1.1 苯并咪唑的性质简介
苯并咪唑又名间(二)氮茚，英文名称为Benzimidazole，英文别名为1,3-benzodiazole（简称BI或BIM）。其结构式如下：
它的一些物化性质如下：分子式C6H7N2，相对分子质量118.14，熔点169℃～171℃，沸点360℃。其性状为白色晶体，几乎不溶与苯、石油醚，微溶于冷水、乙醚，稍溶于热水，易溶于乙醇、酸溶液、强碱溶液。可以用蚁酸和邻苯二胺反应来制备[1]。在药物合成、缓蚀方面有着重要的用途。
1.2 苯并咪唑类化合物的合成
1.2.1 合成原理
苯并咪唑类化合物的合成方法主要分为两种。
第一种是用邻苯二胺与羧酸在有或无催化剂的情况下反应。此方法的合成原理可以分为两步，其中第一步是N-酰基化反应，第二步是氨基与羰基的加成成环和脱水反应[2]。其反应通式表示如下：
第二种是用邻苯二胺与醛反应，其合成原理也是分为两步，第一步是邻苯二胺与醛羰基缩合形成单或双席夫碱，第二步是席夫碱发生关环反应，氧化脱氢后得到目的产物[3]。其反应通式可表示如下：
1.2.2 苯并咪唑类化合物的合成方法
如上所述，用羧酸和邻苯二胺反应来合成苯并咪唑类化合物是两种方法之一。如，付红蕾等[4]以邻苯二胺和丙酸为原料，磷酸为催化剂，合成出了2-乙基苯并咪唑。其原料的摩尔比是1:2.5，反应时间为2.0h，反应温度约为100℃，磷酸用量为1.5mL时，最终得率为78.09%。
另外，王元有[5]研究了在多聚磷酸和五氧化二磷催化下，邻苯二胺分别与对苯二甲酸、间苯二甲酸反应合成出了两种苯并咪唑衍生物，产率均在80%以上。并且经过了红外光谱，紫外可见光谱的初步表征，还定性研究了它们的荧光性质。其合成路线如下：
与此同时，利用醛类和邻苯二胺的反应来合成苯并咪唑类化合物也已多见于文献。如李焱等[6]用醛和邻苯二胺为原料，在碘催化下，一锅法合成出了2-取代苯并咪唑，该方法具有催化剂毒性低，反应条件温和，反应时间较短，且产率较高（73%～78%）等特点。
于丽颖等[7]研究了邻苯二胺和苯甲醛反应，在空气氧化下，得出了合成2-苯基苯并咪唑的简便方法。并且得出了在原料的摩尔比为1:2，反应的时间为3h，反应温度在44℃时，氧化产物的产率可以达到72.50%，她们宣称这个方法后处理比较简单，对设备腐蚀性也较小，是一条符合现代环保要求的优良工艺路线。
李莹莹等[8]用邻苯二胺与芳香醛反应,并且在不加任何催化剂的情况下用空气作为氧化剂，甲醇为溶剂，合成出了苯并咪唑的衍生物，且产率均超过69%。其反应方程式如下：
其中Ar=4-CH3C6H4， -3-ClC6H4，-BrC6H4，2-NO2C6H4，4-Cl2C6H3，5-Cl-2-NO2C6H5，4-Cl2C6H5。
除此之外，也有其他方法见诸文献。如陈兴权等[9]在NaOH催化下，用邻苯二胺和氨基氰合成出了2-氨基苯并咪唑，并得出了较佳的工艺条件。
王济奎等[10]用甲醛与邻硝基苯胺反应，用TiO2为催化剂和自主研制的微型光催化反应器一步法合成出了苯并咪唑，且产率较高。合成路线如下：
另外，他们还以Ti为催化剂，相同条件下合成出了苯并咪唑，并得出了最佳工艺条件[10,11]。
刘思全等[12]还以A2甘氨酸和邻苯二胺作为原料，合成出了2-氨基烷基苯并咪唑的衍生物：2-甲胺基苯并咪唑。
1.3 苯并咪唑类化合物的应用
1.3.1 苯并咪唑类化合物在药物方面的应用
据文献报道，苯并咪唑类化合物作为杀菌剂的主要代表就是多菌灵[13]和苯菌灵[14]，并且这两种药物在经过了40多年的发展后仍占有相当的市场份额。其机理为植物病原与β-微蛋白相结合，从而破坏其功能，以此来抑制病原菌的有丝和形态建构。由于其应用时间长已经产生抗性，研究人员在在多菌灵的基础上开发出了多菌灵磷酯[15]，其杀菌范围和杀菌效果与多菌灵相差不大，但合成成本有明显的降低[16]。
