帥光平,袁澤利

(遵義醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院,貴州 遵義 563099)

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究

新型磺酰胺化合物的合成、晶體結(jié)構(gòu)及抗菌活性

帥光平,袁澤利

(遵義醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院,貴州 遵義 563099)

目的開發(fā)、尋求新的磺酰胺先導(dǎo)化合物。方法通過苯磺酰氯與伯、仲胺直接取代合成磺酰胺衍生物，采用元素分析、1H NMR、13C NMR、FT-IR、HR-MS及單晶衍射等現(xiàn)代分析手段對其結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了表征。并采用瓊脂擴(kuò)散法初步篩選其抗菌活性。結(jié)果成功制備了兩個(gè)苯磺酰胺衍生物，并對其結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了表征為預(yù)期目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)。抗菌活性測試表明兩個(gè)目標(biāo)化合物對大腸桿菌具有良好的抗菌能力。結(jié)論為發(fā)展新的磺胺類抗菌藥物提供了新的先導(dǎo)化合物。

磺酰胺衍生物；合成；晶體結(jié)構(gòu)；抗菌活性

磺酰胺類化合物在治療感染性疾病中是一類最早應(yīng)用于抗菌的化學(xué)合成藥[1-2]。研究人員還發(fā)現(xiàn)其具有殺蟲、抗真菌及抗病毒等多種生物活性[3-4]。此外，也有研究表明：某些苯磺酰胺類化合物還具有抗甲狀腺[5]、抗腫瘤[6]、拮抗α1-腎上腺素受體[7]以及抑制HIV-1蛋白酶[8]等廣泛的生物活性。因而，開發(fā)結(jié)構(gòu)新穎的磺酰胺類化合物激起研究者們的極大興趣[9-10]。

吡啶環(huán)是有機(jī)生物活性分子中的一個(gè)常見而重要的雜環(huán)，含該雜環(huán)結(jié)構(gòu)有著某些生物活性,如著名的內(nèi)吸下行殺菌劑毗氯靈就是其中1例[11]。因而在短短幾十年的研究中，已開發(fā)了很多的吡啶類磺酰胺衍生物，并應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域中，如啶斑肟、氟啶胺等殺菌劑[12]。

為探尋新的磺胺類抗菌藥物，本文基于磺酰胺基團(tuán)在發(fā)揮生物活性中的重要作用，依據(jù)活性疊加原理，以間苯二磺酰氯為母體，再分別與2-氨甲基吡啶、N,N-二(2-吡啶甲基)胺(DPA)反應(yīng)，制備了兩個(gè)含雙磺?；谋交酋０费苌?見圖1)。采用元素分析、1H NMR、13C NMR、FT-IR、H RMS及單晶衍射等現(xiàn)代分析手段對其結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了表征，并通過瓊脂擴(kuò)散法對其抗菌活性進(jìn)行了初步篩選。

圖1 目標(biāo)化合物1和2的合成

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 主要儀器 安捷倫400 MHz-DD2磁共振儀(美國安捷倫公司)；德國Vario ELIII型元素分析儀；Varian 1000 FT-IR紅外光譜儀(美國瓦里安公司)； BRUKER SMART APEX II型單晶X射線衍射儀(德國布魯克公司)、Micromass LCT PremierXE高分辨質(zhì)譜儀(德國布魯克公司)；BCD-602WBM (青島有限公司)；微波催化合成/萃取儀(北京祥鵠科技發(fā)展有限公司)。

1.1.2 主要試劑 吡啶-2-甲醛(aladdin公司)、2-氨甲基吡啶(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、NaBH4(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、間苯二磺酰氯(東京化工業(yè)株式會社)。二氯甲烷需經(jīng)4?分子篩去水處理。

1.2 方法

1.2.1 中間體N,N-雙-(2-吡啶甲基)胺(DPA)的合成 按文獻(xiàn)[13]方法合成。1H NMR(400 MHz,CDCl3) δ:3.11(s,1H,NH),3.83(s,2H,CH2),6.98～7.01(m,2H,PyH)7.19～7.26(m,2H,PyH),7.46～7.50(m,2H,PyH),8.39～8.40(d,J=5.5 Hz,2H,PyH);13C NMR(100 MHz,CDCl3) δ:53.66,58.48,122.04,122.61,122.90,136.54,136.91,149.00,149.40,157.30.

