Khóa Luận Tốt Nghiệp: Tổng Hợp Các Dẫn Xuất Amide Từ 2-Mercaptobenzimidazole

Luận văn tốt nghiệp hóa học nghiên cứu tốt nghiệp hóa học tổng hợp một số amide chứa dị vòng 2 mercaptobenzimidazole, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất biện pháp cải

• Tác giả: Phạm Xuân Phú
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Công
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm TP.HCM
• Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
• Đề tài: Tổng Hợp Các Dẫn Xuất Amide Từ 2-Mercaptobenzimidazole
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Hiện tượng tautomer hóa trong benzimidazole
• 1.3. Tổng hợp benzimidazole
• 1.3.1. Phản ứng với acid cacboxylic
• 1.3.2. Phản ứng với anhydric acid
• 1.3.3. Phản ứng với nitrile
• 1.3.4. Từ các benzimidazole khác
• 1.3.5. Từ các phương pháp tổng hợp khác
• 1.3.6. Tổng hợp 2-mercaptobenzimidazole
• 1.4. Tính chất của benzimidazole
• 1.4.1. Tính chất vật lí
• 1.4.2. Tính chất hóa học
• 1.4.2.1. Phản ứng của vòng benzimidazole
• 1.4.2.2. Phản ứng ở nguyên tử lưu huỳnh của nhóm chức thiole
• 1.5. Hoạt tính sinh học của benzimidazole
• 2. CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Quy trình thực hiện
• 2.2. Tổng hợp 2-Mercaptobenzimidazole (A2)
• 2.3. Tổng hợp các amide thế của dị vòng 2-mercaptobenzimidazole
• 2.4. Xác định cấu trúc và một số tính chất
• 2.4.1. Xác định nhiệt độ nóng chảy
• 2.4.2. Phổ hồng ngoại (IR)
• 2.4.3. Phổ cộng hưởng từ proton (H-NMR)
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp 2-Mercaptobenzimidazole (A2)
• 3.2. Cơ chế phản ứng
• 3.3. Phân tích phổ
• 3.4. Hoạt tính sinh học
• 4. CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Dẫn Xuất Amide Từ 2 Mercaptobenzimidazole

Dẫn xuất amide từ 2-Mercaptobenzimidazole là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hóa học hữu cơ. Các hợp chất này không chỉ có tính chất hóa học đặc biệt mà còn có nhiều ứng dụng trong y học và công nghiệp. 2-Mercaptobenzimidazole là một hợp chất dị vòng có khả năng tạo ra nhiều dẫn xuất khác nhau thông qua các phản ứng hóa học. Việc tổng hợp và nghiên cứu các dẫn xuất này giúp mở rộng hiểu biết về tính chất và ứng dụng của chúng trong thực tiễn.

1.1. Đặc Điểm Của 2 Mercaptobenzimidazole

Hợp chất 2-Mercaptobenzimidazole có cấu trúc đặc biệt với vòng benzimidazole và nhóm thiol. Tính chất hóa học của nó cho phép tham gia vào nhiều phản ứng khác nhau, tạo ra các dẫn xuất amide với nhiều tính chất khác nhau.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Dẫn Xuất Amide

Dẫn xuất amide từ 2-Mercaptobenzimidazole có vai trò quan trọng trong việc phát triển các loại thuốc mới. Chúng có khả năng kháng khuẩn, chống viêm và nhiều hoạt tính sinh học khác, làm cho chúng trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn.

II. Thách Thức Trong Tổng Hợp Dẫn Xuất Amide

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc tổng hợp dẫn xuất amide từ 2-Mercaptobenzimidazole cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như hiệu suất phản ứng thấp, điều kiện phản ứng khắt khe và sự hình thành sản phẩm phụ là những khó khăn chính. Những thách thức này cần được giải quyết để tối ưu hóa quy trình tổng hợp và nâng cao hiệu quả sản xuất.

2.1. Hiệu Suất Phản Ứng Thấp

Một trong những thách thức lớn nhất là đạt được hiệu suất phản ứng cao trong quá trình tổng hợp. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng điều kiện phản ứng không tối ưu có thể dẫn đến sản phẩm không đạt yêu cầu.

2.2. Sản Phẩm Phụ Trong Phản Ứng

Sự hình thành sản phẩm phụ trong quá trình tổng hợp là một vấn đề phổ biến. Điều này không chỉ làm giảm hiệu suất mà còn làm phức tạp quá trình tách chiết và tinh chế sản phẩm cuối cùng.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Dẫn Xuất Amide Hiệu Quả

Để vượt qua các thách thức trong việc tổng hợp dẫn xuất amide từ 2-Mercaptobenzimidazole, nhiều phương pháp đã được phát triển. Các phương pháp này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu sự hình thành sản phẩm phụ. Việc áp dụng các kỹ thuật mới trong tổng hợp hóa học là rất cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất.

3.1. Phương Pháp Sử Dụng Anhydride

Sử dụng anhydride trong phản ứng tổng hợp dẫn xuất amide từ 2-Mercaptobenzimidazole đã cho thấy hiệu quả cao. Phương pháp này giúp tăng cường khả năng tạo thành sản phẩm mong muốn và giảm thiểu sản phẩm phụ.

3.2. Kỹ Thuật Phản Ứng Trong Môi Trường Kiềm

Phản ứng trong môi trường kiềm là một kỹ thuật quan trọng giúp tối ưu hóa quá trình tổng hợp. Kỹ thuật này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giúp kiểm soát tốt hơn các phản ứng hóa học diễn ra.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Dẫn Xuất Amide

Dẫn xuất amide từ 2-Mercaptobenzimidazole có nhiều ứng dụng thực tiễn trong y học và công nghiệp. Chúng được sử dụng trong việc phát triển thuốc kháng khuẩn, chống viêm và nhiều loại thuốc khác. Sự đa dạng trong tính chất của các dẫn xuất này mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và phát triển sản phẩm.

4.1. Ứng Dụng Trong Y Học

Nhiều dẫn xuất amide từ 2-Mercaptobenzimidazole đã được nghiên cứu và phát triển thành thuốc điều trị. Chúng có khả năng kháng khuẩn và chống viêm, giúp cải thiện sức khỏe con người.

