無溶劑合成HBO*

閆新豪，王 丹

(1.漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 漢中 723000；2.國家海洋環(huán)境預(yù)報中心 國家海洋局海洋災(zāi)害預(yù)報技術(shù)研究重點實驗室,北京 100081)

2-(2′-氨基苯基)苯并咪唑衍生物(HBO)具有激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移(ESIPT)特性[1-3]，在光誘導(dǎo)的過程中質(zhì)子跳過分子內(nèi)氫鍵從質(zhì)子供體基團(tuán)轉(zhuǎn)移到質(zhì)子受體，從而表現(xiàn)出很好的光互變異構(gòu)化反應(yīng)；HBO類衍生物因其離域大π鍵，在有機(jī)溶劑中的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜具有較高相關(guān)性，熒光量子產(chǎn)率高，可廣泛應(yīng)用在分子探針、發(fā)光材料和分子邏輯門領(lǐng)域[4-6]。

有機(jī)溶劑具有易揮發(fā)、高毒性和高成本等缺點，且環(huán)境污染重，嚴(yán)重危害人類健康；另一方面，無溶劑和綠色催化反應(yīng)以其低成本，安全性和生態(tài)友好而受到關(guān)注并得到了快速發(fā)展,無溶劑有機(jī)合成被廣泛接受為一種環(huán)境友好的，有效的合成方法[14-15]。因此，作者以水楊醛和鄰羥基苯胺無溶劑條件下利用BTI為氧化劑反應(yīng)40 min合成得到HBO，收率達(dá)84%，利用核磁和質(zhì)譜確證目標(biāo)化合物結(jié)構(gòu)。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

水楊醛、鄰羥基苯胺、[二(三氟乙酰氧基)碘]苯(BTI)、2,3-二氯-5,6-二氰對苯醌(DDQ)、二乙酸碘苯PhI(OAc)2、2-碘酰基苯甲酸(IBX)：化學(xué)純,TCI化學(xué)試劑公司；二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)：分析純，無水硫酸鎂：化學(xué)純，均為市售。

核磁共振儀：300 MHz1H NMR 和 75 MHz13C NMR，日本電子株式會社；質(zhì)譜儀：6120 四極LC/MS，安捷倫科技公司；紫外-可見分光光度計：UV-2501PC，日本島津公司。

1.2 實驗方法

HBO的ESIPT原理見圖1。

圖1 HBO的ESIPT原理

HBO的合成路線見圖2。

圖2 HBO合成路線

分別稱取水楊醛(122 mg，1 mmol)和鄰羥基苯胺(114 mg，1.05 mmol)放入研缽，研磨5 min混合均勻后放入烘箱，烘箱溫度50 ℃，反應(yīng)15 min，降溫到室溫得到黃色固體化合物2，對化合物2不做任何處理直接用于下步反應(yīng)。

稱取化合物2(213 mg，1 mmol)放入研缽中，稱取BTI(430 mg，1 mmol)放入研缽與化合物2充分研磨混合均勻放入烘箱，40 ℃反應(yīng)50 min，冷卻至室溫后用乙酸乙酯和飽和食鹽水洗滌三次，回收有機(jī)相，無水硫酸鎂干燥有機(jī)相，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收有機(jī)溶劑，得到固體混合物，用二氯甲烷和己烷體系進(jìn)行重結(jié)晶即得到目標(biāo)化合物HBO(177 mg，收率84%)。

2 結(jié)果與討論

2.1 氧化劑對反應(yīng)收率的影響

為了考察不同氧化劑對關(guān)環(huán)反應(yīng)收率的影響，選取DDQ、IBX、PhI(OAc)2和BTI作為氧化劑，反應(yīng)40 min，溫度50 ℃，氧化劑投加量n(BTI)∶n(希夫堿)=1.05，實驗結(jié)果見表1。

表1 氧化劑對收率影響

由表1可見，使用BTI作為氧化劑收率達(dá)84%，DDQ作為氧化劑無溶劑條件下未得到目標(biāo)化合物HBO；相同反應(yīng)條件下又以BTI為氧化劑在DMF和DMSO有機(jī)溶劑中的反應(yīng)收率分別為72%和65%。

