CN104326987B - 一种水相催化合成2，4，5-三芳基-1h-咪唑衍生物的方法 - Google Patents

一种水相催化合成2，4，5-三芳基-1h-咪唑衍生物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水相催化合成2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物的方法，属于有机化学合成技术领域。该合成方法中安息香、芳香醛和乙酸铵的摩尔比为1：1：2～5，布朗斯特酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用芳香醛的8～10％，反应溶剂水的体积量(ml)为芳香醛摩尔量(mmol)的3～5倍，反应压力为一个大气压，回流反应0.5～1h，反应结束后有大量固体析出，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶，真空干燥后得到纯2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物。本发明与其它酸性离子液体作催化剂的制备方法相比，具有催化剂活性好，使用水作为绿色溶剂，整个反应过程操作简便、经济效益高等优点，便于工业化大规模生产。

Description

一种水相催化合成2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物的方法
技术领域
本发明属于有机化学合成技术领域，具体涉及一种水相催化合成2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物的方法。
背景技术
咪唑衍生物在结构和组成上都非常接近生物体的构成，具有抗菌、抗癌等生物活性，也是许多重要生物功能分子的活性基团，如维生素H，组氨酸，荷尔蒙组胺，核糖核酸和脱氧核糖核酸中嘌呤，肌肽内均含有咪唑结构。其广泛应用于医药、农药合成等领域，也可用于光敏材料、精细化工等方面。此外，作为咪唑衍生物重要组成部分的2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物还具有消炎、抗肿瘤等生理活性，其中部分衍生物是胰高血糖素受体的拮抗剂、L-1和5-脂肪氧合酶生物合成的抑制剂。2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物通常由安息香或苯偶酰、芳香醛和乙酸铵在传统路易斯酸或布朗斯特酸催化下采取“一锅法”进行合成，但耗时长、产率低、产物不易提纯以及使用大量可挥发性有机溶剂。因此，开发2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物的绿色、高效合成方法引起了有机合成学者们的极大兴趣。
酸性离子液体，特别是布朗斯特酸性离子液体由于具有绿色无污染、对有机和无机化合物具有良好的溶解性、分布均匀的酸性位点、易于产物进行分离及可循环使用等优点而被应用在2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物的合成中。比如KumarV.Srinivasan等使用酸性离子液体[Hbim]BF4作为催化剂兼溶剂，温和条件下高产率合成出一系列2，4，5-三芳基取代咪唑衍生物，但由于[Hbim]BF4的酸性较弱，只有离子液体中阳离子结构提供酸度，所以在合成过程中的使用量非常大，其与原料的物质的量比为1：1(Roomtemperatureionicliquidpromotedimprovedandrapidsynthesisof2，4，5-triarylimidazolesfromarylaldehydesand1，2-diketonesorα-hydroxyketone，Tetrahedron，2005，61：3539～3546)。为了提高酸性离子液体的酸度进而降低合成过程中酸性离子液体的使用量，ZhongqiangZhou等使用含有一个磺酸根的酸性离子液体[Et3NH][HSO4]作为催化剂，在无溶剂的条件下可以有效地催化苯偶酰、芳香醛和乙酸铵“一锅法”合成2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物，其中催化剂的用量仅为芳香醛物质的量的10％(acidionicliquid[Et3NH][HSO4]asanefficientandreusablecatalystforthesynthesisof2，4，5-triaryl-1H-imidazoles[J]，ResearchonChemicalIntermediates，2013，39：1101～1108)。为了更进一步提高酸性离子液体的酸度从而减少其使用量以及循环使用中的流失量，本申请人使用了含有两个磺酸根的酸性离子液体作催化剂，在乙醇作溶剂的条件下可以高效地催化各种芳香醛与苯偶酰、乙酸铵合成一系列的2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物，催化剂用量仅为芳香醛摩尔用量的3～5％(一种可降解型酸性离子液体催化制备2，4，5-三芳基取代咪唑的方法[P]，公开号：CN103880755A)
