前 言
随着现代有机合成的发展，杂环化合物在有机合成中的作用越来越重要，引起了许多有机化学家的重视。其中苯并咪唑类化合物是近年来研究最多的一类有机杂环化合物。苯并咪唑及其衍生物具有广泛的生物活性与特异的质子接受性能以及共轭酸碱性能；可作为DNA拓扑异构酶(Topo)抑制剂；具有抗癌、抗真菌、治疗低血糖及生理紊乱等。
苯并咪唑及其衍生物具有良好的生物活性，广泛用作医药、农药、抗真菌剂[2]等。还可与过渡金属形成的配合物，用于生物分子的模拟物。苯并咪唑类化合物具有良好的生物活性，如抗癌、镇静、抗真菌、消炎，治疗低血糖等，对于医药类方面，该类化合物所含的咪唑环和苯并咪唑杂环，能够用作抗炎药物、抗癌药物、镇静等药物活性，能够有效的协调生理平衡，对于农药类方面，可作为畜的驱虫药物，它的杀菌、抗菌性对一些真菌、病毒微生物等具有强的作用，另外，它还能作为种子消毒剂。对于化工方面经常用于金属缓蚀剂，其中包括它在各种不同金属如铁在盐酸、氢硫酸、氢氟酸，铜在硬水中都得到很好的缓蚀效果。除此之外，能够作为动物中毒的解毒剂。
苯并咪唑类化合物其显示杀菌活性的基本结构是苯并咪唑，这些杀菌剂不仅用于医药、农业，还用于涂料、合成树脂、纸制品、金属制品、家用电器等领域。苯并咪唑的系列产品非常多，其衍生物的开发与应用潜力巨大，具有广阔的市场和商机。2-甲基苯并咪唑是一种传统的杂环中间体，国内有近10家企业生产，年产能力约4000吨。该产品可用于医药、化工、农药、纺织和航天科技等领域。目前国内生产能力基本可以满足要求，但由于合成技术落后，质量还满足不了下游精细化产品的要求。4-甲基苯并咪唑是大宗胃药西咪替丁的主要成份，因疗效确切，价格低廉，在全球广泛应用。目前我国已成为世界西咪替丁主要生产国和供应国，国内制药厂以4-甲基苯并咪唑为原料的原药厂生产能力约4000吨，仅此一项每年消耗4-甲基苯并咪唑约1800吨。另外4-甲基苯并咪唑也是环氧树脂优良的固化剂，防蚀剂和农用化学品等领域也在不断发展。
苯并咪唑化合物还将在香料化学、有机化学等领域产生极大的影响，它是合成醛、酮、二醛、二酮、大环四酮和麝香酮的重要原料，特别是名贵香料麝香酮的合成。但到目前为止，由于合成路线复杂，麝香酮的工业合成仍未实现。目前提出的苯并咪唑盐，与Grin nard试剂的加成反应，可以为麝香酮的合成提供比较简便可行的合成路线。这些重要有机化合物的合成反应将在香料化学、有机合成化学领域产生较大的影响。
本研究方案采用邻苯二胺及醋酸为原料， 探索反应时间、反应温度、原料的摩尔比对产率的影响，找到合成2-甲基苯并咪唑的最佳反应条件，并对其结构进行了红外光谱表征。
1 文献综述
1.1 苯并咪唑类化合物的概述
苯并咪唑类化合物是一种含有两个氮原子的苯并杂环化合物，苯并咪唑及其衍生物具有良好的生物活性，如抗癌，抗真菌，消炎，治疗低血糖等，在药物化学中具有非常重要的意义，近年来一直受到有机化学家的关注。但反应通常需要很强的酸性条件，化学家们发现了微波辐射技术可以有效促进羧酸与邻苯二胺的反应合成羟甲基苯并咪唑，它较传统加热方法有明显提高，也能有更高的产率。加之其结构特性、生理活性、反应活性及其它优良特性，目前，此类化合物已被广泛应用于医药、金属防腐、航天等领域。
1.2苯并咪唑类化合物的合成方法
1.2.1邻苯二胺和羧酸(及其衍生物)作为原料合成
第一个苯并咪唑类化合物2，5-二甲基苯并咪唑( 1 )首次被科学家Hoebrecke合成后，Ladenburg用乙酸和4-甲基邻苯二胺在加热回流的条件下，同样也制得了化合物( 2 )[3]。从此，用邻苯二胺及其衍生物和有机酸的关环反应经常成为苯并咪唑类化合物制备的方法，但这种反应一般需要在强的酸性条件下才能进行，催化剂经常用HCl、对甲苯磺酸、多聚磷酸、混酸体系等和相对长的时间，较高的反应温度。
