CN110845423A - 一种1,2-取代苯并咪唑类化合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以1‑丁基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIm][PF6])为反应介质,无金属和酸条件下邻苯二胺和芳香醛通过缩合偶联反应合成一系列1,2‑取代苯并咪唑类化合物的方法。本发明的合成工艺简单,使用[BMIm][PF6]作为反应催化剂,具有较高的催化产率;不需要使用任何酸或金属催化剂,降低了合成工艺的成本,避免了药物合成中的重金属残留的问题,与传统有机溶剂相比,减少了对环境的污染,同时[BMIm][PF6]反应体系无需活化就可以重复使用6次,仍然具有较好的反应活性实现了1,2‑取代苯并咪唑化合物的绿色合成。

Description

一种1,2-取代苯并咪唑类化合物的制备方法
技术领域
本发明属于有机合成领域,具体涉及一种1,2-取代苯并咪唑类 化合物的制备方法。
背景技术
苯并咪唑衍生物是一类含有两个氮原子的苯并杂环化合物,是多 种药物的结构单元。由于苯并咪唑衍生物具有多样的生物活性,而被 广泛应用于临床医学:例如抗溃疡,抗高血压,抗病毒,抗真菌,抗癌 等药物。同时,苯并咪唑衍生物在光学性能也有较好表现。基于苯并 咪唑衍生物有着良好的实际应用价值,它的合成方法已经成为有机合 成研究的焦点之一。1,2-取代苯并咪唑类衍生物的传统合成方法主要 是通过1,2-苯二胺和醛缩偶联合来实现。该缩合偶联反应一般是在 酸、金属或其他助剂的条件下才能实现合成目标(反应式I)。
Figure BDA0002305601070000011
例如,Salehi研究小组报道了在酸性条件下邻苯二胺与芳香醛的 缩合偶联反应表现出高选择性。2016年,Manesh研究小组在无溶剂 条件下,以铁化合物为催化剂,实现了1,2-苯二胺与芳醛的缩合偶联。 虽然这些方法为合成1,2-取代苯并咪唑化合物提供了有效的途径,并 取得了好的催化效率,但也存在一些不足,例如酸、金属催化剂的使 用、反应体系不能循环,这些都会影响该缩合偶联反应在工业过程中 的实际应用价值。因此,发现一些简单、绿色、可循环的合成方法, 仍然是这一研究领域的良好策略。
发明内容
本发明的目的是提供一种在1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐 ([BMIm][PF6])中,无需任何酸或金属催化剂的条件下,由1,2-苯二 胺衍生物与芳醛合成1,2-取代苯并咪唑的衍生物,并能够得到较高收 率(反应式I)。
其中,R1表示给电子基团或者吸电子基团,优选为氢、C1-C6烷基、 C1-C6烷氧基、卤代C1-C6烷基、C3-C6环烷基、羟基、氰基、C1-C6烷基 氨基、二(C1-C6烷基)NH、三(C1-C6烷基)N、卤素、磺酸基、硝基、(C 1-C6烷基)C(O)-、(C1-C6烷基)C(O)O-;
其中,m表示为0、1、2、3的正数;
其中,Ar表示被选自0、1、2、3个R2取代的苯基、吡啶基或者呋 喃基;其中R2表示给电子基团或者吸电子基团,优选为氢、C1-C6烷基、 C1-C6烷氧基、卤代C1-C6烷基、羟基、氰基、C1-C6烷基氨基、二(C1- C6烷基)NH、三(C1-C6烷基)N、卤素、磺酸基、硝基、(C1-C6烷基)C(O)-、(C1-C6烷基)C(O)O-。
在本发明的优选技术方案中,其中R1优选为氢;
在本发明的优选技术方案中,其中Ar优选为苯基;
在本发明的优选技术方案中,其中反应温度优选为100-130℃, 更优选为120℃;
在本发明的优选技术方案中,其中反应物1,2-苯二胺衍生物与芳 香醛类化合物的用量摩尔比约为1:2;
在本发明的优选技术方案中,其中反应物1,2-苯二胺衍生物与[B MIm][PF6]催化剂的用量摩尔比为1:3;
除此之外,本发明的催化剂[BMIm][PF6]还可以重复循环使用, 并且经循环时候后,依然保持较高的催化活性。
在本发明的定义中C1-C6烷基是表示具有1、2、3、4、5、6个碳原 子的直链或支链烷基,包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、 正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基等。
