張銀勇, 石程輝, 周先禮

(1. 西南交通大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都　610031; 2. 中國科學(xué)院 上海藥物研究所，上?！?01203)

?

·研究論文·

新型螺嘧啶三酮類化合物的合成及其抗菌活性

張銀勇1,2, 石程輝2, 周先禮1*

(1. 西南交通大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都610031; 2. 中國科學(xué)院 上海藥物研究所，上海201203)

根據(jù)生物電子等排原理，以2,3,4-三氟苯甲酸為原料，經(jīng)硝化、還原、氧化和親核取代反應(yīng)制得中間體2-(2,3,4-三氟-5-硝基苯)-1,3-二氧戊環(huán)(4); 4分別經(jīng)7步反應(yīng)合成了12個(gè)新型的苯并噁唑酮或苯并咪唑酮螺嘧啶三酮類化合物(12a～12f, 19a～19f)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和ESI-MS表征。采用CLSI標(biāo)準(zhǔn)研究了12和19對(duì)甲氧西林耐藥金黃色葡萄球菌(A)、甲氧西林耐藥表皮葡萄球菌(B)、青霉素耐藥肺炎鏈球菌(C)和化膿性鏈球菌(D)的體外抗菌活性。結(jié)果表明：12的抗菌活性優(yōu)于19，其中12a的抗菌活性最好，對(duì)A～D的MIC值分別為8～16 μg·mL-1。

螺嘧啶三酮; 苯并噁唑酮; 苯并咪唑酮; II型拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑; 合成; 抗菌活性

致病菌的多重耐藥性已成為威脅人類健康的嚴(yán)重問題[1]。如金黃色葡萄球菌(MRSA)，已給臨床治療帶來巨大挑戰(zhàn)[2-3]。雖然新型抗菌藥物(如利奈唑胺)可有效控制MRSA等革蘭氏陽性菌感染，但經(jīng)過長期臨床應(yīng)用,也逐漸發(fā)現(xiàn)有耐藥菌株出現(xiàn)[4-5]。因此，研發(fā)作用機(jī)制獨(dú)特、結(jié)構(gòu)新穎的高效抗菌藥，是滿足臨床需求的重要途徑[6-8]。

Chart 1

Scheme 1

苯并異噁唑螺嘧啶三酮類化合物是一類新型的細(xì)菌II型拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑，雖然其作用靶點(diǎn)與喹諾酮類藥物相同，但具體作用區(qū)域和作用機(jī)制完全不同。苯并異噁唑螺嘧啶三酮類化合物新穎的化學(xué)結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制，使其對(duì)敏感型和耐藥型革蘭氏陽/陰性菌均有良好的抗菌活性。此外，該類化合物與臨床常用抗菌藥物(如喹諾酮)不存在交叉耐藥性，研究價(jià)值較高[9-11]。

苯并異噁唑螺嘧啶三酮類化合物中的代表性化合物AZD0914(Chart 1)已經(jīng)進(jìn)入II期臨床研究階段。AZD0914的初步構(gòu)效關(guān)系研究結(jié)果表明：噁唑烷酮環(huán)并非是保持化合物活性的必需基團(tuán)，R基團(tuán)容忍性較好,被不同基團(tuán)取代后依然具有活性[9-11]。

本文以AZD0914為先導(dǎo)藥物，依據(jù)生物電子等排原理，對(duì)其苯并異噁唑環(huán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，并簡化噁唑烷酮環(huán)。以2,3,4-三氟苯甲酸為原料，經(jīng)硝化、還原、氧化和親核取代反應(yīng)制得中間體2-(2,3,4-三氟-5-硝基苯)-1,3-二氧戊環(huán)(4); 4分別經(jīng)7步反應(yīng)合成了12個(gè)新型的苯并噁唑酮或苯并咪唑酮螺嘧啶三酮類化合物(12a～12f, 19a～19f, Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和ESI-MS表征。采用CLSI標(biāo)準(zhǔn)研究了12和19對(duì)甲氧西林耐藥金黃色葡萄球菌、甲氧西林耐藥表皮葡萄球菌、青霉素耐藥肺炎鏈球菌和化膿性鏈球菌的體外抗菌活性。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

X-4型顯微熔點(diǎn)儀(溫度未校正)；Bruker Biospin Avance III 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Finnigan LCQ-DECA型質(zhì)譜儀。

2，3，4-三氟-5-硝基苯甲酸(1)按文獻(xiàn)[12]方法合成；測試菌株為2015年12月在四川和北京地區(qū)收集的臨床分離致病菌；其余所用試劑均為分析純。

1.2合成

(1) 2，3，4-三氟-5-硝基苯甲醇(2)的合成

在反應(yīng)瓶中加入1 30.0 g(136 mmol)和THF 150 mL，攪拌使其溶解；氬氣保護(hù)，冰浴下滴加10 mol·L-1硼烷二甲基硫醚絡(luò)合物270 mmol的二甲基硫醚(27 mL)溶液，滴畢，于室溫反應(yīng)2 h(TLC監(jiān)測)。緩慢倒入0 ℃甲醇中淬滅反應(yīng)，濃縮得淡黃色油狀液體2 28.0 g，收率99%;1H NMRδ: 8.13(ddd,J=7.7 Hz, 6.9 Hz, 2.4 Hz, 1H), 4.84(s, 2H), 2.87(t,J=5.7 Hz, 1H)。

