结题报告.docx

结题报告.docx

《结题报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结题报告.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

结题报告

齐齐哈尔大学青年教师科研启动支持计项目

结题报告

项目名称：

铟/辅助剂体系促进的芳香族硝基化合物

还原分子内环化

项目负责人：

姜海燕

一、国内外铟试剂在有机合成中应用的发展状况

铟试剂在有机合成中的应用是近几年来有机合成方法学研究中十分活跃的领域之一。

众所周知，有机硼化学为有机合成提供了许多很有特色的新反应，其中高选择性反应和手性试剂在工业上已获应用。

而与硼属于同一族的铟在有机合成中的应用在近十年来才越来越引起人们的极大兴趣。

铟，位于周期表第ⅢA族，金属外观呈银白色，无毒。

在化学性质上面，金属铟十分稳定，在室温下不被空气或氧气氧化，在水中亦很稳定。

而且能够抵御碱性条件的腐蚀。

金属铟最早应用于有机合成的例子是在1975年，当时Rieke首次把铟引人有机合成中以来，铟试剂得到了广泛的应用。

特别是成功的将铟促进的各类反应在水相中加以实施后，金属铟在有机合成中的应用研究受到了极大的关注。

利用铟直接与有机试剂进行反应，因其毒性小、操作简单等优点而越来越受到化学家的重视。

二、项目研究的目的及意义

我国铟储量居世界第一位，为此，我们应当积极开发利用我国丰富的铟资源，研究铟在有机合成中的应用。

一般在有机合成中，从硝基化合物还原环化分两步走：

先把硝基还原成胺，再进行环化。

而前者的许多方法已经被开发，但从芳香族硝基化合物直接还原分子内环化的方法还不多，所以本研究缩短由硝基化合物还原分子内环化的合成步骤，为有机合成方法学提供新的方法。

而且合成的含氮杂环，如苯并咪唑，喹啉，是重要的有机合成中间体和医药中间体，在生活、生产的各个领域都有重要的合成价值。

三、项目合成化合物在实际生活中的应用

3.1苯并咪唑衍生物

苯并咪唑衍生物以其优异的结构和性能特点使其应用十分广泛[1-2],对于这类化合物的合成，多年来一直是研究的热点。

苯并咪唑及其衍生物是一类结构特殊的杂环化合物,其杂环中含有氮、硫、氧等杂原子,具有络合、配位等功能。

近年来,此类杂环化合物正日益成为杂环化学研究的热点,同时被广泛应用于高性能复合材料、电子化学品、金属防腐、生物、医药等领域[3]。

它的某些金属配合物具有杀菌、抗癌等活性，而且其铜锌等金属配合物具有特殊的催化性质,在金属酶的模拟方面具有重要的作用。

由于其结构特性、生理活性、反应活性及其他优良的特性,几十年来苯并咪唑及其衍生物的合成及应用研究从未间断,至今仍十分的活跃[4]。

3.1.1苯并咪唑类抗菌剂

苯并咪唑类杂环化合物是一类活性很强的杀菌剂,在植物病害的防治方面起着重要作用[5-8],主要品种为多菌灵和苯菌灵。

其作用机理是与植物病原的β-微管蛋白结合,破坏β-微管蛋白的功能,抑制病原菌的有丝分裂和形态建构。

这两种杀菌剂诞生后发展很快,迅速成为杀菌剂市场的领头军,时至今日仍有相当的市场。

然而,由于已经使用了三十年之久,目前已有抗性报道。

因此继续不断研制新型高效的杀菌剂是该领域的迫切需求。

多菌灵苯菌灵

多菌灵磷酯是在多菌灵基础上发展起来的一个新品种,将多菌灵与磷酸连接,杀菌范围及杀菌效果与多菌灵相似,而成本明显降低[1]。

多菌磷灵酯

3.1.2苯并咪唑类质子泵抑制剂

消化系统疾病是常见的多发病之一，其中以溃疡最为常见．研究表明，胃酸被认为是消化性溃疡的最主要致病因素之一，无论手术还是药物治疗，减少胃酸分泌已成为促进溃疡愈合的最常用手段。