在高温高压，无催化剂存在的条件下，又发现了用水作为溶剂能够成功地合成苯并咪唑类化合物，产率可高达90%左右。用水作为溶剂，体现了绿色、环保的概念也减少了污染。因此，合成苯并咪唑出现了新的路径[4]。
1.2.2 邻苯二胺与醛的反应
较为传统的路线是由邻苯二胺与醛反应生成苯并咪唑，但是研究者们正在研发新的催化剂和反应条件用于这个反应。Das在室温的条件下，用溴化溴二甲基毓氧化脱氢，制得苯并咪唑类衍生物，产率可以达到 91%[5]。
Konwar等使用邻苯二胺和醛在I2/KI/K2CO3/H2O 的体系中反应生成苯并咪唑。该反应使用的是I2/KI./K2C03/H2O无毒的反应体系，温和的反应条件，操作简单方便，完全的体现了现代绿色化学的要求 。
邻苯二胺和醛的缩合反应还可以以空气作为氧化剂，Lin等并在反应中尝试使用不同溶剂发现其对反应的影响，从而发现四氢吠喃在100℃下的反应最为令人满意，甚至达到了91%的产率。
在原料比是1:2的条件下，王吉德等人发现邻苯二胺的1，2位均被取代。
2006年，Trivedi通过研究发现了可以用于邻苯二胺与醛反应的新的催化剂-金属铟化合物，该催化剂使反应具有较好的合成效果，其操作过程简洁方便，也有令人满意的产率 。
1.2.3以邻苯二胺和硫氰酸为原料的合成
苯并咪唑化合物也可以以邻苯二胺和硫氰酸为反应原料，在室温条件下向原料中加入二氯甲烷和催化剂，反应可得到苯并咪唑化合物，产率可达到75%以上。该方法是苯并咪唑化合物合成的重要方法之一 。
1.2.4邻苯二胺和氨基氰为原料的合成
1.2.5 邻苯二胺与酸酐的反应
反应时间被确定为邻苯二胺与酸酐反应的决定性因素，一般根据反应条件的不同，反应产物可为苯并咪唑或是N， N’-二酰基苯二胺。假如反应的时间越长，大部分反应产物为苯并咪唑。在日常实际应用中，经常采用乙酸酐。
反应的原理为：回流几个小时条件下，邻苯二胺与酸酐混合可得产物苯并咪唑。
在乙酸酐独自存在的情况下，邻苯二胺与酸酐的反应就可以进行，或者加入醋酸钠、醋酸。在15%的盐酸催化下，邻苯二胺和乙酸酐反应产率高达93.3%。
1.3苯并咪唑及其衍生物的应用
在化学与药学领域中苯并咪唑有着极其重要地位，有着特殊结构的苯并咪唑及其衍生物可以形成氢键与生物体内的酶和受体，也可以与金属发生配位形成疏水，与疏水之间发生相互影响。利用氢键及兀-兀键堆积作用过渡金属与苯并咪可以形成许多超分子化合物，它们拥有新颖的结构和特性。聚苯并咪唑在力学和电学领域也拥有着一定的应用价值。苯并咪唑及其衍生物在杀菌剂方面也有着很好的发展前景。其特殊的结构，生理活性和反应活性使其拥有十分广泛的应用。
1.3.1医药学方面的应用
(a) 苯并咪唑类抗菌剂
人们对苯并咪唑杀菌剂的研发早在20世纪中叶就开始了。特别是苯菌灵1.1（benomyl)，多菌灵1.2(carbendazim)，噻菌灵2.3(thiabendazole)的诞生，占有了相当市场，有些还沿用至今。
苯并咪唑多个位置上被取代都可以产生比较高的杀菌活性，并且2-取代的苯并咪唑与金属的配合物对大肠杆菌，金黄色葡萄球菌和霉菌都具有抑制作用。并且多数实验证明引入了金属提高化合物的抗菌活性和生物活性。特别是苯并咪唑与二茂铁这一种本身具有很强抗菌活性的物质反应生成的二茂铁磺酞基苯并咪唑类化合物1.5对马铃薯干腐病菌，番茄早疫病菌，烟草赤星病菌等的抑菌活性优于其他苯并咪唑类抗菌剂。
苯并咪唑类抗菌剂的作用机理是与植物病原的p-微管蛋白结合，破坏p-微管蛋
白的功能，抑制病菌的有丝分裂和形态的构建。
Schiff碱1.6具有抗肿瘤，杀菌的活性，在生化反应中起到转氨基的作用。文献报道了它在苯并咪唑2-位上发生取代时，可以提高苯并咪唑的杀菌活性。