2.2 氧化劑加入量對反應(yīng)收率的影響

BTI作為氧化劑，無溶劑反應(yīng)40 min，溫度50 ℃條件下考察氧化劑投加量對反應(yīng)收率影響，見表2。

表2 氧化劑投加量對收率影響

由表2可見，在n(BTI)∶n(希夫堿)=0.5～1.05投加量區(qū)間反應(yīng)收率逐步提高，最佳投加量為n(BTI)∶n(希夫堿)=1.05，收率達(dá)84%，隨著氧化劑過量加入伴有副反應(yīng)發(fā)生收率降低。

2.3 溫度對反應(yīng)收率的影響

BTI作為氧化劑，無溶劑反應(yīng)40 min，投加量n(BTI)∶n(希夫堿)=1.05條件下考察溫度對反應(yīng)收率影響，見表 3。

表3 溫度對反應(yīng)收率影響

由表3可見，從室溫到50 ℃反應(yīng)收率逐步提高，溫度為50 ℃得到最佳收率84%，當(dāng)溫度升高時，反應(yīng)收率降低。

2.4 反應(yīng)時間對反應(yīng)收率的影響

BTI作為氧化劑，溫度50 ℃，投加量n(BTI)∶n(希夫堿)=1.05條件下考察反應(yīng)時間對反應(yīng)收率影響，見表4。

表4 時間對收率影響

由表4可見，在40～120 min時，隨著反應(yīng)時間延長反應(yīng)收率降低，選取反應(yīng)40 min作為最佳反應(yīng)時間。

2.5 HBO核磁譜圖及紫外吸收光譜

化合物2的1H NMR 譜圖見圖3。

δ圖3 化合物2 1H NMR譜圖

由圖3可見，特征氫出現(xiàn)在δ=8.62，該氫為碳氮雙鍵碳原子上的氫；酚羥基的氫在氘代氯仿中不出現(xiàn)，由譜圖可見氫個數(shù)為9，結(jié)合碳譜和質(zhì)譜數(shù)據(jù)化合物2的結(jié)構(gòu)得到確證。1H NMR(300 MHz,CDCl3) δ 6.92～7.03(m,3H),7.10～7.13(m,2H),7.18～7.25(m,3H),8.61(s,1H)；13C NMR(75 MHz,CDCl3) δ 115.8,117.0,118.2,118.9,120.9,128.6,132.6,134.6,135.9,149.8,158.3,164.0；LRMS(ES+) m/z 214.3 [100,(M+H+)]。

HBO1H NMR 譜圖見圖4。

δ圖4 HBO 1H NMR譜圖

由圖4可見，化合物2與BTI脫氫氧化關(guān)環(huán)，δ8.62的特征氫在圖4并沒有出現(xiàn)，氫個數(shù)為8，結(jié)合碳譜和質(zhì)譜數(shù)據(jù)化合物2的結(jié)構(gòu)得到確證。熔點：122.4 ℃，1H NMR(300 MHz,CDCl3) 7.04～7.22(m,2H),7.25～7.30(m,3H),7.47～7.50(m,1H),7.70～7.73(m,1H),8.06(s,1H)；13C NMR(75 MHz,CDCl3) δ 109.9,110.3,117.0,118.9,124.7,126.7,128.5,134.3,139.9,148.9,156.5,162.7；LRMS(ES+) m/z 212.1 [100,(M+H+)]。

HBO的乙腈溶液中，溶劑中的c(HBD)=1×10-5mol/L的紫外可見吸收光譜見圖5。

λ/nm圖5 HBO紫外吸收光譜

從圖5中容易看出，大約在 275～300 nm 處發(fā)現(xiàn)吸收峰(苯環(huán)吸收峰)，在 323 nm處出現(xiàn)了吸收峰。實驗測試HBO在乙腈中(c=10-5mol/L，λ=323 nm)熒光強(qiáng)度很弱，增加濃度(c=10-3mol/L，λ=323 nm)，熒光強(qiáng)度依然很弱，說明溶劑效應(yīng)對ESIPT染料發(fā)射光譜具有影響。

