許文君，游金宗，胡飛飛，楊春霞，邊佳瑩，黃　娟，齊德強(qiáng)

(浙江外國(guó)語(yǔ)學(xué)院科學(xué)技術(shù)學(xué)院，浙江　杭州　310012)

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兩種含吡唑基1,3,4-噁二唑衍生物的合成及光譜性質(zhì)*

許文君，游金宗，胡飛飛，楊春霞，邊佳瑩，黃娟，齊德強(qiáng)

(浙江外國(guó)語(yǔ)學(xué)院科學(xué)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州310012)

以苯乙酮為起始原料，與草酸二乙酯、水合肼反應(yīng)得到5-苯基-1H-吡唑-3-甲酸乙酯，再通過(guò)親核取代反應(yīng)、酯的肼解反應(yīng)和合環(huán)反應(yīng)，得到5-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-硫基-1,3,4-噁二唑，在碳酸鉀催化下，進(jìn)一步與對(duì)甲基溴化芐發(fā)生親核取代反應(yīng)得到5-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-(4-甲基苯甲基-2-硫基)-1,3,4-噁二唑。所有中間體及目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)均經(jīng)核磁共振、紅外光譜、元素分析表征，并對(duì)目標(biāo)化合物的紫外吸收光譜和熒光光譜性質(zhì)進(jìn)行了初步研究。

吡唑；噁二唑；合成；光譜

雜環(huán)化合物具有良好的熒光性能和廣泛的生物活性，逐漸成為化學(xué)、醫(yī)藥、農(nóng)藥領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。吡唑類衍生物具有諸如抗菌、消炎、降低血糖、抗癌等生物活性，許多吡唑衍生物已被開(kāi)發(fā)為殺菌劑、殺蟲劑、殺螨劑、除草劑及醫(yī)用藥物[1-3]。噁二唑類化合物不僅具有除草、殺菌、殺蟲、抗癌等生物活性，還因具有較好的熒光性能而同樣備受到人們的關(guān)注，一些噁二唑衍生物可作為熒光劑、閃爍劑和激光材料，有些衍生物還可以作為感光高分子應(yīng)用于電發(fā)光儀器[4-6]。此外，利用它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)噁二唑骨架進(jìn)行改造[7]，有望合成出功能多樣的雜環(huán)衍生物。

近年來(lái)，人們報(bào)道了眾多吡唑環(huán)、噁二唑環(huán)衍生物在光學(xué)及生物活性方面的應(yīng)用研究[8-11]。盡管如此，通過(guò)官能團(tuán)修飾，將吡唑環(huán)引入到1,3,4-噁二唑母體，并進(jìn)行適當(dāng)取代，合成吡唑連噁二唑硫醚(醇)類的化合物鮮有報(bào)道[12-13]?；诖?，本文以苯乙酮為起始原料，經(jīng)過(guò)多步反應(yīng)，合成了兩種含吡唑基的1,3,4-噁二唑衍生物，5-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-硫基-1,3,4-噁二唑(4)和5-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-(4-甲基苯甲基-2-硫基)-1,3,4-噁二唑(5)，化合物的結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)核磁共振(1H NMR)、紅外光譜(IR)、元素分析(EA)表征確證，研究了化合物的紫外吸收和熒光性質(zhì)。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

試劑：苯乙酮；草酸二乙酯；水合肼(80%)；氯化芐；對(duì)甲基溴化芐；二硫化碳；碳酸鉀；氫氧化鉀；二甲基亞砜；乙酸；乙腈；甲醇；乙醇；乙酸乙酯；石油醚(60～90 ℃)等均為市售分析純。

分析儀器：Nicolet iS10傅立葉變換紅外光譜儀，美國(guó)Thermo Fisher公司；AVANCE 300 MHz核磁共振譜儀。瑞士Bruker公司；PE-240C型元素分析儀，美國(guó)Perkin-Elmer公司；UV-2550紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，日本Shimadzu公司；FP-6200熒光光譜儀，日本JASCO公司；WRR熔點(diǎn)儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司；RE52-99旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；78HW-1數(shù)顯恒溫磁力攪拌器，杭州儀表電機(jī)有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

化合物1～5的合成路線如圖1所示。

圖1　化合物的合成路線

1.2.13-苯基-1H-吡唑-5-甲酸乙酯(1)