4.2. Ứng Dụng Trong Công Nghiệp

Ngoài y học, các dẫn xuất này còn được ứng dụng trong công nghiệp hóa chất. Chúng có thể được sử dụng làm chất xúc tác hoặc trong sản xuất các hợp chất hữu cơ khác.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Dẫn Xuất Amide

Nghiên cứu về dẫn xuất amide từ 2-Mercaptobenzimidazole đã mở ra nhiều hướng đi mới trong hóa học hữu cơ. Mặc dù còn nhiều thách thức, nhưng với các phương pháp tổng hợp hiệu quả và ứng dụng đa dạng, tương lai của lĩnh vực này rất hứa hẹn. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển sẽ giúp khai thác tối đa tiềm năng của các hợp chất này.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu

Tương lai của nghiên cứu dẫn xuất amide từ 2-Mercaptobenzimidazole rất sáng sủa. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện hiệu suất tổng hợp và khám phá thêm nhiều ứng dụng mới.

5.2. Khuyến Nghị Cho Nghiên Cứu Tiếp Theo

Cần có những nghiên cứu sâu hơn về tính chất và hoạt tính sinh học của các dẫn xuất amide. Điều này sẽ giúp phát triển các sản phẩm mới có giá trị cao trong y học và công nghiệp.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực hóa học hữu cơ hiện đại, nghiên cứu tổng hợp và chuyển hóa các hợp chất dị vòng chiếm vị trí quan trọng do tính chất lý hóa đặc trưng cùng phổ hoạt tính sinh học phong phú. Trong các hệ dị vòng chứa nitơ, khung cấu trúc benzimidazole cùng các dẫn xuất thế nhận được sự quan tâm đặc biệt trong hóa dược. Dẫn xuất của benzimidazole được ghi nhận có các hoạt tính dược lý đa dạng như giảm đau, diệt giun sán, kháng khuẩn, chống viêm loét, hạ huyết áp và ức chế virus HIV. Trong đó, 2-mercaptobenzimidazole là dẫn xuất chứa lưu huỳnh quan trọng, sở hữu tiềm năng kháng khuẩn, kháng histamine và giảm đau.

Song song đó, nhóm chức amide cũng là đơn vị cấu trúc phổ biến trong nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học như kháng khuẩn, kháng nấm, chống viêm, an thần, chống trầm cảm và hạ sốt. Việc kết hợp dị vòng 2-mercaptobenzimidazole với các khung amide thế thông qua cầu nối thioether ($-S-CH_2-CO-NH-R$) là một định hướng thực nghiệm nhằm tạo ra các phân tử lai hóa có hoạt tính sinh học mới. Xuất phát từ bối cảnh đó, khóa luận tốt nghiệp tập trung thực hiện đề tài: "Tổng hợp một số amide của dị vòng 2-mercaptobenzimidazole".

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm 4 nội dung cụ thể:

1. Tổng hợp hợp chất trung gian 2-mercaptobenzimidazole (A2) từ chất đầu o-phenylenediamine (A1) thông qua phản ứng khép vòng với cacbon đisunfua ($CS_2$) trong môi trường kiềm kali hidroxit ($KOH$).
2. Thực hiện phản ứng alkyl hóa nguyên tử lưu huỳnh giữa 2-mercaptobenzimidazole (A2) với các dẫn xuất chloroacetamide thế khác nhau để thu nhận dãy sản phẩm amide (A3, A4, A5, A6).
3. Xác định hằng số vật lý (nhiệt độ nóng chảy) và làm sáng tỏ cấu trúc hóa học của các sản phẩm tổng hợp được bằng phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1H$-NMR).
4. Tiến hành thử nghiệm, thăm dò hoạt tính sinh học (kháng khuẩn, kháng nấm) của các dẫn xuất amide đã tổng hợp.

Đối tượng nghiên cứu là dị vòng 2-mercaptobenzimidazole và các dẫn xuất amide chứa khung cấu trúc này. Phạm vi thực nghiệm tổng hợp hóa học và phân tích nhiệt độ nóng chảy, phổ IR được thực hiện tại Bộ môn Hóa Hữu cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh; dữ liệu phổ $^1H$-NMR và thăm dò hoạt tính sinh học được phối hợp đo đạc tại Viện Hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội) và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG-HCM), hoàn thành vào tháng 5 năm 2012.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên nền tảng lý thuyết hóa học dị vòng ngưng tụ, cụ thể là hệ dị vòng benzimidazole (gồm một vòng benzen ngưng tụ với một vòng imidazole) và hiện tượng hỗ biến tautomer giữa dạng thiol ($-SH$) và thione ($=S$) của 2-mercaptobenzimidazole. Về mặt phản ứng học, nghiên cứu khai thác cơ chế cộng thân hạch ($A_N$) đóng vòng benzimidazole và cơ chế thế thân hạch lưỡng phân tử ($S_N2$) của tác nhân anion thiolate đối với liên kết cacbon-halogen trong môi trường kiềm yếu.

Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và công cụ phân tích đã sử dụng bao gồm:

• Phương pháp tổng hợp hữu cơ thực nghiệm: Sử dụng kỹ thuật đun hồi lưu nhiệt độ kiểm soát, kết tinh lại phân đoạn để tinh chế sản phẩm rắn, loại bỏ tạp chất bằng than hoạt tính và chiết tách kết tủa dựa trên sự thay đổi pH.
• Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy: Xác định điểm nóng chảy của các hợp chất rắn trên thiết bị đo điểm chảy SMP3 tại phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm TP.HCM.
• Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR): Ghi phổ trong vùng dao động $4000 - 400\text{ cm}^{-1}$ trên máy quang phổ Shimadzu FTIR-8400S dưới dạng viên nén với kali bromua ($KBr$).
• Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1H$-NMR): Đo trên thiết bị Bruker Avance ở tần số $500\text{ MHz}$, sử dụng dung môi dimethyl sulfoxide deuterated ($DMSO-d_6$) để xác định độ dịch chuyển hóa học ($\delta$, ppm), hình dạng vân phổ và hằng số tương tác spin-spin ($J$, Hz).
• Phương pháp thăm dò hoạt tính sinh học: Đánh giá định tính/bán định tính khả năng ức chế vi sinh vật (kháng nấm, kháng khuẩn) tại Phòng Thử nghiệm Hoạt tính sinh học, Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Nguồn hóa chất đầu vào chính gồm có: o-phenylenediamine, cacbon đisunfua ($CS_2$), kali hidroxit ($KOH$), kali cacbonat ($K_2CO_3$), 2-chloro-N-phenylacetamide, 2-chloro-N-(4-nitrophenyl)acetamide, 2-chloro-N-(p-tolyl)acetamide, 2-chloroacetamide, cùng các dung môi kỹ thuật và tinh khiết (ethanol 96%, acetone, acid acetic loãng).

