六種苯并咪唑化合物的NMR分析*

趙春欣，宗春蕾，高 翔，郭 娟，孫 偉

(1 合成與天然功能分子化學教育部重點實驗室，西北大學化學與材料科學學院，陜西 西安 710127；2 大陸動力學國家重點實驗室，西北大學地質學系，陜西 西安 710029)

苯并咪唑類化合物是由苯環與咪唑環連在一起構成的具有多種生物活性的化合物，含有這類結構的物質具有殺菌[1]、抑菌、殺蟲[2]等作用，如對多種由真菌引起的病害作物有防治效果的多菌靈(Carbendazim)和苯菌靈(Benomyl)[3]，用于人、畜寄生蟲疾病的防治的奧芬達唑(Oxfendazole)[4]，具有抑制植物細胞分裂增長的苯噻草胺(Mefenacet)[5]等藥物都含苯并咪唑(Benzimidazole)結構。這類化合物的衍生物通常在苯并咪唑環的1、2位上進行取代，其2位取代基對苯并咪唑環活性影響很大，對其它位置的出峰位置有較大的影響[6]。

本文利用核磁共振技術對苯并咪唑(G1)、2-甲基-苯并咪唑(G2)、2-巰基-苯并咪唑(G3)、2-氨基-苯并咪唑(G4)、2-羥基-苯并咪唑(G5)，5-氨基-6-甲基-苯并咪唑酮(G6)，6種苯并咪唑化合物的結構(圖1)進行了表征，應用一維1H NMR、13C NMR和二維ROESY、HMBC、HSQC對其1H、13C信號進行了指認歸屬[7-15]。

圖1 6種苯并咪唑化合物的化學結構

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

PABBO-5mm多核寬帶探頭、Avance III-400 MHz超導核磁共振儀，德國布魯克科技有限公司；ST-500核磁試管(Φ5 mm)，NORELL。

6種苯并咪唑化合物(純度99%)，阿拉丁試劑公司；氘代甲醇MeOD、氘代二甲亞砜DMSO(氘代度99.8%)，CIL。

1.2 實驗條件

2 結果與討論

2.1 1H NMR譜分析

圖2 6種苯并咪唑類化合物1H NMR譜

如圖2所示，苯并咪唑2位取代基不同，H-4/H-7苯環區氫原子不程度向高場移動，峰型不斷變尖銳，底部變窄。G4苯環區的H-5/H-6向低場移動，并與H-4/H-7重疊。G5使用溶劑DMSO，氫譜中觀察到了活潑氫(δH10.60)，積分值顯示有2個質子，說明兩個活潑氫出在同一位置，苯環區氫原子出峰表現為一個單峰，推測G5化學結構高度對稱，變為苯并咪唑酮。G6為苯環區5、6位被-NH2、-CH3取代的苯并咪唑酮，該結構在譜圖中苯環區顯示有2個處于高場區的單峰。

2.2 重水交換譜分析

圖3 重水交換1H NMR譜

對G5進行重水交換實驗，原來δ 6.923的單峰變成了一組多重峰(圖3)，同時活潑氫的峰強減弱，說明1、2位的活潑氫被2H (D)取代后，破壞了G5苯并咪唑的對稱結構，對氫的化學位移影響較大，但在圖4中發現，重水交換后對13C的化學位移影響不大。

圖4 重水交換13C譜

2.3 13C NMR譜分析

如圖5所示，G1到G5的碳譜中，受2位取代基團的影響，其峰型與化學位移均發生改變，受2位吸電子基團的影響，C-2均向低場移動，在G4中處于最低場。C-8/9在G1和G2中均為小包，在G3中，峰型發生變化，表現為一個較小的尖峰，說明2位取代基的電負性大于碳原子電負性時，會對苯環區C-8/C-9位置的季碳原子造成影響，減弱鄰位N原子的電四極矩馳豫的影響。在G6中發現，苯環5、6位被取代后，將增加苯環上碳原子的不對稱性，表現為出現7組峰，其中最低場處為C-2；位于高場，強度最大的2組峰為C-4/C-7，其余為苯環的季碳原子。

圖5 6種苯并咪唑類化合物13C NMR譜

2.4 二維NMR譜分析

圖6 G6的2D ROESY譜圖

以G6為例，在ROESY譜圖中(圖6)，以G6的甲基特征峰H-10為出發點，觀察到相關點是H-7，則苯環區另外一個出峰位置是H-4。

通過HSQC(圖7)，可以看到H-4，H-7，H-10在譜圖中與13C有相關點，分別對應于C-4、C-7、C-10，從而確定了G6結構中3個碳原子，其余的季碳原子需要通過HMBC指認。

圖7 G6的2D HSQC譜圖

在HMBC(圖8中)，化學位移δC156.8和δC97.20沒有觀察到與氫原子有交叉峰出現，從G6結構中可以看出，只有C-2和C-4與氫原子沒有遠程耦合關系，從出峰強度和化學位移確定是δC156.8是C-2，因此δC97.20是C-4；δC139.7的碳原子與H-7和H-10有交叉峰出現，確定是C-5；δC128.4的碳原子只與H-7有交叉峰出現，確定是C-9；δC122.3的碳原子只與H-4有交叉峰出現，確定是C-6；δC117.1的碳原子與H-4和H-10有交叉峰出現，確定是C-8；δC110.5的碳原子只與H-10有交叉峰出現，確定是C-7；δC16.25的碳原子只與H-7有交叉峰出現，確定是C-10。

圖8 G6的2D HMBC譜圖

3 結 論

通過綜合運用一維1H NMR、13C NMR、二維1H-1H ROESY、HSQC、HMBC核磁共振技術，分析、歸屬了6種苯并咪唑化合物的所有1H、13C原子信號，結果見表1。

表1 6種苯并咪唑化合物的1H、13C歸屬*

*注：溶劑為DMSO。

苯并咪唑類化合物結構受2位取代基影響較大，2位取代基原子不同，對苯環區的出峰位置影響較大。通過分析比較發現，隨著2位取代基電負性的增加，不僅存在誘導效應，還存在共軛效應，因此苯環上氫原子和碳原子的化學位移歸屬要結合二維實驗等方法，對于重疊較厲害的氫譜區域，利用碳譜位置不易重疊的特點進行分析歸屬。