质子泵抑制剂（protonpumpinhibitors，PPI）亦称H+／K+-ATP酶（质子泵）抑制剂，是一类新型的抑制胃酸分泌的药物[9,10]。

由胃酸分泌的机理可知，胃壁细胞膜上的毒蕈碱受体（MR）、胃泌素受体（GR）和组胺H2受体（H2R）分别受到乙酰胆碱、胃泌素和组胺的刺激后引起胃壁细胞分泌胃酸。

分泌出来的胃酸必须依靠位于壁细胞的管状囊泡和分泌管膜上的H+／K+-ATP酶才能把胃壁细胞中的H+转运到胃腔中形成胃酸。

因此，抑制此酶的活性，可抑制各种因素引起的胃酸分泌。

迄今为止，质子泵抑制剂是已发现的作用最强的一类胃酸抑制剂。

正成为此类药物研究的热点。

国内外众多学者对此类化合物及其活性作了研究和报道。

先后上市的奥美拉唑、兰索拉唑和泮托拉唑及雷贝拉唑、埃索美拉唑、莱米诺拉唑及吡帕拉唑等,从其化学结构上看,均是吡啶甲基亚磺酰基苯并咪唑类化合物。

3.1.3苯并咪唑在固相萃取中的应用

带杂环取代基的硫醚或亚砜类萃取剂用于萃取分离钯，黄章杰等选取合成的己基苯并咪唑硫醚（HBMS）为研究对象，将其制备成HBMS固相萃取树脂，对HBMS树脂固相萃取钯的性能、萃取机理以及萃合物的组成等进行研究；并培养出HBMS-Pd（Ⅱ）萃合物单晶，实现从分子结构水平上研究咪唑类杂环硫醚萃取剂萃取Pd（Ⅱ）的机理。

黄章杰等以甲基丙烯酸甲酯为单体，二乙烯苯与二甲基丙烯酸乙二醇酯组成复合交联剂，经聚合反应形成共聚物骨架，此骨架除具有疏水性的烷基链外，还具有带一定极性的酯基官能团，属中等极性共聚物，而被包埋于其中的萃取剂硫醚分子中带有极性基团，与传统Levextrel型萃淋树脂比较[11,12]，该共聚物骨架与萃取剂之间的作用力增强，萃取剂不易流失。

己基苯并咪唑硫醚（HBMS）

3.1.4苯并咪唑在荧光探针方面的应用

　近年来,荧光探针技术在生命科学和生物医学研究领域应用越来越广泛,发挥着越来越重要的作用[13,14]。

因此,开发出新型更灵敏的,同时要避免生物荧光背景干扰的荧光探针已经成为目前研究的热点.2-（2’-羟基苯基）苯并咪唑（HPBI）及其衍生物是一类重要的荧光化合物,通过激发态分子内质子转移过程（ESIPT）发射具有大的斯托克斯位移的特征荧光,并且荧光量子产率高、光稳定性好,在新型荧光探针的开发、生物领域的分子开关、聚合物紫外稳定剂等方面有着重要意义,应用前景也十分广泛。

3.1.5苯并咪唑在予焊剂方面的应用

　2-烷基苯并咪唑是印制电路板用水溶性耐热予焊剂的主要成份[15]。

在印制电路板制造中,线路图形作好之后,通常需要进行予涂处理,以保护焊盘的铜不被氧化,使印制电路板获得优良的可焊性。

以2-烷基苯并咪唑为主要成份的予焊剂,由于2-烷基苯并咪唑与铜之间的络合反应,以及2-烷基苯并咪唑分子之间的氢键和范德华引力,在铜表面上形成2-烷基苯并咪唑-铜络合物膜,它是一层致密、疏水、耐热的防氧化膜,又具有优良的可焊性能。