(2) 2，3，4-三氟-5-硝基苯甲醛(3)的合成

在反應(yīng)瓶中加入2 28.0 g(135 mmol)和二氯甲烷200 mL，攪拌使其溶解；冰浴下加入Dess-Martin氧化劑63 g(148 mmol)，加畢，于室溫反應(yīng)3 h(TLC監(jiān)測)。過濾，濾液減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑A:V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=15 ∶1]純化得淡黃色油狀液體3 22.2 g，收率80%;1H NMRδ: 10.32(s, 1H), 8.50(ddd,J=7.8 Hz, 6.5 Hz, 2.4 Hz, 1H)。

(3) 4的合成

在反應(yīng)瓶中加入3 25.0 g(122 mmol)和甲苯200 mL，攪拌使其溶解；加入乙二醇20 mL(366 mmol)和對(duì)甲苯磺酸一水合物2.3 g(12 mmol)，于120 ℃反應(yīng)3 h(TLC監(jiān)測)。冷卻至室溫，加入適量水,用乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)相，用飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=10 ∶1)純化得白色粉末4 28.0 g，收率93%;1H NMRδ: 8.13(ddd,J=7.7 Hz, 6.8 Hz, 2.3 Hz, 1H), 6.07(s, 1H), 4.18～4.07(m, 4H)。

(4) 4-(1,3-二氧戊烷-2-烷基)-2,3-二氟-6-硝基苯酚(5)的合成

在反應(yīng)瓶中加入4 10.9 g(44 mmol)和THF 60 mL，攪拌使其溶解；緩慢滴加氫氧化鉀12.3 g(219 mmol)的水(30 mL)溶液，滴畢，于55 ℃反應(yīng)過夜(TLC監(jiān)測)。冷卻至室溫，用1 mol·L-1鹽酸調(diào)至pH 4，加入適量水，用乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)相，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=6 ∶1)純化得白色固體5 8.0 g，收率74%；1H NMRδ: 10.69(s, 1H), 8.18(dd,J=6.7 Hz, 2.3 Hz, 1H), 6.04(s, 1H), 4.20～4.08(m, 4H)。

(5) 2,3-二氟-4-羥基-5-硝基苯甲醛(6)的合成

在反應(yīng)瓶中加入5 6.0 g(24.65 mmol)和1,4-二氧六環(huán)30 mL，攪拌使其溶解；緩慢加入6 mol·L-1鹽酸40 mL，于室溫反應(yīng)3 h(TLC監(jiān)測)。加入適量水，用乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)相，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮得白色固體6 5.0 g，收率99%;1H NMRδ: 10.22(s, 1H), 8.57(dd,J=6.7 Hz, 2.2 Hz, 1H)。

(6) 2-[(2R,6S)-2,6-二甲基嗎啉]-3-氟-4-羥基-5-硝基苯甲醛(7)的合成

在反應(yīng)瓶中加入6 5.0 g(24.63 mmol)和乙腈40 mL，攪拌使其溶解；依次加入N,N-二異丙基乙胺10 mL(61.58 mmol)和順式2,6-二甲基嗎啉4.6 mL(36.95 mmol)，于90 ℃反應(yīng)過夜(TLC監(jiān)測)。冷卻至室溫，用2 mol·L-1鹽酸調(diào)至pH 3，析出固體，過濾，濾餅干燥得黃色固體7 5.0 g，收率69%;1H NMRδ: 9.95(d,J=0.9 Hz, 1H), 8.43(d,J=1.8 Hz, 1H), 3.93～3.85(m, 2H), 3.31(d,J=13.5 Hz, 2H), 3.21～3.13(m, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

(7) 5-氨基-2-[(2R,6S)-2,6-二甲基嗎啉]-3-氟-4-羥基苯甲醛(8)和6-[(2R,6S)-2,6-二甲基嗎啉]-7-氟-2-氧-2,3-二氫苯并噁唑-5-甲醛(9)的合成

在反應(yīng)瓶中加入7 4.3 g(14.43 mmol)和THF 300 mL，攪拌使其溶解；氬氣保護(hù)，加入10%Pd/C 400 mg，氫氣氛圍下于室溫反應(yīng)2 h(TLC監(jiān)測)。用硅藻土過濾，濾液A為8的THF溶液。

冰浴冷卻，攪拌下向A中緩慢加入三乙胺4 mL(28.86 mmol)和三光氣4.28 g(14.43 mmol)，于室溫反應(yīng)1 h(TLC監(jiān)測)。倒入冰水中，用乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)層，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=2 ∶1)純化得黃色固體9 3.0 g，兩步收率70%;1H NMRδ: 10.51(s, 1H), 8.75(s, 1H), 7.39(s, 1H), 3.91～3.82(m, 2H), 3.14～3.06(m, 2H), 2.94(d,J=10.8 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

(8) 6-[(2R,6S)-2,6-二甲基嗎啉]-7-氟-3-取代基-2-氧-2,3-二氫苯并[d]噁唑-5-甲醛(11a～11f)的合成(以11a和11e為例)

在反應(yīng)瓶中加入9 200 mg(0.68 mmol)和DMF 10 mL，攪拌使其溶解；冰浴冷卻，氬氣保護(hù)下，加入60%鈉氫56 mg(1.36 mmol)，攪拌20 min，加入碘甲烷(10a)0.05 mL(0.82 mmol)，于室溫反應(yīng)1 h(TLC監(jiān)測)。倒入冰水中，用乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)層，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=4 ∶1)純化得黃色固體11a 159 mg，收率76%;1H NMRδ: 10.49(s, 1H), 7.27(d,J=1.1 Hz, 1H), 3.87～3.78(m, 2H), 3.43(s, 3H), 3.07(td,J=11.8 Hz, 3.0 Hz, 2H), 2.90(d,J=10.4 Hz, 2H), 1.21(d,J=6.3 Hz, 6H)。

