兩種含吡唑基1,3,4-噁二唑衍生物的合成及光譜性質*

許文君，游金宗，胡飛飛，楊春霞，邊佳瑩，黃　娟，齊德強

(浙江外國語學院科學技術學院，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*

許文君，游金宗，胡飛飛，楊春霞，邊佳瑩，黃娟，齊德強

(浙江外國語學院科學技術學院，浙江杭州310012)

以苯乙酮為起始原料，與草酸二乙酯、水合肼反應得到5-苯基-1H-吡唑-3-甲酸乙酯，再通過親核取代反應、酯的肼解反應和合環反應，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，進一步與對甲基溴化芐發生親核取代反應得到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。所有中間體及目標化合物的結構均經核磁共振、紅外光譜、元素分析表征，并對目標化合物的紫外吸收光譜和熒光光譜性質進行了初步研究。

吡唑；噁二唑；合成；光譜

雜環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、醫藥、農藥領域的研究熱點。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發為殺菌劑、殺蟲劑、殺螨劑、除草劑及醫用藥物[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用于電發光儀器[4-6]。此外，利用它們的結構特點，對噁二唑骨架進行改造[7]，有望合成出功能多樣的雜環衍生物。

近年來，人們報道了眾多吡唑環、噁二唑環衍生物在光學及生物活性方面的應用研究[8-11]。盡管如此，通過官能團修飾，將吡唑環引入到1,3,4-噁二唑母體，并進行適當取代，合成吡唑連噁二唑硫醚(醇)類的化合物鮮有報道[12-13]。基于此，本文以苯乙酮為起始原料，經過多步反應，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)，化合物的結構經過核磁共振(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。

1　實驗部分

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Perkin-Elmer公司；UV-2550紫外-可見分光光度計，日本Shimadzu公司；FP-6200熒光光譜儀，日本JASCO公司；WRR熔點儀，上海精密科學儀器有限公司；RE52-99旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器廠；78HW-1數顯恒溫磁力攪拌器，杭州儀表電機有限公司。

1.2實驗方法

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，開始滴加苯乙酮(8.8 mL，0.07 mol)，控制滴加時間1 h，滴加完畢后，室溫反應3 h，向反應瓶中加入冰醋酸(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，繼續反應10 h，減壓蒸去大部分溶劑，抽濾，濾餅用水、石油醚洗滌，粗產品用乙酸乙酯進行重結晶，得白色固體，產率74%，熔點：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監測至反應終點，減壓蒸去溶劑，加入二氯甲烷，過濾，減壓濃縮除去溶劑，所得粗產品用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，產率66.1%，熔點92～93 ℃(文獻值[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)，加熱回流反應至原料完全消耗，減壓蒸去大部分溶劑，過濾，得粗產品，用少量乙醇重結晶得白色絮狀固體，產率89.8%，熔點：131～132 ℃(文獻值[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7 h，減壓蒸發除去大部分溶劑，將殘余物慢慢倒入冰水中，用乙酸調節pH=5～6，析出沉淀，過濾，水洗，得到類白色粗產品，再經乙醇重結晶得到白色固體，產率85.1%，熔點214～215 ℃。元素分析，(C18H14N4OS，%)：實測值為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)，充分攪拌后，慢慢加入氯化芐(0.45 g，3.6 mmol)，加熱回流，用TLC監測至反應終點，減壓蒸發除去溶劑，慢慢加入冰水中，充分攪拌，抽濾，依次用水，少量乙醇洗滌，得白色粉末，產率73.1%，熔點123～124 ℃。元素分析(C26H22N4OS，%)：實測值為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應化合物4和5上的不飽和C-H鍵伸縮振動，在3001～2769 cm-1和2987～2922 cm-1處的弱吸收峰對應4和5的為飽和C-H鍵伸縮振動。文獻[14]報道1,3,4-噁二唑-2-硫醇存在“硫醇-硫酮”互變異構現象，化合物4的紅外譜圖中沒有出現S-H特征吸收峰(2600～2550 cm-1)，并且在1305 cm-1處出現C=S鍵特征吸收峰，說明在固體狀態下，化合物4的主要存在形式為硫酮異構體，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)為內標，在核磁共振儀上測定了化合物的核磁共振譜圖。化合物4的核磁譜圖如圖3(a)所示，在化學位移為10.52 ppm處出現寬的單峰，對應S-H，而N-H的特征峰[2]沒有出現，證明化合物4在DCCl3中的主要存在形式為硫醇異構體。在7.84～7.82 ppm處的雙重峰對應Ar-H，7.44～7.21 ppm的多重峰對應Ar-H和吡唑環上的=C-H，在5.75 ppm處的單峰則對應亞甲基-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，化學位移為7.86～7.84 ppm的二重峰對應于與甲基相連的苯環上的Ar-H，7.36～7.24 ppm的多重峰對應于苯環上的Ar-H，7.16 ppm的二重峰對應于與甲基相連的苯環上的Ar-H，7.10 ppm 的單峰對應于吡唑環上的=C-H，5.91 ppm的單峰對應于與吡唑環相連的亞甲基上的N-CH2，4.48 ppm的單峰對應于與硫相連的亞甲基上的S-CH2，2.34 ppm的單峰對應于甲基上的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-可見分光光度計對其進行紫外光譜掃描，如圖4所示，化合物4特征吸收峰為300 nm，摩爾消光系數為9.35×104L/(mol·cm)，化合物5特征吸收峰為271 nm，摩爾消光系數為7.52×104L/(mol·cm)。與化合物4相比，化合物5的紫外吸收發生藍移(29 nm)，摩爾消光系數也顯著降低，這是由于化合物4的氫原子被對甲苯甲基取代之后，使得“苯環-吡唑-噁二唑”三環的剛性變差，共軛性降低，導致化合物5吸光度明顯減弱，吸收峰位置向短波長方向移動，產生藍移現象。

