)，KOH(0.25 g，4.46 mmol)，攪至澄清，再緩慢滴加二硫化碳( 0.39 g，5.13 mmol)，回流反應(yīng)7 h，減壓蒸發(fā)除去大部分溶劑，將殘余物慢慢倒入冰水中，用乙酸調(diào)節(jié)pH=5～6，析出沉淀，過濾，水洗，得到類白色粗產(chǎn)品，再經(jīng)乙醇重結(jié)晶得到白色固體，產(chǎn)率85.1%，熔點214～215 ℃。元素分析，(C18H14N4OS，%)：實測值為C 64.73，H 4.32，N 16.68；理論值為C 64.65，H 4.22，N 16.75。IR (KBr，cm-1，v)：3096(br)，3001(w)，2941(w)，2811(w)，2769(w)，1639(s)，1507(s)，1483(s)，1455(s)，1329(w)，1305(s)，1183(m)，1055(s)，963(s)，761(m)，730(s)，683(m)。1H NMR(300 MHz，CDCl3，25 ℃，TMS，ppm)：10.52(s，1H，SH)，7.84～7.82(d，2H，ArH)，7.44～7.21(m，9H，ArH)，5.75(s，2H，NCH2)。

1.2.55-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-(4-甲基苯甲基-2-硫基)-1,3,4-噁二唑(5)

向50 mL圓底燒瓶中加入化合物4(1.0 g，3 mmol)，碳酸鉀(0.557 g，4 mmol)，乙腈(25 mL)，充分攪拌后，慢慢加入氯化芐(0.45 g，3.6 mmol)，加熱回流，用TLC監(jiān)測至反應(yīng)終點，減壓蒸發(fā)除去溶劑，慢慢加入冰水中，充分攪拌，抽濾，依次用水，少量乙醇洗滌，得白色粉末，產(chǎn)率73.1%，熔點123～124 ℃。元素分析(C26H22N4OS，%)：實測值為C 71.38，H 5.04，N 12.72；理論值為C 71.21，H 5.06，N 12.78。IR(KBr，ν，cm-1)：3064(w)，3028(w)，2987(w)，2947(w)，2922(w)，1617(m)，1468(s)，1417(w)，1289(w)，1161(m)，1057(s)，810(m)，763(s)，721(s)，689(s)。1H NMR(300 MHz, CDCl3，25 ℃，TMS，ppm)：7.86～7.84(d，2H，ArH)，7.36～7.24(m，10H，ArH)，7.16(d，2H，ArH)，7.10(s，1H，Pyrazole，=C-H)；5.91(s，2H，NCH2)，4.48(s，2H，SCH2)，2.34(s，3H，CH3)。

2　結(jié)果與討論

2.1紅外光譜分析

采用KBr壓片法，在Nicolet iS10傅立葉變換紅外光譜儀上測定了化合物的紅外譜圖，化合物4和5的紅外吸收光譜分別如圖2(a)和(b)所示，在3096和3028 cm-1附近的吸收峰分別對應(yīng)化合物4和5上的不飽和C-H鍵伸縮振動，在3001～2769 cm-1和2987～2922 cm-1處的弱吸收峰對應(yīng)4和5的為飽和C-H鍵伸縮振動。文獻[14]報道1,3,4-噁二唑-2-硫醇存在“硫醇-硫酮”互變異構(gòu)現(xiàn)象，化合物4的紅外譜圖中沒有出現(xiàn)S-H特征吸收峰(2600～2550 cm-1)，并且在1305 cm-1處出現(xiàn)C=S鍵特征吸收峰，說明在固體狀態(tài)下，化合物4的主要存在形式為硫酮異構(gòu)體，N-H的吸收峰則與水峰重疊。

