王 曼， 夏亞熙， 李陽晶， 孟戎茜

（太原工業(yè)學(xué)院化學(xué)與化工系，山西 太原 030008）

引 言

諾氟沙星又名氟哌酸，是一種合成抗菌藥物，它具有抗菌譜廣 、活性強、毒性低、與多數(shù)抗菌藥物無交叉耐藥性且人工合成容易的特點。但是，其生物利用度小、血藥濃度低（諾氟沙星口服400mg生物利用度為35%～45%），影響其體內(nèi)療效［1］。諾氟沙星在體內(nèi)比較穩(wěn)定，很少被代謝。影響其抗菌活性的主要因素是口服吸收度，而解決這一問題的關(guān)鍵是適當提高其脂溶性［2］。諾氟沙星哌嗪環(huán)N－4’位引入脂溶性的氯乙基，期望賦予喹諾酮藥物某些新的性質(zhì)，得到抗菌譜更廣、抗菌作用更強、毒素作用更小的未見報道的藥物。實驗中，通過加入相轉(zhuǎn)移催化劑使反應(yīng)時間縮短，反應(yīng)條件溫和，操作簡便，抑制副反應(yīng)，從而提高收率［3］。利用單因素實驗法和正交分析實驗法確定反應(yīng)的最佳條件。所得產(chǎn)品通過與諾氟沙星原料藥對比熔點及紅外光譜圖來驗證是否為目標產(chǎn)物。該合成主要反應(yīng)機理如圖1。

圖1 諾氟沙星衍生物合成機理

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Spectrum型傅立葉變換紅外光譜儀，Perkin－Elmer公司，光譜范圍 4 000cm－1～650cm－1；SZCL－4B智能磁力加熱攪拌器，鞏義市予華儀器有限責任公司；SHZ－D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵，鞏義市予華儀器有限責任公司。

氟哌酸，河南康緣藥業(yè)，化學(xué)純；1，2－二氯乙烷，山西雙鶴藥業(yè)，分析純；DMF，西隴藥業(yè)，化學(xué)純；氫氧化鈉，山西雙鶴藥業(yè)，化學(xué)純；鹽酸，10%；乙酸乙酯，天津市申泰化學(xué)試劑有限公司，分析純；TE－BAB，自制。

1.2 諾氟沙星N－4′位氯乙基化衍生物的合成

實驗中，影響產(chǎn)品收率的主要因素有反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、物料比、催化劑量、溶液濃度等。先用單因素實驗法確定每種因素的最優(yōu)條件，再用正交法驗證，結(jié)合各因素最佳水平確定最佳工藝路線［4］。

以諾氟沙星（取1.6g即0.005mol）、1，2－二氯乙烷為原料，DMF作溶劑（取20mL），NaOH溶液作縛酸劑（20mL），乙酸乙酯作萃取劑（30mL），四丁基溴化銨作單因素法催化劑。反應(yīng)完畢，用10%鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH到7，冷卻后溶液分層。取下層沉淀部分，加入30mL乙酸乙酯萃取。靜置一段時間后抽濾，并用5mL～10mL去離子水水洗。最后，干燥，稱量。最佳反應(yīng)工藝條件下加入新型相轉(zhuǎn)移催化劑三乙基丁基溴化銨（TEBAB）進行合成實驗，對所得產(chǎn)品進行熔點測定及紅外光譜表征。

1.3 體內(nèi)抗菌活性測試

將樣品與吐溫－80研磨成懸浮液，雌性小鼠（體重18g～20g），感染致死量的大腸桿菌－1515后1h，一次灌胃給藥，觀察7d內(nèi)的生存率，用Reed氏法計算半數(shù)有效劑量（ED50）。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實驗

正交實驗采用3因素3水平實驗，如表1所示，實驗結(jié)果見表2。

表1 正交法實驗因素及水平

表2 正交實驗結(jié)果

通過對每組均值1、2、3的比較，可以確定最佳物料摩爾比為1.0∶1.4，最佳反應(yīng)溫度為70℃，最佳反應(yīng)時間為4h，最佳TEBAB量為0.2g。

通過對極差的比較，可以得出各因素對反應(yīng)影響的大小：反應(yīng)溫度＞TEBAB量＞物料比＞反應(yīng)時間。

通過正交實驗和對正交表的分析，初步得出該合成反應(yīng)的條件。通過單因素實驗確定出最佳實驗條件，即，固定其中任意2個因素，改變另一因素來得出此因素的最佳值。通過3個單因素實驗分別確定出反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、原料配比3個因素的最佳值，即為該合成反應(yīng)的最佳工藝條件。

