咪唑并[1 2-a]吡啶的合成与表征

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　　摘要：介绍一个研究探索型有机化学综合设计实验——咪唑并[1，2-a]吡啶的合成与表征。该实验以商品化的2-氨基吡啶和氯乙醛为原料，在碳酸钾的作用下得到咪唑并[1，2-a]吡啶。针对有机实验教学中学生理论联系实际能力不足，本实验通过红外光谱和核磁共振氢谱表征以及对产物图谱的分析，使学生更深刻地理解有机基础课所学的波谱理论知识。
　　关键词：有机化学综合实验;咪唑并[1，2-a]吡啶
　　中图分类号：O6-0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）18-0279-02
　　有机化学实验是化学专业本科生必修的基础课程之一，传统的实验课堂，很多都是模式化的教育方式，即使学生不理解所做实验的内容，但是在老师的指挥下依次操作就可以顺利的完成实验。这样就导致一部分学生认为化学实验就是将不同的化学试剂混合在一起制备新的化合物的过程，而忽略了实验的本质。现在很多高校都在进行实验教学方面的改革，转变以往传统的教学模式。我们在这方面也进行了探索，发展自主式学习教育，就是以学生为中心，提前将实验课题介绍给学生，让他们自己去查询文献资料，总结实验方法，分析实验过程，对过程中遇到的问题大家一起进行讨论和研究。这种方式就是鼓励学生主动参与到实验教学中，让学生自己去设计和完成实验，从而可以大幅度的提升教学效果，培养学生的自主创新意识。
　　吡啶并咪唑类化合物是一类特殊的含氮杂环化合物，广泛存在于天然产物和药物结构中。大量含有咪唑并[1，2-a]吡啶结构单元的化合物被证明具有抗真菌、抗病毒、抗肿瘤、消炎、止痛、抑制失眠焦虑等生物活性。咪唑并[1，2-a]吡啶类衍生物在有机光电材料方面也得到了一定的应用。近年来随着有机合成方法学的快速发展，有关咪唑并吡啶的合成研究得到了越来越多人的关注。我们结合目前的科研工作，设计了一个关于咪唑并[1，2-a]吡啶类化合物的合成与表征的课题作为有机化学实验之一。该课题符合当前科学发展前沿，难度适宜。通过“调研—设计—合成—表征—总结”的实验过程，让学生更深入地理解科研工作的思路。该实验是对学生创新能力和实验能力的综合训练，可以安排两周内完成。
　　一、仪器与实验药品
　　1.仪器：圆底烧瓶（250ml），回流冷凝管（球形），量筒，干燥管，温度计，恒温磁力搅拌浴，磁子，天平;红外光谱仪（IR），核磁共振波谱仪（NMR）。
　　2.药品：2-氨基吡啶（2.35 g，25 mmol），氯乙醛（2.35 g，30 mmol），碳酸钾（6.9 g，50 mmol），乙醇（100 mL），乙酸乙酯，无水硫酸镁。
　　二、实验目的
　　1.按实验要求合成咪唑并吡啶，掌握回流、萃取和柱色谱的各部操作。
　　2.学习利用红外光谱和核磁共振氢谱等手段对所合成的化合物进行结构的初步鉴定，进而掌握其在有机合成中的应用。
　　3.探讨该实验的反应机理。
　　三、实验内容
　　（一）实验前的准备
　　要求学生通过相关的化学专业数据库查阅相关文献，给出合成咪唑并吡啶的方法以及设计具体的实验方案。
　　（二）咪唑并吡啶的制備
　　文献报道咪唑并吡啶的制备方法（辅助英文材料），请同学们按照以上所给原料及用量，结合辅助材料设计相应实验步骤，制备目标化合物。
　　（三）产物的红外光谱解析
　　红外吸收峰的位置与强度反映了分子结构特点，可以鉴别化合物的结构特征以及确定化学基团。分别测定了2-氨基吡啶，氯乙醛和咪唑并[1，2-a]吡啶的红外光谱，数据如下：
　　2-氨基吡啶：IR（KBr）3444，3289，3150，3071，
　　1624，1595，1559，1487，1439，1339，1326，1277，1141，985，763，736cm-1。
　　氯乙醛：IR（KBr）3017，1802，1712，1419，1360，
　　1291，1098，1021，955，596cm-1。
　　咪唑并[1，2-a]吡啶：IR（KBr）3105，1635，1505，
　　1340，1304，1235，1141，1027，740 cm-1。
　　（四）产物的核磁图谱解析
　　以CDCl3为氘代试剂，分别测定了2-氨基吡啶和咪唑并[1，2-a]吡啶的核磁共振氢谱，进一步证实了产物的结构，数据如下：
　　2-氨基吡啶：1H NMR（400 MHz，CDCl3） δ 8.07（dd，J=5.0，1.0 Hz，1H），7.42（ddd，J=8.3，7.2，1.9 Hz 1H），6.63（ddd，J=7.2，5.1，0.9 Hz，1H），6.49（d，J=8.3 Hz，1H），4.49（s，2H）.