(b)苯并咪唑类抗病毒药物
一类体外有显著效果的抗呼吸道合包病毒的药物有2[[2-[[1-(2-氨乙基)-4-哌啶基]氨基]-4-甲基-IH-苯并-1-基]甲基-6-甲基-3-吡醇等苯并咪唑低分子量取代衍生物。
苯并咪唑类衍生物可以作为一种有效的抑制剂抑制丙型肝炎病毒的原理是抑制丝氨酸蛋白酶的复制。
(c)苯并咪唑类质子泵抑制剂
胃酸分泌过多能直接导致消化性溃疡疾病病发，质子泵(H+/K+-ATP酶)能有效地抑制胃酸的分泌，目前通过抑制质子泵来有效的控制胃酸的分泌是研究者们治疗该疾病的重要方法。由于治疗消化系统溃疡取得了较高的疗效受到大家欢迎，有着广阔的市场前景。吡啶甲基亚磺酰基苯并咪唑类化合物的种类有兰索拉唑、雷贝拉唑、依索拉唑、奥美拉唑等都是现在比较常用的质子泵抑制剂。
1.3.2在抗腐蚀方面的应用
酸对金属具有腐蚀作用。然而化学工业生产中的一些大型设备，例如：热交换设备、传热设施还有冷却仪器中水垢的清洗都要不同程度的用到化学试剂酸，因此防腐是需要研究的重要问题。早在二十世纪八十年代的缓蚀剂中，苯并咪唑及其衍生物酸洗缓蚀剂具有较低的毒性，应用价值较高，能有效抑制金属在酸性条件下被腐蚀，大大提高了设备的使用年限。
为有效地抑制一些强酸如HCI、H2SO4等还有S02、H2S，在碳钢、铜、铝等优良金属中，苯并咪唑及其衍生物经常用作酸性介质中的缓蚀剂，其中应用量较大的是在大型的油田中有机酸洗缓蚀剂，它的研究和应用都获得了快速的发展。润滑油的抗腐蚀添加剂中也经常用到苯并咪唑类衍生物。
不同苯并咪唑及其衍生物对金属表面有不相同的吸附能力，加之于苯并咪唑上的两个N原子具有高效活性，容易吸附在金属表面，因此可以选择研究开发出不同的苯并咪唑及其衍生物来提高苯并咪唑类缓蚀剂在不同金属上的抗腐蚀性能。
1.3.3苯并咪唑在放射治疗中的作用
医学上常常用放射治疗的方法来控制肿瘤，但常常因为肿瘤中乏氧细胞对射线的抗性造成治疗效果不佳，有时甚至肿瘤会再次复发，研究发现应用化学中的增敏剂可以提高射线的放疗效果。2-硝基咪唑类化合物就是其中辐射增敏效果较显著的化合物之一，但因其对神经的毒副作用而未能被用于临床药物。而苯并咪唑可通过共轭作用来增强其亲电性，并增加其增敏作用，然后再通过降低其脂溶性来降低其毒性。经过科学家对苯并咪唑类化
合物的不断研究，发现硝基苯并咪唑有较好的增敏作用且低毒，并拿乏氧的中国仓鼠细胞V-79进行试验，发现其辐射增敏较好，有较好的增敏作用，对小白鼠的神经损伤和毒副作用都较小。
1.3.4聚苯并咪唑的航天应用
聚苯并咪唑主要是由芳香族胺和芳香族二元羧酸，或其衍生物缩聚而得。
聚苯并咪唑的瞬间耐高温性能优越，它的粘合性能对许多金属及非金属都有良好的效用，聚苯并咪唑还是最早应用于耐高温粘结剂的杂环高分子之一，它还有优良的超低温耐及高低温交变性能。可用于粘接铝合金、钢、铜、金属蜂窝结构等，在玻璃纤维或炭纤维增强复合材料的粘结剂中也经常用到。
聚苯并咪唑在400℃以上仍然具有非常优良的力学和电学性能，符合了航天技术的发展中对耐高温复合材料的需求，再加上它具有突出的阻燃性。因此，常被用作航空及宇航人员防护用的不燃烧材料。例如制备宇航服，它还拥有比其它树脂更为优越的稳定性和耐磨性，被应用于火箭助推器喷嘴耐火材料、导弹航天器的壳体框架、航天器的雷达天线罩、尾翼和印制线路板、切削耐热材料等。随着科学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。
1.4研究方案及目标
本研究用邻苯二胺与冰醋酸反应合成2-甲基苯并咪唑，探索反应原料摩尔比、反应时间，锌粉的用量对产率的影响，探索最适宜的合成路线，使产品的纯度及产率提高。通过红外光谱、熔点测定仪来表征其特性。