2.2 單因素實驗（見表3）

表3 單因素法實驗條件及結(jié)果

2.2.1 反應(yīng)時間與產(chǎn)率關(guān)系

用實驗1、2、3、4、5結(jié)果繪圖出如圖2結(jié)果。

圖2 反應(yīng)時間與產(chǎn)率關(guān)系圖

由圖2可知，曲線先升后降；隨著反應(yīng)時間的增加，收率也隨之升高，在3h～4h處出現(xiàn)最大值；大于4h后，收率有所下降。在一定范圍，反應(yīng)時間越長，反應(yīng)就越充分；超過4h，開始有副產(chǎn)物生成，收率下降。將實驗19與實驗11結(jié)果比較可知，其他條件相同時，反應(yīng)4h產(chǎn)率大于反應(yīng)3h的產(chǎn)率。所以，正交實驗反應(yīng)溫度選取3、4、5h3個水平。

2.2.2 NaOH質(zhì)量分數(shù)與產(chǎn)率關(guān)系

用實驗6、7、8、9的結(jié)果繪圖，如圖3。

圖3 NaOH溶液濃度與產(chǎn)率關(guān)系圖

圖3曲線先升后降，在5%左右有最大值。由于NaOH在反應(yīng)中作縛酸劑，反應(yīng)結(jié)束后還要調(diào)節(jié)溶液pH至7，所以NaOH質(zhì)量分數(shù)不宜過大；但反應(yīng)需在堿性條件下進行，故NaOH質(zhì)量分數(shù)也不宜太低。因此，5%可作為最佳質(zhì)量分數(shù)，正交實驗不再對此進行討論。

2.2.3 反應(yīng)溫度與產(chǎn)率關(guān)系

用實驗8、10、11、12的結(jié)果繪圖，如圖4。

圖4 反應(yīng)溫度與產(chǎn)率關(guān)系圖

圖4曲線先升后降，在70℃出現(xiàn)最大值。在一定范圍內(nèi)，溫度越高，收率越大；70℃之后，收率開始下降。因為溫度過高有利于1，2－二氯乙烷與NaOH反應(yīng)生成乙二醇。所以，初步確定70℃為最佳溫度。正交實驗選取60、70、80℃3個水平，再進行驗證。

2.2.4 催化劑量與產(chǎn)率關(guān)系

用實驗11、13、14的結(jié)果繪圖，如圖5。

圖5曲線先升后降，在0.2g左右處有最大值。由于很少量的催化劑就會對反應(yīng)產(chǎn)生很大影響，所以曲線斜率較大?？沙醪秸J為0.2g催化劑為最佳量。正交實驗選取0.1、0.2、0.3g 3個水平。

圖5 催化劑量與產(chǎn)率關(guān)系圖

2.2.5 無催化劑時溫度與產(chǎn)率關(guān)系

實驗15、16、17、18為不加催化劑條件下、反應(yīng)溫度分別為70、80、90、100℃的實驗，結(jié)果如圖6。

圖6 無催化劑條件下溫度與產(chǎn)率關(guān)系圖

圖6曲線先升后降，80℃～100℃時曲線斜率較大，說明不加催化劑的條件下，溫度變化對反應(yīng)的影響大；而且在90℃左右有最大值，可知不加催化劑時90℃為最佳反應(yīng)溫度。70℃時不加催化劑的產(chǎn)率明顯比加入催化劑時的產(chǎn)率低，可以判斷相轉(zhuǎn)移催化劑能縮短反應(yīng)時間、降低反應(yīng)溫度、提高收率。

2.3 相轉(zhuǎn)移催化劑TEBAB的應(yīng)用［4］

本課題在最佳實驗條件下，即當反應(yīng)溫度為70℃、n（諾氟沙星）∶n（對氨基苯磺酰氯）＝1.0∶1.4、反應(yīng)時間為4h時，加入不同種類的催化劑，比較四丁基溴化銨（分析純）和TEBAB（自制）的催化效果。實驗結(jié)果如表4所示。

表4 四丁基溴化銨和TEBAB的催化效果

比較表4中實驗數(shù)據(jù)可知，加入催化劑可以使合成反應(yīng)產(chǎn)率得到很大的提高，而自制的相轉(zhuǎn)移催化劑TEBAB的催化效果比四丁基溴化銨的催化效果好。

2.4 產(chǎn)品表征

2.4.1 熔點（見表5）

表5 樣品熔點

諾氟沙星熔點在218℃～224℃，樣品初熔溫度與諾氟沙星大致相同，終熔溫度高于諾氟沙星7℃左右，說明樣品中有未反應(yīng)的諾氟沙星原料，有新物質(zhì)生成可能是諾氟沙星N－4′位氯乙基化衍生物。