在抗寄生虫方面的应用。噻苯达唑是第一代抗寄生虫药物，因为其毒性太大已被淘汰[16]。现在，苯并咪唑氨基甲酸酯是发展相当迅速且药效良好的广谱抗虫药物，其现在已经成为大部分寄生蠕虫疾病治疗的最佳选择[17,18]。
除此之外，在质子泵抑制剂方面、在抗动脉粥样硬化活性、抗病毒、组胺抗拮剂等方面，苯并咪唑类化合物也有重要的用途[18]。
1.3.2 苯并咪唑类化合物在缓蚀方面的应用
众所周知在化工等工业部门中，各种反应器在清洗时经常采用的是酸洗的方法，但是因为金属材料在酸洗的时候会出现不同的程度的腐蚀，所以我们经常要加入适量的缓蚀剂来降低金属在酸性条件下的腐蚀速率，从而提高酸洗效果。苯并咪唑类缓蚀剂以其较低的毒性（大鼠经口半致死量>10000mg/Kg）[19]而得到广泛使用，属于环境友好型缓蚀剂，有较好的市场前景，因此大量的研究者在开发新的产品并探索工艺优化条件。
文献报道，苯并三氮唑是铜的特效缓蚀剂，但因其毒性较大，对环境危害严重，已逐渐被其他缓蚀剂所替代。并且已经有大量的研究证明，苯并咪唑类化合物是可以作为黄铜的缓蚀剂的，且效果极佳。另外，他们还对其缓蚀机理作了研究说明。
胡莲跃等[20]研究了黄铜在3%NaCl溶液中，温度为30℃时，苯并咪唑对其的缓蚀行为。结果表明，在苯并咪唑的质量浓度为0.4g/L的情况下其缓蚀效果可高达93.3%。并且还得出结论：随着温度的升高苯并咪唑的缓蚀能力是呈下降趋势的。另外他们还对75℃下苯并咪唑在黄铜表面的吸附行为进行了研究，研究表明苯并咪唑在黄铜表面的吸附是服从郎缪尔吸附等温式的自发过程的,属于物理吸附。
史志龙等[21]测定了两种烷基苯并咪唑：2-己基苯并咪唑和2-十一基苯并咪唑在浓度为0.5mol/L的HCl溶液中对黄铜的缓蚀速率。并且得到它们的缓蚀率分别为48.4%、54%。其中2-十一基苯并咪唑的缓蚀率要大于2-己基苯并咪唑。并且还得出烷基苯并咪唑在铜表面的吸附为物理吸附，是符合Freudlich吸附等温式。
王清华等[22]对苯并咪唑衍生物添加剂的抗腐蚀性能进行了考察，同时还对腐蚀后铜表面的有机膜进行了分析，并对它们的抗腐蚀机理进行了探究。结果表明：苯并咪唑衍生物添加剂的抗腐蚀机理为成膜型。
在碳钢缓蚀方面的作用。研究者[23]对苯并咪唑（BI）,2-甲基苯并咪唑（2-CH3-BI)，2-巯基苯并咪唑(2-SH-BI)，2-氨基苯并咪唑(2-NH2-BI)，四种缓蚀剂在浓度为1mol/L的HCl溶液中对A3钢的缓蚀性能进行了研究。结果表明，四种缓蚀剂均具有较好的缓蚀性能，且缓蚀率从大到小依次为2-SH-BI>2-NH2-BI>2-CH3-BI>BI。四种缓蚀剂在A3钢表面发生了物理、化学混合吸附，其规律服从郎缪尔吸附等温式。另外，沈建等[24]探究了20＃碳钢在含有苯并咪唑类化合物的HCl溶液中的腐蚀行为。结果发现在室温和50℃的条件下，5种苯并咪唑化合物（苯并咪唑、2-丙基苯并咪唑、2-对氯苄基苯并咪唑、2-戊基苯并咪唑、2-己基苯并咪唑）的缓蚀效果都是非常明显的[24]。其中2-对氯苄基苯并咪唑的缓蚀性能是它们中最好的(缓蚀率可达97%)。
在锌材缓蚀方面的应用。胡莲跃等[25]研究了苯并咪唑在浓度为0.1moL/L的KOH溶液中对锌材的缓蚀性能。结果表明：苯并咪唑可以有效地抑制锌的阳极氧化，从而抑制锌在碱液中的自腐蚀，属于阳极型缓蚀剂，并且当苯并咪唑的浓度为10.0mmoL/L时缓蚀的效果是最佳的，其缓蚀率可高达96.68%，因此我们可以说该方法可以取代汞作为锌电极的缓蚀剂，并且有利于环境保护，为工业部门又提供了一种行之有效的缓蚀途径。
1.4 本论文研究内容及其方法