以2-烷基苯并咪唑为主要成分的予焊剂,不含有机溶剂，在印制电路板进行装配、焊接之后,可实现无氟利昴等有机溶剂的水洗净化或无洗净化,大大改善了作业环境。

这类予焊剂特别适用于孔化印制板和挠性板的予涂处理,已广泛用于表面贴装工艺（SMT）的印制电路板生产[16]。

3.1.6聚苯并咪唑（Polybenimidazole,PBI）的应用

聚苯并咪唑通常由芳香族胺和芳香族二元羧酸,或其衍生物缩聚而得。

聚苯并咪唑是最早应用于耐高温粘结剂的杂环高分子之一,其瞬间耐高温性能优良,对许多金属及非金属都有良好的粘合性能,也有优异的耐高低温交变及超低温的性能。

可用于粘接铝合金、铣合金、铜、钢、金属蜂窝结构等,还可以用于玻璃纤维或炭纤维增强复合材料的粘结剂。

PBI纤维具有比一般玻璃纤维、聚芳酰胺纤维更为优越的尺寸稳定性和耐磨性,同时具有突出的阻燃性能,且在400℃以上仍具有非常优良的力学和电学性能,因此常被用作航空及宇航人员防护用的不燃烧材料。

还被应用于超音速飞行器的雷达天线罩、整流罩、尾翼,和耐烧蚀涂层、印制线路板、宇宙飞船耐辐射材料等。

随着航天技术的发展和巡航导弹飞行速度的进一步提高,耐高温的聚苯并咪唑复合材料将具有更广阔的发展前景。

将类骨材料羟基磷灰石（HA）沉积在聚合物表面来制备HA/聚合物复合材料已成为目前的研究热点.表面沉积的HA的高生物活性使得此复合结构在组织修复领域具有潜在的应用。

以聚[2,2-（对氧基联苯）-5,5′-苯并咪唑]（OPBI）以及磺化聚[2,2′-（对氧基联苯）-5,5′-苯并咪唑]（SOPBI）作为聚合物基体沉积HA层是非常有意义的工作.具有咪唑基团的OPBI和SOPBI在生物医学方面有着广泛的潜在应用.在一定pH范围内可呈现出固定Ca2+或HPO2-4的能力。

同时,SOPBI含有的磺酸基团提供了负电表面,从而提高了固定Ca2+的能力。

另外,作为燃料电池薄膜的常用材料,OPBI和SOPBI呈现出对水亲和性、湿态下优异的机械和优良的热稳定性,这对HA沉积的基体材料而言也是一大优势[17]。

OPBI

3.2苯并咪唑衍生物的合成

由于苯并咪唑衍生物的优良特性和广泛应用,此类化合物合成方法的研究,特别是1位和2位取代的衍生物的合成研究吸引了众多研究者的注意。

近年来,为适应“绿色化学”的要求,研究人员不断努力开发更加高效且环境友好的合成新方法。

现就2-取代苯并咪唑合成研究的新成果作简要综述。

3.1邻苯二胺与羧酸的反应

通过邻苯二胺与羧酸及其衍生物的反应合成苯并咪唑及其衍生物是一个相当传统的合成路径。

传统的方法往往需要较为苛刻的条件—强酸性条件、较高的温度、很长的时间等。

近年来,国内外研究人员不断探索研究,以期找到能在更温和的实验条件下有效进行此类反应的新方法。

王元有[18]以邻苯二胺和间苯二甲酸、对苯二甲酸为原料，以多聚磷酸和五氧化二磷为介质，加热4-6h，合成了1，3-二（2-苯并咪唑基）苯和1，4-二（2-苯并咪唑基）苯两种化合物。

此合成方法具有反应条件温和，操作简单，成本低，有较高的产率（80%以上）等优点。

利用该方法可较大规模的制备双（2-苯并咪唑基）苯，因此该合成方法具有很大的潜在工业生产价值。

图一

李英俊[19]等采用熔融法，以邻苯二胺和芳氧基乙酸为原料合成出了10种2-芳氧甲基苯并咪唑化合物。

该合成方法具有操作简便、无需溶剂和催化剂、产率较高、绿色环保等优点，克服了已有方法的不足之处。

图二

近年来苯丙咪唑的合成技术也在逐渐改进，尤其是微波技术的引入，大大缩短了合成时间，提高了产率。

戴卫东[20]等利用多聚磷酸为溶剂，在微波辐射的条件下，以邻苯二胺和丁二酸为原料，经过考察不同的反应物配比、酰化反应温度、酰化反应回流时间、环合反应微波辐射时间、氮气保护时间等实验条件，得到了合成双（2-苯并咪唑基）乙烷的最佳工艺条件是丁二酸与邻苯二胺摩尔配比为1∶2.2；酰化反应温度为180℃，酰化反应时间为3.5h；环合反应微波辐射时间为10mins，氮气保护时间为4h，产率可达到50%。