1.2.2 目標(biāo)化合物1和2的合成 以1的合成為例：將1.5 g(13 mmol) 2-氨甲基吡啶和1.3 g(13 mmol)三乙胺溶解于50 mL二氯甲烷中，將其緩慢滴加到已預(yù)先冰浴冷卻的含有1.8 g(6.5 mmol)間苯二磺酰氯的50 mL二氯甲烷溶液中，于30 min內(nèi)滴完，滴畢。室溫繼續(xù)攪拌反應(yīng)16 h，過濾，無水乙醇重結(jié)晶，得白色化合物1。按類似方法將2-氨甲基吡啶換為DPA，得白色的化合物2。

1.2.3 抗菌活性篩選 抗菌活性按照文獻(xiàn)[13]采用瓊脂擴(kuò)散法方法進(jìn)行，試驗(yàn)菌為金黃色葡萄球菌(CGMCC-1.1477)、大腸桿菌(ATTC-25922)和白色念珠菌(ATCC-10213)為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)教研室提供。以MH液體、沙保羅氏液體為培養(yǎng)基。先將供試化合物1和2溶于滅菌的DMSO中，再用1%的醋酸蒸餾水溶液稀釋作為供試樣品。

2 結(jié)果

2.1 結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù) 化合物1，產(chǎn)率76%;1H NMR(400 MHz,DMSO) δ:3.36 (s,1H,NH),4.12(s,2H,CH2),7.18～8.57(m,Ar-H);13C NMR(100 MHz,DMSO) δ:39.30,39.51,39.72,39.92,40.14,40.34,40.55,48.33,122.11,122.90,130.54,137.16,142.07,149.26,157.09;HR-MS(ESI-MS) calculated for 419.0848(M++H),Found:419.0821(M++H);Anal.calcd.for C18H19N4S4O2:C 51.54,H 4.57,N 13.36,found C 51.39,H 4.63,N 13.42;化合物2的紅外表征數(shù)據(jù)FT-IR(KBr,4000～400 cm-1)v:3477,3375,3272,2989,2941,1618,1444,1354,1048,1039,691,628.

化合物2，產(chǎn)率62 %;1H NMR(400MHz,CDCl3) δ:3.11(s,1H,NH),3.83(s,2H,CH2),6.98～7.01(m,2H,PyH),7.19～7.26(m,2H,PyH),7.46～7.50(m,2H,PyH),8.39～8.40(d,J=5.5 Hz,2H,PyH);13C NMR(100 MHz,CDCl3) δ:53.10,76.76,77.08,77.40,122.63,122.75,126.62,130.87,136.75,141.19,149.23,155.53;H R MS(ESI-MS)calculated for 601.1692(M++H),Found:601.1597; Anal.calcd.for C30H29N6O4S2:C 59.88,H 4.86,N 13.97,found C 59.76,H 4.82,N13.85;化合物1的紅外表征數(shù)據(jù)FT-IR (KBr,4000～400 cm-1)v:3042,2824,1597,1442,1297,1335,1144,1082,1007,850,775,682.

