李桂杰,趙靜國,張 飛

(武漢輕工大學生物與制藥工程學院,湖北武漢430023)

李桂杰,趙靜國,張 飛

(武漢輕工大學生物與制藥工程學院,湖北武漢430023)

以S-環(huán)氧氯丙烷和3,4-二氟硝基苯為原料,設計并合成了12個哌嗪取代唑烷酮類化合物,其結構均經高分辨1HNMR和MS確認。以利奈唑胺為參照物,對合成的化合物進行了金黃色葡萄球菌、鏈球菌和大腸桿菌的體外抗菌實驗,結果表明,合成的化合物有一定抗菌活性,但活性均明顯低于利奈唑胺。

唑烷酮;哌嗪取代衍生物;抗菌活性;合成

為了尋找新的活性化合物,作者以利奈唑胺為基礎,以哌嗪環(huán)替代嗎啉環(huán)并對哌嗪環(huán)進行取代[5],設計并合成了12個新化合物,所有結構均經高分辨1HNMR和MS確認;并采用微量稀釋法,以利奈唑胺為陽性對照,對合成的化合物進行了體外抗菌活性研究[]。

1 實驗

1.1 菌株、試劑與儀器

實驗菌株購自武漢大學典型培養(yǎng)物保藏中心,保存于-80℃冰箱。

利奈唑胺標準品,中國藥品生物制品檢定所。S-環(huán)氧氯丙烷、3,4-二氟硝基苯為工業(yè)級(≥98%),其余試劑均為國產分析純。

YRT-3型熔點儀(溫度計未經校正),天津大學精密儀器廠;MercuryPlus-400型核磁共振氫譜儀(以TMS為內標,氘代氯仿為溶劑),美國Varian公司; TraceMS2000型氣相質譜聯用儀。

1.2 目標化合物的合成路線

先以S-環(huán)氧氯丙烷和3,4-二氟硝基苯為原料分別合成中間體化合物Ⅲ和Ⅵ,再通過匯聚式合成一步生成唑烷酮環(huán)[7,8],合成路線見圖1。

1.3 合成方法

1.3.1 (2S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽(Ⅰ)的合成

向50mL圓底燒瓶中加入乙醇15mL、苯甲醛5g(50mmol)、濃氨水4.9g(50mmol),攪拌1h,冰水浴下滴加S-環(huán)氧氯丙烷4.4g(48mmol),撤去冰浴緩慢升至室溫,過夜,減壓濃縮,加入37%鹽酸6mL和水7mL,43℃下反應4h,分液,棄去有機層,水層減壓濃縮至有固體出現,用甲苯于高真空下反復帶水得淡黃色固體,然后用無水乙醇和石油醚在-10℃下析晶,抽濾,50℃真空烘干,得白色晶體即化合物Ⅰ5.8g,收率79.3%,熔點134.6～135.4℃。

1.3.2 N-(3-氯-2-羥基)乙酰胺(Ⅱ)的合成

向250mL三口瓶中加入化合物Ⅰ14.6g(100 mmol)、甲醇50mL,-30℃下加入三乙胺11.1g(110 mmol),攪拌,15min后再緩慢滴加乙酸酐25.6g(250 mmol),控制內溫不低于-30℃,滴加完畢后緩慢升至室溫攪拌3 h,抽濾,減壓濃縮,用甲苯和無水乙醇反復帶水,然后用無水乙醚在-10℃下析出白色固體,抽濾,減壓旋干溶劑,得淡黃色油狀液體即化合物Ⅱ9.11 g,產率70.8%。

圖1 目標化合物的合成路線Fig.1 The synthetic route of the target compounds

1.3.3 (R/S)-N-(2,3-環(huán)氧丙基)乙酰胺(Ⅲ)的合成

向250 m L三口瓶中加入化合物Ⅱ7.6 g(50 mmol),用新蒸的四氫呋喃40 m L溶解,冷卻至-40℃(如有固體析出,除去),攪拌下緩慢滴加溶有6.4 g(60 mmol)2.5 mol·L-1叔丁醇鉀的四氫呋喃溶液64 m L,滴加完畢后,緩慢升至0℃,抽濾,用四氫呋喃洗滌濾餅,減壓旋干溶劑,殘留物用硅膠柱層析分離[洗脫劑:CH3OH∶CH2Cl2=(0～1)∶25],得無色粘稠液體即化合物Ⅲ4.2 g,產率69.5%。

