含硝基噁二唑啉类化合物的合成与抗菌活性

陈桐滨，潘庆能，宋恒文

（韩山师范学院化学系，广东潮州 521041）

1 引言

噁二唑啉类化合物具有重要生理活性，如杀菌、杀虫、除草、植物生长调节和抗病毒等[1-4]，受到农药及药物研发者的极大重视，从药理学和合成角度来看，这类化合物具有较高的应用前景.本研究以对硝基苯甲酸为原料，设计合成一类含硝基噁二唑啉化合物，通过1H NMR,FT-IR对其结构进行表征，并且研究了它们对金黄色葡萄球菌（S.aureus）、大肠杆菌（E.coli）、枯草芽孢菌（B.subtilis）的抗菌活性.目标化合物的合成路线如下：

图1 目标化合物合成路线

2 实验部分

2.1 仪器和试剂

WRS-2型熔点测定仪，温度未经纠正（上海楚柏实验室设备有限公司），Impact-420型傅里叶红外光谱仪（美国Nicolet），MercuryPlus400型核磁共振仪（美国varian）.对硝基苯甲酸为分析纯，φ=80%水合肼、苯甲醛、糠醛、对甲氧基苯甲醛、2，4-二氯苯甲醛、对羟基苯甲醛、无水乙醇、乙酸酐、二氯亚砜、4-硝基苯甲酸乙酯、4-硝基苯甲酰肼等均为化学纯.金黄色葡萄球菌（S.aureus），大肠杆菌（E.coli），枯草芽孢菌（B.subtilis）.

2.2 目标化合物的合成

2.2.1 酰腙化合物的合成

酰腙化合物的合成参照文献[5]，取4-硝基苯甲酰肼0.365 g（2 mmol）、芳香醛6 mmol加入到100 mL圆底烧瓶中，然后量取10 mL的无水乙醇加入圆底烧瓶中，加热回流，反应时间为11 h.停止反应，转移至烧杯中，自然冷却后置于冰箱中冷冻析出晶体后，抽滤得浅黄色固体.将固体转移到烘箱中在70℃的条件下烘干，再用无水乙醇重结晶得相应的酰腙.

2.2.2 3-N-乙酰基-2-芳基-5-(4-硝基苯基)-1,3,4-噁二唑啉的合成

取0.1 mmol的酰腙和6-8 mL的乙酸酐于50 mL的圆底烧瓶，反应温度控制在95-100℃之间，反应5-6 h，停止反应后，旋转蒸发多余的乙酸酐，然后用无水乙醇重结晶.

a：3-N-乙酰基-2-（2,4-二氯苯基）-5-（4-硝基苯基）-1,3,4噁二唑啉：黄色固体0.380 g，产率62.71%，熔点173.5-175.5℃，文献[6]熔点189-190℃.IR(KBr),ν,cm-1:3 030（Ar-H），1 670(-C=0),1 620(-C=N),1 250(-N-N=C),1 070(C-0-C).1HNMR(DMSO,400MHz),δ:8.20-8.22(d,2H,Ar-H)，7.90-7.88(d,2H,Ar-H),7.21(s,H,Ar–H),7.02-6.95(m,2H,Ar-H),6.50(s,H,噁二唑啉-H),2,35(s,3H,-CH3).

b：3-N-乙酰基-2-（4-羟基苯基）-5-（4-硝基苯基）-1,3,4噁二唑啉：黄色固体0.254 g，产率48.57%，熔点156.1-158.1 ℃.IR(KBr),ν,cm-1:3 110（Ar-H）,1 675(-C=0)，1 624(-C=N)，1 242(-N-N=C),1 060(C-0-C).1HNMR(DMSO,400MHz),δ:8.17-8.15(d,2H,Ar-H),7.81-7.79(d,2H,Ar-H),7.05-7.00(d,2H,Ar–H),6.80-6.85(d,2H,Ar-H),6.48(s,H,噁二唑啉-H),2.25(s,3H,-CH3),1.86(s,3H,-CH3).

c：3-N-乙酰基-2-（4-甲氧基苯基）-5-（4-硝基苯基）-1,3,4噁二唑啉：黄色固体0.094 g，产率17.21%，熔点109.2-111.2℃，文献[5]熔点115-116℃.IR(KBr),ν,cm-1:3 070（Ar-H）,1 660(-C=0),1 621(-C=N),1 252(-N-N=C),1 073(C-0-C).1HNMR(DMSO,400MHz),δ:8.19-8.15(d,2H,Ar-H),7.79-7.75(d,2H,Ar-H),7.10-7.07(d,2H,Ar–H),6.84-6.88(d,2H,Ar-H),6.46(s,H,噁二唑啉-H),2,27(s,3H,-CH3),1.60(s,3H,-CH3).