有关2-氨基烷基苯并咪唑化合物的合成报道很少。

传统的合成方法是采用HCl做催化剂，使邻苯二胺与氨基酸及其衍生物经加热回流多步反应所得。

其缺点是方法单一、反应时间较长、反应条件较为苛刻、副反应较多、产率较低等。

鉴于此,经过反复实验,马柏林[21]等寻找出一条较为理想的工艺路线，利用微波能够促进反应的性能，以苯二胺和氨基酸为原料、HCl做催化剂，一步合成了2-氨甲基苯并咪唑，并通过对物料比、反应时间、微波辐射输出功率的探讨，优化了反应条件，大大减少了反应时间，保证了较高的产率，同时降低了原料的消耗，而且后处理容易，对环境无污染。

图三

杂多酸是一类由两种以上不同含氧阴离子缩合而成的多聚态化合物，因其分子中存在独特的Keggin结构及在许多酸催化反应中都具有良好的催化活性而受到人们的广泛关注。

刘鸿[22]等主要探讨了用磷钨杂多酸作催化剂，以邻苯二胺和水杨酸为原料，微波促进合成了2-（2-1H-苯并咪唑基）苯酚，该反应条件简单快捷，产物易分离提纯。

图四

吕维忠[23]等在微波辐射下，以邻苯二胺和苯乙酸为原料、盐酸为化剂，无溶剂成功合成了2-苄基苯并咪唑，利用数字熔点仪、红外光谱、核磁共振氢谱等方法对产物进行了表征，并得到确认。

3.2邻苯二胺与醛的反应

现大多采用邻苯二胺与醛在氧化剂作用下制备苯并咪唑衍生物，这种方法较传统方法有了很大的改善，可以降低反应温度，但该法需要氧化剂的参与，副产物较多，分离和提纯目标产物相对困难，同时对环境污染也较大。

因此，氧化剂法制备苯并咪唑衍生物仍需进一步改进。

已有文献报道，用活性炭负载氧气作氧化剂，合成苯并咪唑衍生物。

空气中富含氧气和其他氧化性气体，因此，空气本身就是一种天然的氧化剂，直接利用空气参与反应，既可避免由于使用各种氧化剂带来的副反应及环境污染问题，又可实现很好的经济效益。

于丽颖[24]等探索用空气作氧化剂，邻苯二胺与4-氯苯甲醛反应生成2-（4-氯苯基）苯并咪唑优化的合成反应条件。

实验结果表明该法具有操作简便、产率较高、产品纯度高、后处理简单等优点。

李维思[25]等利用NaHSO3与醛加成形成羟基磺酸盐,再加入邻苯二胺,在乙醇中回流反应,旋转蒸发除去溶剂,即可得到2-取代苯并咪唑。

反应操作简单,避免了使用催化剂带来的副反应和环境污染问题,同时产率令人满意。

图五

传统方法往往需要较为苛刻的条件——强酸性条件，较高的温度，很长的时间等。

近年来，国内外研究人员不断探索研究。

以期找到能在更温和的实验条件下有效进行此类反应的新方法。

韩相明[26]等报道微波辐射下以KHSO4为促进剂，通过邻苯二胺与各种芳醛的缩合和空气氧化环化反应合成了2-芳基取代苯并咪唑，该方法具有反应速度快，操作简单、后处理容易、产率较高、环境友好等优点。

