李桂杰,趙靜國(guó),張 飛

(武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院,湖北武漢430023)

李桂杰,趙靜國(guó),張 飛

(武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)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(shè)計(jì)并合成了12個(gè)哌嗪取代唑烷酮類化合物,其結(jié)構(gòu)均經(jīng)高分辨1HNMR和MS確認(rèn)。以利奈唑胺為參照物,對(duì)合成的化合物進(jìn)行了金黃色葡萄球菌、鏈球菌和大腸桿菌的體外抗菌實(shí)驗(yàn),結(jié)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(chǔ),以哌嗪環(huán)替代嗎啉環(huán)并對(duì)哌嗪環(huán)進(jìn)行取代[5],設(shè)計(jì)并合成了12個(gè)新化合物,所有結(jié)構(gòu)均經(jīng)高分辨1HNMR和MS確認(rèn);并采用微量稀釋法,以利奈唑胺為陽(yáng)性對(duì)照,對(duì)合成的化合物進(jìn)行了體外抗菌活性研究[]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 菌株、試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)菌株購(gòu)自武漢大學(xué)典型培養(yǎng)物保藏中心,保存于-80℃冰箱。

利奈唑胺標(biāo)準(zhǔn)品,中國(guó)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(jí)(≥98%),其余試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

YRT-3型熔點(diǎn)儀(溫度計(jì)未經(jīng)校正),天津大學(xué)精密儀器廠;MercuryPlus-400型核磁共振氫譜儀(以TMS為內(nèi)標(biāo),氘代氯仿為溶劑),美國(guó)Varian公司; TraceMS2000型氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀。

1.2 目標(biāo)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(guò)匯聚式合成一步生成唑烷酮環(huán)[7,8],合成路線見(jiàn)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(guò)夜,減壓濃縮,加入37%鹽酸6mL和水7mL,43℃下反應(yīng)4h,分液,棄去有機(jī)層,水層減壓濃縮至有固體出現(xiàn),用甲苯于高真空下反復(fù)帶水得淡黃色固體,然后用無(wú)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(diǎn)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(nèi)溫不低于-30℃,滴加完畢后緩慢升至室溫?cái)嚢? h,抽濾,減壓濃縮,用甲苯和無(wú)水乙醇反復(fù)帶水,然后用無(wú)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(chǎn)率70.8%。

圖1 目標(biāo)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(wú)色粘稠液體即化合物Ⅲ4.2 g,產(chǎn)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(guò)的無(wú)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(yīng)5 h,反應(yīng)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(jī)層,用飽和食鹽水洗滌、無(wú)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(chǎn)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(zhuǎn)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(guò)夜,反應(yīng)完畢將混合物傾入大量冰水中并充分?jǐn)嚢?抽濾,濾餅用少量無(wú)水乙醇洗滌,再用丙酮與水在-10℃下重結(jié)晶,真空干燥,得類白色固體即化合物Ⅴ6.83 g,產(chǎn)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(wú)水甲醇0.6 g (18.8 mmol),在20℃、氮?dú)獗Ｗo(hù)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?cái)嚢?0 h。反應(yīng)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(jī)層,用無(wú)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(chǎn)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(diǎn)板觀察直到原料點(diǎn)消失后停止反應(yīng),抽濾,用少量無(wú)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(chǎn)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?cái)嚢柽^(guò)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(guò)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(jié)果與討論

2.1 目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)表征

Ⅸa:白色粉末固體,產(chǎn)率43.2%,熔點(diǎn)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(chǎn)率55.6%,熔點(diǎn)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(chǎn)率62.1%,熔點(diǎn):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(chǎn)率37.5%,熔點(diǎn)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(chǎn)率65.3%,熔點(diǎn)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(chǎn)率75.6%,熔點(diǎn)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(chǎn)率41.4%,熔點(diǎn)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(chǎn)率45.2%,熔點(diǎn)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(chǎn)率38.2%,熔點(diǎn)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(chǎn)率35.4%,熔點(diǎn)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(chǎn)率29.6%,熔點(diǎn)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(chǎn)率51.1%,熔點(diǎn)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(jìn)行體外抗菌活性實(shí)驗(yàn)。化合物Ⅸa～Ⅸl對(duì)不同菌株的最小抑菌濃度(MIC)見(jiàn)表1。

