離子液體[Etpy]BF4催化苯并咪唑類化合物的微波合成及其抗菌活性*

張 璇， 付玉杰， 祖元剛， 余 平， 陳 玥， 劉曉蕾

(東北林業大學 林業生物制劑教育部工程研究中心森林植物生態學教育部重點實驗室,黑龍江 哈爾濱 150040)

苯并咪唑環是重要的藥效基團，其衍生物具有良好的抗菌活性，而且在抗病毒、抗高血壓、抗寄生蟲、抗癌、抗炎、止痛、酶抑制劑、鎮痙以及受體激動劑等方面也發揮良好的作用[1～6]。苯并咪唑也是重要的有機合成中間體[7]。因此，合成具有苯并咪唑結構的化合物對新藥開發和生物化學研究有重要的意義。

CompabcdefRC6H5-3-ClC6H4-2-ClC6H4-4-FC6H4-4-MeC6H4-4-MeOC6H4-CompghijklR3,5-(MeO)2C6H3-3-MeO-4-HOC6H3-2-furylMeEtn-Pr

Scheme1

通常合成2-芳基取代苯并咪唑的方法有兩種：一種是鄰苯二胺與羧酸[8]及其類似物[9]的偶合。該方法反應條件苛刻，常需要在高溫、強酸條件下進行[10]。另一種方法是用鄰苯二胺與醛反應。該反應包含兩個過程，首先形成中間體氨基苯席夫堿，然后再氧化環合形成2-芳基取代苯并咪唑[11]。該方法耗時，需要一定量的氧化劑促進反應，而且還會產生許多副產物，危害環境。離子液體作為一種環境友好的溶劑和催化劑體系，被廣泛應用于清潔催化反應中[12，13]。

本文利用微波輻射可以縮短反應時間[14]，離子液體[Etpy]BF4(N-乙基吡啶四氟硼酸鹽)催化鄰苯二胺與取代芳醛或直鏈醛(1a～1l)的反應，合成了12個2-取代苯并咪唑類化合物(2a～2l， Scheme 1)， 其結構經1H NMR， IR和MS表征。優化了合成2的實驗條件；對2進行了初步的抗菌活性測試。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

MAS-Ⅱ型微波合成/萃取反應工作站(常壓)；WFH-203型三用紫外分析儀；Bruker AV300型核磁共振波譜儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；傅立葉變換紅外光譜儀(KBr壓片);Platform Ⅱ LC-MS型質譜儀(ESI源)；薄層層析硅膠GF254(紫外燈檢測)；柱層析硅膠H，臺州市路橋四甲生化塑料廠。

離子液體[Etpy]BF4，中國科學院蘭州化學物理研究所綠色化學與催化中心；白色葡萄球菌(A)，金黃色葡萄球菌(B)，枯草芽孢桿菌(C)，變形桿菌(D)，綠膿桿菌(E)，大腸桿菌(F)，黑龍江科學院應用微生物學研究所；青霉素、紅霉素、氯霉素，湖北科益藥業股份有限公司；營養瓊脂，北京奧博星生物技術有限責任公司；營養肉湯，北京奧博星生物技術有限責任公司；0.9%的生理鹽水，哈爾濱三聯藥業；96孔培養板，加拿大JET公司；封口膜，美國PARAFILM公司；其余所用試劑均為分析純或化學純。

1．2 2的合成通法

在裝有回流冷凝管的直口三角瓶中依次加入鄰苯二胺108 mg(1 mmol)，無水乙醇6 mL， [Etpy]BF40.2 mmol，攪拌均勻后加入1 1 mmol，放入微波反應器，于25 ℃/500 W反應2 h～3 h(TLC檢測)。室溫冷卻，直接倒入約30 mL冰水中，有大量固體析出，抽濾，濾餅用冰水洗滌，干燥得粗品，經丙酮重結晶或柱層析[洗脫劑：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=6 ∶1～5 ∶1]分離得白色針狀晶體2。

1．3 抗菌活性測定

(1) 液體培養基的配制： 營養肉湯30 g加入蒸餾水1 L中，加熱煮沸溶解后分裝于大試管中，于121 ℃高壓滅菌15 min備用。

(2) 固體培養基的配制： 營養瓊脂45 g加入蒸餾水1 L中，加熱煮沸溶解后分裝于錐形瓶中，于121 ℃高壓滅菌15 min備用。

(3) 最小抑菌濃度(MIC)板制備： 無菌操作，將倍比稀釋后不同濃度的抗菌藥物溶液分別加入滅菌的96孔聚苯乙烯板中，第1至第11孔加藥液，每孔100 μL，第12孔不加藥作為生長對照，冰凍干燥后密封，-20 ℃以下保存備用。