2.2 晶體數(shù)據(jù) 化合物1和2的晶體學(xué)數(shù)據(jù)見表1，選擇性鍵長、鍵角列于表2和表3。

表1化合物1和2的晶體學(xué)數(shù)據(jù)

化合物12FormulaC18H18N4O4S2C30H28N6O4S2Formulamass418.48600.72SpacegroupP21/nP-1a(?)10.490(5)5.9167(3)b(?)16.214(7)13.8995(7)c(?)11.133(5)17.6484(8)α(o)93.089(8)°94.806(1)β(o)90.00°96.363(1)γ(o)90.00°97.852(1)V(?3)1890.9(14)1421.69(12)μ(mm-1)0.3150.236Z42Dcalcd(g/cm3)1.4631.403F(000)864628.0R1a[I>2σ(I)]0.0604(3084)0.0425(5659)wR2b[I>2σ(I)]0.1789(4642)0.1139(7242)GOFonF21.0461.028

aR1= (║Fo│-│Fc║/∑│Fo│,bwR2= [ ∑w(Fo2(Fc2)2/∑w(Fo2)2]0.5

表2化合物1和2的選擇性鍵長(?)

12鍵長?鍵長?S1-O21.430(3)N1-S11.6123(14)S1-O11.430(2)N2-S21.6124(14)S1-N11.612(3)O1-S11.4276(12)S2-O41.420(3)O2-S11.4295(14)S2-O31.421(3)O3-S21.4221(13)S2-N21.616(3)O4-S21.4313(13)

表3化合物1和2的選擇性鍵角(o)

12鍵角(o)鍵角(o)O1-S1-O2119.34(16)O1-S1-O2119.46(9)O2-S1-N2105.76(15)O1-S1-N1106.97(8)O1-S1-N2108.60(15)O2-S1-N1108.50(8)O2-S1-C7108.75(14)O2-S1-C1106.62(7)O1-S1-C7106.62(15)N1-S1-C1106.63(7)O4-S2-O3119.35(18)O3-S2-O4119.00(9)O4-S2-N3108.50(17)O3-S2-N2108.51(8)O3-S2-N3105.64(17)O4-S2-N2107.00(7)O4-S2-C11106.96(16)O3-S2-C2105.97(7)O3-S2-C11108.03(15)O4-S2-C2108.73(7)

化合物1和2的分子結(jié)構(gòu)示于圖2。

圖2 化合物1(A)和2 (B)的分子結(jié)構(gòu)(橢球機(jī)率為30%)

2.3 抗菌活性 為篩選目標(biāo)化合物1和2的抗菌活性，采用瓊脂擴(kuò)散法初步考察其抗菌活性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

A：1與金黃色葡萄球菌;B：1與大腸桿菌;C：1與白色念珠菌; D：2與金黃色葡萄球菌;E：2與大腸桿菌;F：2與白色念珠菌。圖3 化合物1和2的體外抗菌活性

3 討論

3.1 中間體DPA及目標(biāo)化合物1和2的合成 在對中間體DPA的合成中，本文改進(jìn)了以微波輻射作為熱源的方式。微波作為一種高頻電磁波,它能促進(jìn)諸如Michael加成反應(yīng)、重排、縮合等許多化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行[14],具有反應(yīng)速度快、效率高等特點(diǎn)[14]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用微波反應(yīng)能加快中間體化合物2的合成效率和簡化后處理過程。

在目標(biāo)化合物1和2的合成中，由于磺酰氯與伯胺、仲胺的取代反應(yīng)極容易進(jìn)行，通過向反應(yīng)體系中加入三乙胺作為縛酸劑，在非質(zhì)子溶劑中進(jìn)行取代，較高產(chǎn)率得到了目標(biāo)化合物。