综上所述，苯并咪唑及其衍生物是具有较高的药用价值和缓蚀性能的，并且市场前景非常好。尤其是在缓蚀方面它们具有对环境友好，毒性低，合成工艺简单，对设备要求不高，合成工艺成熟等特点。所以本论文研究了苯并咪唑的合成及其应用。
综合所查阅的文献及实验室现有条件，本次研究采用邻苯二胺与甲酸反应，并在磷酸的催化下来合成苯并咪唑。用单一因素法去探索该反应的最佳工艺条件，即邻苯二胺和甲酸的摩尔配比、催化剂种类、催化剂的用量、反应的温度、反应的时间，以及溶液pH对反应得率的影响。同时，对合成出来的产物利用其自身的物理化学性质，显微熔点仪和红外光谱进行初步的检测，来观察是否与文献所述的相关值与特征相符合，以验证所合成出来的产物是苯并咪唑。
在苯并咪唑的应用方面。主要是根据GB10124-88金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法 [26]来研究苯并咪唑的缓蚀作用。其方法为将标准A3（Q235）钢板（尺寸为50mm×25mm×2mm）,经打磨、冲洗、脱脂，干燥后分别浸入含有不同浓度苯并咪唑的6moL/L的HCl溶液中，并且在室温下持续浸没72h后，通过失重法来衡量各浓度下苯并咪唑的腐蚀效率，从而来评价苯并咪唑的缓蚀性能。
2 实验部分
2.1 实验所需试剂与材料
表2.1 实验中所需的试剂
| 名称 | 分子式 | 纯度 | 生产厂家 |
| 邻苯二胺 | C6H8N2 | CP(化学纯) | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 甲酸 | HCOOH | AR(分析纯) | 无锡市佳妮化工有限公司 |
| 磷酸 | H3PO4 | AR(分析纯) | 上海中试化工总公司 |
| 盐酸 | HCl | AR(分析纯) | 无锡市佳妮化工有限公司 |
| 无水乙醇 | CH3CH2OH | AR(分析纯) | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 磷钨酸 | H3O40PW12·XH2O | AR(分析纯) | 国药集团化学试剂有限公司 |
另外本实验在测定缓蚀性能时用的是A3(Q235)钢板，其尺寸为50mm×25mm×2mm。
2.2 实验所需的仪器
表2.2 实验中所需的仪器
| 名称 | 型号 | 生产厂家 |
| 数显恒温油浴锅 | HH-1S | 金坛市杰瑞尔电器有限公司 |
| 恒温水浴锅 | HH-1 | 国华电器有限公司 |
| 分析天平 | AL104 | 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司 |
| 电子天平 | HC-2102 | 慈溪市华徐衡器实业有限公司 |
| 新型电热恒温鼓风干燥箱 | DHG-9240 | 上海康路仪器设备有限公司 |
| 精密显微熔点测定仪 | X-5 | 北京福凯仪器有限公司 |
| 精密增力电动搅拌器 | JJ-1 | 国华电器有限公司 |
| 红外分光光度计 | TJ270-30A | 天津市拓普仪器有限公司 |
玻璃仪器有：四口烧瓶（250mL）、烧杯（1000mL,50mL）、容量瓶(250mL)、量筒（5mL，50mL）、温度计（0℃～200℃）、玻璃棒、玻璃漏斗、试剂瓶、抽滤瓶，表面皿。
其他还有：铁架台、布氏漏斗、压片机、玛瑙坩埚、红外烘箱、热吹风机、冰柜、试管夹、乳胶吸管、洗瓶、药匙、滤纸、pH试纸、称量纸、砂纸，剪刀。
2.3 实验的合成步骤
本实验利用邻苯二胺与甲酸反应，以磷酸或磷钨酸作催化剂来合成苯并咪唑。其典型的合成步骤如下：
（1）准备阶段。将四口烧瓶与精密增力电动搅拌器固定在一起，并将四口烧瓶放入数显恒温油浴锅中，调节浸入程度与搅拌桨位置，确保可轻松转动并能起到较好的搅拌作用。
