李風(fēng)梅馬明真羅星李華

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東煙臺264670）

3－甲基－2－乙酰苯腙喹喔啉1，4－二氧物的合成與抑菌活性研究

李風(fēng)梅，馬明真，羅星，李華?

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東煙臺264670）

為了合成一種有抑菌活性的新喹喔啉衍生物，即3－甲基－2－乙酰苯腙喹喔啉1，4－二氧物，以鄰硝基苯胺為基本原料，經(jīng)氧化反應(yīng)，Beirut反應(yīng)和加成縮合反應(yīng)，制得目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率73.5%。用紅外光譜法（IR）、質(zhì)譜法（MS）和核磁共振譜法（NMR）對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進行表征，證明合成產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物。并通過抑菌測試發(fā)現(xiàn)，新化合物對大腸桿菌、枯草桿菌、金葡萄球菌和青霉菌均有明顯的抑菌活性，為今后開展喹喔啉及其衍生物的抗菌藥用研究奠定基礎(chǔ)。

喹喔啉；合成；結(jié)構(gòu)表征；抑菌測試

喹喔啉是二十世紀(jì)五十年代開始合成的具有抗菌活性的先導(dǎo)化合物。其衍生物是一類苯并吡嗪類雜環(huán)物質(zhì)，大多具有廣泛的生物活性。主要用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、飼料、染料、殺菌、除草等領(lǐng)域［1］。七、八十年代該類化合物作為飼料添加劑，用于提高抗病能力促進畜禽生長。后來研究發(fā)現(xiàn)其代表性物質(zhì)喹乙醇對喂養(yǎng)生物有致癌、致畸以及光敏毒性［2］，逐步被淘汰。尋找新的對人畜安全低殘留、具有特殊功能的喹喔啉衍生物化合物成為發(fā)展方向。

近年來研究發(fā)現(xiàn)，喹喔啉衍生物具有抗腫瘤活性［3］，對HIV病毒具有抑制作用［4］，對利什曼原蟲病具有獨特效果［5］，在熒光探針方面具有發(fā)展?jié)摿Γ?］。因此喹喔啉衍生物的合成研究受到新的重視。

本文以鄰硝基苯胺為原料，經(jīng)堿性條件下次氯酸鈉環(huán)氧化、Beirut縮合、苯肼腙縮合，制備新喹喔啉衍生物3－甲基－2－乙酰苯腙喹喔啉1，4－二氧物。對此物質(zhì)進行結(jié)構(gòu)表征，研究抑菌活性，以期為喹喔啉衍生物研究發(fā)展做出貢獻。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 試劑 鄰苯二胺（天津市光復(fù)精細化工研究所產(chǎn)品），無水乙醇、次氯酸鈉（天津市永大化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品），乙酰丙酮（江蘇強盛功能化學(xué)股份有限公司），三乙胺（天津廣成化學(xué)試劑產(chǎn)品），甲醇（天津科密歐化學(xué)試劑產(chǎn)品），苯肼（上海西唐生物科技有限公司），營養(yǎng)瓊脂（青島海博生物技術(shù)產(chǎn)品），以上均為分析純。供試菌種為標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)控菌株：大腸桿菌ATCC25922、枯草桿菌ATCC6633、金黃色葡萄球菌ATCC29213、青霉菌ATCC1109，均由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物所提供。

1.1.2 儀器 分析天平WT－B型，上海精密科學(xué)儀器產(chǎn)品；恒溫磁力攪拌器85－1型，江蘇榮華儀器產(chǎn)品；萬調(diào)萬用電爐DL－1型，電熱恒溫培養(yǎng)箱420型，山東龍口先科儀器產(chǎn)品；循環(huán)水式真空泵SHZD型，河南鞏義予華儀器產(chǎn)品；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱DHG－9140A型，嘉興中新醫(yī)療儀器產(chǎn)品；顯微熔點儀XR4型，上海光學(xué)儀器產(chǎn)品；傅里葉紅外光譜儀IRAffinity－1型，日本SHIMADZU產(chǎn)品；質(zhì)譜儀6510型，安捷倫科技產(chǎn)品；壓力蒸汽滅菌器YX280A型，上海三申醫(yī)療器械產(chǎn)品；超凈工作臺，SW－CJ型，蘇州安泰空氣技術(shù)公司產(chǎn)品；MF2型全自動菌落－顯微多功能一體機，杭州迅數(shù)科技有限公司產(chǎn)品；游標(biāo)卡尺、接種針、打孔器、鑷子、濾紙等均為市售。