用類似的方法合成黃色固體11b～11d，收率分別為74%, 85%和88%。

11b：1H NMRδ: 10.50(s, 1H), 7.46(d,J=1.2 Hz, 1H), 4.80(s, 2H), 3.91～3.84(m, 2H), 3.15～3.07(m, 2H), 2.95(d,J=10.2 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

11c：1H NMRδ: 10.50(s, 1H), 7.21(d,J=1.1 Hz, 1H), 4.58(s, 2H), 4.29(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.90～3.82(m, 2H), 3.14～3.06(m, 2H), 2.93(d,J=10.3 Hz, 2H), 1.34(t,J=7.2 Hz, 3H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

11d：1H NMRδ: 10.51(s, 1H), 7.40(d,J=1.1 Hz, 1H), 4.02(t,J=5.1 Hz, 2H), 3.89～3.81(m, 2H), 3.71(t,J=5.1 Hz, 2H), 3.34(s, 3H), 3.12～3.05(m, 2H), 2.92(d,J=10.3 Hz, 2H), 1.23(d,J=6.3 Hz, 6H)。

在反應(yīng)瓶中加入9 200 mg(0.68 mmol)和DMF 10 mL，攪拌使其溶解；加入三乙胺0.19 mL(1.36 mmol)，冰浴冷卻，氬氣保護(hù)下，緩慢滴加甲磺酰氯(10e)0.07 mL(0.88 mmol)，滴畢，反應(yīng)1 h。倒入冰水中，加入乙酸乙酯，萃取，合并有機(jī)層，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=2 ∶1)純化得黃色固體11e 190 mg，收率73%;1H NMRδ: 10.44(s, 1H), 7.93(d,J=1.3 Hz, 1H), 3.90～3.83(m, 2H), 3.55(s, 3H), 3.14～3.06(m, 2H), 2.96(d,J=10.7 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

用類似的方法合成黃色固體11f，收率90%;1H NMRδ: 10.47(s, 1H), 8.10(d,J=1.1 Hz, 1H), 7.84～7.81(m, 2H), 7.70(t,J=7.5 Hz, 1H), 7.55(t,J=7.8 Hz, 2H), 3.93～3.84(m, 2H), 3.17～3.08(m, 2H), 3.00 (d,J=10.6 Hz, 2H), 1.25 (d,J=6.3 Hz, 6H)。

(9) 11′-氟-8′-取代基-2′,4′-二甲基-1′,2′,4′,4a′-四氫-2H,6′H-螺[嘧啶-5,5′-[1,4]噁嗪[4,3-a]噁唑[4,5-g]喹啉]-2,4,6,9′(1H,3H,8′H)-四酮(12a～12f)的合成(以12a為例)

在反應(yīng)瓶中加入11a 150 mg(0.49 mmol)，醋酸4 mL和水1 mL,攪拌使其溶解；加入巴比妥酸69 mg(0.54 mmol)，于110 ℃反應(yīng)4 h(TLC監(jiān)測)。冷卻至室溫，加入適量水，用乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)層，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)反相柱[流動(dòng)相M：V(甲醇) ∶V(水)=30 ∶70]純化得白色固體12a 84 mg，收率42%。

用類似的方法合成白色固體12b～12f，收率分別為48%, 56%, 45%, 47%和55%。

12a: m.p.180～182 ℃;1H NMRδ: 11.73(s, 1H), 11.53(s, 1H), 6.74(s, 1H), 3.93(d,J=12.7 Hz, 1H), 3.79(d,J=8.6 Hz, 1H), 3.78～3.72(m, 1H), 3.67～3.61(m, 1H), 3.40(d,J=15.0 Hz, 1H), 3.25(s, 3H), 3.04～2.97(m, 1H), 2.94(d,J=14.5 Hz, 1H), 1.11(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.4 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.12, 167.59, 153.53, 149.60, 135.46(d,JCF=242.0 Hz), 129.71(d,JCF=13.7 Hz), 129.02(d,JCF=3.4 Hz), 123.64, 118.94, 103.99, 72.05, 71.64, 64.38, 56.57, 52.97, 38.98, 28.24, 18.40, 18.15; ESI-MSm/z: 417.2{[M-H]+}。

12b: m.p.230～232 ℃;1H NMRδ: 11.77(s, 1H), 11.53(s, 1H), 6.88(s, 1H), 5.08(s, 2H), 3.94(d,J=13.1 Hz, 1H), 3.80(d,J= 8.6 Hz, 1H), 3.78～3.72(m, 1H), 3.66～3.60(m, 1H), 3.46(d,J=14.7 Hz, 1H), 3.06～2.99(m, 1H), 2.96(d,J=14.5 Hz, 1H), 1.12(d,J=6.1 Hz, 3H), 0.89(d,J=6.4 Hz, 3H);13C NMRδ: 173.54, 170.09, 154.84, 152.08, 137.85(d,JCF=242.4 Hz), 132.34, 132.20, 123.41, 121.69, 117.34, 106.58, 74.44, 73.92, 66.81, 55.12, 52.13, 41.22, 32.78, 20.77, 20.53； ESI-MSm/z: 444.2{[M+H]+}。