1.3.4 3-氟-4-哌嗪基硝基苯(Ⅳ)的合成

向500 m L三口瓶中加入干燥過的無水哌嗪15.5 g(180 mmol)、三乙胺20 m L,用90 m L乙腈溶解,攪拌,70℃下緩慢滴加3,4-二氟硝基苯10 m L(90 mmol),滴加完畢后升溫至85℃回流反應5 h,反應完后冷卻至室溫,減壓濃縮,用乙酸乙酯(100 m L×3)萃取,合并有機層,用飽和食鹽水洗滌、無水硫酸鈉干燥,減壓蒸去溶劑,烘干,得橙黃色粘稠狀固體即化合物Ⅳ15.1 g,產率74.2%。

1.3.5 N-芐氧羰基-3-氟-4-哌嗪基苯胺(Ⅵ)的合成

向250 m L三口瓶中加入化合物Ⅳ10 g(44.5 mmol)、甲酸銨16.8 g(265 mmol)、10%鈀炭1 g、丙酮140 m L,45℃下攪拌4 h,抽濾,濾餅用少量丙酮洗滌,合并濾液并轉移至另一500 m L三口瓶中,加入丙酮100 m L、10%碳酸氫鈉溶液100 m L,冰浴,0℃下緩慢滴加氯甲酸芐酯(CBZ)17.3 g(98 mmol),滴加完后撤去冰浴,緩慢升至室溫過夜,反應完畢將混合物傾入大量冰水中并充分攪拌,抽濾,濾餅用少量無水乙醇洗滌,再用丙酮與水在-10℃下重結晶,真空干燥,得類白色固體即化合物Ⅴ6.83 g,產率78.6%。

1.3.6 (S)-[N-3-(3′-氟-4′-嗎啉基)苯基-2-氧代-5-唑烷基]甲基乙酰胺(Ⅷ)的合成

向50 m L干燥的三口瓶中加入化合物Ⅵ3.1 g (9.4 mmol)、新蒸的DMF 6 m L、無水甲醇0.6 g (18.8 mmol),在20℃、氮氣保護下滴加2 mol·L-1叔丁醇鋰0.8 g(10.3 mmol)的四氫呋喃溶液,5℃下將化合物Ⅲ3.6 g(18.6 mmol)加入瓶中,緩慢升至室溫攪拌20 h。反應混合液用15 m L飽和氯化銨溶液淬滅,依次加入水20 m L、飽和氯化鈉溶液18 m L、二氯甲烷25 m L,水層用二氯甲烷(20 m L×3)萃取,合并有機層,用無水硫酸鎂干燥,減壓濃縮,殘留物用硅膠柱層析分離(洗脫劑:CH3OH∶CH2Cl2=1∶10),真空干燥,得白色固體化合物Ⅶ3.02 g,產率67.4%。

向100 m L三口瓶中加入化合物Ⅶ2.37 g(50 mmol),用甲醇-二氯甲烷(3∶1)溶解,再稱取10%鈀炭0.25 g,通入氫氣,點板觀察直到原料點消失后停止反應,抽濾,用少量無水甲醇洗滌,減壓濃縮,真空干燥,得淡黃色固體化合物Ⅷ1.52 g,產率90.3%。

1.3.7 哌嗪基取代衍生物(Ⅸa～Ⅸl)的合成

(1)酰胺類衍生物(Ⅸa～Ⅸf)的合成

稱取化合物Ⅷ0.32 g(0.9 mmol)、DCC 0.16 m L、DMF 9 m L,冰浴下緩慢滴加特戊酰氯0.13 g,室溫攪拌過夜,減壓濃縮,殘留物用柱層析分離[洗脫劑:乙酸乙酯∶石油醚=1∶(0～3)],得化合物a。同法制備Ⅸb～Ⅸf。