（2）根据所设计条件，用电子天平称取相应重量的邻苯二胺与甲酸,用量筒量取相应体积的催化剂后，放入四口烧瓶中，然后打开数显恒温油浴锅的温度调节开关，调节至所需温度，同时打开精密增力电动搅拌器开始搅拌，等到温度升至所需温度时开始计算搅拌反应时间。此时需注意要用温度计测量油浴锅的显示温度是否与实际温度相符合。
（3）调节溶液的pH。待反应完毕，将烧瓶抬起，等到烧瓶内溶液的温度自然冷却至室温后，再将溶液倒入50mL烧杯中，并用事先配制好的10％的氢氧化钠溶液调节反应所得溶液的pH至9～10，此时溶液中会有白色固体析出。
（4）简单过滤。将玻璃漏斗固定在铁架台上，放入菊花形滤纸，润湿并调整。然后将上步所得溶液缓慢倒入玻璃漏斗内，待滤干后再用少量的蒸馏水去洗涤滤饼。注意在溶液不黄时可省略此步骤，因为苯并咪唑是微溶于冷水的。
（5）重结晶。将此上得到的滤饼移入250mL烧杯中，并用洗瓶冲洗滤纸上的残留滤饼，随后加入适量的水，并用表面皿盖住烧杯口，防止沸水过量蒸发。然后放入已加热到100℃的恒温水浴锅中进行重结晶操作。在此之间为了进行给所得固体脱色，需要放入适量的活性炭，但需注意的是在加活性炭时要给体系降温，以防止溶液暴沸冲料，损失产品[27]。
（6）趁热过滤。待固体全部溶解后，为了防止温度迅速下将有晶体析出要趁热过滤。此时，可将布氏漏斗放入沸水中蒸煮一段时间，然后迅速放入烧杯中，并将烧杯放入恒温水浴锅内，以保证过滤时的温度。此时迅速将溶液倒入布氏漏斗内进行常压过滤，并覆盖表面皿保持漏斗内温度。过滤后再在水浴锅中加热一段时间，如此便可以得到较好的晶体形态。第一次过滤如有残留的晶体在滤纸上要重新进行加热过滤，直至无残留为止。并将过滤后的溶液先放在室温下缓慢冷却，使晶体逐渐生长，然后再进行冰水浴，使结晶较完全。
（7）抽滤。将冷却析出晶体的溶液进行抽滤，抽滤时为了减少损失，应用滤液来洗涤残留在烧杯壁上的晶体，不可用水来冲洗。抽滤结束时要先将滤瓶与水泵间相连的皮管拔去，再关闭水泵，以防止水倒流入滤瓶内。
（8）完成以上步骤后，将得到的晶体压紧后放入烘箱内干燥，并控制烘箱到适宜的温度。待烘干后计算产物的得率，并保留以用作熔点实验和红外光谱测试的样品。
2.4 产物的表征方法
2.4.1 熔点法
本实验采用X-5型精密显微熔点测定仪来测定苯并咪唑的熔点范围。用显微熔点仪表征的优点是它可以检测微量样品和高熔点样品，并且可以精确的观察到样品受热熔化时的全部过程。检测步骤如下：
（1）准备阶段。先检查熔点仪，并拿下散热器，调节显微镜，使日台中心光空完全处于视程中。连接熔点仪热源，打开电源开关并选择手动调节温度至200℃。
（2）将载玻片洗净、吹干后取少量干燥的样品置于载玻片，盖上盖玻片，轻轻捻动载玻片使样品均匀的分布在载玻片的位置，并确保样品不能太厚，以免影响观察初熔点。待温度升高到140℃左右时，将载玻片放在日台上，微调显微镜使之处在最佳的观察位置，调好后开始密切观察样品变化，当样品边缘开始出现熔化时，迅速记录下此时的温度并记为初熔点。等到样品处于完全熔化状态时，记录下来此时的温度记为终熔点。前后的温度变化值即为产品的熔点范围。
（3）测定完毕后关闭电源并将装置还原至初始状态，并注意清洁卫生。
2.4.2 红外光谱图表征法
红外光谱因其特征性强、操作简便等特点成为有机物结构分析中最常用的方法之一。通过红外光谱图的特定吸收峰可以确定化合物中特定官能团的存在，从而特征的反映出有机化合物的分子结构,并以此来判定化合物是否为目的化合物。其检测步骤如下：
（1）先取一些烘干后的溴化钾放在玛瑙研钵中，再加入产品，加入产品的量为百分之一的溴化钾，然后一起研磨至粉末状。再放入干净的烘干后的表面皿中，之后再放进红外烘箱中烘干。