12c: m.p.209～210 ℃；1H NMRδ: 11.81(s, 1H), 11.45(s, 1H), 6.76(s, 1H), 4.66(d,J=1.5 Hz, 2H), 4.17(q,J=7.2 Hz, 2H), 3.94(d,J=12.1 Hz, 1H), 3.78(d,J=8.7 Hz, 1H), 3.77～3.71(m, 1H), 3.67～3.59(m, 1H), 3.37～3.35(m, 1H), 3.04～2.98(m, 1H), 2.95(d,J=14.5 Hz, 1H), 1.21(t,J=7.1 Hz, 3H), 1.12(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 173.44, 169.94, 169.58, 155.77, 151.89, 137.82(d,JCF=242.6 Hz), 132.15(d,JCF=14.0 Hz), 131.69(d,JCF=3.2 Hz), 125.00, 121.53, 106.76, 74.47, 74.03, 66.83, 63.85, 58.90, 55.19, 45.50, 41.26, 20.77, 20.52, 16.33； ESI-MSm/z: 491.2{[M+H]+}。

12d: m.p.189～190 ℃;1H NMRδ: 11.81(s, 1H), 11.45(s, 1H), 6.79(s, 1H), 3.96～3.85(m, 3H), 3.78(d,J=8.6 Hz, 1H), 3.77～3.72(m, 1H), 3.67～3.61(m, 1H), 3.61～3.56(m, 2H), 3.39(d,J=14.3 Hz, 1H), 3.22(s, 3H), 3.04～2.97(m, 1H), 2.95(d,J=14.4 Hz, 1H), 1.12(d,J=6.1 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.2 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.55, 168.04, 153.85, 150.01, 135.93(d,JCF=242.3 Hz), 130.21(d,JCF=13.8 Hz), 129.46(d,JCF=3.3 Hz), 123.49, 119.42, 104.98, 72.55, 72.11, 68.77, 64.84, 58.46, 57.01, 53.36, 42.37, 39.44, 18.88, 18.62; ESI-MSm/z: 485.2{[M+Na]+}。

12e: m.p.275～277 ℃;1H NMRδ: 11.81(s, 1H), 11.46(s, 1H), 7.04(s, 1H), 4.17～4.03(m, 1H), 3.95(d,J=11.9 Hz, 1H), 3.82(d,J=8.8 Hz, 1H), 3.79～3.70(m, 1H), 3.68～3.65(m, 1H), 3.63(s, 3H), 3.08～2.99(m, 1H), 2.86(d,J=14.6 Hz, 1H), 1.12(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 173.41, 169.91, 151.90, 151.47, 137.48(d,JCF=242.8 Hz), 133.10(d,JCF= 2.8 Hz), 132.24(d,JCF= 14.5 Hz), 122.13, 121.03, 109.89, 74.48, 74.04, 66.65, 58.72, 55.18, 43.16, 40.77, 20.73, 20.49; ESI-MSm/z: 483.1{[M+H]+}。

12f: m.p.200～202 ℃;1H NMRδ: 11.79(s, 1H), 11.51(s, 1H), 7.84(d,J=7.2 Hz, 2H), 7.64(t,J=7.4 Hz, 1H), 7.51(t,J=7.8 Hz, 2H), 7.33(s, 1H), 3.99(d,J=11.7 Hz, 1H), 3.85(d,J=8.8 Hz, 1H), 3.77(s, 1H), 3.70～3.61(m, 2H), 3.11～3.03(m, 1H), 2.90(d,J=14.2 Hz, 1H), 1.13(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.89(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 173.46, 169.92, 169.62, 152.43, 151.99, 137.26(d,JCF=242.1 Hz), 135.03, 134.83, 133.29(d,JCF=2.5 Hz), 133.12, 133.01, 131.60, 130.79, 130.35(d,JCF=7.3 Hz), 121.83, 121.58, 112.11, 74.51, 74.07, 66.66, 62.12, 55.27, 40.92, 20.75, 20.51; ESI-MSm/z: 509.2{[M+H]+}。

(10) 4-(1,3-二氧戊烷-2-烷基)-2,3-二氟-N-甲基-6-硝基苯胺(13)的合成

在反應(yīng)瓶中加入4 15.0 g(60.24 mmol)和THF 50 mL，攪拌使其溶解；冰浴冷卻，滴加25%甲胺溶液14.9 g(120.48 mmol)，滴畢，于室溫反應(yīng)2 h(TLC監(jiān)測)。加入適量水，用乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)層，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑B:V(石油醚) ∶V(二氯甲烷)=2 ∶1]純化得黃色固體13 14.0 g，收率89%;1H NMRδ: 8.19(dd,J=7.2 Hz, 2.2 Hz, 1H), 8.06(s, 1H), 5.97(s, 1H), 4.18～4.04(m, 4H), 3.31(dd,J=7.6 Hz, 5.5 Hz, 3H)。

(11) 2,3-二氟-4-(甲氨基)-5-硝基苯甲醛(14)的合成

在反應(yīng)瓶中加入13 14.0 g(54.94 mmol)和1,4-二氧六環(huán)40 mL，攪拌使其溶解；加入6 mol·L-1鹽酸60 mL，于室溫反應(yīng)2 h(TLC監(jiān)測)。用6 mol·L-1NaOH溶液調(diào)至pH 10，用乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)層，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮得黃色固體14 11.9 g，收率98%;1H NMRδ: 10.05(s, 1H), 8.61(dd,J=7.0 Hz, 2.1 Hz, 1H), 8.48(s, 1H), 3.41(dd,J=7.8 Hz, 5.5 Hz, 3H)。

