Tổng hợp các hợp chất benzimidazole chứa nhóm pyrazole và tính toán hóa học lượng tử về các tính chất quang phổ và cấu trúc điện tử của chúng

Journal of Fluorescence - Tập 22 - Trang 201-212 - 2011
Ren Tie-gang1, Cheng Hong-bin1, Zhang Jing-lai1, Li Wei-jie1, Guo Jia1, Yang Li-rong1
1Fine Chemistry and Engineering Research Institute, College of Chemistry and Chemical Engineering, Henan University, Kaifeng, People’s Republic of China

Tóm tắt

Năm hợp chất benzimidazole chứa nhóm pyrazole đã được tổng hợp thông qua phản ứng một bước giữa o-phenylenediamine và 1-arylpyrazole-4-carbaldehyde trong ethanol dưới điều kiện nhẹ. Thành phần và cấu trúc của các hợp chất benzimidazole thu được được phân tích bằng phương pháp phân tích nguyên tố, phổ khối, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và nhiễu xạ tia X của tinh thể đơn. Quang phổ ánh sáng tử ngoại - khả kiến và quang phổ huỳnh quang của sản phẩm đã được đo. Hình học trạng thái nền (S0) và tần số dao động của chúng đã được xác định dựa trên phương pháp B3LYP, và hình học trạng thái kích thích đầu tiên (S1) đã được tối ưu hóa hoàn toàn dựa trên tập hợp cơ sở 6–31G (d, p) của phương pháp TD-B3LYP. Bên cạnh đó, các tính chất quang phổ của sản phẩm đã được tính toán dựa trên tập hợp cơ sở cc-pVTZ của phương pháp TD-B3LYP và so sánh với dữ liệu thực nghiệm tương ứng. Đã phát hiện rằng các hợp chất benzimidazole chứa nhóm pyrazole có thể dễ dàng được tổng hợp với năng suất cao thông qua phản ứng một bước giữa o-phenylenediamine và 1-arylpyrazole-4-carbaldehyde trong dung môi ethanol. Các tính chất huỳnh quang của năm hợp chất đã tổng hợp có mối liên hệ chặt chẽ với cấu trúc phân tử của chúng; và quang phổ huỳnh quang đã tính toán tương ứng tốt với các giá trị thực nghiệm. Hơn nữa, chúng có cấu trúc ổn định và độ phát quang mạnh, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong xét nghiệm fluoroimmunoassay theo thời gian và đầu dò DNA.

