N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基4-噻唑烷酮的合成及生物活性

金龙飞, 李培娟, 亢子珍, 范 昕, 张 健

(中南民族大学 化学与材料科学学院，武汉 430074)

N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基4-噻唑烷酮的合成及生物活性

金龙飞, 李培娟, 亢子珍, 范 昕, 张 健

(中南民族大学 化学与材料科学学院，武汉 430074)

以5-溴水杨酸为原料，将其与水合肼反应生成了5-溴水杨酰肼，再将硫氰酸钾与5-溴水杨酰肼反应合成了5-溴水杨酰基氨基硫脲，后者与溴代乙酸乙酯反应生成了终产物N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基-4-噻唑烷酮. 对化合物进行了熔点、IR、元素分析、1H NMR、13C NMR表征，并测试了其对生物体的抗炎活性和抗菌活性. 结果表明：N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基-4-噻唑烷酮具有较好的抗炎、抗菌活性.

N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基-4-噻唑烷酮；表征；抗炎活性；抗菌活性

4-噻唑烷酮类化合物是一类具有五元噻唑环结构的新型杂环化合物，它具有广泛的药用价值和生理活性，其抗炎、抗菌等生物活性颇受重视[1,2]. 随着研究广谱抗菌和抗真菌药物的不断深入，以及4-噻唑烷酮化合物抗HIV和抗癌活性的报道[3,4]，新的4-噻唑烷酮类抗微生物药物成为可能，此外它还可作为卵泡雌激素受体激动剂、一氧化氮合酶抑制剂、安眠药和抗精神病药物等[5,6]. 鉴于4-噻唑烷酮化合物具有多种生物和生理活性，对其进行衍生化设计合成，研究其构效关系，寻找生物活性更强的高效低毒的新型药物成为了一个关注热点.

4-噻唑烷酮类化合物良好的生物活性，缘于合成原料水杨酰肼和氨基硫脲基团中含有N、S等杂原子，且自身含有较大的共轭体系[7,8]；当4-噻唑烷酮类化合物苯环上含有卤原子、硝基等吸电子基的取代基时，抗菌活性更强[9,10]，故本文设计并合成了一种取代基为溴的新型4-噻唑烷酮类化合物N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基-4-噻唑烷酮(见图1)，并对其进行了抗炎、抗菌等生物活性测试，为开发生物活性和应用价值更好的低毒高效的新型先导化合物提供依据.

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

元素分析仪(Vario EL Ш elemental analytical instrument)，核磁共振仪(Bruker Co., Avance III 400 MHz spectrometer,1H NMR,13C NMR, 溶剂DMSO-d6, 内标TMS)，红外光谱仪(Thermo Nicolet Corporation NEXUS 470 FT-IR spectrometer, KBr压片法, 扫描范围4000～400 cm-1)，数字熔点仪(XT-4型, 北京泰克仪器有限公司, 温度未经校正).

80%水合肼、5-溴水杨酸、无水CH3OH、无水EtOH、浓H2SO4、浓HCl、蒸馏水、KSCN、溴代乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、无水EtOONa，以上试剂均为分析纯，使用前均未进一步处理.

1.2 实验过程

1.2.1 5-溴水杨酸甲酯的合成

量取200 mL甲醇，加入到盛有43.40 g (0.20 mol) 5-溴水杨酸的圆底烧瓶中，搅拌混合，再慢慢加入20 mL浓H2SO4，温度缓慢升至62 ℃，回流10 h .反应停止后，冷却至室温，用NaHCO3调pH为中性，此时有大量白色固体析出. 抽滤、水洗3次，以φ(乙醇︰水)=1︰1的混合液洗1次，得纯白色粉末状固体28.00 g (自然风干). 产率60.6 %，m.p.62～64 ℃.

1.2.2 5-溴水杨酰肼的合成

将80 %的水合肼12.00 g (0.24 mol)和150 mL乙醇，加入到盛有27.72 g (0.12 mol) 5-溴水杨酸甲酯的250 mL圆底烧瓶中，搅拌30 min，缓慢升温至70 ℃，回流10 h. 反应结束后，移出溶液至烧杯，置于冰箱中过夜冷却，析出白色晶体，抽滤、水洗3次，调PH为中性，无水乙醇洗1次，得20.29 g纯白色片状晶体终产物. 产率73.2 %，m. p. 218～220 ℃.

1.2.3 5-溴水杨酰基氨基硫脲的合成

250 mL圆底烧瓶中，加入18.48 g (0.08 mol) 5-溴水杨酰肼和约120 mL水，冰水浴条件下，加入浓盐酸16 mL，搅拌20 min. 加入硫氰酸钾15.55 g (0.16 mol)， 混合均匀后，让其自然升至常温，且搅拌1 h后，缓慢升温至80 ℃，反应10 h，将溶液转移至烧杯，自然冷却，静置过夜，水洗3次至PH中性. 采用混合溶剂[φ(乙醇︰DMF︰水) = 5︰1︰1]进行重结晶，得13.55 g淡黄色固体. 产率58.4 %，m.p. 204～205 ℃.