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan

Chương tổng quan hệ thống hóa tài liệu về cấu trúc, lịch sử phát hiện, tính chất lý hóa, các phương pháp tổng hợp và hoạt tính sinh học của nhân dị vòng benzimidazole cùng dẫn xuất 2-mercaptobenzimidazole:

• Cấu tạo và lịch sử: Giới thiệu cấu trúc nhân benzimidazole (thành phần trong vitamin $B_{12}$ dưới dạng 5,6-dimethylbenzimidazole), lịch sử phát hiện từ năm 1872 bởi Hoebrecker qua phản ứng khử 2-nitro-4-methylacetanilide và phương pháp ngưng tụ của Ladenburg năm 1875 từ 3,4-diaminotoluene với acid acetic.
• Hiện tượng tautomer: Phân tích sự chuyển dịch proton giữa hai nguyên tử nitơ ở vị trí 1 và 3, dẫn đến tính đồng nhất của các cặp đồng phân như 5-methylbenzimidazole và 6-methylbenzimidazole; phân tích cân bằng hỗ biến thiole $\rightleftharpoons$ thione của 2-mercaptobenzimidazole.
• Các phương pháp tổng hợp benzimidazole: Tổng hợp từ o-phenylenediamine với acid carboxylic (monoacid, diacid), anhydride acid, dẫn xuất nitrile (cyanogen bromide, alkyl nitrile), aldehyde với tác nhân oxy hóa muối đồng ($Cu(OAc)_2$), hoặc chuyển hóa từ acid benzimidazole-2-sulfonic, o-aminobenzophenone oxime.
• Phương pháp tổng hợp 2-mercaptobenzimidazole: Phân tích 4 con đường chính từ o-phenylenediamine phản ứng với $CS_2$ (xúc tác kiềm), thiocarbamide (đun $170-180^\circ\text{C}$ trong rượu amylic), thiophosgene ($CSCl_2$), hoặc từ hợp chất hydrazine với $CS_2$.
• Tính chất lý - hóa học: Trình bày tính lưỡng tính (bazơ yếu và acid yếu), khả năng tạo liên kết hydro liên phân tử $N-H\cdots N$, độ bền nhiệt và tính kháng oxy hóa/khử của khung dị vòng; các phản ứng thế trên nguyên tử nitơ (alkyl hóa, acyl hóa, phản ứng Mannich) và phản ứng alkyl hóa chọn lọc trên nguyên tử lưu huỳnh của nhóm mercapto ($-SH$).
• Hoạt tính sinh học và ứng dụng: Tổng kết các công bố về tác dụng kháng khuẩn (Pseudomonas aeruginosa), chống sốt rét (các dẫn xuất tương đồng Paludrine), gây tê cục bộ, ức chế co giật, hạ sốt, kháng nấm và ứng dụng làm chất chống oxy hóa cao su, phụ gia dệt nhuộm, chất nhạy sáng trong nhiếp ảnh.

Chương II: Thực nghiệm

Chương này mô tả chi tiết quy trình tổng hợp, các thông số phản ứng, tỉ lệ mol hóa chất và quy trình tinh chế cho từng hợp chất trong dãy nghiên cứu:

• Tổng hợp 2-Mercaptobenzimidazole (A2): Phản ứng giữa 10,8 g o-phenylenediamine (0,1 mol) với 10,67 g $CS_2$ và 7,65 g $KOH$ trong 100 ml ethanol 96% cùng 15 ml nước, đun hồi lưu 3 giờ. Tẩy màu bằng than hoạt tính (1 - 1,5 g), kết tủa sản phẩm bằng cách acid hóa bằng acid acetic loãng ở $60-70^\circ\text{C}$, làm lạnh và kết tinh lại trong nước nóng. Thu được tinh thể hình kim màu trắng, nhiệt độ nóng chảy $301-305^\circ\text{C}$, hiệu suất 53%.
• Tổng hợp 2-[(benzimidazol-2-yl)thio]-N-phenylacetamide (A3): Cho 1,5 g A2 (0,01 mol), 1,38 g $K_2CO_3$ và 1,7 g 2-chloro-N-phenylacetamide vào 15 ml acetone, đun hồi lưu 3 giờ ở $150^\circ\text{C}$. Đổ hỗn hợp vào nước lạnh để kết tủa, lọc và kết tinh lại trong ethanol. Thu được bột màu trắng, điểm nóng chảy $198-200^\circ\text{C}$, hiệu suất 43,5%.
• Tổng hợp 2-[(benzimidazol-2-yl)thio]-N-(4-nitrophenyl)acetamide (A4): Tiến hành tương tự quy trình A3, thay bằng 2,15 g 2-chloro-N-(4-nitrophenyl)acetamide. Thu được bột màu trắng, điểm nóng chảy $200-201^\circ\text{C}$, hiệu suất 38,1%.
• Tổng hợp 2-[(benzimidazol-2-yl)thio]-N-(p-tolyl)acetamide (A5): Phản ứng giữa 1,5 g A2 với 1,84 g 2-chloro-N-(p-tolyl)acetamide và 1,38 g $K_2CO_3$ trong acetone. Thu được bột màu trắng, điểm nóng chảy $204-205^\circ\text{C}$, hiệu suất 46,1%.
• Tổng hợp 2-[(benzimidazol-2-yl)thio]acetamide (A6): Phản ứng giữa 1,5 g A2 với 0,94 g 2-chloroacetamide và 1,38 g $K_2CO_3$ trong acetone. Thu được bột màu trắng, điểm nóng chảy $207-209^\circ\text{C}$, hiệu suất 61,5%.
• Điều kiện phân tích: Xác lập các thông số đo phổ FTIR (Shimadzu FTIR 8400S, ép viên KBr) và phổ $^1H$-NMR (Bruker Avance 500 MHz, dung môi DMSO).