(4) MIC的測定： 直接菌懸液法制備的濃度相當于0.5麥氏比濁標準的菌懸液，經營養肉湯1 ∶1 000稀釋后，向每孔中加100 μL，密封后置37 ℃普通空氣孵箱中，孵育24 h判斷結果。此時，第1孔～第11孔藥物濃度分別為4， 2， 1， 0.5， 0.25， 0.125， 0.062 5， 0.031 25， 0.015 625， 0.007 812 5， 0.003 906 25 mg·L-1。以肉眼分辯不長菌為MIC。

(5) 最小殺菌濃度(MBC)的測定: 取各孔藥物菌株混合物10 μL于固體培養基中，過夜培養，以菌落數不超過5個的平板所對應的小試管的最低藥物濃度即為該藥物的MBC。

2 結果與討論

2的實驗結果和IR， MS數據見表1；1H NMR數據見表2。

表1 2的實驗結果和IR， MS數據*Table 1 Experimental results， IR and MS data of 2

*2a～2i重結晶純化；2j,2k,2l柱層析純化

表2 2的1H NMR數據Table 2 1H NMR data of 2

以鄰苯二胺和苯甲醛(1a)反應合成2a為例，考察諸因素對其產率的影響，尋找其合成的最佳反應條件。

2.1 溶劑對反應的影響

鄰苯二胺1 mmol，苯甲醛1 mmol，在相同微波條件(25 ℃/500 W, 2 h)下，考察溶劑對反應的影響，結果見表1。由表1可見，溶劑對反應的影響較大。乙醇為最佳的反應溶劑。

2.2 [Etpy]BF4用量對反應的影響

以無水乙醇(6 mL)為溶劑，其余反應條件同2.1,考察[Etpy]BF4用量對反應的影響，結果見表4。由表4可知，隨著[Etpy]BF4用量的增多，產率提高，當其用量為0.2 mmol時，產率達到最高(89．6%)；繼續增加用量，收率有所下降。[Etpy]BF4最佳用量為0.2 mmol。

2.3 微波功率對反應的影響

合成2a常規約需18 h，而微波促進的反應僅用2 h左右，由此可見，微波對該反應有一定的促進作用。無水乙醇(6 mL)為溶劑，[Etpy]BF40.2 mmol,其余反應條件同2.1,考察微波功率對反應的影響，結果見表5。由表5可見，反應產率隨微波功率的升高而增加，當達到500 W時產率達到最大(90．8%)；繼續增大功率，產率降低。最佳微波功率為500 W。

2.4 2的抗菌活性

2的抗菌活性結果見表6。從表6可見，2j～2l具有很好的抗細菌活性，抗革蘭氏陽性菌的效果要好于革蘭氏陰性菌。其中2j～2l具有很好的抑菌、殺菌效果，比對其他化合物，可能是由于其2-位的長鏈取代基增強了咪唑的抗菌效果[15]。

綜上所述，合成2a的最佳反應條件為：鄰苯二胺1 mmol， 1a1 mmol,無水乙醇6 mL，[Etpy]BF40.2 mmol，于25 ℃/500 W反應2 h，產率90．8%。

3 結論

合成了12個2-取代苯并咪唑類化合物。該方法不僅適用于芳醛、芳雜醛，還適用于直鏈醛。 與芳醛相比，直鏈醛的收率相對較低。在芳醛中，無論是 含有吸電子基團還是給電子基團，其反應均能得到較高 收率的苯并咪唑類化合物。由此可見，本合成方法具有 廣泛的適用性。

表3 溶劑對反應的影響*Table 3 Effect of solvent on reaction

*鄰苯二胺1 mmol，苯甲醛1 mmol， 25 ℃/500 W， 2 h,其余反應條件同1．2

表4 [Etpy]BF4用量對反應的影響*Table 4 Effect of [Etpy]BF4 on reaction

*無水乙醇6 mL，其余反應條件同表1

表5 微波功率對反應的影響*Table 5 Effect of microwave power on reaction

*無水乙醇(6 mL)為溶劑，[Etpy]BF40.2 mmol, 25 ℃，其余反應條件同表1

表6 2的抗菌活性*Table 6 Antibacterial activity of 2

*2a～2i對A(白色葡萄球菌), B(金黃色葡萄球菌), C(枯草芽孢桿菌), D(變形桿菌), E(綠膿桿菌)和F(大腸桿菌)均為-

初步生物活性測試結果表明，2j～2l對革蘭氏陰性 菌和革蘭氏陽性菌都具有較好的抑制活性。

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