1.2.4N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基-4-噻唑烷酮的合成

将无水乙酸钠3.28 g (0.04 mol) ，置于250 mL圆底烧瓶中，加入溴代乙酸乙酯1.84 g (0.01 mol) 和5-溴水杨酰基氨基硫脲2.91 g (0.01 mol)，再加入140 mL乙醇，搅拌混合.升温至78 ℃，回流反应5 h，停止反应，自然冷却，静置过夜. 水洗后，乙醇淋洗，抽滤、干燥，最终得淡黄色粉末物质1.10 g. 产率52.0 %，m.p. 267～269 ℃. Anal.calcd for C10H8BrN3O3S: C 36.38, H 2.44, N 12.73, S 9.71; found C 36.31, H 2.40, N 12.70, S 9.73. FT-IR (KBr压片,σ/ cm-1): υO-H3423 s, broad; υAr-H3064 s, broad; υC=O-CH2-1709 vs;υC=N1618 vs; υC-C=Cphenolic, 1560 s;δΝ-H1290 s; δC-OHphenolic, 1230 s;δAr-H676 s.1H NMR (DMSO-d6)δ:11.94 (s, 1H, -Ar-CO-NH-), 11.65 (s, 1H, CH2-CO-NH),10.76 (s, 1H, Ar-OH), 7.99 (d, 1H, ArH), 6.99 (t, 2H, ArH), 4.03(s, 2H,-CH2-);13C NMR (DMSO-d6)δ:174.59, 164.33, 159.86, 144.13, 133.98, 132.45, 120.37, 119.55, 117.44, 34.75.

1.2.5 抗炎活性测试

采用Kasahara等提出的爪掌肿胀法[11]，对化合物5进行抗炎活性测试，选择甲基纤维素为空白对照，γ-卡拉胶为引发剂，二氟尼柳为参照品.

随机抽取18只雌雄混合小白鼠，体重为20～25 g，分为3组，每组6只.先让小白鼠适应实验室条件2 d，自由饮水，标准颗粒饲料喂食.从测试当日始，仅提供饮水不喂饲料，灌胃后1 h，每只小白鼠注射25 μL 新鲜配制的γ-卡拉胶盐水溶液于右后掌分跖组织处，同时在其左后掌分跖处注射25 μL盐水溶液，作为内部对照.灌胃4 h后，用千分尺测量每只小白鼠的左、右后掌的肿胀尺寸.

1.2.6 抗菌活性测试

采用最小抑制浓度法(MIC)[12]，即让菌种在加入培养基的一定浓度梯度的该化合物5溶液中生长繁殖，然后通过观测溶液浑浊时对应的溶液浓度来对化合物5进行抗菌活性测试.

测试的菌种种类为普通变形杆菌(Proteusvulgaris,Gram-)、枯草芽胞杆菌(Bacillussubtilis,Gram+)、金黄色葡萄糖球菌(Staphylococcusaureus, Gram+)、大肠埃希氏杆菌(Escherichiacoli, Gram-).选择Mueller-Hinton broth为培养基，以蒸馏水配成的N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基-4-噻唑烷酮溶液的浓度分别为 1600, 800, 400, 200, 100, 50, 25 μg / mL，溶剂水在测试的最大浓度时，不呈现抗菌活性.

2 结果与讨论

2.1 合成反应过程

中间产物化合物2、化合物3、化合物4的合成，选择以5-溴水杨酸为原料，将溴代乙酸乙酯与5-溴水杨酰基氨基硫脲反应合成N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基-4-噻唑烷酮，它是一种新型的4-噻唑烷酮化合物. 在制备5-溴水杨酰基氨基硫脲时，由于该反应为放热反应，为了不使体系的温度过高，反应初始在冰水浴条件下搅拌，升温前先让其在常温下反应一段时间，使体系温度缓慢升高.合成N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基-4-噻唑烷酮时，加入CH3COONa不仅可起到催化的作用，还可以中和反应生成的HBr，促进氨基硫脲基团的亲核取代及环化反应.

2.2 红外光谱分析

化合物5的红外光谱中，归属于苯环上的O-H和五元内酰胺的C=O的伸缩吸收峰分别出现在3423 cm-1和1709 cm-1处；归属于Ar-H 基团的振动，出现的强峰在3064 cm-1；归属于C=N基团的伸缩振动和苯环骨架的伸缩振动，分别在1620 cm-1和1557 cm-1出现很强峰；归属于Ν-H基团的弯曲振动，在1289 cm-1处出现吸收峰；归属于Ar-H基团的弯曲振动吸收峰出现在673 cm-1处.