d：3-N-乙酰基-2-苯基-5-（4-硝基苯基）-1,3,4噁二唑啉：黄色固体，0.25 g,收率：70.15%熔点 ：159.7-161.5 ℃ IR(KBr),ν,cm-1:3 060（Ar-H）,1 663(-C=0),1 628(-C=N),1250(-N-N=C),1 077(C-0-C).1HNMR(DMSO,400MHz),δ:8.10-8.12(d,2H,Ar-H),7.70-7.73(d,2H,Ar-H),7.05-7.12(m,5H,Ar–H),6.40(s,H,噁二唑啉-H),2,20(s,3H,-CH3).

e：3-N-乙酰基-2-呋喃基-5-（4-硝基苯基）-1,3,4噁二唑啉：浅棕色固体，0.18 g,收率：45.25%.熔点：132.4-135.1℃.IR(KBr),ν,cm-1:3 075（Ar-H）,1 680(-C=0),1 625(-C=N),1 263(-N-N=C),1 090(C-0-C).1HNMR(DMSO,400MHz),δ:8.18-8.15(d,2H,Ar-H),7.75-7.70(d,2H,Ar-H),7.25-7.20（m,1H,funan-H），6.50-6.72(m,2H,funan–H),6.45(s,H,噁二唑啉-H),2,02(s,1 3H,-CH3).

2.3 抑菌实验

2.3.1 滤纸片的准备

将滤纸片用打孔器制成直径为6.0 mm圆形滤纸片，高温蒸汽灭菌备用.

2.3.2 培养基准备

实验中的细菌培养基的制备、灭菌及平皿制备按文献[6]制备.

2.3.3 菌悬液的制备

用接种环挑取3-4环培养1 d的各种细菌于装有50 mL无菌生理盐水（0.9%）的三角瓶中，震荡均匀，制成菌悬液.用稀释平板法和血球计数法测定菌数，调整菌悬液浓度在106-107cfu/mL，现配现用.

2.3.4 噁二唑啉抑菌效果的测定

将目标化合物用DMF溶解，配制成浓度为10 mg/mL的溶液，将已灭菌的圆滤纸片浸入不同浓度的溶液中6-8 h，用无菌镊子夹出，贴于含菌培养皿中.一个培养皿贴3片含药液的滤纸片，将加好药液的培养皿在恒温培养箱中培养，细菌于37℃培养24 h，测定抑菌圈直径，重复3次.

3 结果与讨论

3.1 目标化合物的结构分析

目标化合物的红外光谱表明：波长在3 030-3 110 cm-1的弱吸收为苯环上C-H的伸缩振动，1 660-1 680 cm-1的吸收为乙酰基上C=O键的吸收峰，1 620-1 658 cm-1的吸收为C=N键的吸收峰，1242-1563 cm-1的吸收为-N-N=C键的吸收峰，1 060-1 090 cm-1吸收为C-O-C键的吸收峰，-N-N=C键和C-O-C两个键是噁二唑啉环上的特征键.目标化合物的1H NMR谱数据表明：位移δ2.27附近的峰为3位乙酰基中的甲基质子吸收峰，其中b在位移δ1.86处还出现了甲基质子吸收峰，主要是因为b中的羟基和乙酸酐发生了酯化反应；在δ6.48附近的单峰为噁唑啉环上的甲基吸收峰，而2位质子由于受噁唑啉环去屏蔽效应影响出现在芳环质子吸收区域，跟硝基相连的苯环上的氢的化学位移出现在8.15和7.85附近，主要是因为硝基的强吸电子作用，对苯环产生了去屏蔽效应，化学位移值增大.

3.2 目标化合物抑菌活性测定与分析

由表1可知不同浓度的目标化合物对三种细菌都有抑制作用.5个目标化合物用DMF溶解，浓度为10 mg/mL，滤纸片的直径为6 mm，浸泡时间为6-8 h，三种细菌的菌悬液调整浓度在106-107cfu/mL，5种化合物中，对金黄色葡萄球菌（S.aureus）的抑菌圈直径为13-17 mm，a的抑制效果是最好的.对大肠杆菌（E.coli）的抑菌圈直径为12-16 mm，a,b和c的效果都为16 mm.对枯草芽孢菌（B.subtilis）的抑菌圈直径为12-18 mm，其中a的效果最好，达到18 mm.化合物a的抑制效果是最好的，估计是引入了氯原子的关系.空白DMF溶剂没有抑制效果.以上数据表明，合成的5个化合物对常见的三种细菌都有良好的抑制效果.

表1 目标化合物的抑菌效果

4 结论

以4-硝基苯甲酸为原料，4步合成5个3-N-乙酰基-2-芳基-5-(4-硝基苯基)-1,3,4-噁二唑啉类化合物，通过红外和核磁共振对它们结构进行了表征.同时，研究了这些化合物对金黄色葡萄球菌（S.aureus）、大肠杆菌（E.coli）、枯草芽孢菌（B.subtilis）等细菌的抑菌效果.结果表明，5个化合物的抑制圈直径都比较大，对三种细菌的抑制效果良好.

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