3-苯并噁唑-6-甲酰基咔唑的合成

杨 旭，费学宁，谷迎春，李 超

(天津城市建设学院 材料科学与工程系，天津 300384)

咔唑及其衍生物具有较大的共轭体系及强的分子内电子转移性能[1]，其作为重要的精细化学品中间体被广泛应用于染料、医药、农药、香料、高分子等领域[2-3]．设计合成新型的咔唑衍生物成为近年来研究的热点之一．

苯并噁 唑类化合物有较强的吸电子能力，并具有强烈的荧光，有的还具有激光性能，可以用作光致发光材料、增白剂、激光染料和荧光探针[4-5]．同时，苯并 噁唑基及其衍生物由于其特殊的生理活性而被广泛应用于医药、农药、生物化学等领域，如作为杀菌剂[6]、除草剂[7]、抗肿瘤剂[8]等．

苯并噁 唑基是含有N，O杂原子的杂环化合物，具有优秀的推拉电子能力，将其引入咔唑中增长了分子共轭链，保持了分子刚性共轭平面结构，使得整个共轭单元分子的电荷重新分布，从而有利于提高分子的光学性能．为此笔者设计并合成了2个3-苯 并噁 唑-6-甲酰基咔唑衍生物(合成路线见图1)，其结构经1H NMR和MS表征，并初步研究了其荧光光谱．

图1 目标化合物合成路线

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

所用试剂均为市售分析纯．仪器：GF254型薄层色谱硅胶(青岛海洋化工有限公司)；柱层析色谱硅胶(青岛源博硅胶有限责任公司)；X-4数字显微熔点测定仪(温度计未经校正，北京泰克仪器有限公司)；Bruker AC-P400(400 MHz)型核磁共振仪，TMS为内标；质谱仪ESI 离子源(美国热电公司)；紫外-可见分光光度计(UV2550，日本岛津)；荧光分析仪 Cary Eclitse(美国 VARINA)．

1.2 合成方法

1.2.1 N-取代咔唑(1)的合成[9]

化合物1a的合成步骤参考文献[9]．

N-苄基咔唑 1 b的合成步骤同1a，白色针状晶体，产率 71.3%，m．p．113～115 ℃．1H NMR(400 MHz，CDCl3)δ：5.50(2H，s)，7.12(2H，d，J＝6.80 Hz)，7.22～7.26(5H，m)，7.35(2H，d，J＝8.40 Hz)，7.40～7.44(2H，t，J＝7.40 Hz)，8.13(2H，d，J＝7.60 Hz).MS(ESI)m/z：258(M+＋1)．

1.2.2 3-甲酰基-N-取代咔唑(2)的合成[9]

化合物2a的合成步骤参考文献[9]．

3-甲酰基-N-苄基咔唑2b的合成步骤同2a，白色固体，产率 68.6%，m．p．127～129 ℃．1H NMR (400 MHz，CDCl3)δ：5.52(2H，s)，7.12(2H，d，J＝5.60 Hz)，7.25(3H，s)，7.31～7.35(1H，t，J＝7.20 Hz)，7.39～7.43(2H，t，J＝8.00 Hz)，7.47～7.50(1H，t，J＝7.40 Hz)，7.95(1H，d，J＝8.40 Hz)，8.17(1H，d，J＝7.60 Hz)，8.62(1H，s)，10.07(1H，s，CHO)．MS(ESI) m/z：286(M+＋1)．

1.2.3 咔唑席夫碱(3a)的合成

将 1.2 g(5.2 mmol)3-甲酰基-N-乙基咔唑和0.8 g(8.0 mmol)邻氨基苯酚溶于40 mL无水乙醇中，回流，滴加5滴冰乙酸，反应4 h．反应完毕冷却至室温，将反应液缓慢倒入300 mL冰水中，析出黄色固体，过滤，冷乙醇洗涤，得黄色黏稠固体0.8 g，产物不经提纯直接进行下一步．

化合物3 b的合成同上，黄色固体，产物不经提纯直接进行下一步．

1.2.4 3-苯并噁唑基-N-乙基咔唑(4a)的合成

将1.2 g(3.9 mmol)席夫碱3a和2.1 g(9.6 mmol)三价醋酸锰溶于 50 mL的 DMSO 中，140 ℃反应24 h．反应完毕冷却至室温，将反应液缓慢倒入500 mL冰水中，析出红棕色固体，抽滤，洗涤，柱层析分离，得淡黄色固体 0.6 g，产率 52.4%，m．p．141～143 ℃．1H NMR(400 MHz，CDCl3)δ：1.43～1.48(3H，t，J＝7.20 Hz)，4.33～4.39(2H，m)，7.30～7.33(3H，m)，7.43(1H，d，J＝8.70 Hz)，7.46～7.50(2H，m)，7.56～7.59(2H，m)，8.18(1H，d，J＝7.80 Hz)，8.32～8.35(1H，m)，8.97(1H，s).MS(ESI)m/z：313(M+＋1)．