本发明具有如下优点:
1、合成工艺简单,使用[BMIm][PF6]作为反应催化剂,具有较高的 催化产率;
2、不需要使用任何酸或金属催化剂,降低了合成工艺的成本,避 免了药物合成中的重金属残留的问题;
3、[BMIm][PF6]的难挥发性与传统有机溶剂相比,减少了对环境的 污染,实现了1,2-取代苯并咪唑化合物的绿色合成。
4、实现催化剂重复利用的一般做法是将催化剂固定在惰性载体上, 从而提高催化剂的利用效率。固载催化剂制备是一个多步骤、 繁琐的工艺过程,且制备过程中容易引入新的杂质,这就限制 了它们的实际应用价值。本文在无负载的条件下,以对甲基苯 甲醛和1,2-苯二胺为研究对象,探索了[BMIm][PF6]循环使用的 情况,实验结果表明,当[BMIm][PF6]循环使用了6次后,[BMI m][PF6]仍然具有良好的反应活性。
具体实施方式
1实验部分
1.1仪器与试剂
熔点仪:WRS-1B;核磁共振仪:Bruker AVANCEⅢHD 400。
所用的药品和试剂均为市售的分析纯或化学纯,未进一步处理。 柱层析使用300~400目硅胶。
1.2 1,2-取代苯并咪唑类化合物的合成
(1)1-苄基-2-苯基苯并咪唑的合成(3a)
在反应管中加入1,2-苯二胺(1mmol)、苯甲醛(2.05mmol)和[B MIm][PF6](1.0克),在120℃油浴下反应,TLC跟踪反应,反应完 成后,冷却降至室温,加入饱和食盐水15mL,用乙酸乙酯萃取(10 mL×3),分液,有机相用无水MgSO4干燥,过滤后,减压蒸去乙酸乙 酯得粗产物,经柱色谱分离得到目标产物3a。
(2)1-(4-甲基苄基)-2-(4-甲基苯基)苯并咪唑(3b)的合成
在反应管中加入1,2-苯二胺(1mmol)、对甲基苯甲醛(2.05mm ol)和[BMIm][PF6](1.0克),在120℃油浴下反应,TLC跟踪反应。 反应完成后,冷却降至室温,加入饱和食盐水15mL,用乙酸乙酯萃 取(10mL×3),分液,有机相用无水MgSO4干燥,过滤后,减压蒸去 有机溶剂得粗产物,经柱色谱分离得到目标产物3b。
2、结果与讨论
2.1不同催化剂的类型对缩合偶联反应的影响
以1,2-苯二胺(1a)(1mmol)与苯甲醛(2a)(2.05mmol)为缩 合偶联反应模板,在无金属或酸的条件下,在120℃反应条件下研究 了离子液体(3mmol)的类型对缩合偶联反应的影响(如表1所示)。 其中,1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[BMIm][PF6]表现出最好的反应 活性(比较7)。当溴化四丁基铵、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、溴 化-1-乙基-3-甲基咪唑、1-乙基-3-甲基咪唑九氟丁磺酸盐、1-乙基-3- 甲基咪唑双三氟甲磷酰亚胺盐作为反应介质时,缩合偶联反应能够得 到中等左右的收率(比较例2-5,8),当使用1-磺酸丁基-3-甲基咪唑内 盐和1-丁基-3-甲基咪唑四氟化铁盐为反应介质时,缩合偶联反应几 乎得不到目标产物(比较例1,6)。
表1不同催化剂的类型对缩合偶联反应的影响
比较例 离子液 产率
1 1-磺酸丁基-3-甲基咪唑内盐 无产物
2 四丁基溴化铵 51%
3 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐 65%
4 溴化-1-乙基-3-甲基咪唑 48%
5 1-乙基-3-甲基咪唑九氟丁磺酸盐 58%
6 1-丁基-3-甲基咪唑四氟化铁盐 无产物
7 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐 80%
8 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磷酰亚胺盐 48%
2.2不同反应温度对缩合偶联反应的影响
