1,5-双(苯并三氮唑)戊烷的合成和抑菌性研究

高　霞， 张国春

(商洛学院 化学工程与现代材料学院 陕西省尾矿资源综合利用重点实验室， 陕西 商洛　726000)



1,5-双(苯并三氮唑)戊烷的合成和抑菌性研究

高霞， 张国春

(商洛学院 化学工程与现代材料学院 陕西省尾矿资源综合利用重点实验室， 陕西 商洛726000)

摘要：以苯并三氮唑和1,5-二溴戊烷为原料，采用传统回流和微波辐射两种方法，在聚乙二醇-400的催化作用下合成了1,5-双(苯并三氮唑)戊烷。通过考察传统回流法中反应时间和反应温度两个因素对化合物合成的影响，确定了较佳反应时间为90 min，较佳反应温度为100 ℃.利用元素分析、红外光谱、固体荧光光谱对化合物的结构和性质进行了表征和研究.采用菌落直径法研究了化合物对腐皮镰刀菌的抑菌性，结果表明其对腐皮镰刀真菌的生长具有一定的抑制作用.

关键词：1,5-双(苯并三氮唑)戊烷； 合成； 抑菌性

0引言

苯并三氮唑的用途广泛，主要用作过渡金属及其合金的缓蚀剂、金属防锈剂、照相防雾剂、有机合成的辅助试剂以及合成中间体等[1-7].苯并三氮唑衍生物具有生理和药理活性的结构，其与过渡金属离子构筑的化合物可以广泛应用于化学、生物和催化等领域[8-12].近年来，由苯并三氮唑与柔性C-C基团相结合得到的双(苯并三氮唑)烷烃柔性配体是配位化学研究的一个热点[13-22].这是由于此类配体的σ键可以自由旋转，在配位时具有较大的变形能力，易形成独特的结构.基于以上理论，双(苯并三氮唑)烷烃化合物的合成具有重要意义.

据文献报道，双(苯并三氮唑)烷烃化合物的合成通常有传统回流、微波辐射和超声辐射三种方法[23-27]，其中传统回流法装置较复杂，且反应时间较长；超声辐射法虽然反应条件温和，但温度不易控制；微波辐射法具有反应时间短，反应产率高的优点.本文先利用传统回流法探索合成了1.5-双(苯并三氮唑)戊烷化合物，并考察了合成过程中反应时间和反应温度两个因素对化合物产率的影响，确定了较佳反应温度和反应时间.随后利用微波辐射法，在较佳反应温度和反应时间条件下，采用与传统回流法等量的反应物和催化剂探索合成化合物，结果发现相同条件下采用微波辐射法合成化合物反应时间大大缩短，且化合物的产率也有所提高.化合物的结构经元素分析，IR谱确证，并对其荧光活性和抑菌性进行了初步测定.

1实验部分

1.1主要仪器与试剂

(1)主要仪器：微波反应器，WD800型，天津乐京电器有限公司；干燥箱，202-1-AB型，天津泰斯特仪器有限公司；红外光谱仪，Nicolet Avatar 360型，尼高力公司；元素分析仪，Vario ELIII型，德国元素分析系统公司；荧光光谱仪，PELS55型，美国PE公司.

(2)主要试剂：苯并三氮唑为分析纯，北京化工厂；1,5-二溴戊烷为分析纯，国药集团；聚乙二醇-400 (PEG-400)和二甲基亚砜(DMSO)为分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司.

1.2传统回流法合成1,5-双(苯并三氮唑)戊烷

在100 mL圆底烧瓶中加入2.930 0 g (10 mmol)苯并三氮唑、0.300 0 g (0.83 mmol) PEG-400、15 mL饱和碳酸钾水溶液，摇匀使其溶解.再加入2.229 4 g (10 mmol) 1,5-二溴戊烷，混合均匀.置于100 ℃的磁力搅拌锅内加热、回流90 min，使其充分反应.待反应结束，取出反应瓶.把产品转移至烧杯，待上层油状物质冷却后，有淡黄色固体产生.用乙醇-水重结晶，干燥，得白色针状物.化合物合成路线如图1所示.

图1　1,5-双(苯并三氮唑)戊烷的传统回流法合成路线

1.3微波辐射法合成1,5-双(苯并三氮唑)戊烷

在100 mL圆底烧瓶中加入与传统回流法等量的苯并三氮唑、PEG-400、饱和碳酸钾水溶液和1,5-二溴戊烷，混合均匀.置于微波反应器中，反应器上装有冷凝管.在500 W功率、温度100 ℃条件下辐射10 min，取出反应瓶.把产品转移至烧杯，待上层油状物质冷却后，有淡黄色固体产生.用乙醇-水重结晶，干燥，得白色针状物.化合物合成路线如图2所示.

