哌嗪?jiǎn)伟被峒半p氨基酸綴合物的合成、表征及抑菌活性研究

田 甜，孫競(jìng)陽，劉新宇，趙龍鉉,2,*

（1.遼寧師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 大連 116029；2.遼寧師范大學(xué) 生物技術(shù)與分子藥物研發(fā)遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116029）

哌嗪?jiǎn)伟被峒半p氨基酸綴合物的合成、表征及抑菌活性研究

田 甜1，孫競(jìng)陽1，劉新宇1，趙龍鉉1,2,*

（1.遼寧師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 大連 116029；2.遼寧師范大學(xué) 生物技術(shù)與分子藥物研發(fā)遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116029）

哌嗪及其衍生物作為藥物合成中的重要中間體，顯示出了較好的藥理活性。本論文以哌嗪為先導(dǎo)化合物，在其N-1位和N-4位分別導(dǎo)入不同種類的氨基酸，10種新型哌嗪衍生物被設(shè)計(jì)、合成。通過紅外光譜、核磁共振氫譜對(duì)重要化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。對(duì)所合成的化合物進(jìn)行了抗菌活性研究。其結(jié)果顯示化合物P-2，P-4a，P-4b，P-5a和P-5b對(duì)金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）具有一定的抑制作用，而P-2，P-4a和P-5a對(duì)野生型大腸桿菌（Escherichia coli）具有一定的抑制作用。

哌嗪；氨基酸；合成；抑菌活性

哌嗪（Piperazine）屬于六元雜環(huán)化合物(圖1)，是藥物合成中重要的環(huán)胺化合物之一[1]。引入哌嗪雜環(huán)的藥物分子，其藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)有所增強(qiáng)，從而表現(xiàn)出更強(qiáng)的生物活性[2,3]。近年來，哌嗪及其衍生物在醫(yī)藥領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[4-6]，如抗菌藥物依諾沙星[7]，抗真菌藥物伊曲康唑[8]，抗精神病藥物布南色林[9]等。而氧氟沙星[10]、恩氟沙星[11]、洛美沙星[12]等藥物的主要原料亦為哌嗪衍生物。由此可見，哌嗪是藥物合成中的重要中間體，哌嗪的單取代結(jié)構(gòu)在提高藥物活性中起到重要作用。唐巍等[13]報(bào)道了部分哌嗪?jiǎn)稳〈苌锏暮铣煞椒霸诨づc醫(yī)藥領(lǐng)域中的重要作用。單取代哌嗪廣泛應(yīng)用于臨床，如：吡哌酸和環(huán)丙沙星等。因此，我們把哌嗪環(huán)上一端與氨基被Boc酸酐（二-叔-丁基二碳酸酯，Boc）保護(hù)的氨基酸偶聯(lián)，脫掉Boc保護(hù)基，合成哌嗪衍生物（圖2）；徐啟貴[14]等合成的哌嗪不對(duì)稱化合物經(jīng)活性測(cè)試結(jié)果表明均有鎮(zhèn)咳作用，可見合成不對(duì)稱哌嗪產(chǎn)物具有極其重要的意義。但哌嗪具有2個(gè)對(duì)稱仲氮原子，為避免在藥物合成中哌嗪被同時(shí)雙取代，我們?cè)谶哙簂、4位選擇不同保護(hù)基保護(hù)氮原子，從而引入不同種類的氨基酸，得到一系列不對(duì)稱哌嗪衍生物（圖3）。合成出的哌嗪衍生物進(jìn)行了E.coli和S.a的抑菌活性測(cè)試。

圖1 哌嗪的結(jié)構(gòu)圖

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

X-5型纖維熔點(diǎn)測(cè)定儀（溫控型，溫度未矯正）；雙光束WGH-3型紅外分光光度計(jì)；SHB-B95A型循環(huán)水式真空泵；集熱式DF-101S型恒溫加熱磁力攪拌器；DZF-6050型真空干燥箱；RE52-99型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器；DLSB-5/20型低溫冷卻液循環(huán)泵；Adenturer型電子天平；ZH-暗箱式紫外分析儀；CL-200型恒溫加熱磁力攪拌器；BRUKER-500MHz核磁共振儀（瑞士BRUKER公司）。所用試劑為分析純或化學(xué)純。

菌種：野生型大腸桿菌（Escherichia coli）及金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。