以1,2-苯二胺(1a)(1mmol)与苯甲醛(2a)(2.05mmol)为缩合 偶联反应模板,在无金属或酸的条件下,研究了反应温度对1-丁基- 3-甲基咪唑六氟磷酸盐[BMIm][PF6](3mmol)对催化缩合偶联反应的 影响(反应结果如表2所示),当反应温度为100℃和130℃时,缩合 偶联产率分别下到62%和49%。
表2反应对缩合偶联反应的影响
比较例 反应温度 产率
7 120℃ 80%
8 100℃ 62%
9 130℃ 49%
结论:通过对比试验可以看出,以1,2-苯二胺(1a)(1mmol) 与苯甲醛(2a)(2.05mmol)为缩合偶联反应模板,在无金属或酸的条 件下,在120℃反应条件下以1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐作为催化 剂时对缩合偶联的产率最佳。
2.3 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐作为催化剂催化不同反应底物的 缩合偶联
以1,2-苯二胺(1mmol)与不同芳香醛(2.05mmol)为反应 底物,在无金属或酸的条件下,以1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐 [BMIm][PF6](3mmol)作为催化剂,在反应温度为120℃下对催化 缩合偶联反应的影响(反应结果如表3所示)
表3不同反应底物的缩合偶联
比较例 芳香醛类型 产率
10 对甲基苯甲醛 65%
11 4-异丙基苯甲醛<sup>3c</sup> 73%
12 4-甲氧基苯甲醛<sup>3d</sup> 78%
13 2-甲氧基苯甲醛<sup>3e</sup> 58%
14 4-氯苯甲醛<sup>3f</sup> 60%
15 2-氯苯甲醛<sup>3g</sup> 52%
16 4-氟苯甲醛<sup>3h</sup> 62%
17 4-硝基苯甲醛<sup>3i</sup> 50%
18 2-硝基苯甲醛<sup>3j</sup> 36%
19 呋喃醛<sup>3k</sup> 58%
20 吡啶-2-甲醛<sup>3l</sup> 55%
在最佳的反应介质[BMIm][PF6]中,选择了一系列醛与1,2-苯二 胺进行缩合偶联反应,实验结果见表3。在[BMIm][PF6]的条件下,含 有吸电子基团醛的反应活性比含有给电子基团醛要差(比较例10-比 较例18)。例如,当含有异丙基时,缩合偶联产率可达78%(比较例 11),可是当含有硝基时,产率下降到50%(比较例17-比较例18)。 当取代基位于邻位时,由于位阻效应,不管是吸电子还是给电子的醛 进行缩合偶联反应时,产率都有所下降。另外,芳香环上含有杂原子 的醛也能和1,2-苯二胺发生缩合偶联,产率也能够达到中等以上(比 较例19-20)。
2.4[BMIm][PF6]在缩合偶联反应中循环使用
在反应管中加入1,2-苯二胺(1mmol)、苯甲醛(2.05mmol)和 [BMIm][PF6](2.0克),在120℃油浴下反应,TLC跟踪反应.反应完 成后,冷却降至室温,用石油醚/乙酸乙酯萃取(石油醚∶乙酸乙酯 =5∶1,10mL×6),将石油醚/乙酸乙酯有机相用无水MgSO4干燥,过滤后,减压蒸去溶剂得粗产物,经柱色谱分离得到目标产物1-苄基-2- 苯基苯并咪唑。将被萃取后的反应体系加热去掉残留石油醚/乙酸乙 酯,冷却至室温,往反应管中继续加入1,2-苯二胺(1mmol)和苯甲醛 (2.05mmol)进行下一次缩合偶联反应。结果如表4所示,从表4可以 看出,经6次循环使用后,[BMIm][PF6]在催化1,2-苯二胺与对甲基 苯甲醛制备1-苄基-2-苯基苯并咪唑的反应中能够保持较高的催化活 性。
表4探索[BMIm][PF6]在缩合偶联反应中循环使用的情况
比较例 1a 2b 3b 4b 5b 6b
产率 78% 77% 75% 75% 74% 72%
3、产物结构标征
1-苄基-2-苯基苯并咪唑(3a):白色固体,收率80%,m.p.130~13 1℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:7.89(d,J=8.0Hz,1H),7.7 0~7.67(m,2H),7.47~7.42(m,3H),7.34~7.28(m,4H),7.25~7. 19(m,2H),7.11~7.08(m,2H),5.44(s,2H);13C NMR(100MH z,CDCl3)δ:154.1,143.0,136.3,136.0,130.0,129.9,129.2,129.0, 128.7,127.7,125.9,123.0,122.7,119.9,110.5,48.3。