3 結(jié) 論

水楊醛和鄰羥基苯胺為原料通過縮合和氧化兩步反應(yīng)，無溶劑條件下合成得到HBO，通過實驗優(yōu)化反應(yīng)條件，最佳反應(yīng)條件為以BTI為氧化劑，40 ℃，反應(yīng)50 min得到目標(biāo)化合物HBO，反應(yīng)收率達(dá)84%。

[1] 易平貴,周繼明,于賢勇,等.2-(2′-氨基苯基)苯并咪唑衍生物分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移理論研究:取代基效應(yīng)[J].化學(xué)學(xué)報,2012(6):699-706.

[2] 李鵬,曾毅,陳金平,等.激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移(ESIPT)發(fā)色團(tuán)修飾的樹枝形聚合物合成及光物理研究[J].化學(xué)學(xué)報,2012,15:1611-1616.

[3] 張鵬,張有明,林奇,等.金屬離子響應(yīng)型熒光傳感分子的設(shè)計原理及研究進(jìn)展[J].有機(jī)化學(xué),2014(7):1300-1321.

[4] LU Y,GONG Y L,MA H Y,et al.4-Formyl-2-(2H-benzotriazol-2-yl)-phenol：an ESIPT chromophore[J].Chinese Science Bulletin,2014,34:4741-4751.

[5] 呂鳳婷,高莉?qū)?房喻.基于激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移的新一代熒光探針[J].化學(xué)進(jìn)展,2005(5):773-779.

[6] 徐華杰,劉昭第,盛良全,等.激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移型離子探針的研究進(jìn)展[J].化學(xué)研究與應(yīng)用,2014(2):164-174.

[7] CHANG J,ZHAO K,PAN S.Synthesis of 2-arylbenzoxazoles via DDQ promoted oxidative cyclization of phenolic schiff bases—a solution-phase strategy for library synthesis[J].Tetrahedron letters,2002,43(6)：951-954.

[8] VARMA R S,KUMAR D.Manganese triacetate oxidation of phenolic schiffs bases：synthesis of 2-arylbenzoxazoles[J].Journal of heterocyclic chemistry,1998,35(6)：1539-1540.

[9] PRAVEEN C,NANDAKUMAR A,DHEENKUMAR P,et al.Microwave-assisted one-pot synthesis of benzothiazole and benzoxazole libraries as analgesic agents[J].Journal of Chemical Sciences,2012,124(3)：609-624.

[10] PARK K H,JUN K,SHIN S R,et al.2-Arylbenzoxazoles from phenolic schiff's bases by thianthrene cation radical[J].Tetrahedron letters,1996,37(49)：8869-8870.

[11] KAWASHITA Y,NAKAMICHI N,KAWABATA H,et al.Direct and practical synthesis of 2-arylbenzoxazoles promoted by activated carbon[J].Organic letters,2003,5(20)：3713-3715.

[12] SRIVASTAVA R G,VENKATARAMANI P S.Barium manganate oxidation in organic synthesis：part Ⅲ：oxidation of schiff'S bases to benzimidazoles benzoxazoles and benzthiazoles[J].Synthetic Communications,1988,18(13)：1537-1544.

[13] IN JUNG CHANG,KEUM SAEM HWANG，SUK-KYU CHANG.Selective Hg2+signaling via dithiane to aldehyde conversion of an ESIPT fluorophore[J].Dyes and Pigments,2017,137：69-74.

[14] 馬欣,范為正,李曉明,等.無溶劑條件下的不對稱催化反應(yīng)[J].化學(xué)進(jìn)展,2010(7):1310-1340.

[15] 余富朝,嚴(yán)勝驕,林軍.無溶劑反應(yīng)在雜環(huán)合成中的應(yīng)用進(jìn)展[J].有機(jī)化學(xué),2010,10:1421-1430.