图2　1,5-双(苯并三氮唑)戊烷的微波辐射法合成路线

1.4抑菌性实验

本实验采用菌落直径法，对1,5-双(苯并三氮唑)戊烷进行抑菌实验，所选菌种为腐皮镰刀菌，由土豆、葡萄糖和琼脂制备得到培养液，制作方法如下：取去皮土豆400 g，切成小块，加1 000 mL蒸馏水，煮沸30 min，边煮边搅拌.然后用纱布滤去土豆块，得滤液.将滤液倒入1 000 mL烧杯中，加蒸馏水至标线，加入葡萄糖和琼脂各20 g，加热搅拌后，在压力为0.1 MPa的高温蒸汽下灭菌40 min.取出培养液，置于无菌操作台上，将其转入直径为9 cm的培养皿中，制成培养基平板，待凝固后备用.

在无菌操作台上，取0.2 mL的腐皮镰刀菌菌液，注入制好的培养基平板上，用涂布器涂抹均匀，静置2 h后，倒置放入生化培养箱中，在28 ℃的温度下恒温3 d.称取不同质量的化合物，配制成系列浓度的样品溶液.准确量取一定体积的样品溶液，倒入培养皿中，制成含样品平板.然后将经纯化培养3 d后的菌种，用灭菌后的打孔器切取菌饼(直径=7 mm)并接种于含样品平板的中央.再将其倒置放于28 ℃恒温箱内，培养5 d后进行菌落直径测量.每个样品接三皿，每皿两个重复，取6次测量直径平均值，根据空白对照菌落直径和样品处理菌落直径的大小，计算样品对菌落的抑制率.抑菌率的计算公式为：

抑菌率=[(空白对照菌落直径—样品处理菌落直径)/空白对照菌落直径]×100%

2结果与讨论

2.1合成探索

采用传统回流和微波辐射两种方法合成化合物的反应条件以及化合物的物理性质见表1.由表1可知，在100 ℃的反应温度下，采用传统回流法合成化合物具有耗时长(90 min)，产率低(77.59%)的特点.在反应温度不变的情况下(100 ℃)，采用微波辐射下的相转移催化法，同样以PEG-400作为相转移催化剂，在饱和碳酸钾水溶液中，反应原料能够快速反应，反应时间明显地缩短，仅需10 min，且产率较高，可以达到85.74%.

根据文献报道[28]，有机化合物的产率受反应时间、反应温度、反应物摩尔比、催化剂种类及用量等多种因素的影响.本文以聚乙二醇-400作为催化剂，在反应物苯并三氮唑与1,5-二溴戊烷的摩尔比为1∶1的条件下，考察了反应时间和反应温度对传统水浴回流法合成1,5-双(苯并三氮唑)戊烷产率的影响.

表1　化合物的合成反应条件及物理性质

2.1.1反应时间对产率的影响

反应时间对1,5-双(苯并三氮唑)戊烷产率的影响见表2.由表2可知，在反应温度不变的条件下(均为100 ℃)，1,5-双(苯并三氮唑)戊烷的产率随着时间的延长，先增大后降低，可能是由于反应时间过短仅有部分原料参与反应，因此产率较低，随着反应时间的增长，产物产率也随之增大，但90 min以后随着反应时间的延长，产率并没有再增加，可能是由于反应物发生分子内双亲核取代反应而生成一种螺杂环化合物的副产物，它属于季铵盐，洗涤时可以被除去，从而导致产率降低，故反应的较佳时间为90 min.

表2　反应时间对1,5-双(苯并三氮唑)

2.1.2反应温度对产率的影响

反应温度对1,5-双(苯并三氮唑)戊烷产率的影响见表3.由表3可知，在反应时间不变的条件下(均为90 min)，1,5-双(苯并三氮唑)戊烷的产率随着温度的升高而增加.当反应温度为100 ℃时，产率较高，达到77.59%，故反应的较佳温度为100 ℃.

表3　反应温度对1,5-双(苯并三氮唑)

2.2结构表征

2.2.1元素分析

1,5-双(苯并三氮唑)戊烷化合物的元素分析结果见表4.从表4中的数据可以看出，实测值与理论值比较吻合，从而表明所合成的1,5-双(苯并三氮唑)戊烷化合物的纯度较高.

表4　1,5-双(苯并三氮唑)戊烷的

2.2.2红外光谱

1,5-双(苯并三氮唑)戊烷的红外谱图如图3所示，其中3 043 cm-1为苯环=C-H的伸缩振动吸收峰，2 937和2 864 cm-1归属为亚甲基的伸缩振动吸收峰，在1 000～1 600 cm-1范围内出现苯环和三氮唑的骨架振动吸收峰，714 cm-1归属为苯环邻二取代特征吸收峰.