Từ khóa

#benzimidazole #pyrazole #tổng hợp hóa học #quang phổ #cấu trúc điện tử

Tài liệu tham khảo

Goodwin KD, Lewis MA, Long EC et al (2006) A high-throughput, high-resolution strategy for the study of site-selective DNA binding agents: analysis of a “highly twisted” benzimidazole-diamidine. J Am Chem Soc 128:7846–7854 Santos F, Raquel R, Antonio SF, Jorge B et al (2008) Synthesis of new fluorinated tebufenpyrad analogs with acaricidal activity through regioselective pyrazole formation. J Org Chem 73(21):8545–8552 Yin J, Elsenbaumer RL (2005) Efficient synthesis and characterization of novel bibenzimidazole oligomers and polymers as potential conjugated chelating ligands. J Org Chem 70(23):9436–9446 Via LD, Marini AM, Salerno S (2009) Synthesis and biological activity of 1,4-dihydrobenzothiopyrano[4,3-c]pyrazole derivatives, novel pro-apoptotic mitochondrial targeted agents. Bioorg Med Chem 17:326–336 Wang HY, Chen G, Xu XP et al (2010) Synthesis and properties of the bipolar triphenylamine-benzimidazole derivatives. Aust J Chem 63(4):712–718 Hirashima S, Suzuki T, Ishida T et al (2006) Benzimidazole derivatives bearing substituted biphenyls as hepatitis C virus NS5B RNA-dependent RNA polymerase inhibitors: structure-activity relationship studies and identification of a potent and highly selective inhibitor JTK-109. J Med Chem 49(15):4721–4736 Tong YP, Zheng SL, Chen XM (2006) Syntheses, structures, and luminescent properties of isomorphous hydroxo-bridged aluminum (III) and indium (III) compounds with 2-(2-hydroxyphenyl) benzimidazole. Aust J Chem 59(9):653–656 Wolkenberg SE, Zhao ZJ, Kapitskaya M et al (2006) Identification of potent agonists of photoreceptor-specific nuclear receptor (NR2E3) and preparation of a radioligand. Bioorg Med Chem Lett 16:5001–5004 Bali A, Bansal Y, Sugumaran M et al (2005) Design, synthesis, and evaluation of novelly substituted benzimidazole compounds as angiotensin II receptor antagonists. Bioorg Med Chem Lett 15:3962–3965 Ts Mavrova A, Anichina KK, Vuchev DI et al (2006) Antihelminthic activity of some newly synthesized 5(6)-(un)substituted-1H-benzimidazol-2-ylthioacetylpiperazine derivatives. Eur J Med Chem 41:1412–1420 Cablewski T, Francis CL, Liepa AJ (2008) N, N-dialkyl-N′-chlorosulfonyl chloroformamidines in heterocyclic synthesis. V the preparation of some benzimidazo-fused [1, 2, 4, 6]thiatriazine dioxides. Aust J Chem 61:59–65 Yan Yun-nan, Lin Dan-yan, Pan Wen-long et al (2009) Synthesis and optical behaviors of 2-(9-phenanthrenyl)-, 2-(9-anthryl)-, and 2-(1-pyrenyl)-1-alkylimidazole homologues. Spectrochim Acta Mol Biomol Spectros 74(1):233–242 Yan Y, Pan W, Song H (2010) The synthesis and optical properties of novel 1,3,4-oxadiazole derivatives containing an imidazole unit. Dye Pigment 86(3):249–2580 Huang ZL, Li N, Lei H et al (2002) Two-photon induced blue fluorescent emission of heterocycle-based organic molecule. Chem Commun 20:2400–2401 Huang ZL, Li N, Lei H et al (2003) Novel heterocycle-based organic molecules with two-photon induced blue fluorescent emission. J Mater Chem 13:708–711 Shi J, Tang CW, Chen CH (1996) US patent application no.08/700, 52 John B (1951) The chemistry of the benzimidazoles. Chem Rev 48(3):397–541 Salehi P, Dabiri M, Zolfigol MA et al (2006) Selective synthesis of 2-aryl-1-arylmethyl-1H-1,3-benzimidazoles in water at ambient temperature. Tetrahedron Lett 47(15):2557–2560 Lin SN, Yang LH (2005) A simple and efficient procedure for the synthesis of benzimidazoles using air as the oxidant. Tetrahedron Lett 46(25):4315–4319 Lee KJ, Janda KD (2001) Traceless solid-phase synthesis of 5-benzoylbenzimidazoles. Can J Chem 79(11):1556–1561 Vanden Eynde JJ, Delfosse F, Lor P et al (1995) 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone, a mild catalyst for the formation of carbon-nitrogen bonds. Tetrahedron 51(20):5813–5818 Bourgrin K, Loupy A, Soufiaoui M (1998) Trois nouvelles voies de synthèse des dérivés 1,3-azoliques sous micro-ondes. Tetrahedron 54(28):8055–8064 Stephens FF, Bower JD (1949) The preparation of benziminazoles and benzoxazoles from Schiff’s bases. Part I, J Chem Soc: 2971–2972 Lombardy RL, Tanious FA, Ramachandran K et al (1996) Synthesis and DNA interactions of benzimidazole dications which have activity against opportunistic infections. J Med Chem 39(7):1452–1462 Murru S, Patel BK, Bras JL et al (2009) Copper(I)-catalyzed synthesis of substituted 2-mercapto benzimidazoles. J Org Chem 74(5):2217–2220 Li Y, Ding K, Sandoval CA (2009) Hybrid NH2-benzimidazole ligands for efficient ru-catalyzed asymmetric hydrogenation of aryl ketones. Org Lett 11:907–910 Ryabukhin SV, Plaskon AS, Volochnyuk DM et al (2006) Synthesis of fused imidazoles and benzothiazoles from (hetero) aromatic ortho-diamines or ortho-aminothiophenol and aldehydes promoted by chlorotrimethylsilane. Synthesis 21:3715–3726 Zou BL, Yuan QL, Ma DW (2007) Synthesis of 1,2-disubstituted benzimidazoles by a cu-catalyzed cascade aryl amination/condensation process. Angew Chem Int Ed 46(15):2598–2601 Miehlich B, Savin A, Stoll H et al (1989) Results obtained with the correlation energy density functional of Becke and Lee, Yang and Parr. Chem Phys Lett 157(3):200–206 Becke AD (1993) Density–functional thermochemistry. III. The role of exact exchange. J Chem Phys 98(7):5648–5652 Guo CC, Ren TG, Wang J et al (2005) Synthesis, characterization and fluorescence properties study of meso-tetrakis (1-aryl pyrazole- 4-yl) porphyrins. J Porphyrins Phthalocyanines 9(6):430–436 Barreio EJ, Camara CA, Hugo V et al (2003) Design, synthesis, and pharmacological profile of novel fused pyrazolo [4,3-d] pyridine and pyrazolo [3,4-b][1,8] naphthyridine isosteres: a new class of potent and selective acetylcholinesterase inhibitors. J Med Chem 46(7):1144–1152 Sheldrick GM (1997) SHELXTL-97, program for the refinement of crystal structure[M]. University of Göttingen, Germany Jian FF, Yu HQ, Qiao YB et al (2006) 2-(4-chlorophenyl)-1H-benzimidazole. Acta Crystallogr E62:o5194–o5195 Rashid N, Tahir MK, Kanwal S et al (2007) 2-(4-fluorophenyl)-1H-benzimidazole. Acta Crystallogr E63:o1402–o1403 Jian FF, Bei FL, Wang X et al (2003) Synthesis and crystal structure of 2-chloromethyl-1H-benzimidazole nitrate, [ClCH2(C7H6N2)]NO3. Chin J Struct Chem 22(4):382–386 Guolbault GG (1973) Practied fluorescence, theory, methods, and techniques, chapter 3. Marcel Dekker, New York Shi JM, Yin HL, Wu CJ et al (2003) Syntheses, crystal structures and fluorescence emission of one-dimensional and mononuclear complexes generated from zinc(II) and carbamyldicyanomethanide. Polyhedron 22(4):493–498