1-(4-甲基苄基)-2-(4-甲基苯基)苯并咪唑(3b):白色固体,收率6 5%,m.p.124~125℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:7.77(d,J= 8.0Hz,1H),7.50(d,J=8.0Hz,2H),7.22~7.09(m,5H),7.03(d, J=8.0Hz,2H),6.90(d,J=8.0Hz,2H),5.30(s,2H),2.31(s,3H),2.23(s,3H);13C NMR(100MHz,CDCl3)δ:154.2,143.1,134.0, 137.4,136.0,133.4,129.6,129.4,129.1,127.1,125.8,122.8,122.5, 119.7,110.4,48.1,21.4,21.0。
1-(4-异丙基苄基)-2-(4-异丙基苯基)苯并咪唑(3c):白色固体,收 率73%,m.p.175~176℃;1H NMR(400MHz,DMSO)δ:7.72~7. 66(m,3H),7.42~7.38(m,3H),7.25~7.18(m,2H),7.15(d,J=8. 0Hz,2H),6.92(d,J=8.0Hz,2H),5.53(s,2H),2.99~2.92(m,1H),2.84~2.78(m,1H),1.23(d,J=6.8Hz,6H),1.13(d,J=6.8H z,6H);13C NMR(100MHz,DMSO)δ:153.3,150.2,147.6,142.7, 135.9,134.3,129.0,127.7,126.8,126.7,126.0,122.5,122.1,119. 1,111.1,47.2,33.3,33.0,23.7,23.6。
1-(4-甲氧基苄基)-2-(4-甲氧基苯基)-苯并咪唑(3d):白色固体,收 率78%,m.p.128~130℃;1H NMR(400MHz,DMSO)δ:7.69~7. 67(m,3H),7.45~7.42(m,1H),7.24~7.18(m,2H),7.09(d,J=8.6 Hz,2H),6.94(d,J=8.6Hz,2H),6.84(d,J=8.6Hz,2H),5.49(s,2H),3.82(s,3H),3.68(s,3H);13C NMR(100MHz,DMSO) δ:160.4,158.5,153.2,142.7,135.8,130.5,128.8,127.4,122.4,12 2.3,122.0,119.0,114.2,114.2,111.0,55.3,55.0,46.9。
1-(2-甲氧基苄基)-2-(2-甲氧基苯基)苯并咪唑(3e):白色固体,收 率58%,m.p.152~153℃;1H NMR(400MHz,DMSO)δ:7.69~7. 67(m,1H),7.53~7.49(m,1H),7.44~7.42(m,1H),7.37~7.35 (m,1H),7.22~7.15(m,4H),7.07(t,J=7.4Hz,1H),6.91(d,J=8. 2Hz,1H),6.75(t,J=7.4Hz,1H),6.59(d,J=6.8Hz,1H),5.22(s, 2H),3.67(s,3H),3.66(s,3H);13C NMR(100MHz,DMSO)δ: 157.1,156.4,151.9,142.9,135.2,131.9,131.6,128.7,127.5,124.2, 122.2,121.6,120.5,120.1,119.5,119.1,111.5,110.9,110.7,55.3, 55.3,42.8。
1-(4-氯苄基)-2-(4-氯苯基)苯并咪唑(3f):白色固体,收率60%,m. p.136~138℃;1H NMR(400MHz,DMSO)δ:7.75~7.72(m,3 H),7.59(d,J=8.4Hz,2H),7.49~7.47(m,1H),7.35(d,J=8.4 Hz,2H),7.29~7.23(m,2H),7.02(d,J=8.4Hz,2H),5.59(s,2H); 13CNMR(100MHz,DMSO)δ:152.0,142.6,135.9,135.8,134.8, 132.1,130.7,128.9,128.8,128.7,128.0,123.0,122.4,119.4,111. 0,46.8。
