一类苯并恶唑活性及电子结构的DFT研究开题报告

1. 研究目的与意义

苯并恶唑和苯并噻唑是一类非常重要的含氮稠杂环化合物，是有机合成的重要先导骨架和母体，由它们衍生的化合物往往具有极高生物活性，因此在农药，医药和一些工业领域有着重要的作用。在农药开发中，苯并恶唑和苯并噻唑类化合物往往具有选择性好、活性高、绿色环保等优点而成为农药研究的主体也是当今农药开发的热点之一；在医药方面,苯并恶唑和苯并噻唑类化合物因具有消炎止痛、抗癌、抗肿瘤等活性而被制成新型药剂;在工业上，它们也有着重要的用途，可以用作染色剂、防腐剂，橡胶硫化促进剂、染料以及发光材料等。以邻氨基苯酚，邻氨基苯硫酚为原料先合成2-氯甲基苯并恶唑和2-氯甲基苯并噻唑两个中间体，再以它们为母体通过醚化反应合成了苯并恶唑和苯并噻唑类似物29个，通过¹hnmr、¹³cnmr、ir、ms等波谱学方法确定了化合物的化学结构,经过scifinder数据库检索，其中15个化合物为新化合物。本文对所得化合物用生长速率法进行抗植物真菌活性评价。结果表明:（1）化合物lb-9对八种植物真菌具有广谱活性，它对这八种植物病原真菌的活性大部分强于阳性对照恶霉灵。（2）lb-2对马铃薯干腐病菌(ic₅₀=0.03±0.32μg/ml)的活性明显强于阳性对照恶霉灵(ic₅₀=22.18±1.96μg/ml),对苹果炭疽病原菌(ic₅₀=83.35±1.61μg/ml)和苹果腐烂病菌(ic₅₀=37.98±0.86μg/ml)活性与阳性对照恶霉灵(ic₅₀分别为156.08±1.38μg/ml和159.49±0.78μg/ml)相当。（3）lb-29对番茄早疫病菌(ic₅₀=32.10±0.97μg/ml)，马铃薯干腐病菌(ic₅₀=8.48±1.29μg/ml)和苹果炭疽病菌(ic₅₀=32.78±1.32μg/ml)的活性比阳性对照恶霉灵(ic₅₀分别为96.72±1.00μg/ml，22.18±1.96μg/ml和156.08±1.38μg/ml)强。从化合物抗真菌活性结果推断构效关系如下：（1）苯并恶唑和苯并噻唑2位取代苯环上引入f,cl原子能增强活性；（2）苯并恶唑2位取代苯乙酮类化合物时2-取代苯环上间位活性最强，其次是邻位和对位。（3）总体上来看，所得的苯并恶唑类化合物对植物真菌的活性明显强于同类型的苯并噻唑类化合物。

2-氨基苯并恶唑衍生物是在生物、药物和材料科学中非常重要的一类化合物,因此发展这类化合物的新的合成方法成为了一个很重要的课题。近些年,直接碳-氢键官能团化的方法由于不需要预先对底物进行官能团的修饰,从原子经济性和反应过程来看无疑更具有优势。苯并恶唑类化合物的直接胺化法对于合成2-氨基取代的苯并恶唑类化合物即为一种理想方法,现有的方法包括使用不同的铜催化剂或通过酸和氧化剂共同作用等,人们对这类化合物的合成方法的探索仍在继续。可见光催化近来在有机合成领域得到了广泛关注,这种方法利用金属络合物或有机染料吸收可见光生成易于进行单电子转移的的激发态物质从而对反应物进行活化,通过单电子转移与反应物作用生成各种活性中间体从而应参与到不同类型的反应中,如环加成反应、芳杂环的烷基化和芳基化、卤代烷的还原脱卤等。光催化反应一般反应条件温和,在室温下即可发生,是一种非常好的产生自由基的方法,相较于一般的自由基反应不需要用到高活性的自由基引发试剂,相较于传统的光反应也无需用到特殊的光反应器,操作简便,且催化剂的投料量非常低。光催化还可以和其他催化体系结合,扩展了构成不同化学键的方法。但是在这些文献中还未见报道利用光催化方法合成2-氨基苯并恶唑衍生物的例子。如今可以将光催化的方法应用在苯并恶唑的胺化反应当中,使用铱的催化剂[ir(dtbpy)(ppy)2]pf6实现了对苯并恶唑衍生物的直接胺化。所选用的胺化试剂是氯代胺,在室温条件下通过光催化循环产生自由基与苯并恶唑类化合物反应即可生成相应的2-氨基取代的苯并恶唑化合物。此外该反应在不同的时间、温度、气体氛围下的反映效果,考查了不同催化剂、添加剂、溶剂对反应的影响。并利用最优条件对底物进行了扩展,底物范围涉及不同取代基的苯并恶唑,链状、环状的脂肪族二级胺,这些底物均能得到比较理想的产率。为了简化操作,还可以直接从二级胺通过一锅法合成2-氨基苯并恶唑衍生物的方法。同时还对反应的机理进行了初步研究。此外,最后还将该方法应用到了具有药理活性的大分子的合成当中,能够非常顺利的得到目标分子。