（2）等到烘干后取出一些样品放入擦拭干净的压片机中压片，压片机的压力应保持在20MPa以上，以确保压片成形，不易损坏。注意压出的片不应该太厚，其透过率保证在40﹪以上时属于较好的片形。
（3）在检测前先要进行系统重置、校准红外分光光度计，并先用纯溴化钾片出图以确保系统的稳定性。再将压好的待测样品的压片放入光束闸中，并将波数扫描开关打开，测量仪器开始扫描，并绘图。
2.5 缓蚀性能评价实验步骤
本实验采用失重法来评价苯并咪唑的缓蚀性能，并根据GB 10124-88金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法进行实验。实验步骤如下：
（1）准备阶段。选取外形尺寸为50mm×25mm2×mm的标准A3(Q235)钢样若干。经砂纸打磨、去离子水冲洗，然后在无水乙醇溶液中浸泡30min进行脱脂处理，再经热吹风干燥、分析天平称重后备用，并记录下钢样的始重M。
（2）试验溶液的配制。量取125mL的质量分数为36﹪～38﹪的HCl溶液并将其移入250mL的容量瓶中，以配制成浓度约为6moL/L的HCl溶液。然后再分别量取60mL移入8只烧杯中。之后称取适量的苯并咪唑放入烧杯中，配制成质量浓度范围在0g/L～7 g/L的苯并咪唑溶液待用。
（3）反应及处理。将处理好的钢样，放入各质量浓度的烧杯中，并用保鲜膜覆盖烧杯口，记录各烧杯中的钢样初始质量M。静置作用72h后，取出。洗干净表面的腐蚀物质后，用热吹风干燥并称重记为M1。
（4）腐蚀速率的计算。腐蚀速率的计算公式为
R=8.36×107×(M-M1)/STD
其中，R--腐蚀速率，mm/a
M--试验前的试样质量,g
M1--试验前的试样质量,g
S--试样的总面积，cm2
T—试验的时间，h
D—材料的密度，Kg/m 3
3 结果与讨论
本实验在合成阶段是用单因素法去探索苯并咪唑的最佳工艺条件，研究了邻苯二胺与甲酸的摩尔比、催化剂的用量、反应的温度、反应的时间，溶液的pH对产品得率的影响。
3.1 邻苯二胺与甲酸的摩尔比对得率的影响
首先探讨的是在其他条件均不变的情况下，通过变化邻苯二胺与甲酸的摩尔比考察对得率的影响。实验条件及结果列于表3.1中。
表3.1 原料摩尔比对得率的影响
| 胺酸摩尔比 | 邻苯二胺/g | 甲酸/g | 磷酸/mL | 反应时间/h | 反应温度/℃ | 得率/％ |
| 1:1 | 5.4 | 2.3 | 1.0 | 2.0 | 105 | 22.70 |
| 1:2 | 5.4 | 4.6 | 1.0 | 2.0 | 105 | 57.80 |
| 1:3 | 5.4 | 6.9 | 1.0 | 2.0 | 105 | .92 |
| 1:4 | 5.4 | 9.2 | 1.0 | 2.0 | 105 | 74.75 |
| 1:5 | 5.4 | 11.5 | 1.0 | 2.0 | 105 | 73.22 |
| 1:6 | 5.4 | 13.8 | 1.0 | 2.0 | 105 | 71.18 |
| 1:7 | 5.4 | 16.1 | 1.0 | 2.0 | 105 | 69.15 |
当摩尔比为1:1时，可以看到所得溶液相当粘稠，并且颜色呈棕黄色，且伴有固体颗粒存在，得到的产品即使使用大量的活性炭也无法脱色。可能的原因是在较少的酸存在下，反应不完全，未反应的邻苯二胺被氧化。摩尔比为1:2时的溶液也较黄，产品脱色后微黄。当摩尔比为1:3后，溶液呈现出浅黄色，并且不再需要使用活性炭脱色产品的颜色也都是白色。