1-(2-氯苄基)-2-(2-氯苯基)苯并咪唑(3g):白色固体,收率52%, m.p.155~156℃;1H NMR(400MHz,DMSO)δ:7.79~7.70(m, 1H),7.61(dd,J=8.0,0.8Hz,1H),7.56~7.52(m,1H),7.51~7.47 (m,2H),7.44~7.36(m,2H),7.31~7.22(m,3H),7.17~7.13(m, 1H),6.65(dd,J=7.8,1.2Hz,1H),5.42(s,2H);13C NMR(100M Hz,DMSO)δ:150.9,142.5,135.0,133.4,133.2,132.3,131.9,131. 7,129.8,129.5,129.4,128.3,127.5,127.4,123.2,122.4,119.7,11 1.0,45.2。
1-(4-氟苄基)-2-(4-氟苯基)苯并咪唑(3h):白色固体,收率62%, m.p.110~111℃;1H NMR(400MHz,DMSO)δ:7.78~7.20(m, 3H),7.50~7.47(m,1H),7.36(t,J=8.8Hz,2H),7.28~7.22(m,2 H),7.13~7.08(m,2H),7.05~7.01(m,2H),5.56(s,2H);13C N MR(100MHz,DMSO)δ:163.4(d,J=156.2Hz),161.0(d,J=152. 2Hz),152.3,142.6,135.8,133.0(d,J=3.0Hz),131.4(d,J=8.4 Hz),128.2(d,J=8.4Hz),126.6(d,J=3.0Hz),122.8,122.3,119.3, 115.9(d,J=21.6Hz),115.6(d,J=21.6Hz),111.1,46.8。
1-(4-硝基苄基)-2-(4-硝基苯基)苯并咪唑(3i):黄色固体,收率5 0%,m.p.185~187℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:8.31(d,J= 8.8Hz,2H),8.23(d,J=8.8Hz,2H),7.93(d,J=8.0Hz,1H),7.84 (d,J=8.8Hz,2H),7.42~7.36(m,2H),7.34~7.20(m,3H),5.58 (s,2H);13C NMR(100MHz,CDCl3)δ:151.3,148.7,147.9,143.0, 142.8,135.8,135.6,130.0,126.7,124.6,124.1,123.9,120.7,110. 2,48.0。
1-(2-硝基苄基)-2-(2-硝基苯基)苯并咪唑(3j):黄色固体,收率3 6%,m.p.169~171℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:8.15~8.11 (m,2H),7.84(d,J=8.0Hz,1H),7.68~7.65(m,2H),7.50~7.45 (m,3H),7.37~7.27(m,2H),7.14(d,J=8.0Hz,1H),6.94(d,J=7.6Hz,1H),5.69(s,2H);13C NMR(100MHz,CDCl3)δ:149.8,1 49.0,147.0,143.1,134.8,134.2,133.2,132.0,131.4,131.3,128.9, 128.3,125.4,125.3,125.1,123.9,123.1,120.5,110.2,45.7。
1-(呋喃-2-甲基)-2-(呋喃-2-基)苯并咪唑(3k):淡黄色固体,收率5 8%,m.p.88~89℃;1H NMR(400MHz,DMSO)δ:8.01(d,J=0.8 Hz,1H),7.73(d,J=8.0Hz,1H),7.66(d,J=7.2Hz,1H),7.54(d, J=0.8Hz,1H),7.31~7.23(m,3H),6.76~6.75(m,1H),6.48(d, J=2.9Hz,1H),6.38~6.37(m,1H),5.77(s,2H);13C NMR(100 MHz,DMSO)δ:149.8,145.0,144.8,143.4,143.2,142.5,135.3,1 22.9,122.5,119.0,112.9,112.1,110.8,110.6,108.7,40.9。