(12) 2-[(2R,6S)-2,6-二甲基嗎啉]-3-氟-4-(甲氨基)-5-硝基苯甲醛(15)的合成

在反應(yīng)瓶中加入14 11.9 g(55.08 mmol)和乙腈40 mL，攪拌使其溶解；加入N,N-二異丙基乙基胺22 mL(137.71 mmol)和順式2,6-二甲基嗎啉10 mL(82.62 mmol)，于室溫反應(yīng)2 h(TLC監(jiān)測)。依次加入水(30 mL)和飽和氯化銨溶液(30 mL)，析出固體，過濾，濾餅用水洗滌，干燥得黃色固體15 11.8 g，收率69%;1H NMRδ: 9.90(d,J=1.1 Hz, 1H), 8.52(d,J=1.6 Hz, 1H), 8.39(s, 1H), 3.92～3.85(m, 2H), 3.33(dd,J=8.4 Hz, 5.4 Hz, 3H), 3.18(d,J=12.9 Hz, 2H), 3.11～3.04(m, 2H), 1.23(d,J=6.3 Hz, 6H)。

(13) 5-氨基-2-[(2R,6S)-2,6-二甲基嗎啉]-3-氟-4-(甲氨基)苯甲醛(16)和6-[(2R,6S)-2,6-二甲基嗎啉]-7-氟-1-甲基-2-氧-2,3-二氫-1H-苯并[d]咪唑-5-甲醛(17)的合成

在反應(yīng)瓶中加入15 11.8 g(37.97mmol)和THF 400 mL，攪拌使其溶解；氬氣保護(hù)，加入10%Pd/C 1.0 g，氫氣氛圍下反應(yīng)4 h(TLC監(jiān)測)。用硅藻土過濾，濾液為15的THF溶液B。

冰浴冷卻，攪拌下向B中緩慢加入三乙胺10.5 mL(75.94 mmol)和三光氣11.3 g(37.97 mmol)，于室溫反應(yīng)1 h(TLC監(jiān)測)。倒入冰水中，加入乙酸乙酯，萃取，合并有機(jī)層，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=2 ∶1)純化得黃色固體17 8.0 g，兩步收率69%;1H NMRδ: 10.53(s, 1H), 9.80(s, 1H), 7.43(s, 1H), 3.91～3.84 (m, 2H), 3.65(d,J=1.8 Hz, 3H), 3.12～3.05(m, 2H), 2.93(d,J=10.1 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

(14) 3-取代基-6-[(2R,6S)-2,6-二甲基嗎啉]-7-氟-1-甲基-2-氧-2,3-二氫-1H-苯并[d]咪唑-5-甲醛(18a～18f)的合成(以18a和18e為例)

在反應(yīng)瓶中加入17 150 mg(0.49 mmol)和DMF 10 mL，攪拌使其溶解;冰浴冷卻，氬氣保護(hù)下，加入60%鈉氫30 mg(0.73 mmol)，攪拌20 min；加入10a 0.05 mL(0.73 mmol)，于室溫反應(yīng)1 h(TLC監(jiān)測)。倒入冰水中，用乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)層，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=4 ∶1)純化得黃色固體18a 150 mg，收率96%;1H NMRδ: 10.54(s, 1H), 7.31(d,J=0.5 Hz, 1H), 3.90～3.84(m, 2H), 3.64(d,J=1.9 Hz, 3H), 3.44(s, 3H), 3.12～3.05(m, 2H), 2.92(d,J=10.0 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

用類似的方法合成淡黃色固體18b～18d，收率分別為88%, 85%和90%。

18b:1H NMRδ: 10.53(s, 1H), 7.44(s, 1H), 4.83(s, 2H), 3.90～3.82(m, 2H), 3.67(d,J=2.0 Hz, 3H), 3.13～3.06(m, 2H), 2.94(d,J=10.2 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

18c:1H NMRδ: 10.52(s, 1H), 7.21(s, 1H), 4.63(s, 2H), 4.26(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.91～3.82(m, 2H), 3.66(d,J=2.0 Hz, 3H), 3.12～3.04(m, 2H), 2.92(d,J=10.3 Hz, 2H), 1.32(t,J=7.1 Hz, 3H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

18d:1H NMRδ: 10.54(s, 1H), 7.41(s, 1H), 4.08(t,J=5.1 Hz, 2H), 3.90～3.84(m, 2H), 3.68(t,J=5.4 Hz, 2H), 3.64(d,J=2.0 Hz, 3H), 3.34(s, 3H), 3.12～3.04(m, 2H), 2.92(d,J=10.1 Hz, 2H), 1.23(d,J=6.3 Hz, 6H)。

在反應(yīng)瓶中加入17 150 mg(0.49 mmol)和DMF 10 mL，攪拌使其溶解；加入三乙胺0.14 mL(0.98 mmol)，冰浴冷卻，氬氣保護(hù)下，緩慢滴加10e 0.05 mL(0.64 mmol)，滴畢，反應(yīng)1 h(TLC監(jiān)測)。倒入冰水中，加入乙酸乙酯，萃取，合并有機(jī)層，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=2 ∶1)純化得黃色固體18e 145 mg，收率76%;1H NMRδ: 10.47(s, 1H), 8.07(d,J=0.9 Hz, 1H), 3.91～3.83(m, 2H), 3.65(d,J=2.4 Hz, 3H), 3.52(s, 3H), 3.11～3.04(m, 2H), 2.94(d,J=10.2 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

