哌嗪基唑烷酮类衍生物的合成及其体外抗菌活性研究

李桂杰,赵静国,张 飞

(武汉轻工大学生物与制药工程学院,湖北武汉430023)

李桂杰,赵静国,张 飞

(武汉轻工大学生物与制药工程学院,湖北武汉430023)

以S-环氧氯丙烷和3,4-二氟硝基苯为原料,设计并合成了12个哌嗪取代唑烷酮类化合物,其结构均经高分辨1HNMR和MS确认。以利奈唑胺为参照物,对合成的化合物进行了金黄色葡萄球菌、链球菌和大肠杆菌的体外抗菌实验,结果表明,合成的化合物有一定抗菌活性,但活性均明显低于利奈唑胺。

唑烷酮;哌嗪取代衍生物;抗菌活性;合成

为了寻找新的活性化合物,作者以利奈唑胺为基础,以哌嗪环替代吗啉环并对哌嗪环进行取代[5],设计并合成了12个新化合物,所有结构均经高分辨1HNMR和MS确认;并采用微量稀释法,以利奈唑胺为阳性对照,对合成的化合物进行了体外抗菌活性研究[]。

1 实验

1.1 菌株、试剂与仪器

实验菌株购自武汉大学典型培养物保藏中心,保存于-80℃冰箱。

利奈唑胺标准品,中国药品生物制品检定所。S-环氧氯丙烷、3,4-二氟硝基苯为工业级(≥98%),其余试剂均为国产分析纯。

YRT-3型熔点仪(温度计未经校正),天津大学精密仪器厂;MercuryPlus-400型核磁共振氢谱仪(以TMS为内标,氘代氯仿为溶剂),美国Varian公司; TraceMS2000型气相质谱联用仪。

1.2 目标化合物的合成路线

先以S-环氧氯丙烷和3,4-二氟硝基苯为原料分别合成中间体化合物Ⅲ和Ⅵ,再通过汇聚式合成一步生成唑烷酮环[7,8],合成路线见图1。

1.3 合成方法

1.3.1 (2S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇盐酸盐(Ⅰ)的合成

向50mL圆底烧瓶中加入乙醇15mL、苯甲醛5g(50mmol)、浓氨水4.9g(50mmol),搅拌1h,冰水浴下滴加S-环氧氯丙烷4.4g(48mmol),撤去冰浴缓慢升至室温,过夜,减压浓缩,加入37%盐酸6mL和水7mL,43℃下反应4h,分液,弃去有机层,水层减压浓缩至有固体出现,用甲苯于高真空下反复带水得淡黄色固体,然后用无水乙醇和石油醚在-10℃下析晶,抽滤,50℃真空烘干,得白色晶体即化合物Ⅰ5.8g,收率79.3%,熔点134.6～135.4℃。

1.3.2 N-(3-氯-2-羟基)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),搅拌,15min后再缓慢滴加乙酸酐25.6g(250 mmol),控制内温不低于-30℃,滴加完毕后缓慢升至室温搅拌3 h,抽滤,减压浓缩,用甲苯和无水乙醇反复带水,然后用无水乙醚在-10℃下析出白色固体,抽滤,减压旋干溶剂,得淡黄色油状液体即化合物Ⅱ9.11 g,产率70.8%。

图1 目标化合物的合成路线Fig.1 The synthetic route of the target compounds

1.3.3 (R/S)-N-(2,3-环氧丙基)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),用新蒸的四氢呋喃40 m L溶解,冷却至-40℃(如有固体析出,除去),搅拌下缓慢滴加溶有6.4 g(60 mmol)2.5 mol·L-1叔丁醇钾的四氢呋喃溶液64 m L,滴加完毕后,缓慢升至0℃,抽滤,用四氢呋喃洗涤滤饼,减压旋干溶剂,残留物用硅胶柱层析分离[洗脱剂:CH3OH∶CH2Cl2=(0～1)∶25],得无色粘稠液体即化合物Ⅲ4.2 g,产率69.5%。

1.3.4 3-氟-4-哌嗪基硝基苯(Ⅳ)的合成

向500 m L三口瓶中加入干燥过的无水哌嗪15.5 g(180 mmol)、三乙胺20 m L,用90 m L乙腈溶解,搅拌,70℃下缓慢滴加3,4-二氟硝基苯10 m L(90 mmol),滴加完毕后升温至85℃回流反应5 h,反应完后冷却至室温,减压浓缩,用乙酸乙酯(100 m L×3)萃取,合并有机层,用饱和食盐水洗涤、无水硫酸钠干燥,减压蒸去溶剂,烘干,得橙黄色粘稠状固体即化合物Ⅳ15.1 g,产率74.2%。

1.3.5 N-苄氧羰基-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)、甲酸铵16.8 g(265 mmol)、10%钯炭1 g、丙酮140 m L,45℃下搅拌4 h,抽滤,滤饼用少量丙酮洗涤,合并滤液并转移至另一500 m L三口瓶中,加入丙酮100 m L、10%碳酸氢钠溶液100 m L,冰浴,0℃下缓慢滴加氯甲酸苄酯(CBZ)17.3 g(98 mmol),滴加完后撤去冰浴,缓慢升至室温过夜,反应完毕将混合物倾入大量冰水中并充分搅拌,抽滤,滤饼用少量无水乙醇洗涤,再用丙酮与水在-10℃下重结晶,真空干燥,得类白色固体即化合物Ⅴ6.83 g,产率78.6%。