苯并恶唑类液晶材料的电化学机理和电化学发光行为的研究 苯并恶唑类化合物是一类发光性能良好的新型液晶材料,研究此类化合物的电化学和电化学发光性质及机理,可为有机电致发光器件的研究提供有用的信息。在研究了四种不同取代基(-h、-ch3、-c1、-no2)的苯并恶唑类化合物在苯和乙腈(v=1:1)的混合溶剂中的电化学和电化学发光行为之后得到结果,这类化合物均可发生单电子的可逆氧化和还原反应,其还原峰电位随取代基吸电子效应的增强(no2c1

2. 研究内容和预期目标

利用现代科技文献的查阅方法和手段，如因特网，网上图书馆，电子期刊数据库，查阅有关苯并恶唑的合成，用途，应用方面，有关理论研究方面的科技文献资料，并对文献进行综合，分析，研究总结。在此基础上，选择合适的量子化学计算方法，拟定出具体研究方案，写出开题报告。

查阅文献，设计理论计算方案，确定具体计算步骤，对苯并恶唑的相关参数进行高精度量子化学计算研究，通过研究训练培养动手能力，独立思考问题，独立解决问题的能力，初步提高自己的科研能力。研究的步骤如下：

学习并初步掌握量子化学计算软件gaussian 03的安装和操作→掌握几种常用的量子化学计算方法如am1,hf,mp2,b3lyp等的使用方法和适用研究体系→采用密度泛函方法优化出苯并恶唑的空间几何结构→对研究对象作频率分析，得到红外光谱数据等→计算得到体系的电荷布局→分析微观机理，得到分子轨道等信息→计算得到吸收光谱信息，如紫外吸收光谱数据→利用最新的福井函数，得到体系的反应活性部位

3. 研究的方法与步骤

运用化学办公软件chemoffice进行操作。首先通过g-view建模，再进行转坐标，接着通过g-03进行计算，确定分子结构和性质，如：键长，键角，红外光谱，最后得到精确的结构模型。

注：量子化学计算方法：am1 pm3 mndo 半经验法； hf从头算法；mp2微扰法；dft(b3yp)泛函法本实验主要采用b3yp mp2法以提高精确度

实验方程：hφ=eφ

4. 参考文献

· 杨琴, 任建东. 苯并噻唑衍生物的合成[j].宁夏农林科技. 2011, 12:5-8

·李鹏宇, 李江胜, 刘卫东, 李志伟, 付薪菱, 陈文奇. 苯并噻唑类杂环合成最新进展[j]. 精细化工中间体. 2011, 4:10-15

5. 计划与进度安排

2022-2-22~2022-3-1：确定论文方向，写出开题报告2022-3-2~2022-3-12：准备工作，搜集相关资料2022-3-13~2022-5-12：完成课题研究，准备撰写论文。

2022-5-13~2022-5-20：根据指导老师的讲评及意见，修改并提交论文草稿2022-5-21~2022-5-31：讲评论文草稿、集中解决有关论文漏洞问题并及时修改，基本完成论文大纲要求，论文成型，指导老师讲评修改并定稿2022-6-1~2022-6-18：整理打印论文、装订论文，准备参加答辩