圖2 哌嗪?jiǎn)伟被嵫苌锏暮铣陕肪€

圖3 哌嗪雙氨基酸衍生物的合成路線

1.2 P-1的合成和表征

將PP(4.0 g，46.44 mmol)、異丙醇(19.0 mL)和新制蒸餾水(31.2 mL)加入到圓底燒瓶中，攪拌，冷卻至0~5℃滴加異丙醇(12.6 mL)與氯化芐(1.8 mL，15.48 mmol)的混合溶液，滴加時(shí)間控制在5 min。室溫下攪拌，過夜。減壓蒸餾的方法除出溶劑異丙醇，所得的產(chǎn)物用二氯甲烷/水進(jìn)行萃取，再用無水硫酸鎂進(jìn)行干燥，然后過濾并蒸除溶劑，粗產(chǎn)物經(jīng)二氯甲烷(C)/甲醇(M)(1:2，v:v)進(jìn)行柱層析，得到白色固體P-1:N-芐基哌嗪。

1.3 P-2的合成和表征

在水(10 mL)和四氫呋喃(10 mL)的溶液中加入P-1(3.59 g，20.37 mmol)和碳酸氫鈉(1.72 g，20.37 mmol)，在0℃下慢慢滴加Boc酸酐(4.37 mL，20.37 mmol)，攪拌，過夜。反應(yīng)產(chǎn)物按P-1相同方法進(jìn)行后處理得粗產(chǎn)物，經(jīng)乙酸乙酯(E)/石油醚(P)(1:2，v:v)進(jìn)行柱層析，得到白色固體P-2：N-芐基-N'-叔丁氧羰基哌嗪。

1.4 化合物P-3和P-7（N-叔丁氧羰基苯丙氨?；哙海┑暮铣赏ǚ?。

將P-2(5.45 g，19.72 mmol)溶于無水乙醇(10 mL)中，在攪拌下加入10%鈀碳(600 mg)，氫氣環(huán)境中攪拌24 h反應(yīng)結(jié)束。反應(yīng)產(chǎn)物按P-1相同方法進(jìn)行后處理得粗產(chǎn)物，經(jīng)C/M(20:1，v:v)進(jìn)行柱層析得到淡黃色油狀液體P-3:N-叔丁氧羰基哌嗪。

1.5 化合物P-4a，P-4b（N-叔丁氧羰基-N'-叔丁氧羰基苯丙氨?；哙海?，P-6（N-芐基-N'-叔丁氧羰基苯丙氨?；哙海?，P-8a（N-叔丁氧羰基苯丙氨?；?N'-叔丁氧羰基纈氨?；哙海?，P-8b（N-叔丁氧羰基苯丙氨?；?N'-叔丁氧羰基苯甘氨?；哙海┑暮铣赏ǚ?以P-4a為例)。

將P-3(200 mg，1.07 mmol)與Boc-Val-OH(278.1 mg，1.28 mmol)和DMAP(262.8 mg，2.15 mmol)用二氯甲烷(5 mL)溶解，將反應(yīng)液冷卻到0℃，將EDCI(436.1 mg，2.27 mmol)溶于二氯甲烷(5 mL)中逐滴加入。0℃條件下攪拌5 min，再在室溫下攪拌3 h。反應(yīng)產(chǎn)物按P-1相同方法進(jìn)行后處理得粗產(chǎn)物，經(jīng)E/P(1:2，v:v)進(jìn)行柱層析得到淡黃色油狀液體P-4a:N-叔丁氧羰基-N'-叔丁氧羰基纈氨?；哙骸?/p>

1.6 化合物P-5a，P-5b（N-苯丙氨酰基哌嗪），P-9a（N-苯丙氨?；?N'-纈氨?；哙海?，P-9b（N-苯丙氨酰基-N'-苯甘氨?；哙海┑暮铣赏ǚ?以P-5a為例)。

將P-4a(340 mg，0.88 mmol)溶于二氯甲烷(5 mL)中，冷卻到0℃后加入三氟乙酸(1.96 mL，26.4 mmol)，將溫度升到室溫，攪拌2 h反應(yīng)結(jié)束。在冰水浴中用氨水中和產(chǎn)物至微堿性，反應(yīng)產(chǎn)物按P-1相同方法進(jìn)行后處理得粗產(chǎn)物，經(jīng)C/M(5:1，v:v)進(jìn)行柱層析得淡黃色油狀液體P-5a：N-纈氨?；哙?。

目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)經(jīng)過1H NMR和IR譜確證，其收率、物理常數(shù)及波譜數(shù)據(jù)見表1和2。

表1 目標(biāo)化合物的物理常數(shù)及IR數(shù)據(jù)

表2 目標(biāo)化合物的1H NMR數(shù)據(jù)