Chương III: Kết quả và thảo luận

Chương III tập trung biện giải cơ chế phản ứng và quy kết chi tiết các tín hiệu phổ để xác minh cấu trúc của các sản phẩm:

• Cơ chế tổng hợp A2: Diễn ra theo cơ chế cộng thân hạch ($A_N$) vào liên kết $C=S$ của $CS_2$. Giai đoạn 1: Đôi điện tử tự do trên một nhóm $-NH_2$ tấn công vào $CS_2$ tạo muối kali (2-aminophenyl)carbamodithioate. Giai đoạn 2: Nhóm $-NH_2$ thứ hai tiếp tục tấn công nội phân tử vào carbon mang liên kết $C=S$, khép vòng benzimidazole và tách loại một phân tử $KHS$. Đưa ra các giải pháp tăng hiệu suất: khống chế lượng ethanol chiếm 1/3 thể tích bình để tránh hỗn hợp bị đặc quánh, kiểm soát lượng acid acetic khi tủa do A2 tan được trong cả môi trường kiềm và acid dư.
• Biện giải phổ của A2: Phổ IR xuất hiện vân hấp thụ dao động hóa trị $\nu_{N-H}$ ở $3156\text{ cm}^{-1}$, $\nu_{C-H}$ thơm ở $3000-2850\text{ cm}^{-1}$, $\nu_{S-H}$ ở $2567\text{ cm}^{-1}$, $\nu_{C=C/C=N}$ ở $1618, 1512\text{ cm}^{-1}$, $\nu_{C=S}$ ở $1259\text{ cm}^{-1}$ và $\nu_{C-N}$ ở $1215\text{ cm}^{-1}$. Sự biến mất hoàn toàn của dải hấp thụ đôi nhóm $-NH_2$ và sự tồn tại đồng thời của dải $N-H$ và $S-H$ minh chứng cho phản ứng khép vòng thành công và hiện tượng hỗ biến thiole-thione. Phổ $^1H$-NMR thể hiện mũi đơn ở vùng trường yếu $\delta = 12,513\text{ ppm}$ (proton $N-H$ và $S-H$ trong cân bằng tautomer) và mũi đa multiplet $\delta = 7,121\text{ ppm}$ (4H, proton vòng benzen).
• Cơ chế tổng hợp các amide (A3, A4, A5, A6): Phản ứng thế thân hạch lưỡng phân tử ($S_N2$) giữa tác nhân anion benzimidazole-2-thiolate với dẫn xuất halogen của chloroacetamide. Việc sử dụng $K_2CO_3$ được lý giải do ion $K^+$ có bán kính lớn hơn và mật độ điện tích nhỏ hơn $Na^+$, làm giảm độ bền liên kết ion với anion thiolate, tăng độ phân ly và nồng độ tác nhân nucleophile tự do.
• Biện giải phổ của A3: Phổ IR có dải $\nu_{N-H}$ amide ở $3368\text{ cm}^{-1}$, $\nu_{C_{Ar}-H}$ ở $3010\text{ cm}^{-1}$, dải $\nu_{C=O}$ amide mạnh ở $1674\text{ cm}^{-1}$, dải $\nu_{C-N}$ ở $1242\text{ cm}^{-1}$. Trên phổ $^1H$-NMR: xuất hiện mũi đơn đặc trưng của nhóm methylene ($-S-CH_2-CO-$) ở $\delta = 4,282\text{ ppm}$ (2H); hai mũi đơn vùng trường rất yếu tại $\delta = 10,520\text{ ppm}$ (1H, $-NH-$ nhóm amide) và $\delta = 12,674\text{ ppm}$ (1H, $-NH-$ vòng benzimidazole); các tín hiệu thơm của vòng phenyl và vòng benzimidazole xuất hiện ở vùng $\delta = 7,054 - 7,461\text{ ppm}$ với các hằng số tách $^3J = 7,5\text{ Hz}$ và $^3J = 8,0\text{ Hz}$.
• Biện giải phổ của A4: Phổ IR ghi nhận dải $\nu_{N-H}$ ở $3267\text{ cm}^{-1}$, $\nu_{C=O}$ ở $1678\text{ cm}^{-1}$, không còn dải $\nu_{S-H}$ ở $2567\text{ cm}^{-1}$ khẳng định phản ứng thế xảy ra trên nguyên tử lưu huỳnh. Phổ $^1H$-NMR có mũi đơn methylene tại $\delta = 4,339\text{ ppm}$ (2H); hai tín hiệu $-NH-$ ở $\delta = 11,095\text{ ppm}$ và $12,659\text{ ppm}$; các proton vòng thơm bị dịch chuyển rõ rệt do ảnh hưởng hút electron mạnh của nhóm $-NO_2$, gồm hai mũi doublet ở $\delta = 7,833\text{ ppm}$ ($2H, ^3J = 8,5\text{ Hz}$) và $\delta = 8,228\text{ ppm}$ ($2H, ^3J = 8,5\text{ Hz}$).
• Biện giải phổ của A5: Phổ IR ghi nhận dải $\nu_{N-H}$ ở $3180\text{ cm}^{-1}$, $\nu_{C_{Ar}-H}$ ở $3030\text{ cm}^{-1}$, dải bão hòa $\nu_{C-H}$ ở $2976-2883\text{ cm}^{-1}$, $\nu_{C=O}$ ở $1662\text{ cm}^{-1}$ và sự biến mất hoàn toàn của dải $\nu_{S-H}$ $2567\text{ cm}^{-1}$.