通过观察上表可以看出，随着摩尔比的增加，得率先增后减。出现此现象的原因可能是因为该反应属于可逆平衡反应，一开始增加反应物的配比有利于反应向正方向进行，使得率增加。但当加入过量的甲酸后，由于甲酸中含有较多的水，加上反应生成的水，使体系中的水过量反应向逆方向进行，使得得率降低[28]。再者就是因为邻苯二胺上的两个氨基是对称的，酸过量后，有可能反应生成了少量的双酰基化产物，不能环化。使得反应物的得率降低[2]。因此，选择适当过量的酸即胺酸的摩尔比为1:4时是合成苯并咪唑的最佳摩尔配比。
3.2 催化剂种类对得率的影响
本次实验探索比较了磷钨酸与磷酸两种物质作为催化剂的催化效果，条件及结果列于表3.2中。
表3.2 磷钨酸与磷酸催化效果比较
| 实验序号 | 催化剂/moL | 邻苯二胺/g | 甲酸/g | 得率/％ |
| 14 | 磷钨酸 0.001 | 5.4 | 6.9 | 54.07 |
| 15 | 磷 酸 0.001 | 5.4 | 6.9 | .24 |
3.3 催化剂的用量对得率的影响
在不改变其他条件的情况下，仅仅改变催化剂的用量，来考察催化剂的用量对得率的影响。具体实验条件及结果列于表3.3中。
表3.3 催化剂用量对得率的影响
| 邻苯二胺/g | 甲酸/g | 磷酸/mL | 反应时间/h | 反应温度/℃ | 得率％ |
| 5.4 | 6.9 | 0.0 | 2.0 | 105 | 61.01 |
| 5.4 | 6.9 | 1.0 | 2.0 | 105 | .92 |
| 5.4 | 6.9 | 1.5 | 2.0 | 105 | 74.07 |
| 5.4 | 6.9 | 2.0 | 2.0 | 105 | 77.97 |
| 5.4 | 6.9 | 3.0 | 2.0 | 105 | 76.44 |
| 5.4 | 6.9 | 4.0 | 2.0 | 105 | 76.05 |
由上表可知，随着催化剂用量的增加，产品的得率先升后降。在不使用磷酸作催化剂时也有一定的得率，甲酸自身也具有酸性，对反应也有一定催化作用。加入适量磷酸后，反应速率加快，得率也相应提高。但过多的磷酸对本反应体系有害，当其加入量达到4mL时，反应后混合溶液成浅绿色，而不是正常反应时的浅黄色，可以说明有副产物的生成，副反应的增多导致产物得率有所下降。磷酸加入量为2.0mL时，得率较高，所以定本体系的催化剂的最佳用量为2.0mL。
3.4 反应体系温度对得率的影响
在其他条件均不改变的情况下，仅仅改变反应体系的温度，考察反应体系温度对得率的影响。具体实验条件及结果列于表3.4中。
表3.4 反应体系温度对得率的影响
| 邻苯二胺/g | 甲酸/g | 磷酸/mL | 反应时间/h | 反应温度/℃ | 得率/％ |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 105 | 75.08 |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 110 | 81.35 |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 115 | 83.05 |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 120 | 78. |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 125 | 77.29 |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 135 | 73.56 |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 145 | 73.22 |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 155 | 45.56 |