1.2 方法

1.2.1 苯并氧化呋咱制備 500 mL的燒杯中加入20 g鄰硝基苯胺，100mL無水乙醇，水浴加熱攪拌完全溶解，滴加5mL 20%氫氧化鈉，溶液呈紅褐色。冷水浴下用長頸漏斗緩慢滴加180 mL次氯酸鈉溶液，2 h滴加完，繼續(xù)攪拌3 h，產(chǎn)生大量黃色沉淀，抽濾，用蒸餾水洗滌3次，60℃烘干2 h，得黃色粉末狀固體，不需要重結(jié)晶，熔點68℃～69℃（文獻參考值［7］69℃～71℃），產(chǎn)率為96.5%。反應(yīng)方程式：

1.2.2 乙酰甲喹制備 100 mL燒杯中加入5 g苯并呋咱，6 mL乙酰丙酮中，攪拌至完全溶解。加入18 mL三乙胺，攪拌30 min，室溫下靜置1 d，抽濾，得乙酰甲喹粗品，將所得粗品用無水乙醇進行重結(jié)晶，得淺黃色針狀結(jié)晶，熔點152℃～154℃，產(chǎn)率為78%。反應(yīng)方程式：

1.2.3 3－甲基－2－乙酰苯腙喹喔啉1，4－二氧物的制備 將6 g乙酰甲喹，25 mL乙醇置于150 mL三頸瓶中，水浴加熱溶解，后向其中加入3 g苯肼，2 mL氨水，于40℃下攪拌5 h，有大量結(jié)晶析出，減壓過濾，60℃烘干，用乙酸乙酯重結(jié)晶，得3－甲基－2－乙酰苯腙－喹喔啉1，4－二氧物，產(chǎn)率為73.5%，熔點為212.1℃～212.7℃?；瘜W(xué)方程式：

1.3 抑菌測試

1.3.1 培養(yǎng)基的制備 稱取營養(yǎng)瓊脂17.5 g，放入盛有500 mL的燒杯中，在電爐上加熱，用玻璃杯攪拌，防止瓊脂粉末沾到燒杯底部，溶解至溶液呈通澈狀態(tài)，停止加熱，稍稍冷卻后倒入三角瓶中，在高壓蒸汽滅菌鍋中，高壓滅菌20 min，備用。

1.3.2 濾紙片抑菌圈實驗 選取優(yōu)質(zhì)濾紙，用打孔器打出直徑為6 mm的濾紙片，用壓力蒸汽滅菌器高壓滅菌20 min；用去離子水配制成0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mg/mL的3－甲基－2－乙酰苯腙－喹喔啉1，4－二氧物溶液各50 mL。將高壓滅菌后的瓊脂培養(yǎng)基趁熱倒入滅菌培養(yǎng)皿中，冷卻凝固后，用接種針從菌落上輕輕抹上一些細菌，均勻地涂抹在培養(yǎng)皿中的瓊脂平板上；用無菌鑷子夾取滅菌濾紙片，在不同濃度的溶液中充分浸濕后，貼在上述各種含菌平皿上，每種濃度的濾紙片在每只平皿內(nèi)間隔一定的距離貼3片，用浸有去離子水的濾紙做空白對照；然后將平皿放入28℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 用MF2型全自動菌落－顯微多功能一體機測量其抑菌圈直徑。對每個平皿的3次重復(fù)取平均值，并對測量數(shù)據(jù)進行生物學(xué)統(tǒng)計分析與差異顯著性檢驗，若差異顯著，還應(yīng)進行各個因素不同水平的多重比較，用來充分說明新化合物的抗菌效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 新化合物結(jié)構(gòu)表征