上述合成方法虽然催化收率较高，但是整个过程比较复杂，其中包括对产品2，4，5-芳基-1H-咪唑衍生物的水洗涤和对催化剂循环使用过程前的除水操作。另外，这些复杂的过程也导致了原料循环使用率较低、耗能较高，在工业化生产中难以被大规模使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中利用酸性离子液体催化合成2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物过程中存在的操作过程复杂、原料利用率较低、耗能较大等缺点，而提供一种酸度较高且制备简单的布朗斯特酸性离子液体作绿色催化剂，以水作溶剂条件下催化合成2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物的方法。
本发明所使用的布朗斯特酸性离子液体催化剂的结构式为：
本发明所提供的一种水相催化合成2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物的方法，其化学反应式为：
其中：反应中安息香(I)、芳香醛(II)和乙酸铵(III)的摩尔比为1：1：2～5，布朗斯特酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用芳香醛的8～10％，反应溶剂水的体积量(ml)为芳香醛摩尔量(mmol)的3～5倍，反应压力为一个大气压，回流反应0.5～1h，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶，真空干燥后得到纯2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物(IV)。滤液无需任何处理直接用于下一次反应，可以重复使用至少8次，其产物收率未有明显降低。
本发明所用的芳香醛为苯甲醛、对氯苯甲醛、邻氯苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、对甲基苯甲醛、邻硝基苯甲醛、对硝基苯甲醛、邻羟基苯甲醛、对羟基苯甲醛中的任一种。
本发明所使用的布朗斯特酸性离子液体催化剂的制备方法，见相关文献(Diastereoselectivesynthesisofpyrazolinesusingabifunctionalacidicionicliquidundersolvent-freeconditions[J],AdvancedSynthesis&Catalysis，354(2012)：3095-3104)。
本发明与其它酸性离子液体作催化剂的合成方法相比，具有以下优点：
1、含有两个-SO3H的酸性离子液体的酸度高，催化活性好；
2、使用水作为绿色溶剂且可以循环使用；
3、催化剂在循环使用过程中不需要作进行任何处理；
4、催化剂与产物互溶性差，分离过程简单、方便且易于操作；
5、整个合成过程经济、高效，便于工业化大规模生产。
附图说明
图1为本发明布朗斯特酸性离子液体催化合成2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物的工艺流程图。
图2为本发明实施例1中布朗斯特酸性离子液体催化剂在合成2，4，5-三苯基-1H-咪唑反应中循环使用时的产物收率变化图。
图3为本发明实施例4中布朗斯特酸性离子液体催化剂在合成2-(4′-甲氧基苯基)-4，5-二苯基-1H-咪唑反应中循环使用时的产物收率变化图。
具体实施方式
本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，但它们并不对本发明作任何限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本发明的保护范围。下面通过具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中实施例中反应产物的测试表征使用的是德国Bruker公司，型号为AVANCE-II400MHz的核磁共振仪；反应产物的熔点采用毛细管法测定。
实施例1：将10mmol苯甲醛、10mmol安息香、30mmol乙酸铵和0.9mmol布朗斯特酸性离子液体分别加入到盛有30ml水的带有搅拌子和冷凝管的100ml单口瓶中。剧烈搅拌下回流反应，TLC(薄板层析，展开剂为V(乙酸乙酯)：V(石油醚)＝1：3)监测终点。反应42min结束，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶，真空干燥后得到纯2，4，5-三苯基-1H-咪唑，收率为92％。滤液中直接加入苯甲醛、安息香和乙酸铵进行重复使用。
2，4，5-三苯基-1H-咪唑：m.p.270～272℃；1HNMR(400MHz，DMSO-d6):δ＝7.15～8.02(m，15H，ArH)，12.59(s，1H，NH)
实施例2：将10mmol邻氯苯甲醛、10mmol安息香、20mmol乙酸铵和0.8mmol布朗斯特酸性离子液体分别加入到盛有30ml水的带有搅拌子和冷凝管的100ml单口瓶中。剧烈搅拌下回流反应，TLC(薄板层析，展开剂为V(乙酸乙酯)：V(石油醚)＝1：3)监测终点。反应36min结束，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶，真空干燥后得到纯2-(2′-氯苯基)-4，5-二苯基-1H-咪唑，收率为93％。滤液中直接加入邻氯苯甲醛、安息香和乙酸铵进行重复使用。