Chương IV: Kết luận và đề xuất

Khái quát các nội dung đã đạt được: tổng hợp thành công hợp chất trung gian A2 và 4 dẫn xuất amide mới A3, A4, A5, A6; xác định đầy đủ các hằng số vật lý và phổ cấu trúc (IR, $^1H$-NMR) khẳng định sản phẩm tạo thành theo đúng dự kiến; gửi mẫu khảo sát hoạt tính sinh học kháng nấm và kháng khuẩn.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã thực hiện tổng hợp hoàn chỉnh 05 hợp chất dị vòng (01 chất trung gian và 04 dẫn xuất amide thế), tinh chế thu nhận sản phẩm dạng rắn tinh khiết và xác định các hằng số vật lý thực nghiệm.

Ký hiệu mẫu	Tên hợp chất theo IUPAC	Công thức phân tử	Dạng tồn tại / Màu sắc	Nhiệt độ nóng chảy thực nghiệm ($^\circ\text{C}$)	Nhiệt độ nóng chảy tài liệu ($^\circ\text{C}$)	Hiệu suất tổng hợp (%)
A2	2-Mercaptobenzimidazole	$C_7H_6N_2S$	Tinh thể hình kim màu trắng	301 – 305	303 – 304	53,0
A3	2-[(benzimidazol-2-yl)thio]-N-phenylacetamide	$C_{15}H_{13}N_3OS$	Bột màu trắng	198 – 200	Chưa công bố	43,5
A4	2-[(benzimidazol-2-yl)thio]-N-(4-nitrophenyl)acetamide	$C_{15}H_{12}N_4O_3S$	Bột màu trắng	200 – 201	Chưa công bố	38,1
A5	2-[(benzimidazol-2-yl)thio]-N-(p-tolyl)acetamide	$C_{16}H_{15}N_3OS$	Bột màu trắng	204 – 205	Chưa công bố	46,1
A6	2-[(benzimidazol-2-yl)thio]acetamide	$C_9H_9N_3OS$	Bột màu trắng	207 – 209	Chưa công bố	61,5

Về mặt đóng góp khoa học và thực nghiệm, tác giả tự nêu các điểm sau:

• Đã thiết lập và chuẩn hóa điều kiện phản ứng tổng hợp chọn lọc $S$-alkyl hóa giữa 2-mercaptobenzimidazole với các dẫn xuất $\alpha$-chloroacetamide trong môi trường bazơ kiềm yếu ($K_2CO_3$) và dung môi acetone, đảm bảo phản ứng thế định hướng vào nguyên tử lưu huỳnh thay vì nguyên tử nitơ của vòng dị vòng.
• Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm hoàn chỉnh về phổ hồng ngoại FTIR và phổ cộng hưởng từ proton $^1H$-NMR 500 MHz cho dãy chất tổng hợp, phân tích rõ quy luật dịch chuyển hóa học của các nhóm thế hút electron (như nhóm nitro trong A4) và đẩy electron (nhóm methyl trong A5).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận ghi nhận các giới hạn thực nghiệm và định hướng mở rộng:

• Hiệu suất tổng hợp của các dẫn xuất amide thế còn ở mức trung bình ($38,1% - 61,5%$), do các thất thoát trong quá trình kết tinh lại nhiều lần và độ tan phức tạp của sản phẩm trong các hệ dung môi hữu cơ.
• Nghiên cứu mới dừng lại ở bước gửi mẫu thăm dò định tính hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm tại cơ quan phối hợp; chưa có số liệu định lượng nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) chi tiết được xử lý thống kê trong văn bản.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc tối ưu hóa tỷ lệ mol, nhiệt độ và hệ dung môi phản ứng để nâng cao hiệu suất tổng hợp; đồng thời mở rộng tổng hợp thêm các dẫn xuất amide mang các nhóm thế dị vòng hoặc nhân thơm khác nhằm khảo sát mối quan hệ định lượng giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học (QSAR).

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu viên thuộc các chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược và Hóa học các hợp chất thiên nhiên/tổng hợp dị vòng.

Những nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu gồm:

• Quy trình thực nghiệm chi tiết về phản ứng khép vòng tạo dẫn xuất mercaptobenzimidazole sử dụng $CS_2$ trong môi trường cồn - kiềm.
• Phương pháp luận và kỹ thuật tổng hợp chọn lọc liên kết thioether ($C-S$) trên các hợp chất dị vòng chứa đồng thời tâm nucleophile $N$ và $S$.
• Phương pháp phân tích và quy kết tín hiệu phổ $^1H$-NMR độ phân giải cao ($500\text{ MHz}$) cho các hợp chất dị vòng thơm đa nhân có hiện tượng hỗ biến tautomer.

Câu hỏi thường gặp

1. Hợp chất trung gian 2-mercaptobenzimidazole (A2) được tổng hợp từ các chất đầu nào và theo cơ chế gì?
Hợp chất A2 được tổng hợp từ o-phenylenediamine phản ứng với cacbon đisunfua ($CS_2$) trong dung môi ethanol 96% có mặt xúc tác kali hidroxit ($KOH$). Cơ chế phản ứng là phản ứng cộng thân hạch ($A_N$) hai giai đoạn của đôi điện tử tự do trên các nhóm amin ($-NH_2$) vào nhóm carben $C=S$ của $CS_2$, tiếp theo là phản ứng khép vòng nội phân tử và tách loại một phân tử $KHS$.

2. Tại sao phản ứng tổng hợp các dẫn xuất amide A3 - A6 lại sử dụng bazơ $K_2CO_3$ thay vì $Na_2CO_3$?
Tác giả giải thích rằng cation $K^+$ có bán kính nguyên tử lớn hơn $Na^+$ trong khi có cùng điện tích ($+1$), do đó mật độ điện tích trên $K^+$ nhỏ hơn. Điều này làm cho liên kết giữa $K^+$ và anion benzimidazole-2-thiolate kém bền hơn, dễ phân ly hơn trong dung môi acetone, từ đó làm tăng nồng độ tác nhân nucleophile tự do để thúc đẩy phản ứng thế $S_N2$.