向250 mL三口燒瓶中加入金屬鈉(2.07 g，0.09 mol)和無(wú)水乙醇(100 mL)，攪拌至完全溶解，滴加草酸二乙酯(10.35 g，0.07 mol)，攪拌均勻后，開(kāi)始滴加苯乙酮(8.8 mL，0.07 mol)，控制滴加時(shí)間1 h，滴加完畢后，室溫反應(yīng)3 h，向反應(yīng)瓶中加入冰醋酸(10.3 mL，0.15 mol)，攪拌1 h后，滴加80%水合肼(6 mL，0.1 mol)，1.5 h滴完，繼續(xù)反應(yīng)10 h，減壓蒸去大部分溶劑，抽濾，濾餅用水、石油醚洗滌，粗產(chǎn)品用乙酸乙酯進(jìn)行重結(jié)晶，得白色固體，產(chǎn)率74%，熔點(diǎn)：138～140 ℃。IR(KBr，ν，cm-1)：3460(br)，3111(w)，2906(w)，1727(s)，1615(m)，1468(m)，1419(m)，1242(w)，1195(m)，1139(m)，1024(m)，762(s)。1H NMR(300 MHz，CDCl3，25 ℃，TMS，ppm)：7.74～7.69(m，2H，ArH)，7.34～7.20 (m，3H，ArH)，7.06～7.02(m，1H，Pyrazole，=C-H)，4.37～4.28(q，2H，CH2)，1.37～1.28(t，3H，CH3)。

1.2.21-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-甲酸乙酯(2)

向50 mL圓底燒瓶中加入化合物1(1.08 g，5.24 mmol)，碳酸鉀(0.71 g，5.14 mmol)，乙腈(25 mL)，攪拌15 min后加入氯化芐(0.79 g，6.24 mmol)。加熱回流，用TLC監(jiān)測(cè)至反應(yīng)終點(diǎn)，減壓蒸去溶劑，加入二氯甲烷，過(guò)濾，減壓濃縮除去溶劑，所得粗產(chǎn)品用V(乙酸乙酯):V(石油醚)=1:5作洗脫劑，硅膠柱色譜分離，得到白色晶體，產(chǎn)率66.1%，熔點(diǎn)92～93 ℃(文獻(xiàn)值[8]：92～94 ℃)。IR(KBr，ν，cm-1)：3460(br)，3142(w)，2984(w)，1720(s)，1453(m)，1325(m)，1261(s)，1096(m)，763(s)，728(m)，697(m)。1H NMR(300 MHz，CDCl3，25 ℃，TMS，ppm)：7.83～7.81(m，2H，ArH)，7.81～7.81(d，2H，ArH)，7.32～7.28(t，5H，ArH)，7.27～7.23(t，1H，ArH)，7.15(s，1H，Pyrazole，=C-H)，5.80(s，2H，NCH2)，4.33～4.28(m，2H，CH2)，1.36～1.33(t，3H，CH3)。

1.2.31-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-碳酰肼(3)

向化合物2(3.36 g，10.9 mmol)的甲醇(5 mL)溶液中加入80%水合肼(12 mL)，加熱回流反應(yīng)至原料完全消耗，減壓蒸去大部分溶劑，過(guò)濾，得粗產(chǎn)品，用少量乙醇重結(jié)晶得白色絮狀固體，產(chǎn)率89.8%，熔點(diǎn)：131～132 ℃(文獻(xiàn)值[13]132～133 ℃)。IR(KBr，ν，cm-1)：3452(br)，3302(w)，3277(w)，3197(w)，2982(w)，1680(s)，1613(s)，1544(m)，1447(s)，1328(m)，1208(m)，1103(w)，772(s)，723(m)，696(s)。1H NMR(300 MHz，CDCl3，25 ℃，TMS，ppm)：7.77～7.75(d，2H，ArH)，7.40～7.36(m，2H，ArH)，7.32～7.21(m，6H，ArH)，6.79(s，1H，Pyrazole，=C-H)，5.77(s，2H，NCH2)，3.81(bs，1H，NH)。

1.2.45-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-硫基-1,3,4-噁二唑(4)

向50 mL圓底燒瓶中加入化合物3(0.50 g，1.71 mmol)，乙醇(20 mL)，KOH(0.25 g，4.46 mmol)，攪至澄清，再緩慢滴加二硫化碳( 0.39 g，5.13 mmol)，回流反應(yīng)7 h，減壓蒸發(fā)除去大部分溶劑，將殘余物慢慢倒入冰水中，用乙酸調(diào)節(jié)pH=5～6，析出沉淀，過(guò)濾，水洗，得到類白色粗產(chǎn)品，再經(jīng)乙醇重結(jié)晶得到白色固體，產(chǎn)率85.1%，熔點(diǎn)214～215 ℃。元素分析，(C18H14N4OS，%)：實(shí)測(cè)值為C 64.73，H 4.32，N 16.68；理論值為C 64.65，H 4.22，N 16.75。IR (KBr，cm-1，v)：3096(br)，3001(w)，2941(w)，2811(w)，2769(w)，1639(s)，1507(s)，1483(s)，1455(s)，1329(w)，1305(s)，1183(m)，1055(s)，963(s)，761(m)，730(s)，683(m)。1H NMR(300 MHz，CDCl3，25 ℃，TMS，ppm)：10.52(s，1H，SH)，7.84～7.82(d，2H，ArH)，7.44～7.21(m，9H，ArH)，5.75(s，2H，NCH2)。

