摘 要

苯并咪唑是苯并杂环化合物中的一种化合物，苯环上有2个氮原子，它的生理活性和反应活性均很好，所以苯并咪唑在最近几年来一直备受瞩目，广泛应用于各类领域。本文便是以苯并咪唑和碘代异丙烷为原料合成苯并咪唑季铵盐——碘化-1,3-二异丙基苯并咪唑。因这种N-杂环卡宾处于游离状态时很不稳定，所以以碘化-1,3-二异丙基苯并咪唑作为苯并咪唑卡宾合成的中间体，苯并咪唑季铵盐在一定环境下去质子便可形成苯并咪唑卡宾（NHC）。在卡宾于电化学环境中进行自组装前，先利用核磁共振法对季铵盐进行结构表征，以保证后期实验的顺利进行。在进行电极活化实验步骤的时候，我们根据实验的要求选择金电极作为工作电极；在配制溶液的时候，应该选择乙腈作为溶剂，把苯并咪唑季铵盐溶解到乙腈溶液中，最终配制成季铵盐乙腈溶液，以备电化学测试使用；测得金电极在季铵盐乙腈溶液中CV曲线，即对苯并咪唑季铵盐的循环伏安行为进行研究。实验中通过测得CV曲线和电化学阻抗谱图对苯并咪唑卡宾的电化学自组装层进行表征，并使用表面分析技术来表征反应前后的Au-NHC样品。对于NHC，循环伏安法和电化学阻抗的结果表明NHC在金电极表面形成了致密的自组装单层膜，并且还采用电化学阻抗谱研究卡宾自组装层的稳定性。

关键词：苯并咪唑 季铵盐 N-杂环卡宾 CV 电化学阻抗谱

Abstract

Benzimidazole is one of the benzoheterocyclic compounds. It has two nitrogen atoms on the benzene ring. Its physiological activity and reactivity all are very good. Thus, benzimidazole has attracted attention in recent years. Meanwhile, it is widely used in various fields. In this paper, benzimidazole and iodoisopropanol were used as raw materials to synthesize benzimidazole quaternary ammonium salt-1,3-diisopropylbenzimidazole iodide.Since this N-heterocyclic carbene is generally unstable in the free state, it uses 1,3-diisopropylbenzimidazole iodide as an intermediate in the synthesis of benzimidazole carbine,and the benzimidazole quaternary ammonium salt lost protons to form benzimidazole carbene (NHC)goes down in certain circum stances1.Before the self-assembly of carbene in an electrochemical environment, the structure of the quaternary ammonium salt was characterized by NMR to ensure the success of the subsequent experiments. In the electrode activation test step, we chose the gold electrode as the working electrode according to the experimental requirements; when preparing the solution, we should choose acetonitrile as the solvent.The benzimidazole quaternary ammonium salt is dissolved in the already dissolved solution and the final form is quaternary Ammonium salt acetonitrile.This solution was prepared for electrochemical testing.The CV curve of the gold electrode in the quaternary ammonium acetonitrile solution was measured. That is, the cyclic voltammetry behavior of the benzimidazole quaternary ammonium salt was investigated. In the experiment, the electrochemical self-assembled layer of benzimidazole carbene was characterized by CV curve and electrochemical impedance spectroscopy, and the Au-NHC samples before and after click reaction were characterized by surface analysis technique. For NHC, the results of cyclic voltammetry and electrochemical impedance indicate that NHC forms a dense self-assembled monolayer on the surface of the gold electrode, and electrochemical stability spectroscopy was used to study the stability of the carbene self-assembled layer.

Keywords : Benzimidazole；quaternary ammonium salt；N-heterocyclic carbene；CV；electrochemical impedance spectroscopy

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 氮杂环卡宾的发展概述 1

1.3苯并咪唑类化合物的合成方法 3

1.3.1邻苯二胺与脂肪胺反应合成苯并咪唑类化合物 4

1.3.2 邻苯二胺和月桂酸为原料合成苯并咪唑季铵盐 5

1.4 N-杂环卡宾的应用概述 6

1.4.1 咪唑盐在纳米组装结构中的应用 6

1.4.2 杂环卡宾金属镍配合物的合成与催化 6

1.5 N-杂环卡宾的制备 7

1.6本课题的分析方法与设计路线 9

1.6.1分析方法 9

1.6.2 设计总体方案路线 10

第二章 实验部分 12

2.1 实验仪器 12

2.2实验试剂 12

2.3苯并咪唑季铵盐的合成 13

2.4苯并咪唑卡宾的形成 14

2.4.1 Au电极的活化处理 14

2.4.2电化学还原卡宾的合成 15

2.5结果与讨论 16

2.5.1 碘化-1,3-二异丙基苯并咪唑核磁谱图分析 16

2.5.2 自组装层的电化学表征 17

2.5.3 自组装层的稳定性 19

第三章 结论 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1 引言

苯并咪唑环属于特殊的分子结构，即一个芳香杂环，且杂环上有2个N；由于苯并咪唑环存在的特殊结构，所以这种化合物可以和生命体中的酶与受体反应产生氢键，不仅如此它还可以与金属离子发生配位反应、P2P和疏水作用。另外，苯并咪唑化合物有很广泛的应用，既可作为表面活性剂^［２］、离子识别探针^［３］和有机合成中间体^［４］，也可作为金属缓蚀剂使用^［５］等等。随着这些应用的发展人们开始更加注重关于苯并咪唑化合物以及它性质方面的研究。此类化合物在临床上也有应用，例如它不仅可以治疗低血糖和生理紊乱这些症状，它在抗炎、抗真菌和抗癌方面也有良好的效果，因此这种化合物在药物化学中扮演着重要的角色；而且它还可以通过苯并咪唑化合物来模拟天然超氧化物歧化酶(SOD)的活性部位，进一步研究此类化合物的生化活性；这种类型的化合物不仅可以用作某些金属的表面处理剂及环氧树脂新型固化剂、催化剂，还能够以中间产物的身份应用在一些有机合成反应中。至于卡宾我们又称为碳烯，它不呈正负电性，而碳自由基也有类似的特点，所以卡宾是一种呈中性且性质活泼的中间体。氮杂环卡宾（NHC）不仅具有富电性，而且有容易修饰的结构和很强的配位能力，这些特点引起了许多化学家的关注。另外，如果我们要让氮杂环卡宾的电子性质、空间位阻和它的手性环境变得和之前不一样，则可以选择改变氮杂环卡宾环碳原子或氮原子上的取代基的方法来实现。由于游离的氮杂环卡宾不稳定，通常先合成苯并咪唑季铵盐，再以咪唑盐为反应中间体进一步生成氮杂环卡宾。

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