2.1.1 紅外光譜 IR（KBr）/cm∶3－甲基－2－乙酰苯腙－喹喔啉1，4－二氧化物在3500～500 cm－1區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)吸收峰，3354 cm－1強峰是N－H伸縮振動吸收譜帶，3047 cm－1強峰是苯環(huán)上C－H的伸縮振動吸收譜帶，1602 cm－1強峰是C＝N的伸縮振動吸收譜帶，1476 cm－1強峰是N－N的伸縮振動吸收譜帶，1323 cm－1是N－O的伸縮振動吸收譜帶。750 cm－1中強峰是苯環(huán)鄰位雙取代特征吸收譜帶。見圖1。

2.1.2 核磁共振譜（NMR） ①：1HNMRδppm∶8.6（1H），8.047（1H），7.67～7.75（3H），7.31（2H），7.17（2H），6.95（1H），3.05（3H），2.51（3H）；見圖2。②：13CNMRδppm∶154.0，145.6，142.0，142.0 141.0，140.1，135.0，131.4，131.4，130.2，129.8，129.5，120.5，118.8，113.6，見圖3。

圖1 3－甲基－2－乙酰苯腙喹喔啉1，4－二氧物的紅外光譜圖

圖2 3－甲基－2－乙酰苯腙喹喔啉1，4－二氧物的1HNMR譜圖

圖3 3－甲基－2－乙酰苯腙喹喔啉1，4－二氧物的13CNMR譜圖

2.1.3 質(zhì)譜（MS） 最大質(zhì)荷比m/z＝624.15，基峰m/z＝291.18。確定該化合物分子量為308.12，分子式為C17H16N4O2，見圖4。

圖4 3－甲基－2－乙酰苯腙喹喔啉1，4－二氧物的質(zhì)譜圖

為了證明合成的新化合物為目標(biāo)產(chǎn)物，做了以上三種光譜分析。通過紅外光譜確定了合成物的主要吸收峰；通過核磁共振氫譜和碳譜確定了合成物H與C的位置與含量；通過質(zhì)譜確定了合成物的分子式與分子量。以上光譜分析的結(jié)果可證實所合成的新化合物確為3－甲基－2－乙酰苯腙喹喔啉1，4－二氧物。

2.2 抑菌實驗結(jié)果分析 用去離子水作對照，采用抑菌圈法測定目標(biāo)化合物的抑菌活性。抑菌圈直徑越大表明抑菌活性越強?？咕鷮嶒灉y量數(shù)據(jù)見表1。

對上述數(shù)據(jù)進行兩因素交叉分組有重復(fù)觀測值試驗資料的生物學(xué)統(tǒng)計分析與差異顯著性判定（F檢驗法）。經(jīng)計算可得表2。

表1 3－甲基－2－乙酰苯腙喹喔啉1，4－二氧物體外抑菌實驗的抑菌圈直徑單位：mm

表2 不同化合物濃度和不同菌種抗菌實驗資料方差分析表

因為合成化合物的藥品濃度（A）的F＞F0.01（5，48）＝3.43、P＜0.01；不同菌種（B）的F＞F0.01（3，48）＝4.22、P＜0.01；交互作用（A?B）的F＞F0.01（15，48）＝2.43、P＜0.01，表明藥品濃度各水平的抑菌圈直徑差異極顯著、不同菌種各水平抑菌圈直徑差異極顯著、不同藥品濃度與不同菌種的交互作用差異極顯著。因而還需進行不同藥品濃度抑菌圈直徑的多重比較（采用q法）。

由多重比較表數(shù)據(jù)可得：不同濃度的目標(biāo)產(chǎn)物對大腸桿菌、枯草桿菌、金葡萄球菌和青霉菌四種菌株的抑菌圈直徑均比對照組大，差異極顯著；且隨著3－甲基－2－乙酰苯腙－喹喔啉1，4－二氧物質(zhì)量濃度的增大，其對不同菌株的抗菌性極顯著增加。

3 討論與小結(jié)