1.2.55-(1-苯甲基-3-苯基-1H-吡唑-5-基)-2-(4-甲基苯甲基-2-硫基)-1,3,4-噁二唑(5)

向50 mL圓底燒瓶中加入化合物4(1.0 g，3 mmol)，碳酸鉀(0.557 g，4 mmol)，乙腈(25 mL)，充分?jǐn)嚢韬?，慢慢加入氯化芐(0.45 g，3.6 mmol)，加熱回流，用TLC監(jiān)測(cè)至反應(yīng)終點(diǎn)，減壓蒸發(fā)除去溶劑，慢慢加入冰水中，充分?jǐn)嚢瑁闉V，依次用水，少量乙醇洗滌，得白色粉末，產(chǎn)率73.1%，熔點(diǎn)123～124 ℃。元素分析(C26H22N4OS，%)：實(shí)測(cè)值為C 71.38，H 5.04，N 12.72；理論值為C 71.21，H 5.06，N 12.78。IR(KBr，ν，cm-1)：3064(w)，3028(w)，2987(w)，2947(w)，2922(w)，1617(m)，1468(s)，1417(w)，1289(w)，1161(m)，1057(s)，810(m)，763(s)，721(s)，689(s)。1H NMR(300 MHz, CDCl3，25 ℃，TMS，ppm)：7.86～7.84(d，2H，ArH)，7.36～7.24(m，10H，ArH)，7.16(d，2H，ArH)，7.10(s，1H，Pyrazole，=C-H)；5.91(s，2H，NCH2)，4.48(s，2H，SCH2)，2.34(s，3H，CH3)。

2　結(jié)果與討論

2.1紅外光譜分析

采用KBr壓片法，在Nicolet iS10傅立葉變換紅外光譜儀上測(cè)定了化合物的紅外譜圖，化合物4和5的紅外吸收光譜分別如圖2(a)和(b)所示，在3096和3028 cm-1附近的吸收峰分別對(duì)應(yīng)化合物4和5上的不飽和C-H鍵伸縮振動(dòng)，在3001～2769 cm-1和2987～2922 cm-1處的弱吸收峰對(duì)應(yīng)4和5的為飽和C-H鍵伸縮振動(dòng)。文獻(xiàn)[14]報(bào)道1,3,4-噁二唑-2-硫醇存在“硫醇-硫酮”互變異構(gòu)現(xiàn)象，化合物4的紅外譜圖中沒(méi)有出現(xiàn)S-H特征吸收峰(2600～2550 cm-1)，并且在1305 cm-1處出現(xiàn)C=S鍵特征吸收峰，說(shuō)明在固體狀態(tài)下，化合物4的主要存在形式為硫酮異構(gòu)體，N-H的吸收峰則與水峰重疊。

圖2　化合物4(a)和5(b)的紅外光譜

2.2核磁共振分析

圖3　化合物4(a)和5(b)的核磁譜圖

以DCCl3為溶劑，以四甲基硅烷(TMS)為內(nèi)標(biāo)，在核磁共振儀上測(cè)定了化合物的核磁共振譜圖?；衔?的核磁譜圖如圖3(a)所示，在化學(xué)位移為10.52 ppm處出現(xiàn)寬的單峰，對(duì)應(yīng)S-H，而N-H的特征峰[2]沒(méi)有出現(xiàn)，證明化合物4在DCCl3中的主要存在形式為硫醇異構(gòu)體。在7.84～7.82 ppm處的雙重峰對(duì)應(yīng)Ar-H，7.44～7.21 ppm的多重峰對(duì)應(yīng)Ar-H和吡唑環(huán)上的=C-H，在5.75 ppm處的單峰則對(duì)應(yīng)亞甲基-CH2，化合物5的核磁譜圖如圖3(b)所示，該化合物的核磁共振共有七組信號(hào)，化學(xué)位移為7.86～7.84 ppm的二重峰對(duì)應(yīng)于與甲基相連的苯環(huán)上的Ar-H，7.36～7.24 ppm的多重峰對(duì)應(yīng)于苯環(huán)上的Ar-H，7.16 ppm的二重峰對(duì)應(yīng)于與甲基相連的苯環(huán)上的Ar-H，7.10 ppm 的單峰對(duì)應(yīng)于吡唑環(huán)上的=C-H，5.91 ppm的單峰對(duì)應(yīng)于與吡唑環(huán)相連的亞甲基上的N-CH2，4.48 ppm的單峰對(duì)應(yīng)于與硫相連的亞甲基上的S-CH2，2.34 ppm的單峰對(duì)應(yīng)于甲基上的CH3。