图3　1,5-双(苯并三氮唑)戊烷的红外光谱图

2.2.3室温固态荧光光谱

如图4所示，我们研究了1,5-双(苯并三氮唑)戊烷的室温固态荧光性质.实验结果表明，此化合物具有强的荧光性能，激发波长为269 nm，以此波长激发，在波长为442 nm处产生最强的荧光峰.

图4　1,5-双(苯并三氮唑)戊烷的室温固态荧光光谱图

2.3抑菌性研究

取1,5-双(苯并三氮唑)戊烷3.0、6.0、9.0、12.0、15.0 mg，在无菌操作条件下分别溶于10 mL培养液中，配成浓度为0.30、0.60、0.90、1.20、1.50 g/L的样品溶液，加入3滴DMSO溶剂溶解.取配好的样品溶液10 mL倒入直径为9 cm的培养皿中，制成实验所需浓度的含样品平板.挑选出预先培养的腐皮镰刀真菌菌种，用直径为7 mm的打孔器切取菌饼，并接种于含样品平板的中央.然后倒置于培养箱中，在28 ℃下恒温5 d，观察记录培养基上菌体生长情况.每个样品接三皿(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)，每皿两个重复，取6次测量直径平均值，根据空白对照菌落直径和样品处理菌落直径的大小，计算样品对菌落的抑制率，实验结果见表5.

从表5可知，与空白对照样相比，含样品的培养基中腐皮镰刀真菌的生长速率较慢，这表明样品对腐皮镰刀真菌的生长具有明显的抑制作用，且加入不同浓度的样品对真菌的生长抑制作用不同，其中当样品浓度为0.30 g/L时，对腐皮镰刀真菌的生长抑制效果最差，抑菌率仅为4.69%；当样品浓度为0.90 g/L时，对腐皮镰刀真菌的活性较好，抑菌率达到45.31%.由于接种的腐皮镰刀真菌在培养基上向周围呈放射状生长，生长过程中菌落呈圆饼状，因而可以直接通过量取菌落直径，对其生长快慢进行比对.

表5　1,5-双(苯并三氮唑)戊烷对腐皮镰刀菌的

为了深入探究样品抑制腐皮镰刀真菌生长的适合浓度，在前期试验的基础上，取1,5-双(苯并三氮唑)戊烷各8.0、8.5、9.0、9.5、10.0 mg，在无菌操作条件下分别溶于10 mL培养液中配成浓度为0.80、0.85、0.90、0.95、1.00 g/L的样品溶液.重复上述实验步骤，探索系列样品浓度对腐皮镰刀真菌的实验结果见表6.由表6可知，样品浓度为0.85 g/L时，对腐皮镰刀真菌的生长抑制效果较好，抑菌率为48.44%.

表6　1,5-双(苯并三氮唑)戊烷对腐皮镰刀菌

3结论

本文选取苯并三氮唑和1,5-二溴戊烷为反应原料，设计并合成了1,5-双(苯并三氮唑)戊烷化合物.考察了传统回流法中反应时间和反应温度两个因素对该化合物合成的影响，最终确定其合成的较佳反应时间为90 min，较佳反应温度为100 ℃.利用元素分析、红外光谱、固体荧光光谱对化合物的结构和性质进行了表征和研究.采用菌落直径法，通过设计两组不同浓度梯度的实验，测试了化合物对腐皮镰刀菌的抑菌性，并测定了其对腐皮镰刀菌生长的最低抑菌浓度，结果显示其对腐皮镰刀真菌的生长具有一定的抑制作用，最低抑菌浓度为0.85 g/L，相应的抑菌率为48.44%.

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【责任编辑：蒋亚儒】

Synthesis and antibacterial activity of 1,5-Bis (benzotriazole) pentane

GAO Xia, ZHANG Guo-chun

(Department of Chemical Engineering & Modern Materials, Shaanxi Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Tailings Resources, Shangluo University, Shangluo 726000, China)

Abstract:Using benzotriazole and 1,5-dibromopentane as raw materials,1,5-Bis (benzotriazole) pentane was synthesized under reflux and microwave methods in the catalytic of polyethylene glycol 400.The effects of temperature and time on the yield of 1,5-Bis (benzotriazole) pentane under reflux method were investigated,the results showed that the better reaction conditions of time was 90 min and temperature was 100 ℃.It has been characterized by elemental analysis,Fourier-transform infrared spectroscopy and photoluminescence measurements.In addition,the antibacterial activity of the compound against fusarium solani was studied by using colony diameter method,which showed that it has a certain inhibition for the growth of fusarium solani.

Key words:1,5-Bis (benzotriazole) pentane; synthesis; antibacterial activity

中图分类号：O626

文献标志码：A

文章编号：1000-5811(2016)02-0107-05

作者简介:高霞(1983-)，女，陕西榆林人，讲师，研究方向：配位化学

基金项目：国家自然科学基金项目(21273171)； 商洛学院科研基金项目(14SKY002)

收稿日期:2015-11-12