在第一步反應(yīng)，苯并呋咱的制備過程中，以乙醇為溶劑，鄰硝基苯胺在堿性條件下被次氯酸鈉氧化，產(chǎn)率高達96.5%。與文獻［8］相比，本文反應(yīng)過程無需加熱，降低反應(yīng)成本；其次，使用次氯酸鈉強氧化劑，促進鄰硝基苯胺氧化成呋咱環(huán)，使反應(yīng)更快速，更完全，產(chǎn)率增加44%。

表3 q值與LSR值表

表4 不同藥品濃度抑菌圈直徑的多重比較表（q法）

中間產(chǎn)物乙酰甲喹的制備，苯并呋咱和乙酰丙酮以三乙胺為催化劑，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率為78%。與文獻［9］相比，在本文反應(yīng)過程中，乙酰丙酮（6 mL，5.88 g）稍過量，使苯并呋咱與乙酰丙酮反應(yīng)比例為1∶1.2，室溫下靜置時間為24 h，比文獻［9］反應(yīng)時間長6 h，最后產(chǎn)率提高16.8%。

在最后的苯肼腙縮合反應(yīng)中，乙酰甲喹和苯肼的用量為1∶1，用乙醇作溶劑，乙酸乙酯重結(jié)晶，80℃條件下干燥，能獲得較高純度的目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率可達73.5%。與其他新喹喔啉腙類衍生物的制備相比，如馬敬中等［10－11］，產(chǎn)率增加10%左右。

隨著喹喔啉多方面生物活性［12］的探索，近年來含喹喔啉結(jié)構(gòu)的衍生物被證明有一定的藥理活性，可以作為抗結(jié)核藥物成分［13］，治療神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，還具有抗血栓降血糖［14］等功效。因此，喹喔啉衍生物的合成研究對人類疾病治療方面具有重大意義。但是在喹喔啉類化合物的研究進展過程中，國內(nèi)大多集中在其合成方法或工藝的改進，雖然產(chǎn)率越來越高，但大多數(shù)反應(yīng)仍需要在高溫條件下進行［1］。因此，溫和條件下，選擇性好、收率高地合成喹喔啉仍是有機合成領(lǐng)域中的一個重要課題。

本文以苯并呋咱、苯肼為原料，采用三乙胺作為催化劑，進行縮合反應(yīng)生成一種新型喹喔啉衍生物－喹喔啉苯腙，其熔點為212.1℃～212.7℃。然后通過紅外光譜、核磁共振譜和質(zhì)譜法對其進行結(jié)構(gòu)表征，證實了新喹喔啉產(chǎn)物，3－甲基－2－乙酰苯腙－喹喔啉1，4－二氧物的結(jié)構(gòu)。在新喹喔啉合成的三步反應(yīng)過程中，反應(yīng)條件基本在室溫條件下，比較溫和，且催化劑的選擇廉價安全，合成路線工藝穩(wěn)定，與前人合成的中間產(chǎn)物和目標(biāo)產(chǎn)物相比，大幅度提高了產(chǎn)品的產(chǎn)率。為有機合成領(lǐng)域中喹喔啉的合成提供了一種新的思路。

此外，為了在實踐中更合理的應(yīng)用于臨床用藥，本文通過抑菌實驗，初步研究了3－甲基－2－乙酰苯腙－喹喔啉1，4－二氧物的抑菌活性。并通過方差分析和差異顯著性比較可得，新化合物的藥品濃度對4種菌株都有很好的抑菌活性，這對于更全面地了解喹喔啉及其衍生物的藥用價值具有重要意義，為今后作為新型高效抗菌藥物應(yīng)用于獸醫(yī)臨床提供一定的理論基礎(chǔ)。

［1］向沁潔，曾慶樂.喹喔啉類化合物的合成研究進展［J］.廣州化工，2014，42（1）：11－14.

［2］吳玉杰，陳冬梅，陶燕飛，等.高效液相色譜法測定動物組織中3－甲基喹喔啉－2－羧酸殘留量［J］.分析科學(xué)學(xué)報，2009，25（4）：427－430.