表1 化合物Ⅸa～Ⅸl對(duì)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(duì)革蘭氏陰性菌均無(wú)抑菌活性,對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌有不同程度的抑菌活性[9]。由表1可知,Ⅸa對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌和陰性菌均無(wú)活性;Ⅸb、Ⅸc、Ⅸg、Ⅸk對(duì)金黃色葡萄球菌無(wú)抑菌活性,對(duì)鏈球菌活性也很弱;Ⅸe、Ⅸi、Ⅸj、Ⅸl對(duì)陽(yáng)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(qiáng),Ⅸf約為利奈唑胺的1/2,Ⅸd與Ⅸh的活性相當(dāng),約為利奈唑胺的1/4。針對(duì)哌嗪基的修飾研究正在進(jìn)行中。

2.3 討論

化合物Ⅶ的合成過(guò)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(shí)驗(yàn)條件,同時(shí)也提高了產(chǎn)率。

3 結(jié)論

以S-環(huán)氧氯丙烷和3,4-二氟硝基苯為原料,設(shè)計(jì)并合成了12個(gè)哌嗪取代唑烷酮類化合物,其結(jié)構(gòu)均經(jīng)高分辨1HNMR和MS確認(rèn)。以利奈唑胺為參照物,對(duì)合成的化合物進(jìn)行了金黃色葡萄球菌、鏈球菌和大腸桿菌的體外抗菌實(shí)驗(yàn),結(jié)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。

[1] Murray R W,Schaadt R D,Zurenko G E,et al.Ribosomes from an oxazolidinone-resistant mutant confer resistance to eperezolid in a Staphylococcus aureus cell-free transcription-translation assay [J].Antimicrob Agents Chemother,1998,42(4):947-950.

[2] Swaney S M,Shinabarger D L,Schaadt R D,et al.Oxazolidinone resistance is associated with a mutation in the peptidyl transferase region of 23S r RNA[C].Abstracts of the 38th Interscience Conference on Antimicrobial Agents and Chemotherapy,1998:104.

[4] Gee T,Ellis R,Marshall G,et al.Pharmacokinetics and tissue penetration of linezolid following multiple oral doses[J].Antimicrob Agents Chemoter,2001,45(6):1843-1846.

[5] Shinabarger D L,Marotti F R,Murray R W,et al.Mechanism of action of oxazolidinones:Effects of linezolid and eperzolid on translation reactions[J].Antimicrob Agents Chemoter,1997,41 (10):2132-2136.

[6] 肖永紅.Linezolid:第一個(gè)應(yīng)用于臨床的唑烷酮類抗菌藥[J].國(guó)外醫(yī)藥抗生素分冊(cè),2001,22(6):279-281.

[7] 郝金恒,翟鑫,袁立,等.新型唑烷酮類化合物的全合成及抗菌活性研究[J].中國(guó)藥物化學(xué)雜志,2005,15(2):76-84.

[8] 李榮坡,周偉澄,周偉良.(S)-5-乙酰胺甲基-3-[(4-取代胺甲基)苯基]-2-唑烷酮衍生物的合成及抗菌活性[J].藥學(xué)學(xué)報(bào),2006,41 (5):418-425.

[9] 龐華,張君仁,王子蘭.(R)-3-(3-氟-4-嗎啉苯基)-2-氧-5-唑烷基甲醇的合成[J].精細(xì)化工,2004,21(1):70-72.

[10] 孟慶國(guó),劉浚.利奈唑酮的合成工藝改進(jìn)[J].中國(guó)藥物化學(xué)雜志, 2003,13(1):28-30.

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(xué),E-mail:lgjdyxo@163.com;通訊作者:趙靜國(guó),副教授。