3. Dấu hiệu quang phổ chính nào chứng minh phản ứng thế xảy ra trên nguyên tử lưu huỳnh (-SH) thay vì nguyên tử nitơ (-NH-)?
Trên phổ hồng ngoại (IR) của các sản phẩm amide (A3, A4, A5), dải hấp thụ đặc trưng của liên kết $\nu_{S-H}$ tại $2567\text{ cm}^{-1}$ (vốn có ở chất đầu A2) biến mất hoàn toàn, đồng thời xuất hiện dải dao động $\nu_{C=O}$ amide mạnh ở vùng $1662 - 1678\text{ cm}^{-1}$. Trên phổ $^1H$-NMR, sự xuất hiện của mũi đơn tích phân 2H ở vùng $\delta = 4,28 - 4,34\text{ ppm}$ tương ứng với nhóm methylene $-S-CH_2-CO-$ và vẫn bảo tồn tín hiệu proton tự do của nhóm $-NH-$ trên dị vòng ở vùng trường thấp ($\delta \approx 12,6\text{ ppm}$).

4. Vì sao khi kết tủa 2-mercaptobenzimidazole (A2) bằng acid acetic cần phải cho acid vào từ từ và kiểm tra nước lọc?
Do hợp chất A2 chứa đồng thời nhóm chức bazơ yếu ($-NH-$ dị vòng) và nhóm chức acid yếu ($-SH$), sản phẩm có tính chất lưỡng tính và dễ tan lại nếu môi trường quá acid hoặc quá kiềm. Việc nhỏ acid acetic loãng từ từ giúp đưa pH về điểm đẳng điện để sản phẩm kết tinh hoàn toàn mà không bị hòa tan ngược lại.

5. Hiện tượng hỗ biến tautomer của 2-mercaptobenzimidazole được biểu hiện như thế nào trên phổ IR và $^1H$-NMR?
Trên phổ IR của A2, xuất hiện đồng thời vân dao động hóa trị của liên kết $N-H$ ($3156\text{ cm}^{-1}$) và liên kết $S-H$ ($2567\text{ cm}^{-1}$), cùng với vân dao động của liên kết $C=S$ ($1259\text{ cm}^{-1}$). Trên phổ $^1H$-NMR, proton của nhóm $N-H$ và $S-H$ chập thành một mũi đơn rộng duy nhất tại $\delta = 12,513\text{ ppm}$ do sự trao đổi proton nhanh giữa hai dạng hỗ biến thiole và thione.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phạm Xuân Phú đã thực hiện thành công quy trình thực nghiệm tổng hợp 2-mercaptobenzimidazole và dãy 04 dẫn xuất amide thế mới thông qua phản ứng thế thân hạch chọn lọc trên nguyên tử lưu huỳnh. Cấu trúc hóa học của toàn bộ các hợp chất tổng hợp được chứng minh rõ ràng và tường minh thông qua việc đối chiếu nhiệt độ nóng chảy kết hợp phân tích chuyên sâu dữ liệu phổ FTIR và phổ cộng hưởng từ proton $^1H$-NMR 500 MHz. Công trình cung cấp quy trình tổng hợp ổn định, đóng góp dữ liệu phổ học thực nghiệm có giá trị cho hướng nghiên cứu hóa dược các hợp chất dị vòng chứa nitơ và lưu huỳnh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I:TONG QUAN 1.1 Giới thiệu chung Dị vòng benzimidazole có chứa | vòng benzen kết hợp với 1 vòng imidazole. CY Các nhà hóa học nghiên cứu về benzimidazole đã khám phá ra 5,6 - dimetylbenzimidazole nằm trong thành phan cấu trúc của vitamin By. Trong lịch sử, di vòng benzimidazole được tim ra năm 1872 bởi Hoebrecker [24]. Ông đã thu được 2,5 (hoặc 2,6)-dimethylbenzimidazole băng phan ứng khử 2-nitro-4- metylacetanilide H.C NO, 8n HC NH, Ho X.

NHCOCH, — HClGe NHCOCH, —— H;C + H N H,C Một vài năm sau đó, Ladenburg [38] thu được cùng một hop chat bing phan ứng ngưng tu 3.4 — diaminotoluen với axit acetic HC NH, Ho | HC NH, -HO + CH,COOH ———> —__ >Ïll NH, NHCOCH; Những hợp chất loại này được hình thành tir sự mat nước nên được gọi là những bazơ khan nước [26,27,28]. Benzimidazole được biết đến là những đị vòng benzimidazole hoặc benzoglyoxaline. Chúng cũng được đặt tên từ những dẫn xuất của ø-phenylenediamine. Khi đó 2- methylbenzimidazole sẽ được gọi là ethenyl-o-phenylenediamine Chúng cũng được đặt tên như dẫn xuất của nhóm chức trong vỏng imidazole.

Vi du: Benzimidazole cũng được gọi là o-phenylformamidine. Và 2 (3H) — benzimidazolone (1) và 2 (3H)- benzimidazolethione (2) lần lượt được gọi là o-phenylencurea và ø- phenylenethiourea. Ñ H N lò a H (1) (2) Quy tắc đánh số trên vòng benzimidazole như sau: H N 1 2 3f/ Đặc biệt. vị trí thứ 2 được chỉ rõ là vị tri =H 1.2 Hiện tượng tautome hóa trong benzimidazole Benzimidazole chứa nguyên tử hidro liên kết với nitơ ở vị trí số 1 để bị tautome hóa.

Điều này được miêu tá như sau [18]: Sự tautome hóa nảy tương tự như trong imidazole và amidine. Mac dù, có 2 công thức được viết ra nhưng đó chỉ là 1 chất. Điều này được chứng tỏ với 5 (hoặc 6) — methylbenzimidazole. H;C H,C nd — K2 2 (3) (4) Vi vay, 5-methylbenzimidazole (3) là một tautome của 6-methylbenzimidazole (4) và ca 2 cau trúc (3 và 4) là của cùng | hợp chất.