2-(2′-氯苯基)-4，5-二苯基咪唑：m.p.195～197℃；1HNMR(400MHz，DMSO-d6):δ＝7.16～8.23(m，14H，ArH)，12.61(s，1H，NH)
实施例3：将10mmol对氯苯甲醛、10mmol安息香、20mmol乙酸铵和0.8mmol布朗斯特酸性离子液体分别加入到盛有40ml水的带有搅拌子和冷凝管的150ml单口瓶中。剧烈搅拌下回流反应，TLC(薄板层析，展开剂为V(乙酸乙酯)：V(石油醚)＝1：3)监测终点。反应40min结束，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶，真空干燥后得到纯2-(4′-氯苯基)-4，5-二苯基-1H-咪唑，收率为94％。滤液中直接加入对氯苯甲醛、安息香和乙酸铵进行重复使用。
2-(4′-氯苯基)-4，5-二苯基咪唑：m.p.263～265℃；1HNMR(400MHz，DMSO-d6):δ＝7.11～7.97(m，14H，ArH)，12.60(s，1H，NH)
实施例4：将10mmol对甲氧基苯甲醛、10mmol安息香、30mmol乙酸铵和0.8mmol布朗斯特酸性离子液体分别加入到盛有30ml水的带有搅拌子和冷凝管的150ml单口瓶中。剧烈搅拌下回流反应，TLC(薄板层析，展开剂为V(乙酸乙酯)：V(石油醚)＝1：3)监测终点。反应38min结束，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶，真空干燥后得到纯2-(4′-甲氧基苯基)-4，5-二苯基-1H-咪唑，收率为93％。滤液中直接加入对甲氧基苯甲醛、安息香和乙酸铵进行重复使用。
2-(4′-甲氧基苯基)-4，5-二苯基-1H-咪唑：m.p.227～229℃；1HNMR(400MHz，DMSO-d6):δ＝3.81(s，3H，OCH3)，6.98～8.24(m，14H，ArH)，12.43(s，1H，NH)
实施例5：将10mmol对羟基苯甲醛、10mmol安息香、30mmol乙酸铵和0.8mmol布朗斯特酸性离子液体分别加入到盛有50ml水的带有搅拌子和冷凝管的150ml单口瓶中。剧烈搅拌下回流反应，TLC(薄板层析，展开剂为V(乙酸乙酯)：V(石油醚)＝1：3)监测终点。反应41min结束，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶，真空干燥后得到纯2-(4′-羟基苯基)-4，5-二苯基-1H-咪唑，收率为91％。滤液中直接加入对羟基苯甲醛、安息香和乙酸铵进行重复使用。
2-(4′-羟基苯基)-4，5-二苯基咪唑：m.p.240～242℃；1HNMR(400MHz，DMSO-d6):δ＝9.68(s，1H，OH)，6.91～8.01(m，14H，ArH)，12.37(s，1H，NH)
实施例6：以实施例1为探针反应，作反应催化剂布朗斯特酸性离子液体的活性重复性试验，离子液体重复使用8次，产物2，4，5-三苯基-1H-咪唑的收率变化见图2。
实施例7：以实施例4为探针反应，作反应催化剂布朗斯特酸性离子液体的活性重复性试验，离子液体重复使用8次，产物2-(4′-甲氧基苯基)-4，5-二苯基-1H-咪唑的收率变化见图3。
由图2和3可以看出：在本发明中，该布朗斯特酸性离子液体催化剂在循环使用过程中，其催化能力虽有降低，但是降低不明显。由此可以证明其在催化合成2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物中可以被重复使用至少8次。

Claims (2)

1.一种水相催化合成2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物的方法，其特征在于，所述合成方法中安息香、芳香醛和乙酸铵的摩尔比为1：1：2～5，布朗斯特酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用芳香醛的8～10％，反应溶剂水的体积量ml为芳香醛摩尔量mmol的3～5倍，反应压力为一个大气压，回流反应0.5～1h，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶，真空干燥后得到纯2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物；
所述芳香醛为苯甲醛、对氯苯甲醛、邻氯苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、对甲基苯甲醛、邻硝基苯甲醛、对硝基苯甲醛、邻羟基苯甲醛、对羟基苯甲醛中的任一种；
所述布朗斯特酸性离子液体催化剂的结构式为：
2.如权利要求1所述的一种水相催化合成2，4，5-三芳基-1H-咪唑衍生物的方法，其特征在于，所述抽滤后的滤液无需任何处理直接用于下一次反应，可以重复使用至少8次。
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