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(激發波長：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為激發波長，在350～550 nm范圍內對其進行熒光光譜掃描，所得熒光光譜如圖5所示。由圖可知，化合物4的最大發射波長為409 nm，化合物5的最大發射波長為408 nm。兩個化合物的最大發射波長沒有發生明顯改變，但與化合物4相比，化合物5的熒光強度明顯降低，這是由于化合物4的氫原子被對甲苯甲基取代之后，使得“苯環-吡唑-噁二唑”三環的剛性變差，熒光發生部分淬滅，導致熒光強度降低。

3　結　論

以苯乙酮為原料，通過五步反應，生成了兩種含吡唑基1,3,4-噁二唑衍生物。通過核磁共振、紅外吸收、元素分析表征了它們的結構，并初步研究了它們的紫外吸收光譜和熒光光譜性質,為進一步設計合成具有良好熒光性能及生物活性的新型雜環類化合物奠定了基礎。

[1]PATE M V, BELL R, MAJEST S, et al.Synthesis of 4,5-diaryl-1H-pyrazole-3-ol derivatives as potential COX-2 inhibitors[J].J Org Chem, 2004, 69(21): 7058-7065.

[2]PUTHIYAPURAYIL P, POOJARY B, CHKKANA C, et al.Design, synthesis and biological evaluation of a novel series of 1,3,4-oxadiazole bearing N-methyl-4-(trifluoromethyl) phenyl pyrazole moiety as cytotoxic agents[J].Eur J Med Chem, 2012, 53: 203-210.

[3]劉志昌,王應紅,張元勤,等.姜黃素-N-取代吡唑類衍生物合成及抑菌活性[J].有機化學,2012，32：1487-1492.

[4]王凱凱,張齊賢,李亞豐,等.含偶氮苯基元對稱雙二唑衍生物的合成及其發光性能[J].應用化學,2013,30(1):48-53.

[5]FENG LH, CHEN Z B.Light emitting conjugated molecule containing 1,3,4-oxadiazole,carbazole and naphthalene units[J].Spectrochica Acta Part A, 2006, 63(12): 15-20.

[6]BRAIN C T, PAUL J M, LOONG Y, et al.Novel procedure for the synthesis of 1,3,4-oxadiazoles from 1,2-diacylhydrazines using polymer supported Burgess reagent under microwave conditions[J].Tetrahedron Lett, 1999, 40(16): 3275-3278.

[7]宋慶寶,徐麗娟,馬淳.1,3,4-噁二唑類化合物合成及應用的研究新進展[J].浙江化工，2009，40(8):17-23.

[8]丁曉玲,孟寧,夏永,等.1-芳甲基-3-芳基吡唑-5-羧酸乙酯衍生物的合成與生物活性評價[J].有機化學，2007，27(12):1542-1546.

[9]BHAT B A, DHARK L, PURI S C, et al. Synthesis and biological evaluation of chalcones and their derived pyrazoles as potential cytotoxic agents[J]. Bioorg Med Chem Lett, 2005,15: 3177-3180.

[10]CHENG D M, MA F Y, LIU X Y. Pure red emission of dye-doped organic molecules from microcavity organic light emitting diode[J]. Opt Laser Technol, 2007, 39(4):720-723.

[11]BONDOCK S, ADEL S, ETMAN H A, et al. Synthesis and antitumor evaluation of some new 1,3,4-oxadiazole-based heterocycles[J]. EJMed Chem, 2011, 48(26):192-199.

[12]SCHüRER S C, BROWN S J, GONZALEZ-CABRERA P J, et al. Ligand-binding pocket shape differences between sphingosine 1-phosphate (S1P) receptors S1P1and S1P3 determine efficiency of chemical probe identification by ultrahigh-throughput screening[J]. ACS Chem Biol, 2008, 3(8): 486-498.

[13]XIA Y, DONG Z W, ZHAO B X, et al. Synthesis and structure-activity relationships of novel 1-arylmethyl-3-aryl-1H-pyrazole-5-carbohydrazidederivatives as potential agents against A549 lung cancer cells[J]. Bioorg Med Chem, 2011, 111(11): 6984-7034.

[14]MANSOUR A K, E I D M M, KHALIL N S A M. Synthesis and reactions of some new heterocyclic carbohydrazides and related compounds as potential anticancer agents[J]. Molecules, 2003, 8(10): 744-755.

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

國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201414275006)。

許文君(1994-)，女，本科生，主要從事有機功能材料的合成。

齊德強(1982-)，男，實驗師，主要從事有機功能材料的合成。

O621.3

A

1001-9677(2016)02-0039-04