①400 MHz,CDCl3;其它為500 MHz,CDCl3

2 哌嗪衍生物的抑菌活性測(cè)試

將野生型大腸桿菌(Escherichia coli)及金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)接種到LB液體培養(yǎng)基活化過夜。將化合物溶于DMSO至10mg/mL，TTC溶于ddH2O至濃度為4%的溶液，具體抑菌實(shí)驗(yàn)方法見文獻(xiàn)15所示。

通過抑菌活性測(cè)試，我們得到化合物(Scheme 1)對(duì)E.coli和S.a在0.012~0.75 mg/mL濃度范圍時(shí)的抑菌效果，如表3所示。

表3 化合物在濃度范圍0.012~0.75時(shí)對(duì)S.a、E.coli的抑制作用

3 結(jié)果與討論

本文介紹了哌嗪及其衍生物的兩條合成路線，其原料資源豐富、反應(yīng)條件溫和，收率較高。論文中，我們將哌嗪環(huán)上的N-1位和N-4位分別用芐基和Boc基保護(hù)，再脫除芐基保護(hù)基，將得到的產(chǎn)物在EDCI和DMAP的作用下，與被Boc基保護(hù)氨基酸進(jìn)行偶聯(lián)，最后用三氟乙酸同時(shí)脫除兩個(gè)Boc保護(hù)基，得到哌嗪衍生物；相似的方法，在N-1位和N-4位分別引入不用類氨基酸，得到哌嗪衍生物。共設(shè)計(jì)并合成了10種新型哌嗪衍生物，分別為P-4a，P-4b，P-5a，P-5b，P-6，P-7，P-8a，P-8b，P-9a和P-9b，其結(jié)構(gòu)利用IR、1H NMR等波譜技術(shù)進(jìn)行了表征。

從表1中可以看出：Scheme1中5種化合物在0.012~0.75 mg/mL濃度范圍內(nèi)，對(duì)S.a均具有抑菌效果，其中P-4a，P-5a和P-5b抑菌作用較強(qiáng)，P-2和P-4b抑菌效果較弱。而化合物P-2和P-5a對(duì)E.coli具有抑菌效果；P-4a抑菌效果較弱；P-4b和P-5b不具有抑菌效果。

4 結(jié)論

本文以哌嗪為起始原料，通過兩個(gè)合成路線共設(shè)計(jì)并合成10種新型哌嗪衍生物，并利用紅外光譜和核磁共振氫譜技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果顯示所合成的新型化合物即為目標(biāo)產(chǎn)物。然后對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行了E.coli和S.a抑菌活性研究。抑菌活性測(cè)試的結(jié)果表明：Scheme1中的目標(biāo)化合物對(duì)S.a均具有抑菌效果，而P-5a對(duì)兩種真菌的抑制作用均很強(qiáng)；Scheme 2中化合物的抑菌活性仍在測(cè)試中。隨著對(duì)所合成的哌嗪衍生物的藥理活性和機(jī)制的深入研究，哌嗪及其衍生物在藥物合成及精細(xì)化工品領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用，該類化合物將會(huì)具有更廣闊的藥用開發(fā)前景。

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Synthesis and Characterization of Mono-amino Acids and Bis-amino Acids Conjugates of Piperazine,and the Study on the Anti-in flammatory Activity

TIAN Tian1,SUN Jing-yang1,LIU Xin-yu1,ZHAO Long-xuan1,2,*
(1.School of Chemistry and Chemical Engineering,Liaoning Normal University,Dalian 116029,China;2.Liaoning Provincial Key Laboratory of Biotechnology and Drug Discovery,Liaoning Normal University,Dalian 116029,China)

Piperazine is an important intermediate in drug synthesis,the piperazine derivatives exhibit preferable pharmacological activity.A series of ten novel piperazine derivatives were designed and synthesized through introduction different amino acid moieties inN-1 andN-4 position.Structures of all target compounds were characterized by IR and1H NMR.Afterwards,the target products were studied by the anti-inflammatory activity.The results indicated that compounds P-2,P-4a,P-4b,P-5a and P-5b have some anti-inflammatory activities on Staphylococcus aureus,and compounds P-2,P-4a and P-5a have some anti-inflammatory activities on Escherichia coli.

piperazine;amino acid;synthesis;anti-inflammatory activity

O626.415

：A

：1008-2395(2016)06-0049-05

2016-10-27

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21102067)。

田甜（1991-），女，碩士研究生,研究方向：藥物合成。

趙龍鉉（1967-），男，教授，研究方向：藥物合成。