2.4.2 紅外光譜［5］

圖7與圖8是諾氟沙星與產(chǎn)品的紅外光譜圖。

圖7 諾氟沙星紅外光譜圖

圖8 樣品紅外光譜圖

752、805、887、949、1 103、1 149、1 199、1 251、1 375、1 441、1 476、1 521、1 616、1 727、2 502、2 830、2 946、2 970、3 343cm－1處出現(xiàn)中強特征吸收峰。

諾氟沙星紅外光譜：752cm－1處出現(xiàn)乙基中亞甲基C—H面外彎曲振動；805cm－1處出現(xiàn)哌嗪環(huán)中亞甲基C—H面外彎曲振動；887cm－1處出現(xiàn)酸羧基中另一種形式C—O化學(xué)鍵面內(nèi)彎曲振動；949cm－1處出現(xiàn)酸羧基O—H化學(xué)鍵面外彎曲振動；1 103、1 149cm－1處出現(xiàn)C—F化學(xué)鍵對稱伸縮振動和不對稱伸縮振動；1 199cm－1處出現(xiàn)雜環(huán)中C—N的伸縮振動；1 251cm－1為O—H的面內(nèi)彎曲振動；1 375cm－1處出現(xiàn)甲基面內(nèi)對稱彎曲振動；1 441cm－1處出現(xiàn)乙基中亞甲基的C—H面內(nèi)彎曲振動；1 476cm－1處出現(xiàn)甲基的面內(nèi)不對稱彎曲振動；1 521cm－1處出現(xiàn)苯環(huán)骨架═C C伸縮振動；1 616cm－1處出現(xiàn)4位酮═C O的伸縮振動；1 727cm－1處出現(xiàn)酸羧基═C O伸縮振動［5］；2 502cm－1為—COOH 基 O—H 伸縮振動；2 830、2 946cm－1為乙基中亞甲基的C—H對稱伸縮振動和不對稱伸縮振動；2 970cm－1為甲基C—H伸縮振動；3 343cm－1為哌嗪環(huán)上N—H的伸縮振動。

判斷是否生成諾氟沙星N－4′位氯乙基化衍生物，根據(jù)如下：

1）3 350cm－1～3 310cm－1處哌嗪環(huán)上 N—H的伸縮振動消失。

2）2 950cm－1～2 820cm－1處產(chǎn)生新的乙基中亞甲基的C—H面內(nèi)彎曲振動。

3）750cm－1～700cm－1處出現(xiàn)C—Cl的伸縮振動。

由圖8可知，3 343cm－1為哌嗪環(huán)上N—H的伸縮振動未消失；2 838cm－1處產(chǎn)生新的乙基中亞甲基的C—H面內(nèi)彎曲振動；735cm－1處出現(xiàn)C—Cl的伸縮振動?？膳袛鄻悠分杏兄Z氟沙星N－4′位氯乙基化衍生物，但諾氟沙星原料未反應(yīng)完全。

2.5 活性測試

對所合成的目標化合物進行體內(nèi)抗菌活性實驗，用t檢驗進行了統(tǒng)計學(xué)處理，其結(jié)果見表6。

表6 In vivo antibacterial activities of the title compounds

從表6可以看出，目標化合物的抗菌活性大于諾氟沙星，這可能是脂溶性取代基的引入增強了對于細菌細胞壁的穿透力，結(jié)構(gòu)的改變也引起了藥代動力學(xué)性質(zhì)的改變。本文只測定了對于大腸桿菌－1515的ED50，至于其他菌株的體內(nèi)抗菌活性還需進一步研究。

3 結(jié)論

通過產(chǎn)品熔點的測定以及對紅外譜圖的分析可知，本次設(shè)計成功合成了諾氟沙星N－4′位氯乙基化衍生物。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析得出最佳條件：物料摩爾比1.0∶1.4；反應(yīng)時間4h；反應(yīng)溫度70℃；相轉(zhuǎn)移催化劑TEBAB量0.2g；NaOH溶液質(zhì)量分數(shù)5%。各因素對反應(yīng)影響強弱從大到小順序依次為：反應(yīng)溫度＞TEBAB量＞物料比＞反應(yīng)時間。

新型相轉(zhuǎn)移催化劑TEBAB具有良好的催化活性，可以降低反應(yīng)溫度，縮短反應(yīng)時間，提高產(chǎn)品收率。實驗過程中發(fā)現(xiàn)其具有很強的吸濕性，所以保存時注意嚴格密封。

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