图六

3.3其它方法

近年来，在过渡金属催化的有机反应中采用氟两相催化（nuorousBiphasicCatalysis，FBC）技术已成为最重要的实现催化剂分离和回收的手段之一。

最近，陶锋[27]等所在的课题组开展了氟两相催化技术在药物合成中的应用研究，发现在氟两相体系中以3-甲基-4-丁酰氨基-5-氨基苯甲酸甲酯为原料，在不用乙酸的条件下，反应能以94％的高产率获得2-正丙基-4-甲基-6-甲氧羰基苯并咪唑，催化剂用量只需0.3％（催化剂相对于原料的摩尔分数），而且含有催化剂的氟相连续套用10次，催化活性没有明显降低。

本法是一种具有较好应用前景的清洁生产工艺。

图七

近年来,含有苯并咪唑结构的化合物因为常具有广泛的生理活性和医疗方面的应用而得到重视。

但是,通常苯并咪唑类化合物需要结构比较特殊的原料，经过分子内关环反应来合成。

以邻硝基苯胺为起始物,通过还原关环来合成苯并咪唑类化合物虽然也有文献报道，但是都用比较复杂的过渡金属催化剂，所以应用前途较差。

朱洪[28]等以连二亚硫酸钠（俗称保险粉）Na2S2O4为还原剂,硝基的还原及关环一步完成,即生成苯并咪唑类化合物。

图八

以邻硝基苯胺为起始原料,通过还原关环来合成苯并咪唑虽也有文献报道,但大部分采用比较复杂的过渡金属催化剂（如In,Pd/C等）,先将邻硝基苯胺还原,然后再与酸及其衍生物（或者醛）缩合,不仅还原剂（如Raney-Ni,NaH等）不易得到、成本相对较高,而且步骤多、操作繁琐；或者还原剂用量大（如还原剂为保险粉Na2S2O4时,其用量为起始原料邻硝基苯胺摩尔数的3倍）,使其应用前景受到一定的限制。

因此,毛郑州[29]等介绍一种以邻硝基苯胺为原料,氯化亚锡为还原剂,碘化钾为催化剂,还原催化依次进行,盐酸溶液中一锅法合成苯并咪唑类化合物的新方法。

在该方法中,邻硝基苯胺首先被氯化亚锡还原为邻苯二胺,紧接着邻苯二胺和芳香醛在碘化钾的催化下合成苯并咪唑化合物,其成本低廉,可大大简化实验和后处理步骤,实用性强,且以水为溶剂符合绿色化学要求,为苯并咪唑化合物的合成提供了一种新的方法。

图九

近年来寻找更加绿色的方法合成新型苯并咪唑衍生物备受关注。

王璐[30]等报道了在无溶剂、无催化剂条件下邻苯二胺与1,3-二氯丙酮的新反应,高产率地合成了新型苯并咪唑类化合物.该方法具有反应条件温和、反应时间短等优点,该反应符合绿色化学的要求.

图十

参考文献:

[1]李焱,马会强,王玉炉.苯并咪唑及其衍生物合成与应用研究进展[J].有机化学,2008,28

（2）:

210-217.

[2]贾艳梅,张继平,席艳芸,等.樟子松幼龄林枯死的防治措施研究[J].西北林学院学报,2006,21（4）:

101-104.

[3]WATTEBLEDL,LASCHEWSKYA,MOUSSAA.Aggregationnumbersofcationicoligomericsurfactants:

Atime-resolvedfluorescencequenchingstudy[J].Langmuir,2006,22（6）:

2551-2557.

[4]景崤壁，毕晓昕，汪清，等.新型含有苯并咪唑取代基的多取代吡啶类化合物及其配合物的合成与表征[J].有机化学，2010，30（4）：

539-545.

[5]崔文辉,张有明,魏太保.2-芳氧甲基苯并咪唑类化合物的合成[J].合成化学,2006,（4）:

364-367.

[6]王健,吴同,傅小红,等.2种苯并咪唑衍生物在微波作用下的固相合成[J].应用化学,2004,21（12）:

1233-1236.

[7]WeiTB,ChenJC,ZhangYM.Synthesisofnary-4-methylphenoxyacetamidesbymeansofliquid-liquidphasetransfercatalysis[J].ChinChemLett,1995,6

（3）:

205-209.

