六種苯并咪唑化合物的NMR分析*

趙春欣，宗春蕾，高 翔，郭 娟，孫 偉

(1 合成與天然功能分子化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710127；2 大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710029)

苯并咪唑類化合物是由苯環(huán)與咪唑環(huán)連在一起構(gòu)成的具有多種生物活性的化合物，含有這類結(jié)構(gòu)的物質(zhì)具有殺菌[1]、抑菌、殺蟲[2]等作用，如對(duì)多種由真菌引起的病害作物有防治效果的多菌靈(Carbendazim)和苯菌靈(Benomyl)[3]，用于人、畜寄生蟲疾病的防治的奧芬達(dá)唑(Oxfendazole)[4]，具有抑制植物細(xì)胞分裂增長(zhǎng)的苯噻草胺(Mefenacet)[5]等藥物都含苯并咪唑(Benzimidazole)結(jié)構(gòu)。這類化合物的衍生物通常在苯并咪唑環(huán)的1、2位上進(jìn)行取代，其2位取代基對(duì)苯并咪唑環(huán)活性影響很大，對(duì)其它位置的出峰位置有較大的影響[6]。

本文利用核磁共振技術(shù)對(duì)苯并咪唑(G1)、2-甲基-苯并咪唑(G2)、2-巰基-苯并咪唑(G3)、2-氨基-苯并咪唑(G4)、2-羥基-苯并咪唑(G5)，5-氨基-6-甲基-苯并咪唑酮(G6)，6種苯并咪唑化合物的結(jié)構(gòu)(圖1)進(jìn)行了表征，應(yīng)用一維1H NMR、13C NMR和二維ROESY、HMBC、HSQC對(duì)其1H、13C信號(hào)進(jìn)行了指認(rèn)歸屬[7-15]。

圖1 6種苯并咪唑化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

PABBO-5mm多核寬帶探頭、Avance III-400 MHz超導(dǎo)核磁共振儀，德國(guó)布魯克科技有限公司；ST-500核磁試管(Φ5 mm)，NORELL。

6種苯并咪唑化合物(純度99%)，阿拉丁試劑公司；氘代甲醇MeOD、氘代二甲亞砜DMSO(氘代度99.8%)，CIL。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

2 結(jié)果與討論

2.1 1H NMR譜分析

圖2 6種苯并咪唑類化合物1H NMR譜

如圖2所示，苯并咪唑2位取代基不同，H-4/H-7苯環(huán)區(qū)氫原子不程度向高場(chǎng)移動(dòng)，峰型不斷變尖銳，底部變窄。G4苯環(huán)區(qū)的H-5/H-6向低場(chǎng)移動(dòng)，并與H-4/H-7重疊。G5使用溶劑DMSO，氫譜中觀察到了活潑氫(δH10.60)，積分值顯示有2個(gè)質(zhì)子，說(shuō)明兩個(gè)活潑氫出在同一位置，苯環(huán)區(qū)氫原子出峰表現(xiàn)為一個(gè)單峰，推測(cè)G5化學(xué)結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱，變?yōu)楸讲⑦溥蛲6為苯環(huán)區(qū)5、6位被-NH2、-CH3取代的苯并咪唑酮，該結(jié)構(gòu)在譜圖中苯環(huán)區(qū)顯示有2個(gè)處于高場(chǎng)區(qū)的單峰。

2.2 重水交換譜分析

圖3 重水交換1H NMR譜

對(duì)G5進(jìn)行重水交換實(shí)驗(yàn)，原來(lái)δ 6.923的單峰變成了一組多重峰(圖3)，同時(shí)活潑氫的峰強(qiáng)減弱，說(shuō)明1、2位的活潑氫被2H (D)取代后，破壞了G5苯并咪唑的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)氫的化學(xué)位移影響較大，但在圖4中發(fā)現(xiàn)，重水交換后對(duì)13C的化學(xué)位移影響不大。