用類似的方法合成黃色固體18f，收率85%;1H NMRδ: 10.50(s, 1H), 8.20(d,J=0.9 Hz, 1H), 7.78(dd,J=8.3 Hz, 1.3 Hz, 2H), 7.68～7.62(m, 1H), 7.54～7.49(m, 2H), 3.93～3.86(m, 2H), 3.61(d,J=2.3 Hz, 3H), 3.15～3.07(m, 2H), 2.98(d,J=10.1 Hz, 2H), 1.25(d,J=6.3 Hz, 6H)。

(15) 8-取代基-11-氟-2,4,10-三甲基-1,2,4,4a,8,10-6氫-2′H-螺[咪唑[4,5-g][1,4]噁嗪[4,3-a]喹啉-5,5′-嘧啶]-2′,4′,6′,9(1′H,3′H,6H)-四酮(19a～19f)的合成(以19a為例)

在反應(yīng)瓶中加入18a 150 mg(0.47 mmol)，醋酸4 mL和水1 mL，攪拌使其溶解；加入巴比妥酸72 mg(0.56 mmol)，于110 ℃反應(yīng)4 h(TLC監(jiān)測)。冷卻至室溫，加入適量水，用乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)層，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)反相柱(流動(dòng)相:M=30 ∶70)純化得白色固體19a 100 mg，收率50%。

用類似的方法合成白色固體19b～19f，收率分別為55%, 57%, 48%, 52%和65%。

19a: m.p.194～196 ℃;1H NMRδ: 11.78(s, 1H), 11.38(s, 1H), 6.64(s, 1H), 3.94(d,J=12.6 Hz, 1H), 3.81～3.76(m, 2H), 3.69～3.61(m, 1H), 3.44(s, 3H), 3.41～3.35(m, 1H), 3.22(s, 3H), 3.02～2.93(m, 2H), 1.12(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.87(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.72, 168.09, 154.01, 150.07, 138.73(d，JCF=240.38 Hz), 128.36, 123.10(d,JCF=6.6 Hz), 117.87(d,JCF=7.2 Hz), 116.73, 103.65, 72.63, 72.19, 64.99, 57.35, 53.80, 39.94, 29.41, 27.58, 18.90, 18.68； ESI-MSm/z: 432.2{[M+H]+}。

19b: m.p.245～247 ℃;1H NMRδ: 11.79(s, 1H), 11.42(s, 1H), 6.80(s, 1H), 5.02(s, 2H), 3.95(d,J=11.9 Hz, 1H), 3.82～3.75(m, 2H), 3.69～3.62(m, 1H), 3.47(d,J=1.8 Hz, 3H), 3.39(d,J=14.2 Hz, 1H), 3.04～2.93(m, 2H), 1.12(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.89(d,J=6.4 Hz, 3H);13C NMRδ: 173.54, 170.02, 155.03, 151.94, 139.53(d,JCF=237.6 Hz), 131.24(d,JCF=4.8 Hz), 122.43, 120.20(d,JCF=12.5 Hz), 119.27, 118.14, 105.99, 74.56, 74.09, 66.98, 59.16, 55.45, 41.55, 31.60, 31.53, 20.79, 20.57; ESI-MSm/z: 457.2{[M+H]+}。

19c: m.p.224～226 ℃;1H NMRδ: 11.77(s, 1H), 11.40(s, 1H), 6.63(s, 1H), 4.58(d,J=6.8 Hz, 2H), 4.13(q,J=6.9 Hz, 2H), 3.95(d,J=12.1 Hz, 1H), 3.83～3.75(m, 2H), 3.69～3.61(m, 1H), 3.47(s, 3H), 3.29(d,J=14.2 Hz, 1H), 3.01～2.93(m, 2H), 1.20(t,J=7.1 Hz, 3H), 1.12(d,J=6.1 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.71, 168.50, 168.09, 153.89, 150.05, 137.61(d,JCF=236.5 Hz), 128.60, 122.27(d,JCF=6.2 Hz), 118.05(d,JCF=12.6 Hz), 116.87, 103.97, 72.69, 72.20, 65.05, 61.58, 57.31, 53.59, 42.63, 40.41, 29.51, 18.92, 18.71, 14.51; ESI-MSm/z: 504.2{[M+H]+}。

19d: m.p.204～206 ℃;1H NMRδ: 11.77(s, 1H), 11.39(s, 1H), 6.69(s, 1H), 3.97～3.85(m, 3H), 3.82～3.74(m, 2H), 3.69～3.63(m, 1H), 3.53(t,J=5.8 Hz, 2H), 3.44(d,J=1.9 Hz, 3H), 3.37～3.32(m, 1H), 3.20(s, 3H), 3.01～2.93(m, 2H), 1.12(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 172.69, 169.99, 155.77, 151.97, 139.49(d,JCF=236.2 Hz), 130.15, 124.52(d,JCF=6.6 Hz), 119.89(d,JCF=12.3 Hz), 118.59, 105.98, 74.57, 74.08, 71.40, 66.90, 62.11, 60.31, 55.58, 42.87, 41.71, 31.27, 20.81, 20.59; ESI-MSm/z: 476.2{[M+H]+}。