圖2　化合物4(a)和5(b)的紅外光譜

2.2核磁共振分析

圖3　化合物4(a)和5(b)的核磁譜圖

以DCCl3為溶劑，以四甲基硅烷(TMS)為內(nèi)標，在核磁共振儀上測定了化合物的核磁共振譜圖。化合物4的核磁譜圖如圖3(a)所示，在化學(xué)位移為10.52 ppm處出現(xiàn)寬的單峰，對應(yīng)S-H，而N-H的特征峰[2]沒有出現(xiàn)，證明化合物4在DCCl3中的主要存在形式為硫醇異構(gòu)體。在7.84～7.82 ppm處的雙重峰對應(yīng)Ar-H，7.44～7.21 ppm的多重峰對應(yīng)Ar-H和吡唑環(huán)上的=C-H，在5.75 ppm處的單峰則對應(yīng)亞甲基-CH2，化合物5的核磁譜圖如圖3(b)所示，該化合物的核磁共振共有七組信號，化學(xué)位移為7.86～7.84 ppm的二重峰對應(yīng)于與甲基相連的苯環(huán)上的Ar-H，7.36～7.24 ppm的多重峰對應(yīng)于苯環(huán)上的Ar-H，7.16 ppm的二重峰對應(yīng)于與甲基相連的苯環(huán)上的Ar-H，7.10 ppm 的單峰對應(yīng)于吡唑環(huán)上的=C-H，5.91 ppm的單峰對應(yīng)于與吡唑環(huán)相連的亞甲基上的N-CH2，4.48 ppm的單峰對應(yīng)于與硫相連的亞甲基上的S-CH2，2.34 ppm的單峰對應(yīng)于甲基上的CH3。

2.3紫外吸收光譜分析

將化合物4和5配制成濃度為1.0×10-5mol/L的DMSO溶液，用UV-2550紫外-可見分光光度計對其進行紫外光譜掃描，如圖4所示，化合物4特征吸收峰為300 nm，摩爾消光系數(shù)為9.35×104L/(mol·cm)，化合物5特征吸收峰為271 nm，摩爾消光系數(shù)為7.52×104L/(mol·cm)。與化合物4相比，化合物5的紫外吸收發(fā)生藍移(29 nm)，摩爾消光系數(shù)也顯著降低，這是由于化合物4的氫原子被對甲苯甲基取代之后，使得“苯環(huán)-吡唑-噁二唑”三環(huán)的剛性變差，共軛性降低，導(dǎo)致化合物5吸光度明顯減弱，吸收峰位置向短波長方向移動，產(chǎn)生藍移現(xiàn)象。

圖4　化合物4和5的紫外光譜圖

2.4熒光光譜分析

圖5　化合物4和5的熒光光譜圖(激發(fā)波長：334 nm)

將化合物4和5配制成濃度為1.0×10-5mol/L的DMSO溶液，以334 nm為激發(fā)波長，在350～550 nm范圍內(nèi)對其進行熒光光譜掃描，所得熒光光譜如圖5所示。由圖可知，化合物4的最大發(fā)射波長為409 nm，化合物5的最大發(fā)射波長為408 nm。兩個化合物的最大發(fā)射波長沒有發(fā)生明顯改變，但與化合物4相比，化合物5的熒光強度明顯降低，這是由于化合物4的氫原子被對甲苯甲基取代之后，使得“苯環(huán)-吡唑-噁二唑”三環(huán)的剛性變差，熒光發(fā)生部分淬滅，導(dǎo)致熒光強度降低。

3　結(jié)　論

以苯乙酮為原料，通過五步反應(yīng)，生成了兩種含吡唑基1,3,4-噁二唑衍生物。通過核磁共振、紅外吸收、元素分析表征了它們的結(jié)構(gòu)，并初步研究了它們的紫外吸收光譜和熒光光譜性質(zhì),為進一步設(shè)計合成具有良好熒光性能及生物活性的新型雜環(huán)類化合物奠定了基礎(chǔ)。

[1]PATE M V, BELL R, MAJEST S, et al.Synthesis of 4,5-diaryl-1H-pyrazole-3-ol derivatives as potential COX-2 inhibitors[J].J Org Chem, 2004, 69(21): 7058-7065.

[2]PUTHIYAPURAYIL P, POOJARY B, CHKKANA C, et al.Design, synthesis and biological evaluation of a novel series of 1,3,4-oxadiazole bearing N-methyl-4-(trifluoromethyl) phenyl pyrazole moiety as cytotoxic agents[J].Eur J Med Chem, 2012, 53: 203-210.

[3]劉志昌,王應(yīng)紅,張元勤,等.姜黃素-N-取代吡唑類衍生物合成及抑菌活性[J].有機化學(xué),2012，32：1487-1492.

