2-甲基苯并咪唑的合成

苯并咪唑类化合物是一种含有两个氮原子的杂环化合物，可作为药物中间体，制备人、畜的驱虫药物和柑桔属果类的杀真菌剂，以及果品保鲜剂。由于其结构的优越性和生理活性、反应活性以及其他优良特性，故它的应用十分广泛。因此，几十年来苯并咪唑及其衍生物的合成及应用研究从未间数据，至今仍十分活跃。本文报道的2-甲基苯并咪唑是一种具有较高价值和应用前景的有机化工产品。

实验部分

主要原料及试剂

邻苯二胺   化学纯   中国医药（集团）上海化学试剂公司

乙    酸   分析纯   江苏东都试剂有限公司

氢氧化钠   分析纯   江苏东都试剂有限公司

三氯甲烷   分析纯   苏州市第二化工研究所

实验仪器

DHT型搅拌恒温电热套  山东鄄城永兴仪器厂

WC-1型显微熔点测定仪  四川大学仪器厂

分析天平  北京市光学仪器厂

红外光谱测定仪  IMPACT410  美国NICOL Co

实验方法

    在圆底烧瓶中加入一定配比的邻苯二胺和乙酸，再加入磁子并在圆底烧瓶上装上冷凝管，恒温条件下（温度低于100℃时可用水浴加热，在装药品前预先加热水至所需）温度加热搅拌数小时，反应结束后自然冷却，再往反应液中滴加10%的氢氧化钠溶液，中和反应液中过量的乙酸直至出现黄色泥土状的固体，过滤，用少量蒸馏水清洗。将固体用热水溶解，加入0.5g活性炭进行脱色，趁热过滤，取母液冷却，析出黄色晶体，然后抽滤，烘干称重，计算转化率。

结果与讨论

    2-甲基苯并咪唑的合成过程中，影响转化率的因素主有有反应物的配比、反应时间、反应温度、加碱中和后的PH值等。具体影响如下：

邻苯二胺和乙酸的物质的量比对转化率的影响

    邻苯二胺与乙酸的反应可使一种反应物过量，来促进反应向生成产物2-甲基苯并咪唑方向进行，从而提高转化率。由于乙酸较邻苯二胺便宜，为了降低成本，此合成工艺选择了乙酸过量、邻苯二胺定量的方法。具体的乙酸与邻苯二胺的物质的量比轻声转化率的影响如表1。

表1  反应物的配比对产率的影响

    由表1可知，在其它反应条件一定的情况下（100℃水浴，加热搅拌2.5h，碱中和后PH=10），转化率随乙酸量的增加而提高，当乙酸与邻苯二胺的物质的量比达到2.77:1时，转化率基本不变。因此，乙酸与邻苯二胺的最佳物质的量比为2.77:1。

反应时间对产率的影响

    反应时间对该合成工艺的影响见下表2。

表2  反应时间对该合成工艺影响

    由表2可知，在其它反应条件一定的情况下（乙酸:邻苯二胺=2.77:1，100℃水浴，加热搅拌，加碱中和后PH=10），转化率随时间的增加而升高，当反应时间为2h时转化率高达82.4%，再增加反应时间，转化率基本保持不变。因此该工艺的最佳反应时间为2h。

反应温度对转化率的影响

反应温度对该合成工艺的影响见下表3。

表3  反应温度对转化率的影响

    由表3可知，在其它反应条件一定的情况下（乙酸:邻苯二胺=2.77:1，加搅拌2h，加碱中和后PH=10），转化率随着反应温度的升高而提高，当反应温度为100℃时，转化率达到最高值，随着反应温度的继续升高，转化率逐渐下降，这是因为温度超过100℃后，邻苯二胺在光和空气中氧化速度加快，导致转化率降低。因此，该合成工艺的最佳反应温度为100℃。

加碱中和后PH值对转化率的影响

    由于产物2-甲基苯并咪唑溶于酸性物质、浓的苛性碱和热水等，因此反应后必须用氢氧化钠溶液把反应液中未反应完的酸中和掉，并调至弱碱性直至出现大量黄色固体。PH值对转化率的影响见下表4。

表4  PH值对转化率的影响

    由表4可知，在其它反应条件下一定的情况下（邻苯二胺:乙酸=1:2.77,100℃水浴，加热搅拌2h），用10%的氢氧化钠溶液调节反应冷却后的反应液的PH值，转化率随PH值再升高转化率会降低。因此，用氢氧化钠溶液调节后的最佳PH值在10-11之间转化率最高，PH值再升高转化率会降低。因此，用氢氧化钠溶液调节后的最佳PH值为10左右。这是因为在酸性情况下，2-甲基苯并咪唑生成盐而溶于水，且这种盐溶于强碱，便不溶于弱碱，故PH值为10左右时转化率最高。

产物的熔点测定

    产物的熔点为177℃-179℃，与2-甲基苯并咪唑熔点的文献值175℃-176℃一致，说明产物可能为2-甲基苯并咪唑。

产物的红外光谱分析

  （1）3200cm^-1的吸收峰是仲胺基的伸缩振动峰，1628.28的吸收峰是N—H的弯曲振动峰，1276.23cm^-1处的吸收峰是C—N的伸缩振动峰，这说明了产物含仲胺。

  （2）3073.55cm^-1处的吸收峰是芳环C—H的伸缩振动峰，1554.17cm^-1、1500cm^-1、1418.29cm^-1处的吸收峰是苯环骨架伸缩振动峰，说明了有苯环邻二取代。

  （3）2999.43cm^-1、2925.32cm^-1处的吸收赂是烷基C—H的伸缩振动峰，1387.41cm^-1处的吸收峰是C—H的弯曲振动，说明产物含烷基。从图中未发现羰、羧基和伯胺的吸收峰，说明了不含反应物。

结论

  （1）实验结果表明，合成反应的最佳条件为：

乙酸与邻苯二胺的物质的量比=2.77:1，反应时间为2h，反应温度为100℃，加碱中和后的PH值为10，2-甲基苯并咪唑的转化率可达82.4%。

  （2）实验结果表明，用邻苯二胺与乙酸合成2-甲基苯并咪唑的工艺是合理可行的，该工艺流程简单，操作方便，反应时间短，成本低，产率高，不腐蚀设备，污染少。2-甲基苯并咪唑用途广泛，因此该工艺具有很好的发展前景。