新型β-咔啉-磺酰胺衍生物的合成及其抑菌活性

张美丹，罗 辉，林晓媛，黄 娟，张耀谋，翁群芳

(1.华南农业大学 a.理学院;b.资源环境学院，广东 广州 510642)

磺酰胺类化合物是一类重要的有机原料，常用于染料、农药和医药品的合成，其抗癌、抗炎和抗病毒等生物活性备受研究者关注［1－3］。但磺酰胺类药物存在诸多缺点，如磺酰胺类降糖药存在一定副作用，对患者健康不利;磺酰胺类抑菌剂降解性较差，对环境造成污染。因此，合成副作用更小，环境友好的新型磺酰胺衍生物具有重要意义。

本文以L-色氨酸和芳醛(1a，1c，1e和1f)为原料，经Pictet－Spengler环合、酯化、氧化、肼解、重氮化和磺酰化6步反应合成了7个新型的β-咔啉磺酰胺衍生物(8a～8g)，其结构经1H NMR，IR和元素分析表征。用生长速率法考察了8a～8g的抑菌活性。

Scheme 1

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

XT-4型熔点仪(温度未校正);Bruker-600 MHz型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂，TMS为内标);Nicolet 5700型红外光谱仪(KBr压片);TDTQ-2008型元素分析仪。

2～4参考文献［8］方法合成;其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1)5的合成(以5a为例)

在反应瓶中加入4a 29.8 g(0.1 mol)和80%水合肼7.5 mL(0.15 mol)，搅拌使其混合均匀;加乙醇50 mL，回流(80℃)反应3 h(TCL检测)。冷却结晶，过滤，滤饼干燥得淡黄色针状固体1-苯基-β-咔啉-3-酰肼(5a)。

用类似的方法合成5c，5e和5f。

(2)6的合成(以6a为例)

在反应瓶中加入5a 14.9 g(50 mmol)和稀盐酸2 mL，搅拌使其溶解;冰盐浴冷却，于15 min内滴加过硝酸钠溶液［m(过硝酸钠)∶m(水)=1.00 ∶1.05］，滴毕，搅拌 20 min ～ 30 min。用NaHCO3溶液调至pH呈中性，抽滤，滤饼用少量乙酸溶解，迅速移至另一反应瓶中，加入50%乙酸50 mL，回流反应0.5 h(TLC检测)。加压浓缩除去溶剂，剩余物用乙醇重结晶得深棕色晶体1-苯基-3-氨基-β-咔啉(6a)。

用类似的方法合成6c，6e和6f。

(3)2-取代苯磺酰氯的合成(以7a为例)

在反应瓶中加入邻氯苯胺6.05 g(50 mmol)，冰浴冷却，搅拌下依次滴加浓盐酸10 mL(0.1 mol)和 H2SO415.0 g的水(5 mL)溶液，滴毕，反应10 min;于15 min内滴加NaNO23.34 g的盐酸(10 mL)溶液，滴毕，反应0.5 h;加入无水硫酸铜1.25 g和60%硫酸溶液5.12 g，于1 h内滴加过量的饱和Na2SO3溶液(含亚硫酸钠10.0 g)，滴毕，反应至终点(TLC检测)。加入二氯甲烷20 mL，震荡分液，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩得红棕色液体2-氯苯磺酰氯(7a)，产率75.5%。

用类似的方法合成了深红色液体对三氟甲基苯磺酰氯(7b)。

(4)8a～8g的合成(以8a为例)

在反应瓶中加入6a 8.87 g(325 mmol)和DMF 20 mL，搅拌使其溶解;于室温滴加7a 8.2 g(330 mmol)的吡啶(2 mL)溶液，滴毕，反应0.5 h。倒入过量水中，用无水NaSO4干燥，减压浓缩后经硅胶柱层析［洗脱剂:V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=3∶1］纯化得1-苯基-3-N'-(2-氯苯磺酰)氨基-β-咔啉(8a)。