圖4 重水交換13C譜

2.3 13C NMR譜分析

如圖5所示，G1到G5的碳譜中，受2位取代基團(tuán)的影響，其峰型與化學(xué)位移均發(fā)生改變，受2位吸電子基團(tuán)的影響，C-2均向低場(chǎng)移動(dòng)，在G4中處于最低場(chǎng)。C-8/9在G1和G2中均為小包，在G3中，峰型發(fā)生變化，表現(xiàn)為一個(gè)較小的尖峰，說(shuō)明2位取代基的電負(fù)性大于碳原子電負(fù)性時(shí)，會(huì)對(duì)苯環(huán)區(qū)C-8/C-9位置的季碳原子造成影響，減弱鄰位N原子的電四極矩馳豫的影響。在G6中發(fā)現(xiàn)，苯環(huán)5、6位被取代后，將增加苯環(huán)上碳原子的不對(duì)稱性，表現(xiàn)為出現(xiàn)7組峰，其中最低場(chǎng)處為C-2；位于高場(chǎng)，強(qiáng)度最大的2組峰為C-4/C-7，其余為苯環(huán)的季碳原子。

圖5 6種苯并咪唑類化合物13C NMR譜

2.4 二維NMR譜分析

圖6 G6的2D ROESY譜圖

以G6為例，在ROESY譜圖中(圖6)，以G6的甲基特征峰H-10為出發(fā)點(diǎn)，觀察到相關(guān)點(diǎn)是H-7，則苯環(huán)區(qū)另外一個(gè)出峰位置是H-4。

通過(guò)HSQC(圖7)，可以看到H-4，H-7，H-10在譜圖中與13C有相關(guān)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)于C-4、C-7、C-10，從而確定了G6結(jié)構(gòu)中3個(gè)碳原子，其余的季碳原子需要通過(guò)HMBC指認(rèn)。

圖7 G6的2D HSQC譜圖

在HMBC(圖8中)，化學(xué)位移δC156.8和δC97.20沒有觀察到與氫原子有交叉峰出現(xiàn)，從G6結(jié)構(gòu)中可以看出，只有C-2和C-4與氫原子沒有遠(yuǎn)程耦合關(guān)系，從出峰強(qiáng)度和化學(xué)位移確定是δC156.8是C-2，因此δC97.20是C-4；δC139.7的碳原子與H-7和H-10有交叉峰出現(xiàn)，確定是C-5；δC128.4的碳原子只與H-7有交叉峰出現(xiàn)，確定是C-9；δC122.3的碳原子只與H-4有交叉峰出現(xiàn)，確定是C-6；δC117.1的碳原子與H-4和H-10有交叉峰出現(xiàn)，確定是C-8；δC110.5的碳原子只與H-10有交叉峰出現(xiàn)，確定是C-7；δC16.25的碳原子只與H-7有交叉峰出現(xiàn)，確定是C-10。

圖8 G6的2D HMBC譜圖

3 結(jié) 論

通過(guò)綜合運(yùn)用一維1H NMR、13C NMR、二維1H-1H ROESY、HSQC、HMBC核磁共振技術(shù)，分析、歸屬了6種苯并咪唑化合物的所有1H、13C原子信號(hào)，結(jié)果見表1。

表1 6種苯并咪唑化合物的1H、13C歸屬*

*注：溶劑為DMSO。

苯并咪唑類化合物結(jié)構(gòu)受2位取代基影響較大，2位取代基原子不同，對(duì)苯環(huán)區(qū)的出峰位置影響較大。通過(guò)分析比較發(fā)現(xiàn)，隨著2位取代基電負(fù)性的增加，不僅存在誘導(dǎo)效應(yīng)，還存在共軛效應(yīng)，因此苯環(huán)上氫原子和碳原子的化學(xué)位移歸屬要結(jié)合二維實(shí)驗(yàn)等方法，對(duì)于重疊較厲害的氫譜區(qū)域，利用碳譜位置不易重疊的特點(diǎn)進(jìn)行分析歸屬。