1-(吡啶-2-甲基)-2-(吡啶-2-基)苯并咪唑(3l):淡黄色固体,收率5 5%,m.p.130~131℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:8.49~6.46 (m,2H),8.38(d,J=8.0Hz,1H),7.78~7.71(m,2H),7.38~7.35 (m,1H),7.27(d,J=8.0Hz,1H),7.22~7.16(m,3H),7.05~7.02 (m,1H),6.80(d,J=8.0Hz,1H),6.20(s,2H);13C NMR(100MH z,CDCl3)δ:157.4,150.3,149.8,149.1,148.6,142.6,136.8,136.7 8,136.7,124.5,123.8,123.7,122.9,122.2,120.9,120.0,110.7,51. 0。
上述实施例仅为充分说明本发明而列举的具体实施例,本发明的 保护范围以权利要求书的内容为准,而不限于上述具体实施方式。说 明书中公开的所有内容,以及公开的所有方法和步骤,都可以任意组 合,除非这些特征和/或步骤是相互排斥的组合。说明书中公开每一个 技术特征,除非另有说明,都可以被实现相同、等同或类似目的的技 术特征所替换。因此,除非另有说明,本发明公开的每个技术特征仅 是通常系列中的等同或类似的技术特征的一个实例。本领域的技术人 员在本发明基础上所作的不脱离本发明实质内容的等同替代或变换, 亦均在本发明的保护范围之内。而这样的修改亦均在本发明的保护范 围之内。本申请引用的每个参考文献在此均引用其全文。

Claims (7)

1.一种无需任何酸或金属催化剂的条件下由1,2-苯二胺衍生物与芳醛制备1,2-取代苯并咪唑的衍生物的方法,其特征在于:所述方法是在1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIm][PF6])作为反应介质和催化剂下进行的,
其中,R1表示给电子基团或者吸电子基团,优选为氢、C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、卤代C1-C6烷基、C3-C6环烷基、羟基、氰基、C1-C6烷基氨基、二(C1-C6烷基)NH、三(C1-C6烷基)N、卤素、磺酸基、硝基、(C 1-C6烷基)C(O)-、(C1-C6烷基)C(O)O-;
其中,m表示为0、1、2、3的正数;
其中,Ar表示被选自0、1、2、3个R2取代的苯基、吡啶基或者呋喃基;其中R2表示给电子基团或者吸电子基团,优选为氢、C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、卤代C1-C6烷基、羟基、氰基、C1-C6烷基氨基、二(C1-C6烷基)NH、三(C1-C6烷基)N、卤素、磺酸基、硝基、(C1-C6烷基)C(O)-、(C1-C6烷基)C(O)O-。
2.如权利要求1所述的方法,其中R1优选为氢。
3.如权利要求1所述的方法,其中Ar表示苯基。
4.如权利要求1所述的方法,其中反应温度优选为100-130℃,更优选为120℃。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法,其中反应物1,2-苯二胺衍生物与芳香醛类化合物的用量摩尔比约为1:2。
6.如权利要求1-4任一项所述的方法,其中反应物1,2-苯二胺衍生物与[BMIm][PF6]催化剂的用量摩尔比为1:3。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法,其中,所述的反应介质和催化剂[BMIm][PF6]可以循环利用。
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