1.3.6 (S)-[N-3-(3′-氟-4′-吗啉基)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、无水甲醇0.6 g (18.8 mmol),在20℃、氮气保护下滴加2 mol·L-1叔丁醇锂0.8 g(10.3 mmol)的四氢呋喃溶液,5℃下将化合物Ⅲ3.6 g(18.6 mmol)加入瓶中,缓慢升至室温搅拌20 h。反应混合液用15 m L饱和氯化铵溶液淬灭,依次加入水20 m L、饱和氯化钠溶液18 m L、二氯甲烷25 m L,水层用二氯甲烷(20 m L×3)萃取,合并有机层,用无水硫酸镁干燥,减压浓缩,残留物用硅胶柱层析分离(洗脱剂:CH3OH∶CH2Cl2=1∶10),真空干燥,得白色固体化合物Ⅶ3.02 g,产率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,再称取10%钯炭0.25 g,通入氢气,点板观察直到原料点消失后停止反应,抽滤,用少量无水甲醇洗涤,减压浓缩,真空干燥,得淡黄色固体化合物Ⅷ1.52 g,产率90.3%。

1.3.7 哌嗪基取代衍生物(Ⅸa～Ⅸl)的合成

(1)酰胺类衍生物(Ⅸa～Ⅸf)的合成

称取化合物Ⅷ0.32 g(0.9 mmol)、DCC 0.16 m L、DMF 9 m L,冰浴下缓慢滴加特戊酰氯0.13 g,室温搅拌过夜,减压浓缩,残留物用柱层析分离[洗脱剂:乙酸乙酯∶石油醚=1∶(0～3)],得化合物a。同法制备Ⅸb～Ⅸf。

(2)烷基类衍生物(Ⅸg～Ⅸl)的合成

称取化合物Ⅷ0.2 g(0.59 mmol)、碳酸钾0.22 g、碘化钾0.06 g、DMF 8 m L,加入碘甲烷0.09 m L (1.3 mmol),60℃下搅拌过夜,抽滤,减压浓缩,残留物用柱层析分离[洗脱剂:乙酸乙酯∶甲醇=10∶(10～1)],得到化合物Ⅸg。同法制备Ⅸh～Ⅸl。

2 结果与讨论

2.1 目标化合物的结构表征

Ⅸa:白色粉末固体,产率43.2%,熔点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:白色粉末固体,产率55.6%,熔点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:白色粉末固体,产率62.1%,熔点: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:类白色粉末固体,产率37.5%,熔点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:类白色粉末固体,产率65.3%,熔点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:白色粉末固体,产率75.6%,熔点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:浅灰色粉末固体,产率41.4%,熔点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:类白色粉末固体,产率45.2%,熔点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:黄色固体,产率38.2%,熔点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:浅黄色粉末固体,产率35.4%,熔点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:类白色粉末固体,产率29.6%,熔点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:浅灰色粉末固体,产率51.1%,熔点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 体外抗菌活性研究

采用微量稀释法,在灭菌的一次性96孔聚苯乙烯板中进行体外抗菌活性实验。化合物Ⅸa～Ⅸl对不同菌株的最小抑菌浓度(MIC)见表1。

表1 化合物Ⅸa～Ⅸl对不同菌株的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对革兰氏阴性菌均无抑菌活性,对革兰氏阳性菌有不同程度的抑菌活性[9]。由表1可知,Ⅸa对革兰氏阳性菌和阴性菌均无活性;Ⅸb、Ⅸc、Ⅸg、Ⅸk对金黄色葡萄球菌无抑菌活性,对链球菌活性也很弱;Ⅸe、Ⅸi、Ⅸj、Ⅸl对阳性菌有不同程度的抑菌活性,但是活性均明显低于利奈唑胺;Ⅸd、Ⅸf和Ⅸh的抑菌活性最强,Ⅸf约为利奈唑胺的1/2,Ⅸd与Ⅸh的活性相当,约为利奈唑胺的1/4。针对哌嗪基的修饰研究正在进行中。

2.3 讨论

化合物Ⅶ的合成过程中,在室温条件下以叔丁醇锂为催化剂[10],代替-78℃滴加正丁基锂,大大改善了实验条件,同时也提高了产率。

3 结论

以S-环氧氯丙烷和3,4-二氟硝基苯为原料,设计并合成了12个哌嗪取代唑烷酮类化合物,其结构均经高分辨1HNMR和MS确认。以利奈唑胺为参照物,对合成的化合物进行了金黄色葡萄球菌、链球菌和大肠杆菌的体外抗菌实验,结果表明,合成的化合物有一定抗菌活性,但活性均明显低于利奈唑胺。

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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,硕士研究生,研究方向:药物化学,E-mail:lgjdyxo@163.com;通讯作者:赵静国,副教授。