TONG HỢP BENZIMIDAZOLE 1. Phan ứng với acid cacboxylic a. Phan ứng với monoacid O-phenylenediamine phan ứng dé dàng với tất ca axit cacboxylic tạo thành benzimidazole với nhóm thế ở vị trí số 2. Phản ứng này hiệu suất rất cao.

Phản ứng được thực hiện bing cach đun nóng hỗn hợp các chất phán ứng trong bình cầu được lắp sinh han hay trong 1 ống kin. Acid được sử dụng không cần thiết là axit khan. NH; + RCOOH ——> va + HO NH, Phan ứng đạt hiệu suất 83% - 85% khi dùng acid fomic 90% và nêu nông độ acid fomic thấp (25%) thì vẫn thành công. Khi dùng acid axetic thì hợp chất tông hợp được là 2-methylbenzimidazole (H = 68%) [13].

Acid acrylic không tạo được 2 —vinylbenzimidazole. Thay vào đó là sự hình thành hợp chất vòng 7 cạnh. N ° + CH,=CH-COOH —_———> 67% bu, NH, _do N Một số các dithio acid được sử dụng trong phản ứng này. Khi cho acid dithiobenzoic phản ứng với o-phenylenediamin sẽ thu được 2-phenylbenzimidazole (H = 55%) [53].

NH, N CY + CHCSSH _ » CLs + 2H,S NH, b. Phan ứng với diacid Khi diacid phản ứng với ø-phenylenediamine các sản pham tạo thành phụ thuộc vào tỷ lệ mol cúa các chất phản ứng và điều kiện tiền hành. Khi 2 hoặc nhiều mol ø- phenylenediamine đun nóng với | mol diacid. sản phẩm trong trường hợp này là bisbenzimidazole [48].

H ws cx,coon N&COs ` Èxucoon NH; 1. Phản ứng với anhydric acid a. Anhydric của monoacid Phan ứng của anhidric acid va o-phenylenediamine sẽ tạo thành benzimidazole. Không phải tất cả các anhydric acid đều tham gia phan ứng này.

Thực nghiệm đã —_——-Ỷ-Ỷ-Ỷ-Ỷ-Ỷ-Ỷ-Ỷ-Ỷ-Ỷ-Ỷ-Ỷ-Ỷ--ẳiỶẳiẳ=<r-rỶ-.-ẵ chứng minh chỉ có anhydric axetic là tông hợp được benzimidazole. O- phenylenediamine khi đun hỏi lưu vài giờ với anhydric axetic sẽ chuyên hoàn toàn thành 2-methylbenzimidazole [6]. NH, N + 2 (CH,CO),0 ——> Co 3 CH,COOH NH, b. Anhydric của diacid Anhydric của diacid cho phan ứng như của monoacid.

Ví dụ, anhydric của acid succinic phản ứng với o-phenylenediamine sẽ tạo thành acid /-(2- benzimidazole)propionic (5) và anhydric phthalic cũng tạo thành acid — ø-(2- benzimidazole)benzoic (6). NH ‘|S is, — NH; H „cơ (5) O COOH NH, & Ñ CT,NH, “Oretứ —Œ ủ (6) I. Phản ứng với nitrile a. Phan ứng với cyanogen bromide Cyanogen bromide phan ứng với o-phenylenediamine tạo thành 2- aminobenzimidazole.

NH, N + B'CN —————> ŒX )»—NH,. Phan ứng với các nitrile khác Cac nitrile khi dun nóng với ø-phenylenediamine sẽ tạo thành benzimidazole với nhóm thế ở vị trí số 2. Phản ứng này được nghiên cứu bởi Holljes và Wagner [25]. Phản ứng xảy ra trong môi trường axit; xúc tác là ion hydro.

Cơ chế phản ứng này như sau: NH, NH, NH HCl + RCN =——> CI + Rta NH, NH, ó-C,H,(NH,); NH;. Phan ứng với andehyde Trong điều kiện thích hợp, aldehyde có thé phan ứng với o-phenylenediamine tạo thành benzimidazole với nhóm thé ở vị trí số 2. NH, N=CHR Ñ -H, + RCHO ———> ——> a NH,ˆ NH, Phản ứng này tốt nhất nên thực hiện khi có mặt tác nhân oxi hóa. Quá trình oxi hóa này có thê thực hiện ngoài không khí hoặc thuận lợi hơn là sử dụng các tác nhân oxi hóa khác như đồng axetat.

Phản ứng nảy được thực hiện đầu tiên bởi Weidenhagen (50). 2HC! + RCHO + 2,(CH,COO),Cu rr H 8= + Cu,Cl, + 4 CH,COOH + 2H,0 N 1. Từ các benzimidazole khác Chúng ta có thé tong hợp được các benzimidazole với nhóm thế ở vị trí số 2 khác nhau từ các acid benzimidazole-2-sulfonic. Trong khi đó, những acid này có thé thu được với hiệu suất cao từ phản ứng oxi hóa 2-mercaptobenzimidazole bằng kalipermanganat trong dung địch kiềm [19].

psi — pon N Khi xử lí hỗn hợp muối kiềm của acid sunfonic trên và NaCN cùng với nước bằng cách nung nóng tại nhiệt độ 150°C trong vai giờ sau đó acid hóa bằng HCI sẽ thu được axit benzimidazole-2-carboxylic H N 150°C psone + NaCN + HO ——» Các hợp chat 2-benzimidazolone cũng có thé được tổng hợp từ các acid benzimidazole-2-sulfonic [30]. Ví du, acid benzimidazole-2-sulfonic khi xử lí bang dung dich HCI 2% tai nhiệt độ 150°C sé thu duge 2-hydrox ybenzimidazole. 7 |: CL, H,O / HCI 2% È "em — Va + SO, 150°C Từ acid benzimidazole-2-sulfonic và các amin bac | hoặc bac 2 sé tông hợp được 2-aminobenzimidazole. Co * HNRR' ___ 8 HạO + SO, L2.