(2)烷基類衍生物(Ⅸg～Ⅸl)的合成

稱取化合物Ⅷ0.2 g(0.59 mmol)、碳酸鉀0.22 g、碘化鉀0.06 g、DMF 8 m L,加入碘甲烷0.09 m L (1.3 mmol),60℃下攪拌過夜,抽濾,減壓濃縮,殘留物用柱層析分離[洗脫劑:乙酸乙酯∶甲醇=10∶(10～1)],得到化合物Ⅸg。同法制備Ⅸh～Ⅸl。

2 結果與討論

2.1 目標化合物的結構表征

Ⅸa:白色粉末固體,產率43.2%,熔點161～162℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.44(dd,1 H,Ar-H), 7.05(dd,1H,Ar-H),6.93(t,1H,Ar-H),6.31(t, 1 H,-NH-),4.72～4.83(m,1 H,H-5),4.05(t, 1H,H-4),3.61～3.79[m,7H,-CON(CH2CH2)2N-,H-4,-CH2-NH-],3.01[m,4H,-CON (CH2CH2)2N-)],2.05(s,3H,-COCH3),1.25[s, 9 H,(CH3)3C-;C21H29FN4O4,MS(EI,70 e V),m/z: [420.19+]。

Ⅸb:白色粉末固體,產率55.6%,熔點180～181℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.43～7.48(m,5 H, Ar-H),7.27(dd,1 H,Ar-H),7.06(dd,1 H,Ar-H), 6.93(t,1H,Ar-H),6.28(t,1 H,-NH-),4.77(m, 1H,H-5),4.02(t,1H,H-4),3.60～3.76[m,7H, -CON(CH2CH2)2N-,H-4,-CH2-NH-],3.01 [m,4 H,-CON(CH2CH2)2N-],2.02(s,3 H, -COCH3);C23H25FN4O4,MS(EI,70 e V),m/z: [440.18+]。

Ⅸc:白色粉末固體,產率62.1%,熔點:182～183℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.62～7.80(m,5H, Ar-H),7.43(dd,1H,Ar-H),7.05(dd,1H,Ar-H), 6.92(t,1H,Ar-H),6.27(t,1H,-NH-),4.78(m, 1 H,H-5),4.00(t,1H,H-4),3.67～3.73[m,7 H, -CON(CH2CH2)2N-,H-4,-CH2-NH-],3.13～3.19[m,4H,-CON(CH2CH2)2N-],2.01(s, 3H,-COCH3);C22H25FN4O5S,MS(EI,70 eV),m/ z:[476.04+]。

Ⅸd:類白色粉末固體,產率37.5%,熔點223～225℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.44～7.63 (m,4H,Ar-H),7.27(dd,1H,Ar-H),7.03(dd,1H, Ar-H),6.94(t,1H,Ar-H),6.17(t,1H,-NH-), 4.75(m,1H,H-5),4.02(t,1 H,H-4),3.63～3.75 [m,7H,-CON(CH2CH2)2N-,H-4,-CH2-NH-], 3.12～3.17[m,4H,-CON(CH2CH2)2N-],2.45(s,3H, CH3-Ph-),2.03(s,3H,-COCH3);C23H27FN4O5S,MS (EI,70 eV),m/z:[445.99+]。

Ⅸe:類白色粉末固體,產率65.3%,熔點131～132℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.46(dd,1H, Ar-H),7.06(dd,1 H,Ar-H),6.90(t,1 H,Ar-H), 6.50(t,1H,-NH-),4.79(m,1H,H-5),4.04(t, 1H,H-4),3.64～3.79[m,7 H,-CON(CH2CH2)2N-,H-4,-CH2-NH-],2.99～3.03[m,4H, -CON(CH2CH2)2N-],2.35(m,2H,-CH2CO-),2.03(s,3H,-COCH3),1.26[m,10H, -(CH2)5-],0.89(m,3H,CH3-);C25H35FN4O5, MS(EI,70 e V),m/z:[476.21+]。