2.3紫外吸收光譜分析

將化合物4和5配制成濃度為1.0×10-5mol/L的DMSO溶液，用UV-2550紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)其進(jìn)行紫外光譜掃描，如圖4所示，化合物4特征吸收峰為300 nm，摩爾消光系數(shù)為9.35×104L/(mol·cm)，化合物5特征吸收峰為271 nm，摩爾消光系數(shù)為7.52×104L/(mol·cm)。與化合物4相比，化合物5的紫外吸收發(fā)生藍(lán)移(29 nm)，摩爾消光系數(shù)也顯著降低，這是由于化合物4的氫原子被對(duì)甲苯甲基取代之后，使得“苯環(huán)-吡唑-噁二唑”三環(huán)的剛性變差，共軛性降低，導(dǎo)致化合物5吸光度明顯減弱，吸收峰位置向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)，產(chǎn)生藍(lán)移現(xiàn)象。

圖4　化合物4和5的紫外光譜圖

2.4熒光光譜分析

圖5　化合物4和5的熒光光譜圖(激發(fā)波長(zhǎng)：334 nm)

將化合物4和5配制成濃度為1.0×10-5mol/L的DMSO溶液，以334 nm為激發(fā)波長(zhǎng)，在350～550 nm范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行熒光光譜掃描，所得熒光光譜如圖5所示。由圖可知，化合物4的最大發(fā)射波長(zhǎng)為409 nm，化合物5的最大發(fā)射波長(zhǎng)為408 nm。兩個(gè)化合物的最大發(fā)射波長(zhǎng)沒(méi)有發(fā)生明顯改變，但與化合物4相比，化合物5的熒光強(qiáng)度明顯降低，這是由于化合物4的氫原子被對(duì)甲苯甲基取代之后，使得“苯環(huán)-吡唑-噁二唑”三環(huán)的剛性變差，熒光發(fā)生部分淬滅，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度降低。

3　結(jié)　論

以苯乙酮為原料，通過(guò)五步反應(yīng)，生成了兩種含吡唑基1,3,4-噁二唑衍生物。通過(guò)核磁共振、紅外吸收、元素分析表征了它們的結(jié)構(gòu)，并初步研究了它們的紫外吸收光譜和熒光光譜性質(zhì),為進(jìn)一步設(shè)計(jì)合成具有良好熒光性能及生物活性的新型雜環(huán)類化合物奠定了基礎(chǔ)。

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Synthesis and Spectrum Properties of Two Pyrazole-based 1,3,4-Oxadiazole Derivatives*

XUWen-jun,YOUJin-zong,HUFei-fei,YANGChun-xia,BIANJia-ying,HUANGJuan,QIDe-qiang

(School of Science and Technology, Zhejiang International Studies University, Zhejiang Hangzhou 310012, China)

Ethyl 3-phenyl-1H-pyrazole-5-carboxylate was obtained by the reaction of acetophenone with diethyl oxalate and hydrazine hydrate. 5-(1-benzyl-3-phenyl-1H-pyrazol-5-yl)-1,3,4-oxadiazole-2-thiol was synthesized by reactions of nucleophilic substitution, hydrazinolysis and cyclization, which further reacted with 1-(bromomethyl)-4-methylbenzene in acetone in the presence of potassium carbonate to afford 2-(1-benzyl-3-phenyl-1H-pyrazol-5-yl)-5-(4-methylbenzylthio)-1,3,4-oxadiazole. The structures of all intermediates and products were confirmed by1H NMR, IR and elemental analysis. In additions, the UV-vis and fluorescence spectrum of two title compounds were investigated.

pyrazole; oxadiazole; synthesis; spectrum

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201414275006)。

許文君(1994-)，女，本科生，主要從事有機(jī)功能材料的合成。

齊德強(qiáng)(1982-)，男，實(shí)驗(yàn)師，主要從事有機(jī)功能材料的合成。

O621.3

A

1001-9677(2016)02-0039-04