［3］張春玲，許秀枝，王艱，等.3－取代喹喔啉衍生物的合成及其抗腫瘤活性的研究［J］.廣東藥學(xué)院學(xué)報，2013，29（1）：25－28.

［4］Xun L I，Yang K H，Xian－Jun Q U，et al.Advances in the research of quinoxalinonederivatives［J］.Chinese Journal of Medicinal Chemistry，2006，31（11）：979－989.

［5］Villalobos－Rocha JC，Sánchez－Torres L，Nogueda－Torres B，et al.Anti－Trypanosomacruzi and anti－leishmanial activity by quinoxaline－7－carboxylate 1，4－di－N－oxide derivatives［J］.Parasitology Research，2014，113（6）：2027－2035.

［6］李建立，萬玉春，王艷菊，等.新型喹喔啉衍生物的合成、光物理性質(zhì)及理論分析［J］.發(fā)光學(xué)報，2011，32（10）：1024－1029.

［7］魏曉然，王琳，羅星，等.3－甲基－2－［3－（2－呋喃基）丙烯甲酰］－喹喔啉－1，4－二氮氧化物合成研究［J］.中國獸藥雜志，2015，49（6）：17－22.

［8］劉宇芳，劉博，董振明，等.苯并呋咱的新法合成［J］.山西大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，33（2）：244－246.

［9］葉孟兆，謝榮春，徐偉亮.2－乙?；?－甲基喹喔啉－1，4－二氧化物的合成［J］.浙江大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），1994（4）：427－430.

［10］馬敬中，王洪波，江洪.1，4－二氧喹喔啉－2－甲醛酰腙的合成和除草活性研究［J］.精細化工，2004，21（4）：309－312.

［11］馬敬中，胡超男，占升衛(wèi)，等.1，4－二氧喹喔啉甲醛雙腙的合成及除草活性研究［J］.現(xiàn)代化工，2005，25（6）：27－28.

［12］李荀，楊康輝，曲顯俊，等.喹喔啉類化合物的生物活性研究進展［J］.藥學(xué)研究，2007，26（1）：34－36.

［13］Jaso A，Zarranz B，Aldana I，et al.Synthesisofnew quinoxaline－2－carboxylate 1，4－dioxide derivatives as anti－Mycobacterium tuberculosis agents.［J］.Journal of Medicinal Chemistry，2005，48（6）：2019－25.

［14］Dudash J，Zhang Y，Moore JB，etal.Synthesisand evaluation of 3－anilino－quinoxalinones as glycogen phosphorylase inhibitors［J］.Bioorganic＆Medicinal Chemistry Letters，2005，15（21）：4790－4793.

（編輯：陳希）

Study on the Synthesis and Bacteriostasis of 3－Methyl－2－Acetylphenylhydrazone Quinoxaline 1，4－Dioxide

LIFeng－mei，MA Ming－zhen，LUO Xing，LIHua?
（China Agricultural University（Yantai），Yantai，Shandong264670，China）

In order to synthesize a new quinoxaline derivative with antibacterial activity，3－methyl－2－acetyl phenylhydrazone quinoxaline 1，4－dioxygen，using o－nitroaniline as raw material，and aquire the target derivatives in a yield of 73.5%though Oxidation reaction、Beirut reaction and addition condensation reaction.It was proved that the new compound synthesized in experimentwere target compound by infrared spectroscopy（IR），massspectrometry（MS）and nuclearmagnetic resonance spectroscopy（NMR）.The antibacterial results showed that the 3－methyl－2－acetyl phenylhydrazone quinoxaline 1，4－dioxane had obvious inhibitory activity against Escherichia coli，Bacillus subtilis，Staphylococcus aureus and Penicillium.The experimental results will lay the foundation for the future research of quinoxaline and its derivatives.

quinoxaline；synthesis；structure characterized；antibacterial test

2016－11－24

A

1002－1280（2017）03－0029－06

S859.79

煙臺市科技發(fā)展計劃項目（2012ZH247）

李風(fēng)梅，從事設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程專業(yè)方面研究。

李華。E－mail：8540890692＠qq.com