Ⅸf:白色粉末固體,產率75.6%,熔點212～214℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.30～7.40(m, 4H,Ar-H),7.19(dd,1 H,Ar-H),7.00(dd,1H,Ar-H),6.86(t,1H,Ar-H),5.94(t,1H,-NH-),4.71 (m,1H,H-5),3.96(t,1 H,H-4),3.56～3.76[m,7H, -CON(CH2CH2)2N-,H-4,-CH2-NH-],2.97 [m,4H,-CON(CH2CH2)2N-],1.95(s,3H, -COCH3);C24H24F4N4O5,MS(EI,70 e V),m/z: [508.03+]。

Ⅸg:淺灰色粉末固體,產率41.4%,熔點198～200℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.48(dd,1H, Ar-H),7.05(dd,1 H,Ar-H),6.93(t,1 H,Ar-H), 6.09(t,1H,-NH-),4.77(m,1H,H-5),4.02(t, 1H,H-4),3.61～3.79[m,7H,-CON(CH2CH2)2N-, H-4,-CH2-NH-],2.96～3.02[m,4H, -CON(CH2CH2)2N-],2.66(m,2H,CH3-CH2-), 2.03(s,3H,-COCH3),1.25(s,3H,CH3-);C17H23FN4O3, MS(EI,70 eV),m/z:[350.09+]。

Ⅸh:類白色粉末固體,產率45.2%,熔點146～148℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.52(dd,1H, Ar-H),7.02(dd,1H,Ar-H),6.95(t,1H,Ar-H), 6.18(t,1H,-NH-),4.77(m,1H,H-5),4.04(t, 1H,H-4),3.63～3.77[m,7 H,-CON(CH2CH2)2N-,H-4,-CH2-NH-],2.91～3.06[m,4H, -CON(CH2CH2)2N-],2.89～2.96(m,2H,BrCH2-CH2-),2.02(s,3H,-COCH3),1.26(s, 2H,BrCH2-);C18H24FN4O3Br,MS(EI,70 eV), m/z:[443.10+]。

Ⅸi:黃色固體,產率38.2%,熔點141～142℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.45(dd,1 H,Ar-H), 7.05(dd,1H,Ar-H),6.93(t,1H,Ar-H),6.29(t, 1 H,-NH-),4.79(m,1 H,H-5),4.00(t,1 H,H-4), 3.60～3.80[m,4H,-CON(CH2CH2)2N-],3.68 (m,3H,H-4,-CH2-NH-),2.96～3.10[m,4H, -CON(CH2CH2)2N-],2.02(s,3 H,-COCH3), 1.25～1.28[d,6H,(CH3)2-];C19H27FN4O3,MS (EI,70 e V),m/z:[378.13+]。

Ⅸj:淺黃色粉末固體,產率35.4%,熔點170～172℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.41(dd,1 H, Ar-H),7.06(dd,1H,Ar-H),6.91(t,1H,Ar-H), 6.17(t,1H,-NH-),4.76(m,1H,H-5),4.02(t, 1H,H-4),3.56～3.75[m,4H,-CON(CH2CH2)2N-],3.12(m,3H,H-4,-CH2-NH-),2.67[m, 4H,-CON(CH2CH2)2N-],2.44[m,4H,-CH2-N(CH2CH2)2N-],2.03(s,3 H,-COCH3),1.25～1.45[m,4 H,-(CH2)2-],0.96(t,3 H,CH3-); C20H29FN4O3,MS(EI,70 eV),m/z:[392.16+]。

Ⅸk:類白色粉末固體,產率29.6%,熔點156～158℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.44(dd,1H, Ar-H),7.05(dd,1 H,Ar-H),6.93(t,1H,Ar-H), 6.32(t,1 H,-NH-),4.77(m,1 H,H-5),3.99(t, 1H,H-4),3.57～3.77[m,4H,-CON(CH2CH2)2N-], 3.11(m,3H,H-4,-CH2-NH-),2.70[m,4H, -CON(CH2CH2)2N-],2.41[m,4H,-CH2-N(CH2CH2)2N-],2.02(s,3 H,-COCH3),1.55 [m,4H,-(CH2)3-],1.30(t,3H,CH3-); C21H31FN4O3,MS(EI,70 e V),m/z:[406.16+]。