3.2 中間體及目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)表征 在中間體DPA的1H NMR譜中，在3.11 ppm和3.83 ppm分別出現(xiàn)了仲胺N-H和亞甲基質(zhì)子化學(xué)位移。芳環(huán)質(zhì)子化學(xué)位移在6.98～8.40 ppm共出現(xiàn)四組共振峰，相應(yīng)質(zhì)子積分與預(yù)期結(jié)構(gòu)質(zhì)子數(shù)吻合。在目標(biāo)化合物1中，3.36 ppm和4.12 ppm處出現(xiàn)DPA相應(yīng)的NH和亞甲基質(zhì)子化學(xué)位移；而在7.18～8.57(m,Ar-H) 共出現(xiàn)四組共振峰，相應(yīng)質(zhì)子積分與預(yù)期結(jié)構(gòu)質(zhì)子數(shù)吻合。而化合物2的1H NMR譜與化合物1具有相似性，只是在3.11 ppm處的DPA中的仲胺質(zhì)子消失，說明其已與磺酰氯發(fā)生了反應(yīng)。只是亞甲基質(zhì)子化學(xué)位移稍有微小變化，其質(zhì)子積分也與預(yù)期分子結(jié)構(gòu)質(zhì)子數(shù)吻合。

而在它們的13C NMR譜中，在50.81 ppm和60.57 ppm處出現(xiàn)了亞甲基碳的化學(xué)位移，其余芳環(huán)碳化學(xué)位移在121.98～159.99 ppm出現(xiàn)。

在目標(biāo)化合物1和2的高分辨率質(zhì)譜中，1實(shí)測值m/z:419.082 1(M++ H)，理論計(jì)算值419.084 8(M++ H)；2的實(shí)測值m/z:601.159 7，理論計(jì)算值601.169 2均吻合較好。此外，它們的元素分析值也與理論值基本吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了目標(biāo)分子的生成。

在目標(biāo)化合物1和2的紅外光譜圖中，在3 042 cm-1處為υ(Ar-H)的特征振動吸收峰，而在2 929 cm-1、 2 882 cm-1和 2 813 cm-1處分別出現(xiàn)了υ(CH2)的特征振動吸收峰，而在1 433 cm-1處出現(xiàn)的中等強(qiáng)度的振動吸收峰應(yīng)為δas(-CH2-)的彎曲振動吸收峰。此外，在1 588 cm-1和1 567 cm-1處應(yīng)歸屬于芳環(huán)骨架特征振動吸收峰。

3.3 目標(biāo)化合物1和2的晶體結(jié)構(gòu)解析 由圖2A可以看出，在化合物1的分子結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)吡啶環(huán)扭轉(zhuǎn)大約180度，使得兩個(gè)吡啶環(huán)和苯環(huán)之間幾乎相互平行形成類似π堆積結(jié)構(gòu)。而在化合物2的分子結(jié)構(gòu)中(見圖2B)，與間二苯磺酰鏈接的兩個(gè)DNA結(jié)構(gòu)并不處于同樣的空間構(gòu)型，但它們都類似于“人”字型的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。此外，在化合物2的分子結(jié)構(gòu)中還可以看成，在兩個(gè)DPA分子結(jié)構(gòu)中的吡啶環(huán) (C8-C9-C10-C11-C12-N3)和吡啶環(huán)(C20-C21-C22-C23-C24-N5)以扭轉(zhuǎn)約180度形成類似π堆積結(jié)構(gòu)相互平行；而在吡啶環(huán)(C1-C2-C3-C4-C5-N1)和吡啶環(huán)(C26-C27-C28 -C29- C30 -N6)之間近似相互平行。

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，化合物1和2分子結(jié)構(gòu)中的S-O的鍵長1.4?左右，而S-N的鍵長均在1.6?左右，這些鍵長值與文獻(xiàn)報(bào)道的磺胺類化合物的鍵長吻合[15]。在化合物2的分子結(jié)構(gòu)中，磺酰基S1的DPA分子中的吡啶環(huán)(C1-C2-C3-C4-C5-N1)與苯環(huán)(C13-C14-C15 -C16- C17-C18)幾乎平行；而吡啶環(huán)(C8-C9-C10-C11-C12-N3)與苯環(huán)(C13-C14-C15-C16-C17-C18)之間的二面角為：31.306(61)°；而磺?；鵖2鏈接的DPA分子結(jié)構(gòu)中，吡啶環(huán)(C20-C21-C22 -C23 -C24-N5)與苯環(huán)(C13-C14-C15-C16-C17-C18)的二面角為40.523(54)°；而吡啶環(huán)(C26- C27 - C28- C29 -C30-N6)與苯環(huán)(C13-C14-C15-C16-C17-C18)之間的二面角為：9.863(49)°。