[4]王凱凱,張齊賢,李亞豐,等.含偶氮苯基元對稱雙二唑衍生物的合成及其發(fā)光性能[J].應(yīng)用化學(xué),2013,30(1):48-53.

[5]FENG LH, CHEN Z B.Light emitting conjugated molecule containing 1,3,4-oxadiazole,carbazole and naphthalene units[J].Spectrochica Acta Part A, 2006, 63(12): 15-20.

[6]BRAIN C T, PAUL J M, LOONG Y, et al.Novel procedure for the synthesis of 1,3,4-oxadiazoles from 1,2-diacylhydrazines using polymer supported Burgess reagent under microwave conditions[J].Tetrahedron Lett, 1999, 40(16): 3275-3278.

[7]宋慶寶,徐麗娟,馬淳.1,3,4-噁二唑類化合物合成及應(yīng)用的研究新進展[J].浙江化工，2009，40(8):17-23.

[8]丁曉玲,孟寧,夏永,等.1-芳甲基-3-芳基吡唑-5-羧酸乙酯衍生物的合成與生物活性評價[J].有機化學(xué)，2007，27(12):1542-1546.

[9]BHAT B A, DHARK L, PURI S C, et al. Synthesis and biological evaluation of chalcones and their derived pyrazoles as potential cytotoxic agents[J]. Bioorg Med Chem Lett, 2005,15: 3177-3180.

[10]CHENG D M, MA F Y, LIU X Y. Pure red emission of dye-doped organic molecules from microcavity organic light emitting diode[J]. Opt Laser Technol, 2007, 39(4):720-723.

[11]BONDOCK S, ADEL S, ETMAN H A, et al. Synthesis and antitumor evaluation of some new 1,3,4-oxadiazole-based heterocycles[J]. EJMed Chem, 2011, 48(26):192-199.

[12]SCHüRER S C, BROWN S J, GONZALEZ-CABRERA P J, et al. Ligand-binding pocket shape differences between sphingosine 1-phosphate (S1P) receptors S1P1and S1P3 determine efficiency of chemical probe identification by ultrahigh-throughput screening[J]. ACS Chem Biol, 2008, 3(8): 486-498.

[13]XIA Y, DONG Z W, ZHAO B X, et al. Synthesis and structure-activity relationships of novel 1-arylmethyl-3-aryl-1H-pyrazole-5-carbohydrazidederivatives as potential agents against A549 lung cancer cells[J]. Bioorg Med Chem, 2011, 111(11): 6984-7034.

[14]MANSOUR A K, E I D M M, KHALIL N S A M. Synthesis and reactions of some new heterocyclic carbohydrazides and related compounds as potential anticancer agents[J]. Molecules, 2003, 8(10): 744-755.

Synthesis and Spectrum Properties of Two Pyrazole-based 1,3,4-Oxadiazole Derivatives*

XUWen-jun,YOUJin-zong,HUFei-fei,YANGChun-xia,BIANJia-ying,HUANGJuan,QIDe-qiang

(School of Science and Technology, Zhejiang International Studies University, Zhejiang Hangzhou 310012, China)

Ethyl 3-phenyl-1H-pyrazole-5-carboxylate was obtained by the reaction of acetophenone with diethyl oxalate and hydrazine hydrate. 5-(1-benzyl-3-phenyl-1H-pyrazol-5-yl)-1,3,4-oxadiazole-2-thiol was synthesized by reactions of nucleophilic substitution, hydrazinolysis and cyclization, which further reacted with 1-(bromomethyl)-4-methylbenzene in acetone in the presence of potassium carbonate to afford 2-(1-benzyl-3-phenyl-1H-pyrazol-5-yl)-5-(4-methylbenzylthio)-1,3,4-oxadiazole. The structures of all intermediates and products were confirmed by1H NMR, IR and elemental analysis. In additions, the UV-vis and fluorescence spectrum of two title compounds were investigated.

pyrazole; oxadiazole; synthesis; spectrum

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201414275006)。

許文君(1994-)，女，本科生，主要從事有機功能材料的合成。

齊德強(1982-)，男，實驗師，主要從事有機功能材料的合成。

O621.3

A

1001-9677(2016)02-0039-04