Ⅸl:淺灰色粉末固體,產率51.1%,熔點117～118℃。1HNMR(CDCl3,600 MHz),δ:7.34～7.43 (m,5H,Ar-H),7.29(dd,1H,Ar-H),7.04(dd,1H, Ar-H),6.91(t,1 H,Ar-H),6.40(t,1 H,-NH-), 4.76(m,1 H,H-5),4.03(t,1 H,H-4),3.60～3.75 [m,7H,-CON(CH2CH2)2N-,H-4,-CH2-NH-],3.08[m,4 H,-CON(CH2CH2)2N-],2.65 (m,2 H,Ph-CH2-),2.02(s,3H,-COCH3); C23H27FN4O3,MS(EI,70 eV),m/z:[426.11+]。

2.2 體外抗菌活性研究

采用微量稀釋法,在滅菌的一次性96孔聚苯乙烯板中進行體外抗菌活性實驗。化合物Ⅸa～Ⅸl對不同菌株的最小抑菌濃度(MIC)見表1。

表1 化合物Ⅸa～Ⅸl對不同菌株的MIC值/μg·mL-1Tab.1 The MIC values ofⅨa～Ⅸl to different strains/μg·m L-1

利奈唑胺及其衍生物對革蘭氏陰性菌均無抑菌活性,對革蘭氏陽性菌有不同程度的抑菌活性[9]。由表1可知,Ⅸa對革蘭氏陽性菌和陰性菌均無活性;Ⅸb、Ⅸc、Ⅸg、Ⅸk對金黃色葡萄球菌無抑菌活性,對鏈球菌活性也很弱;Ⅸe、Ⅸi、Ⅸj、Ⅸl對陽性菌有不同程度的抑菌活性,但是活性均明顯低于利奈唑胺;Ⅸd、Ⅸf和Ⅸh的抑菌活性最強,Ⅸf約為利奈唑胺的1/2,Ⅸd與Ⅸh的活性相當,約為利奈唑胺的1/4。針對哌嗪基的修飾研究正在進行中。

2.3 討論

化合物Ⅶ的合成過程中,在室溫條件下以叔丁醇鋰為催化劑[10],代替-78℃滴加正丁基鋰,大大改善了實驗條件,同時也提高了產率。

3 結論

以S-環(huán)氧氯丙烷和3,4-二氟硝基苯為原料,設計并合成了12個哌嗪取代唑烷酮類化合物,其結構均經高分辨1HNMR和MS確認。以利奈唑胺為參照物,對合成的化合物進行了金黃色葡萄球菌、鏈球菌和大腸桿菌的體外抗菌實驗,結果表明,合成的化合物有一定抗菌活性,但活性均明顯低于利奈唑胺。

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Study on Synthesis and Antibacterial Activity of Piperazinyl Oxazolidinone Derivatives in vitro

LI Gui-jie,ZHAO Jing-guo,ZHANG Fei
(College of Biotechnology and Pharmacy Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China)

Using S-epichlorohydrin and 3,4-difluoro-nitrobenzene as raw materials,twelve piperazine substituted oxazolidinone compounds were synthesized.Their structures were confirmed by high resolution1HNMR and MS.With linezolid as the reference,the antibacterial test in vitro showed that these compounds had certain antibacterial activities against Staphylococcus aureus and Streptococcus.However,the antibacterial activities were significantly lower than that of linezolid.

oxazolidinone;piperazinyl substituted derivative;antibacterial activity;synthesis

O626.24

A

1672-5425(2013)07-0051-05

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.07.014

2013-04-25

李桂杰(1986-),男,湖北麻城人,碩士研究生,研究方向:藥物化學,E-mail:lgjdyxo@163.com;通訊作者:趙靜國,副教授。