19e: m.p.290～292 ℃;1H NMRδ: 11.77(s, 1H), 11.41(s, 1H), 7.11(s, 1H), 3.96(d,J=12.3 Hz, 1H), 3.80(d,J=8.6 Hz, 1H), 3.78～3.72(m, 1H), 3.67～3.62(m, 1H), 3.59(m, 1H), 3.56(s, 3H), 3.45(s, 3H), 3.05～2.97(m, 1H), 2.86(d,J=14.4 Hz, 1H), 1.12(d,J=6.1 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.2 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.45, 167.92, 150.87, 149.87, 137.04(d,JCF=237.5 Hz), 130.42, 118.69(d,JCF=12.8 Hz), 117.81, 117.50(d,JCF=5.0 Hz), 107.95, 72.51, 72.02, 64.75, 56.91, 53.33, 41.19, 39.05, 29.62, 18.68, 18.48; ESI-MSm/z: 496.1{[M+H]+}。

Scheme 2

19f: m.p.215～217 ℃;1H NMRδ: 11.75(s, 1H), 11.43(s, 2H), 7.71(d,J=7.4 Hz, 2H), 7.60(t,J=8.0 Hz, 1H), 7.47(t,J=7.7 Hz, 2H), 7.37(s, 1H), 4.00(d,J=12.6 Hz, 1H), 3.84(d,J=8.7 Hz, 1H), 3.82～3.75(m, 1H), 3.69～3.65(m, 1H), 3.56(d,J=14.9 Hz, 1H), 3.41(s, 3H), 3.08～2.98(m, 1H), 2.91(d,J=14.7 Hz, 1H), 1.13(d,J=6.1 Hz, 3H), 0.89(d,J=6.4 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.65, 168.52, 168.10, 151.60, 150.10, 137.02(d,JCF=237.1 Hz), 134.33, 132.55, 130.88, 129.63, 129.48, 128.30, 128.24, 119.63(d,JCF=12.4 Hz), 118.44 (d,JCF=5.2 Hz), 117.42, 110.05, 72.69, 72.19, 64.92, 57.13, 53.57, 39.34, 29.67, 18.84, 18.63; ESI-MSm/z: 520.2{[M-H]-}。

1.3體外抗菌活性測試

采用美國臨床和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(CLSI)抗菌藥物敏感性試驗(yàn)操作規(guī)程(M02-A11, M07- A9和M11-A8)推薦的微量肉湯2倍稀釋法測定了12, 19和對(duì)照藥AZD0914，左氧氟沙星對(duì)甲氧西林耐藥金黃色葡萄球菌(A)、甲氧西林耐藥表皮葡萄球菌(B)、青霉素耐藥肺炎鏈球菌(C)和化膿性鏈球菌(D)的最低抑菌濃度(MIC)。

2　結(jié)果與討論

2.1合成

3用OH-或甲胺親核取代時(shí)，硝基鄰對(duì)位選擇性差。通過對(duì)醛基的保護(hù)，能夠順利實(shí)現(xiàn)依次取代硝基的鄰位和對(duì)位氟原子，該方法為類似反應(yīng)提供了借鑒。

12和19的合成通常采用分步法[13-14]，但8和16極不穩(wěn)定，無法純化得到。本文采用THF為溶劑，通過催化氫化7和15制得8和16的THF溶液，濾除鈀碳，直接加入三乙胺和三光氣，于室溫反應(yīng)2 h，成功將7和15轉(zhuǎn)化為9和17，兩步收率均較高(約70%)。該方法避免了不穩(wěn)定中間體的變質(zhì)，操作簡便，收率高。

合成12和19的關(guān)鍵在于螺環(huán)的構(gòu)建。通過先生成活潑中間體(T1和T2)，然后經(jīng)[1,5]氫遷移完成反應(yīng)(Scheme 2)[15-17]。即巴比妥酸的亞甲基進(jìn)攻芳香環(huán)上的醛基碳，發(fā)生親核加成消除反應(yīng)，形成碳碳雙鍵，雙鍵和芳香環(huán)上叔胺鄰位碳，發(fā)生[1,5]氫遷移，構(gòu)建螺環(huán)，生成一對(duì)消旋體[9]。

2.2抗菌活性

表1為12和19的體外抗菌活性。

表1　12和19的體外抗菌活性

由表1可見，12的抗菌活性優(yōu)于19，其中12a的抗菌活性最好，對(duì)A～D的MIC值分別為8～16 μg·mL-1。初步構(gòu)效分析表明：苯并異噁唑是發(fā)揮抗菌活性的必需基團(tuán)，苯并異噁唑替換為苯并噁唑酮后，活性明顯降低，替換為苯并咪唑酮后，活性基本喪失。此外，噁唑酮或咪唑酮上不同取代基對(duì)活性影響較小。

合成了12個(gè)新型的苯并噁唑酮或苯并咪唑酮螺嘧啶三酮類化合物(12a～12f, 19a～19f)。并研究了12和19對(duì)甲氧西林耐藥金黃色葡萄球菌(A)、甲氧西林耐藥表皮葡萄球菌(B)、青霉素耐藥肺炎鏈球菌(C)和化膿性鏈球菌(D)的體外抗菌活性。結(jié)果表明：12的抗菌活性優(yōu)于19，其中12a的抗菌活性最好，對(duì)A～D的MIC值分別為8～16 μg·mL-1。12的進(jìn)一步衍生化、生物活性和構(gòu)效關(guān)系研究正在進(jìn)行中。

[1]Spellberg B, Guidos R, Gilbert D,etal. The epidemic of antibiotic-resistant infections:A call to action for the medical community from the Infectious diseases society of america[J].Clin Infect Dis,2008,46(2)：155-164.