　　咪唑并[1，2-a]吡啶：1H NMR（600 MHz，CDCl3） δ 8.13（d，J=6.7 Hz，1H），7.63-7.58（m，3H），7.16（t，J=7.8 Hz，1H），6.78（t，J=6.6 Hz，1H）.
　　四、实验结果与讨论
　　从2-氨基吡啶，氯乙醛以及咪唑并[1，2-a]吡啶的红外图谱可以看出，原料的氨基（3444，3289 cm-1）和醛基（1712 cm-1）的特征吸收峰消失。从2-氨基吡啶和咪唑并[1，2-a]吡啶的核磁共振氢谱可以看出，2-氨基吡啶的氨基峰4.49（s，2H）消失，且原料和产物氢的化学位移和峰形都发生了变化。
　　五、思考题
　　本实验得以实现的原因何在？实验中碳酸钾起到什么作用？
　　附：Preparation of imidazo[1，2-a]pyridine 　　To a 250 mL round-bottom flask was stirred 2-aminopyridine （2.35 g，20 mmol） in C2H5OH （100 mL），followed by subsequent addition of K2CO3 （6.9 g，50 mmol） and chloroacetaldehyde （2.35 g，30 mmol）.The reaction mixture was refluxed for 20 h and cooled to room temperature.After removal of solvent，water （50 mL） was added into the oily residue.The aqueous solution was extracted with EtOAc （3 × 20 mL） and the combined extract was dried with anhydrous MgSO4.The solvent was removed and the crude product was separated by column chromatography （eluted with petroleum ether：ethyl acetate=1∶1） to give a pure sample of imidazo[1，2-a]pyridine （Yellow oil，2.45 g，yield 83%）.
　　參考文献：
　　[1]董天顺，李国禄，刘金海[J].教育教学论坛，2016，（33）：96-97.
　　[2]赵新筠，周忠强，吴腊梅，等.大学化学[M].2018.
　　[3]朱莉娜，邵雪松，弓保津，等.大学化学[M].2018.
　　[4]马占营，高丰琴，张萍，等.大学化学[M].2018.
　　[5]Shaohua Wang，Wenjie Liu，Jinghe Cen，et al.Tetrahedron Letters[Z].2014，（ 55）：1589.
　　Abstract：In this work，a new organic chemistry comprehensive experiment — synthesis and characterization of imidazo[1，2-a]pyridine is developed.To obtain the target imidazo[1，2-a]pyridine，commercially available 2-aminopyridine and chloroacetaldehyde are utilized as the starting materials in the presence of potassium carbonate.In organic chemistry laboratory teaching，students usually lack the ability to relate theory with practice.Thus，the IR and 1H NMR of imidazo[1，2-a]pyridine was characterized and analyzed，which enables students to further understand the spectrum theory learned in organic courses.
　　Key words：organic chemistry comprehensive experiment;imidazo[1，2-a]pyridine
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