2.3 核磁共振谱结果

化合物5的1H NMR信号归属分别为：-CH2-CO-NH-和-Ar-CO-NH-的2个质子在11.93处出现单峰，Ar-OH的1个质子在10.75处出现单峰，PhCH的3个质子在7.98和6.97处出现多重峰，-CH2-的2个质子在4.03处出现单峰.

化合物5的13C NMR谱峰可以认定为：174.59 处为五元噻唑环上酰胺羰基C=O-CH2-碳原子的谱峰，164.32处为与苯环相连接的羰基C=O-Ph碳原子的谱峰，159.85处为苯环上与酚羟基相连接碳原子Ph-OH碳原子的谱峰，144.13处为酰肼与噻唑环相连接的亚氨基C=N碳原子的谱峰，133.98处为苯环上与氯相连接碳原子Ph-Cl碳原子的谱峰，132.44处为苯环上碳原子6-Ph碳原子的谱峰，120.36处为苯环上碳原子5-Ph碳原子的谱峰，119.54处为苯环上碳原子1-Ph碳原子的谱峰，117.43处为苯环上碳原子3-Ph碳原子的谱峰，34.75处为噻唑环上亚甲基-CH2碳原子的谱峰.

2.4 抗炎活性

表1为化合物5的抗炎活性测试值. 由表1可知，参照品二氟尼柳的F值为66.125，对应的p值为0.001<0.050，说明在0.050水平有显著不同. 样品N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基-4-噻唑烷酮的F值为169.680，对应的P值为4.755×10-5< 0.050，说明在0.050水平有显著不同. 与参照品二氟尼柳相比较，样品化合物5表现出的抗炎效果更好.

*抗炎活性/ % =[(n-n′)/n]×100%，n′为样品组或参照组右左腿肿胀差，n为对照组右左腿肿胀差

2.5 抗菌活性

化合物5的抗菌活性测试结果见表2. 由表2可见，对4种测试菌种，化合物5均有不同程度的抑菌效果，其中以对大肠埃希氏杆菌抑制效果最好，而对枯草芽孢杆菌抑制效果较差.

3 结语

在水杨酰肼衍生物中引入生物活性基团4-噻唑烷酮环，不仅能增加化合物的活性位点，还能增加N、O、S等杂原子，产生更大的共轭体系，有望显著增强其生物活性.本文基于探讨4-噻唑烷酮衍生物在生物体内抗炎、抗菌活性，设计了一种新型的4-噻唑烷酮衍生物，并合成出化合物N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基-4-噻唑烷酮，对该化合物的表征应用了元素分析、熔点、IR、1H NMR和13C NMR. 通过爪掌肿胀法测得该化合物在生物体内的抗炎活性值为56.3%，以及浓度稀释法测得化合物对普通变形杆菌(MIC=100 μg/mL)、枯草芽孢杆菌(MIC=400 μg/mL)、大肠埃希氏杆菌(MIC<25 μg/mL)和金黄色葡萄球菌(MIC=50 μg/mL)的抗菌活性. 结果显示N′-(2-羟基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亚胺基-4-噻唑烷酮的抗炎和抗菌活性较好，并为4-噻唑烷酮类化合物的进一步研究提供了一定的参考和指导.

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Synthesis and Biological Activity ofN′-(2-Hydroxy-5-Bromobenzoylamino )-2-Imino-4-Thiazolidinone

JinLongfei,LiPeijuan,KangZizhen,FanXin,ZhangJian

(CollegeofChemistryandMaterialsScience,South-CentralUniversityforNationalities,Wuhan430074,China)

5-bromo- salicylicacid was used to synthesize 5-bromo-methyl salicylate, which further reacted with hydrazine hydrate to obtain 5-bromosalicylaldehyde hydrazide. The 5-bromosalicylaldehyde hydrazine then reacted with potassium thiocyanate to form 5-bromosalicylaldehydethiosemicarbazides, which finally reacted with ethyl bromoacetate proceededcatalytic to affordN′-(2-hydroxy-5-bromobenzoylamino)-2-imino-4-thiazolidinone. The structure of the final compound was characterized by IR, element analysis,1H NMR, and13C NMR. The compound also showed good anti-inflammatory and antibacterial activity.

synthesis;N′-(2-hydroxy-5-bromobenzoylamino)-2-imino-4-thiazolidinon;characterization;anti-inflammatoryactivity;antibacterial activity

2014-02-04

金龙飞(1962-)，男，教授，博士，研究方向：化学生物学与药物化学，E-mail: longfei_jin@163.com

湖北省自然科学基金重点项目(2008CDA067)

TQ217

A

1672-4321(2015)04-0015-04