Từ các phương pháp tổng hợp khác 1. Từ các ø-aminobenzophenone oxime Hợp chất 2-phenylbenzimidazole có thé tổng hợp được từ các ø- aminobenzophenone oxime. Phản ứng này được thực hiện bằng cách nung nóng ø- aminobenzophenone và hydroxylamine hydrocloride trong dung dich con ở 130 - 140°C trong một bình kín [8]. NH; NH, Ñ "C,H, NHCOC,H, Nox 1.

Theo phương pháp của Guha va Ray [23] NO, HCI NHN=CHC,H, NH tw Ñ -NH NHN=CHC,H, 1. Đi từ o-(methylazo)methylaniline và acid chlohidride [36] NH; N + HCl — 8, + NHC N=NCH, bu, 1. Di từ N-formyl-N, N’-dibenzoyl-o-phenylenediamine [37] Dun nóng N-formyl-V, NV-dibenzoyl-o-phenylenediamine tại 180-200°C thu được 1-benzoylbenzimidazole. CHO ÄCH;OC,H, 180- 200°C — (I): C,H,COOH NHCOC,H, 1.

Tong hop 2-mercaptobenzimidazole Các hợp chat 2-mercaptobenzimidazole và 2-benzimidazolthione là các tautome của nhau. Che^v”— Ch zTr T 1. Đi từ o-phenylenediamine và CS, Phương pháp này rất dé tong hợp nên 2-mercaptobenzimidazole với hiệu suất cao + CS, Kon = + HS NH; ~ HOH OH NH, 1. Tir o-phenylenediamine va thiocarbamide Dun o-phenylenediamine và thiocarbamide ở nhiệt độ 170 — 180°C.

Hỗn hợp phan ứng đun hồi lưu trong ancol amylic cho đến khi lượng amoniac giải phóng không đáng kẻ [43]. 2HCl+ NH,CSNH, ————> Sa + 2NH,CI NH, : 170-180°C NH, 1. Từ o-phenylenediamine và thiophosgene Billeter và Stainer là người đề xướng nên phản ứng này. Tác giả đã tông hợp nên hợp chất 2-benzimidazolethiol bằng cách cho o-phenylenediamine với thiophosgen với hiệu suất phan ứng là 78%.

H NH,2 N + CSC ———> Cr + 2HCI NH, 1. Từ các hợp chất hidrazine với CS; Hai tác giả Jacobson và Hugershoff [33] đã tông hợp nên hợp chất (7) bằng cách cho các hợp chất hidrazine phan ứng với CS, ở 150°C. R' NH, NỈ Rr NH R R' H CS; N — )—SH R" (7) 1. Tinh chất của benzimidazole 1.

Tinh chat vat li Nhiệt độ nóng chảy của một số benzimidazole đơn giản được liệt kê ở bảng bên dưới. Từ bảng này, chúng ta có thẻ thấy rằng các benzimidazole có nhóm thế ở vị trí số 1 có nhiệt độ nóng chảy thấp. Nguyên nhân là do hidro ở vị trí số 1 đã bị thế nên. ta a * giữa các benzimidazole không còn liên ket hidro liên phan tử.

Các benzimidazole thường tan tốt trong dung môi phân cực và rất khó hòa tan trong dung môi hữu cơ. Ví du, benzimidazole tan tốt trong nước nóng, rất khó hòa tan trong ether và khó hòa tan trong benzen. Với sự đưa vào các nhóm thẻ không phân cực ở các vị trí khác trên vòng benzimidazole, độ hòa tan của chúng trong các dung môi không phân cực tăng lên. Chăng hạn, 2-methylbenzimidazole có thê dễ dàng hòa tan trong ether.

Ngược lại, sự đưa vào các nhóm thể phân cực vào cấu trúc phân tử làm tăng độ hòa tan của chúng trong các dung môi phân cực; do đó, 2-aminobenzimidazole tan được trong nước. Bảng — Nhiệt độ nóng chảy của một số benzimidazole Benzimidazole l Benzimidazole Benzimidazole 2,5-Dimethylbeneimidazole 1-Methylbensimidazole 2-Phenyl-5-methylbenzimida- 2-Mcthylbenzimidasole zole 1,2-DIphenylbenzirnidazole. 2(3/7)-Benzimidazolethione Benzimidazole là một bazơ yêu và yêu hơn cả imidazole. Theo đó, chúng có thê hòa tan trong axit.

Benzimidazole cũng có đầy đủ tính chất của một axit va thường hòa tan trong dung dịch kiềm và dang hợp chất N-kim loại. Tính axit của benzimidazole, giống imidazole [45], đường như là do sự ồn định của ion cộng hưởng. Độ tan của benzimidazole trong dung dịch kiêm phụ thuộc vào từng hợp chất cụ thê. Các benzimidazole có tính axit càng nhiều thì được hòa tan trong dung dịch ít bazơ như dung dich kali cacbonat chăng hạn.

Hợp chat 2-benzimidazolone khó hòa tan trong dung dịch NaOH. Nó khó tan trong dung dich acid chlohidric loãng nhưng dé tan trong acid chlohidric đặc và đun nóng nhẹ. Acid 2-benzimidazolecarboxylic hòa tan trong axit loãng một cách dễ dàng. Hunter và Marriott [25] đã xác định khối lượng phân tử của một số benzimidazole thông qua nhiệt độ đông đặc trong dung dich naphthalene ở những nồng độ khác nhau.

Kết quả thu được chỉ ra rằng có liên kết giữa các phân tử thông qua liên kết N-H-N trong những hợp chất có nhóm NH chưa bị thay thé. Lực liên kết nảy được tăng cường bởi sự cộng hưởng trong vòng benzimidazole. Những hợp chất được thay thé ở vị trí số 1 bằng nhóm akyl, acyl, aryl thì không có khả năng liên kết cao. Những hợp chất như 2-benzoylbenzimidazole (8) thì nằm ở vị trí trung gian về khả năng liên kết liên phân tử so với các benzimidazole khác chưa bị thay thé ở vị trí số 1.

Chúng xuất hiện phan lớn các phân tử có liên kết nội phân tử (9). (8) (9) Liên kết nội phân từ xuất hiện trong một số benzimidazole có nhóm thế ở vị trí số 2. Kết quả này được ghi nhận trong phô hap thụ tử ngoại [51].