[2]Livermore D M. Discovery research:The scientific challenge of finding new antibiot[J].J Antimicrob Chemother,2011,66(9):1941-1944.

[3]Wise R, Blaser M, Carrs O,etal. The urgent need for new antibacterial agents[J].J Antimicrob Chemother,2011,66(9):1939-1940.

[4]Bonilla H, Huband M D, Seidel J,etal. Multicity outbreak of linezolid-resistant staphylococcus epidermidis associated with clonal spread of a cfr-containing strain[J].Clin Infect Dis,2010,51(7):796-800.

[5]Morales G, Picazo J J, Baos E,etal. Resistance to linezolid is mediated by the cfr gene in the first report of an outbreak of linezolid-resistant Staphylococcus aureus[J].Clin Infect Dis,2010,50(6):821-825.

[6]Walsh C T , Wencewicz T A. Prospects for new antibiotics:A molecule-centered perspective[J].J Antibiot,2014,67(1):7-22.

[7]Georgopapadakou N H. Prospects for new antibacterials:Can we do better?[J].Expert Opin Invest Drugs,2014,23(2):145-148.

[8]葉祥，周晶，潘佳，等. 新型氟喹諾酮類衍生物的設(shè)計(jì)合成及其體外抗菌活性的初探[J].華西藥學(xué)雜志,2015,30(1):001-004.

[9]Basarab G S, Brassil P, Doig P,etal. Novel DNA gyrase inhibiting spiropyrimidinetriones with a benzisoxazole scaffold:SAR andinvivocharacterization[J].J Med Chem,2014,57(21):9078-9095.

[10]Basarab G S, Doig P, Galullo V,etal. Discovery of novel DNA gyrase inhibiting spiropyrimidinetriones:Benzisoxazole fusion withN-linked oxazolidinone substituents leading to a clinical candidate(ETX0914)[J].J Med Chem,2015,58(15):6264-6282.

[11]Basarab G S, Kern G H, McNulty J,etal. Responding to the challenge of untreatable gonorrhea:ETX0914,a first-in-class agent with a distinct mechanism-of-action against bacterial type II topoisomerases[J].Scientific Reports,2015,5:11827.

[12]Yu S T, Zhou W Y, Xia Z J,etal. An efficient synthesis of 5-chloro-2,3,4-trifluorobenzoic acid[J].Journal of Chemical Research,2015,39(6):326-327.

[13]Nachman R J. Convenient preparation of 2-benzoxazolinones with 1,1-carbonyldiimidazole[J].Journal of Heterocyclic Chemistry,1982,19(6):1545-1547.

[14]Li Q, Li T M, Woods K W,etal. Benzimidazolones and indoles as non-thiol farnesyltransferase inhibitors based on tipifarnib scaffold:Synthesis and activity[J].Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters,2005,15(11):2918-2922.

[15]Verboom W, Lammerink B H M, Egberink R J M,etal. Synthesis of mitomycin C analogs.2.Introduction of a leaving group at C-1 and oxidation of the aromatic ring in 2,3,9,9a-tetrahydro-1H-pyrrolo[1,2-a]indoles[J].J Org Chem,1985,50(20):3797-3806.

[16]D’yachenko E V, Glukhareva T V, Dyudya L V,etal. Thetert-amino effect in heterocyclic chemistry:Synthesis of spiro heterocycles[J].Molecules,2005,10(9):1101-1108.

[17]Meth-Cohn O. Heterocycles formed by ring closure ofortho-substitutedt-anilines (thet-amino effect)[J].Adv Heterocycl Chem,1996,65:1-37.

Synthesis and Antibacterial Activities of Novel Spiropyrimidinetrione Compounds

ZHANG Yin-yong1,2,SHI Cheng-hui2,ZHOU Xian-li1*

(1. School of Life Science and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;2. Shanghai Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201203, China)

According to the principle of bioisosteric, an intermediate[2-(2,3,4-trifluoro-5-nitrobenzene)-1,3-dioxolame(4)] was prepared by the reaction of nitration, reduction, oxidation and nucleophilic substitution from 2,3,4-trifluorobenzoic acid. Twelve novel spiropyrimidinetrione compounds containing benzoxazolinone or benzimidazolone(12a～12f, 19a～19f) were synthesized by a seven-step reaction from 4. The structures were characterized by1H NMR,13C NMR and ESI-MS. The antibacterial activities of 12 and 19 against methicillin-resistantAtaphylococcusaureus(A), methicillin-resistantStaphylococcusepidermidis(B), penicillin-resistantStreptococcuspneumonia(C) andStreptococcuspyogenes(D) were investigated by CLSI standard．The results indicated that the antibacterial activities of 12 were better than 19. 12a exhibited best activities with MIC of 8～16 μg·mL-1.

spiropyrimidinetrione; benzoxazolinone; benzimidazolone; type II topoisomerase inhibitor; synthesis; antibacterial activity

2016-01-21;

2016-06-29

張銀勇(1990-)，男，漢族，河南商丘人，碩士研究生，主要從事藥物化學(xué)的研究。 E-mail: 13120925625@163.com

通信聯(lián)系人： 周先禮，教授， E-mail: xxbiochem@163.com

O626.24; O626.41

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.08.16026