[8]WeiTB,ChenJC,ZhangYM.Phasetransfercatalysedsynthesisoflaryloxya-

cetyl-4-（2-furoyl）thiosemicarbazidederivative[J].ChemResearch（S）,1995,

（4）:

138-140.

[9]赵冰，张肩翔．中国蜡梅种质资源花性状的变异分析[J]．园艺学报，2008，35（3）：

383—388．

[10]MafikoK，lkueM，KazumiehiA，eta1．TwonewtryptaminederivedalkaloidsfromChimonanthuspraecoxf.Concolor[J].TetrahedronLet,2006,47

（1）：

3199

-3202．

[11]黄文强,李晨曦.吸附分离材料[M].北京:

化学工业出版社,2005:

23−26.

[12]何炳林,黄文强.离子交换与吸附树脂[M].上海:

上海科技教育出版社,1995:

16−57.

[13]HiranoT,KikuchiK,UranoY,etal.Highlyzinc-selectivefluorescentsensor-moleculessuitableforbiologicalapplications[J].JAmChemSoc,2000,122（49）:

12399-12400.

[14]HiranoT,KikuchiK,UranoY,etal.Improvedfluorescentprobesforzinc,ZnAFs,suitableforbiologicalapplications[J].JAmChemSoc,2002,124（23）:

6555-6562.

[15]王绅典,谢川,等.水溶性耐热型预焊剂研究[J].电子工艺技术,1994,（5）:

14～16.

[16]谢川，王绅典，刘玉书.2-烷基苯并咪唑的合成及应用[J].四川联合大学学报，1999,3（5）：

58-63.

[17]黄霞芸，史子兴，印杰.羟基磷灰石在磺化聚醚苯并咪唑薄膜表面的生长[J].高等学校化学学报，

[18]王元有.两种苯并咪唑类衍生物的合成方法及其性质[J].工程技术与应用，2010,7

（1）：

51-58.

[19]李英俊，刘丽军，靳煜.熔融法合成2-芳氧甲基苯并咪唑化合物[J].有机化学，2009,29（11）：

1825-1828.

[20]戴卫东,李泉,钱礼华.双（22苯并咪唑基）乙烷的合成工艺研究[J].江西师范大学学报，2009,33（3）：

275-278.

[21]马柏林,邓平,崔军凯.微波辐射合成2-氨甲基苯并咪唑[J].西北林学院学报，2010,25（3）:

167-169.

[22]刘鸿，温明.微波辐射磷钨杂多酸催化合成2-（2-1H-苯并咪唑基）苯酚[J].化学工程师，2009,8:

16-24.

[23]吕维忠，刘波，王芳，等.微波辐射下2-苯基苯并咪唑的合成及表征[J].精细化工，2009,26（6）：

521-541.

[24]于丽颖，罗亚楠.2-（4-氯苯基）苯并咪唑的合成[J].农药，2009,48

（1）：

17-30.

[25]李维思，石倩，李振江.两步法无催化剂高效合成22取代苯并咪唑[J].应用化学，2009,26

（2）：

130-134.

[26]韩相明，马会强，王玉炉.微波辐射下2一芳基取代苯并咪唑的合成[J].河南师范大学学报,2008,36

（1）：

131-132.

[27]陶锋，易文斌.氟两相体系中2-正丙基-4-甲基-6-甲氧羰基苯并咪唑的合成[J].精细化工，2007,24（8）：

809-812.

[28]朱洪，黄文忠，浦家齐.邻硝基苯胺还原关环一步法合成苯并咪唑类化合物[J].上海大学学报，2007,13

（1）：

77-81.

[29]毛郑州，汪朝阳，宋秀美，等.由邻硝基苯胺一锅法合成苯并咪唑化合物[J].有机化学，2009,29（6）：

985-988.

[30]王璐，张广亮，周军，等.无溶剂无催化剂合成新型苯并咪唑衍生物[J].苏　州大学学报，2010,26

（1）：

83-85.