而從表3可以看出，在化合物1和2的分子結(jié)構(gòu)中，O-S-O的鍵角均在119?左右，O-S-N的鍵角均在106～108?之間，這些值與一些磺胺化合物的數(shù)值吻合[16]。

3.4 目標(biāo)化合物的抗菌活性 化合物1和2對金黃色葡萄球菌和白色念珠菌均不敏感，而對大腸桿菌均有一定的抑制作用，尤其是化合物1對大腸桿菌作用最為明顯。

在抗菌先導(dǎo)化合物的研發(fā)中，研究者們受到金屬配合物順鉑這一藥物的激勵，許多研究致力于磺胺類金屬超分子絡(luò)合物的研究和開發(fā)[2]。如金屬有機(jī)化合物磺胺嘧啶銀已用于臨床上治療局部燒傷感染，殺菌效果優(yōu)于磺胺嘧啶和硝酸銀。這激勵著更多努力開發(fā)基于磺胺類過渡金屬配合物在醫(yī)藥方面的應(yīng)用。從本文設(shè)計(jì)構(gòu)建的化合物1和2結(jié)構(gòu)看，在分子結(jié)構(gòu)中吡啶環(huán)具有極易提供孤對電子的N原子，其能與過渡金屬配位形成新的磺胺過渡金屬配合物，加之配體母核結(jié)構(gòu)已具有對大腸桿菌良好的抗菌效果。因此，進(jìn)一步開發(fā)本文構(gòu)建的化合物1和2的過渡金屬配合物作為新的磺胺類抗菌藥物將具有十分重要的意義。

4 結(jié)論

本文在三乙胺為縛酸劑下，將間苯二磺酰氯分別與2-胺甲基吡啶和DPA合成了兩個(gè)磺酰氯衍生物1和2，并通過1HNMR、13CNMR、HRMS、FT-IR及單晶衍射等現(xiàn)代分析手段對其結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了表征。采用瓊脂擴(kuò)散法的抗菌活性研究結(jié)果表明：目標(biāo)化合物1和2對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均具有抗菌活性，值得進(jìn)一步研究。此外，本文構(gòu)建的化合物還可形成過渡金屬配合物型磺胺類抗菌藥物提供先導(dǎo)化合物。

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(編輯：譚秀榮)

Synthesis,crystal structure and antimicrobial activity of novel sulfonamide compounds

Shuai Guangping,Yuan Zeli

(School of Pharmacy,Zunyi Medical University,Zunyi Guizhou 563099,China)

ObjectiveTo develop and seek novel sulfonamide lead compounds.MethodsSulfonamide derivatives 1 and 2 were obtained by benzene sulphonyl chloride directly substituted synthesis with primary and secondary amines.And their structures were characterized by elementary analysis,1H NMR,13C NMR,FT-IR,HR-MS and single-crystal X-ray diffraction (XRD).In addition,agar diffusion method was used to screen the antimicrobial activity.ResultsThe results show that the two target compounds have good antibacterial effects on Escherichia coli.ConclusionThis work will provide novel lead compounds for the development of sulfa antibiotic.

sulfonamide derivatives; synthesis; crystal structure; antimicrobial activity

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(NO：81360471)；貴州省國際合作項(xiàng)目(NO：[2012]7036);貴州省衛(wèi)生計(jì)生委科學(xué)技術(shù)基金資助項(xiàng)目(NO：qzwjkj2015-1-001)。

袁澤利，男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：藥物設(shè)計(jì)合成及性能研究，E-mail:zlyuan2002@126.com。

O636.1

A

1000-2715(2017)04-0389-05

[收稿2017-05-12;修回2017-06-18]