用类似的方法合成8b～8g。

8a:白色粉末，产率25.2%，m.p.180℃ ～182 ℃;1H NMR δ:7.30 ～8.87(m，13H，ArH)，8.55(d，1H，4-H)，11.83(s，1H，NH)，11.94(s，1H，NHS);IR ν:3 427，1 366，754 cm－1;Anal.calcd for C23H16N3O2SCl:C 69.52，H 4.20，N 3.24，O 7.41，S 7.42，Cl 8.21;found C 69.63，H 4.03，N 3.36，O 7.23，S 7.41，Cl 8.15。

1-苯基-3-N'-(4-三氟甲基苯磺酰)氨基-β-咔啉(8b):淡黄色晶体，产率18.3%，m.p.183 ℃ ～185 ℃;1H NMR δ:7.33 ～8.67(m，13H，ArH)，8.95(d，1H，4-H)，11.86(s，1H，NH)，11.93(s，1H，NHS);IR ν:3 269，1 326，1 209，744 cm－1;Anal.calcd for C24H16N3O2SF3:C 67.09，H 3.90，N 3.01，O 6.87，S 6.89，F 12.24;found C 67.13，H 4.01，N 3.03，O 6.82，S 7.05，F 12.15。

1-(4-甲氧基苯基)-3-N'-(2-氯苯磺酰)氨基-β-咔啉(8c):淡黄色粉末，产率22.1%，m.p.220℃ ～221 ℃;1H NMR δ:7.33 ～8.46(m，15H，ArH)，8.95(d，1H，4-H)，11.83(s，1H，NH)，11.96(s，1H，NHS);IR ν:3 254，1 391，1 150，752 cm－1;Anal.calcd for C24H18N3O3SCl:C 67.6，H 4.36，N 3.03，O 10.39，S 6.94，Cl 7.67;found C 67.59，H 4.53，N 3.16，O 10.42，S 7.02，Cl 7.86。

1-(4-甲氧基苯基)-3-N'-(4-三氟甲基苯磺酰)氨基-β-咔啉 (8d):白色粉末，产率25.4%，m.p.232 ℃ ～233 ℃;1H NMR δ:7.30 ～8.49(m，15H，ArH)，8.68(d，1H，4-H)，11.57(s，1H，NH)，11.97(s，1H，NHS);IR ν:3 196，1 339，1 121，1 193，745 cm－1;Anal.calcd for C25H18N3O3SF3:C 65.45，H 4.07，N 2.83，O 9.69，S 6.47，F 11.50;found C 65.38，H 4.03，N 2.84，O 9.73，S 6.38，F 11.15。

1-(2-氯苯基)-3-N'-(4-三氟甲基苯磺酰)氨基-β-咔啉(8e):白色粉末，产率 17.4%，m.p.189℃ ～190 ℃;1H NMR δ:7.34 ～ 8.47(m，12H，ArH)，8.68(d，1H，4-H)，11.83(s，1H，NH)，11.95(s，1H，NHS);IR ν:3 202，1 295，1 235，762 cm－1;Anal.calcd for C25H15N3O2SF3Cl:C 62.46，H 3.43，N 2.80，O 6.40，S 6.41，F 11.40，Cl 7.09;found C 61.96，H 3.53，N 2.76，O 6.45，S 6.40，F 11.36，Cl 7.15。

1-(3，4，5-三甲氧基苯基)-3-N'-(2-氯苯磺酰)氨基-β-咔啉(8f):白色粉末，产率 15.0%，m.p.259 ℃ ～ 260 ℃;1H NMR δ:3.71(s，3H，4-H，OCH3)，3.95(s，6H，3，5-H，OCH3)，7.32 ～8.75(m，19H，ArH)，8.58(d，1H，4-H)，11.76(s，1H，NH)，12.04(s，1H，NHS);IR ν:3 357，1 287，1 096，752 cm－1;Anal.calcd for C26H22N3O5SCl:C 64.42，H 4.63，N 2.68，O 15.32，S 6.14，Cl 6.79;found C 64.53，H 4.73，N 2.67，O14.78，S 6.25，Cl 7.02。