3.5 反应时间对得率的影响
在其他条件均不改变的情况，只改变反应的时间，考察反应时间对得率的影响。具体实验条件及结果列于表3.5中。
表3.5 反应时间对得率的影响
| 邻苯二胺/g | 甲酸/g | 磷酸/mL | 反应时间/h | 反应温度/℃ | 得率％ |
| 5.4 | 5.75 | 1.0 | 2.5 | 105 | 56.61 |
| 5.4 | 5.75 | 1.0 | 3.0 | 105 | 62.20 |
| 5.4 | 5.75 | 1.0 | 3.5 | 105 | 67.28 |
| 5.4 | 5.75 | 1.0 | 4.0 | 105 | 75.25 |
| 5.4 | 5.75 | 1.0 | 4.5 | 105 | 70.51 |
| 5.4 | 5.75 | 1.0 | 5 | 105 | 69.83 |
| 5.4 | 5.75 | 1.0 | 6 | 105 | 52.54 |
3.6 精制时pH对得率的影响
在合成反应条件均不改变的情况，只改变精制时pH，考察pH对得率的影响。具体实验条件及结果列于表3.6中。
表3.6 精制时pH对得率的影响
| 邻苯二胺/g | 甲酸/g | 磷酸/mL | 反应时间/h | 反应温度℃ | pH | 得率/％ |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 115 | 8 | 71.19 |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 115 | 9 | 74.92 |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 115 | 10 | 82.03 |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 115 | 11 | 74.92 |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 115 | 12 | 68.14 |
| 2.7 | 4.6 | 2.0 | 2.0 | 115 | 13 | 68.00 |
3.7 最佳工艺条件的验证实验
根据系列单因素实验总结出最佳工艺条件，在此条件下进行验证实验。实验条件及结果列于表3.7中。
表3.7 最佳工艺条件下产品的得率
| 邻苯二胺/g | 甲酸/g | 磷酸/mL | 反应时间/h | 反应温度℃ | 得率/％ |
| 5.4 | 9.2 | 2 | 4 | 115 | .60 |
3.8 产物的表征
3.8.1 产物的物化性质
验证产品是否为目标产物的方法，利用产物的物理化学性质来验证是最基本的方法。如文献报道，苯并咪唑为白色晶体，实验中所得到产品几乎均为白色晶体，又如苯并咪唑微溶与冷水，稍溶于热水。在这个方面，实验中重结晶的过程可以印证这一点。还比如苯并咪唑易溶于酸溶液，在缓蚀实验时将苯并咪唑放入1moL/L的HCl溶液中其立刻溶解也可以证明其是苯并咪唑。因此，通过以上步骤可以初步证明合成的是目的产物苯并咪唑。
3.8.2 熔点表征
选取四个实验产品进行熔点测试，结果见表3.8。
表3.8 产物的熔程范围
| 产品序号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 熔程/℃ | 170.0～172.6 | 170.8～172.7 | 169.1～173.2 | 169.4～172.1 |
3.8.3 红外光谱法
为了更充分的证明所得产品即目的产物苯并咪唑，对其作了红外表征，所得图谱如下：