3- 噁苯并 唑基-N-苄基咔唑 4b的合成步骤同4a，白色固体，产率 60.4%，m．p．170～172 ℃．1H NMR(400 MHz，CDCl3)δ∶5.60(2H，s)，7.19(2H，d，J＝6.80 Hz)，7.29～7.32(3H，t，J＝6.40 Hz)，7.35～7.38(3H，t，J＝6.80 Hz)，7.44(1H，d，J＝8.00 Hz)，7.51(2H，d，J＝8.40 Hz)，7.64(1H，d，J＝8.00 Hz)，7.82(1H，d，J＝8.40 Hz)，8.26(1H，d，J＝7.60 Hz)，8.37(1H，d，J＝8.40 Hz)，9.09(1H，s).MS(ESI)m/z：375(M+＋1)．

1.2.5 3-苯并噁唑基-6-甲酰基-N-乙基咔唑(5a)的合成

在100 mL单口烧瓶中加入 DMF(7.7 mL，100 mmol)，冰水浴冷却下，缓慢滴加POCl3(9.5 mL，100 mmol)，溶液呈微红色．室温下，向其中缓慢滴加3- 噁苯并 唑基-N-乙基咔唑(3 g，10 mmol)的1，2-二氯乙烷溶液40 mL，滴毕，回流反应10 h．冷却至室温，将反应液缓慢倒入500 mL冰水中，二氯甲烷萃取，有机相水洗，干燥．柱层析分离得淡黄色固体 0.4 g，产率 13.3%，m．p．257～260 ℃．1H NMR(400 MHz，CDCl3)δ：1.48～1.52(3H，t，J＝7.60 Hz)，4.37～4.43(2H，m)，7.37～7.40(2H，m)，7.47～7.52(2H，m)，7.60(1H，d，J＝9.60 Hz)，7.79(1H，d，J＝9.60 Hz)，8.04(1H，d，J＝9.60 Hz)，8.38～8.40(1H，d，J＝10.80 Hz)，8.63(1H，s)，8.79(1H，s)，10.10(1H，s，CHO).MS(ESI)m/z：341(M+＋1)．

3- 噁苯并 唑基-6-甲酰基-N-苄基咔唑5 b的合成步骤同 5a，白色固体，产率 20.7%，m．p．212～214℃．1H NMR(400 MHz，CDCl3)δ：5.58(2H，s)，7.15(2H，d，J＝6.40 Hz)，7.30(3H，d，J＝6.40 Hz)，7.35～7.37(2H，t，J＝7.20 Hz)，7.46～7.52(2H，m)，7.60(1H，d，J＝7.60 Hz)，7.78(1H，d，J＝4.80 Hz)，8.02(1H，d，J＝8.40 Hz)，8.38(1H，d，J＝8.00 Hz)，8.70(1H，s)，9.05(1H，s)，10.11(1H，s，CHO).MS(ESI)m/z：403(M+＋1)．

2 结果与讨论

2.1 合成

咔唑N上有一对孤对电子，使得溴乙烷和溴化苄中溴离去后的碳很容易与咔唑上的 N发生亲核取代反应．甲酰化反应中使用DMF作为甲酰化试剂，1，2-二氯乙烷作为溶剂，反应时间10 h左右为最佳条件．席夫碱氧化所用的三价醋酸锰为自制，冰乙酸在使用前需经高锰酸钾精制以除去其中的还原性物质．

2.2 核磁共振

化合物 4的核磁共振波谱中，化学位移为8.97×10-6的单峰归属于咔唑环 4′位上的氢，在化合物 5 的核磁共振波谱上有化学位移为 8.79×10-6的单峰与之相对应，另外化合物 4 的化学位移中(7.46～7.59)×10-6的多重峰由 4个氢变为化合物5的(7.47～7.60)×10-6的 3个氢，其中 1个氢被甲酰基取代，而10.10×10-6的新峰为甲酰基上的活泼氢的化学位移，证明了化合物 5的结构是正确的，也间接地为化合物3的结构表征提供了重要佐证．化合物5 a和5 b的1H NMR类似，其他相应官能团的位移信号在谱图中都能得以确认．

2.3 荧光光谱

将化合物5a和5b分别溶于二氯甲烷，配置成相同浓度的溶液，在激发波长为360 nm的条件下，测定化合物5a和5b的荧光光谱，如图2所示．化合物5a和5b的发射波长分别为403.9，414.1 nm，后者相对于前者红移了10.2 nm，荧光强度增强了157．这主要是由于苯并噁 唑的引入扩展了分子的共轭链，使得分子中具有较大的共轭π键结构．N位上含有苄基的化合物5b与N位上含有乙基的化合物5a相比，发射波长发生红移，红移不多，发光强度增强，说明苄基的引入有可能使整个分子的共轭体系增大，对分子的荧光发射波长和对荧光强度稍有影响．

图2 化合物5a和5b的荧光发射光谱

3 结 论

本文设计合成了2个3- 噁苯并 唑-6-甲酰基咔唑衍生物，其结构经过1H NMR，MS表征，并将2个咔唑衍生物荧光光谱进行了对比．结果表明，相同浓度下，化合物 5 a最大吸收波长为 360 nm，最大发射波长为 403 nm，Stocks位移为 43 nm，相对于化合物5a，化合物 5b的最大发射波长增大了 10 nm，Stocks位移增大了11 nm，荧光强度也有所增加．两个目标化合物的合成为研究光电材料和光致变色材料提供了基础，可以作为发光材料化合物合成的中间体，此外，还可以作为制备荧光探针的中间体，进而合成应用于生物体系的荧光探针分子．

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