1-(3，4，5-三甲氧基苯基)-3-N'-(4-三氟甲基苯磺酰)氨基-β-咔啉(8g):白色粉末，产率22.6%，m.p.245 ℃ ～247 ℃;1H NMR δ:3.74(s，3H，4-H，OCH3)，3.88(s，6H，3，5-H，OCH3)，7.30 ～8.77(m，12H，ArH)，8.76(d，1H，4-H)，11.93(s，1H，NH)，12.08(s，1H，NHS);IR ν:3 286，1 386，1 120，1 212，748 cm－1;Anal.calcd for C27H22N3O5SF3:C 62.69，H 4.35，N 2.52，O 14.40，S 5.77，F 10.26;found C 63.05，H 4.23，N 2.46，O 14.52，S 5.80，F 10.15。

1.3 抑菌活性测定

采用生长速率法测定8a～8g对芒果炭疽，香蕉炭疽和草莓灰霉菌的抑制活性。

(1)PDA培养基制作

将去皮马铃薯200 g切块后煮沸20 min，过滤，滤液加入琼脂20 g，搅拌下加热至融化，加入葡萄糖20 g，加水定容至1 L，密封，放入冰箱保存。

(2)药剂配制

在试剂瓶中加入样品10 mg和DMF 1 mL，搅拌使其溶解;加水定容至10 mL得c=1 000 mg·L－1母液，用0.05%吐温80乳化水溶液稀释，分别配制 c为 50 mg·L－1，100 mg·L－1和 200 mg·L－1的供试药液。

(3)抑菌活性测定

在已灭菌的培养皿中依次加入供试药液1 mL和PDA培养基(45℃左右)9 mL，搅拌使其混合均匀;滴至平板候凝，每种浓度处理重复3次，以DMF处理的培养基为对照组。将在PDA培养基上培养至相应周期的真菌菌丝制成5 mm菌碟，接种于供试药品平板上，于25℃培养5 d～7 d，用十字交叉法测量菌落直径并计算生长抑制率。

2 结果与讨论

2.1 表征

(1)1H NMR

8a～8g的1H NMR 分析表明，δ 11.5 ～12.5 的吸收峰分别归属五元环上NH的氢原子和与磺酰基相连NH氢原子，由于大环的去屏蔽效应受氮、羰基的强吸电子作用影响而显著增强，δ增大。

(2)IR

8a～8g的 IR 分析表明，3 300 cm－1～3 100 cm－1处吸收峰为N－H伸缩振动吸收峰，1 365 cm－1附近强峰为 S=O伸缩振动吸收峰，745 cm－1附近吸收峰为间位取代苯环C－H弯曲振动吸收峰。以上吸收峰，由于受取代苯环共轭效应影响，吸收峰峰值向低频率方向移动。

(3)元素分析

8a～8g的元素分析实验值与理论计算值基本相符。结合1H NMR和IR表征数据可判断，8a～8g的结构与Scheme 1预期结构一致。

2.2 抑菌活性

表1为8a～8g对芒果炭疽、香蕉炭疽和草莓灰霉病菌的抑制率。由表1可见，在用药量为200 mg·L－1时，8a～8g对三种真菌均有一定抑制效果。其中8g抑菌能力最强，对三种真菌的抑制率分别为89.6%，83.5%和 77.6%，其相应的 IC50值分别为52.31 g·mL－1，72.27 g·mL－1和73.90 g·mL－1。

表1 8a～8g的抑菌活性*Table 1 Antibacterial activities of 8a～8g

由构效分析可知，β-咔啉类化合物的抑菌活性来自咔啉环及1-位上连接的活性结构，同时活性强弱与3-位连接基团的电子效应密切相关。当1-位和3-位为吸电子基时，抑菌活性降低;当1-位和3-位为供电子基团时，抑菌活性增强。

3 结论

合成了7个新型的 β-咔啉磺酰胺衍生物(8a～8g)。抑菌实验结果表明，1-(3，4，5-三甲氧基苯基)-3-N'-(4-三氟甲基苯磺酰)氨基-β-咔啉(8g)抑菌活性最好。在用药量为200 mg·L－1时，8g对芒果炭疽、香蕉炭疽和草莓灰霉的抑制率分别为89.6%，83.5% 和 77.6%，其相应的IC50值分别为 52.31 g·mL－1，72.27 g·mL－1和73.90 g·mL－1。

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