图1 苯并咪唑红外光谱谱图
将所得产品图谱与标准图谱进行比较可以发现其特征峰基本相似。如在1500cm-1，1470cm-1，1362cm-1，有特征吸收峰说明形成了咪唑环，在747cm-1有峰是咪唑环上C-H的特征峰，在1600cm-1,1580cm-1,1400cm-1上的吸收峰是苯环骨架振动峰，而在3000cm-1附近也出现了苯环上C-H的伸缩振动吸收峰。并且在1620cm-1～1610cm-1处有C＝N的吸收峰，在1300cm-1～1250cm-1有C-N的吸收峰[2]。
综上所述，根据产物的物理化学性质、熔点测定、红外光谱表征，可以说明合成出的目的产物是苯并咪唑。
3.9 产物的缓蚀性能初步评价
在应用方面，本论文主要研究了苯并咪唑在缓蚀性能方面的应用。文献报道，苯并咪唑是一种毒性较低，环境友好，缓蚀性能较好，并广泛应用的化合物。
本论文利用失重法和相关规定研究了苯并咪唑的缓蚀性能。实验数据列于表3.9中。
表3.9 苯并咪唑的缓蚀性能评价数据
| 试液浓度g/L | 钢样始重M/g | 钢样末重M1/g | 钢样失重/g | 腐蚀时间/h | 腐蚀速率10-5mm/a |
| 0 | 19.1514 | 17.8008 | 1.3533 | 72 | 7.65 |
| 1 | 19.0285 | 17.7888 | 1.2397 | 72 | 7.00 |
| 2 | 18.9578 | 17.8588 | 1.099 | 72 | 6.21 |
| 3 | 19.0994 | 18.1266 | 0.9782 | 72 | 5.50 |
| 4 | 18.2754 | 17.4109 | 0.8654 | 72 | 4. |
| 5 | 18.5243 | 17.6915 | 0.8328 | 72 | 4.71 |
| 6 | 19.9390 | 19.1514 | 0.74 | 72 | 4.46 |
| 7 | 19.7782 | 19.0397 | 07385 | 72 | 4.17 |
结束语
苯并咪唑类化合物在缓蚀、药物应用等方面均具有重要的使用价值，近年来开发利用也很多。鉴于此，本实验利用邻苯二胺与甲酸为原料，以磷酸或磷钨酸为催化剂，探讨出了苯并咪唑合成的最佳工艺条件，即在邻苯二胺与甲酸的摩尔配比为1:4，催化剂为2mL，反应温度为115℃，反应时间为4h，溶液的pH为10时，产物得率可高达.60﹪。并对产物进行了初步的表征。通过失重法初步评价了苯并咪唑的缓蚀性能。
受实验条件所限，目标产物的表征手段不够齐全，红外光谱仪器尚存在一定的问题。由于时间，未能将目标产物与其他物质进行复配，以提高缓释性能。
致 谢
论文写到这里已近尾声，同时也在昭示着我向我的大学生涯做最后的道别。有惆怅也有向往，惆怅的是即将面临的分别，惆怅的是再也没有这样无忧无虑的生活，惆怅的是无法归来的青春，更惆怅的是再也没有那样一群纯洁的心灵的交织，师长的，同学的，以及只坐在你旁边一次的那个隔壁班的人……大家彼此真心相待，互助互爱。向往的，往往是美好的，美好的生活，美好的梦想，美好的每一件美好的事情。但更多的美好只有一个宗旨：坚持奋斗，努力拼搏！
完成这篇论文要感谢很多人的帮助，尤其是要感谢我们敬爱的陈冬年老师。他以渊博的知识，严谨的态度，循循善诱的教导方式，引领我在论文完成上走向正确的方向，省却了不必要的麻烦与失误。在此表示我最诚挚的谢意与感激之情！
另外，还要感谢曹鹏老师，张勤老师，邹文杰老师在实验药品与仪器上给予的协助，以及实验过程中给予我帮助的我可爱的同学们！
最后感谢一下这段忙碌的充实的美好的值得回忆的日子！
参 考 文 献
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