新型咔唑桥联双咪唑盐的合成、表征及抑菌活性

罗杰伟, 赵 波, 张仕禄, 刘 军

(川北医学院 基础医学院，四川 南充 637000)

杂环卡宾(NHCs)是环状的卡宾，主要由咪唑盐的去质子化制得。由于咪唑上邻近的两个N的Pπ-Pπ供电子作用，使得N-杂环卡宾中卡宾碳很稳定。不同于传统的卡宾，N-杂环卡宾是富电子、中性的σ-供电子配体，是一种强的亲核试剂，其一般与主族或者过渡金属元素相连，比磷化合物具有更好地稳定性[1-3]。N-杂环卡宾是在20世纪50年代由 Skell 首次发现的，它是金属配位化合物的常见配体,自从Arduengo等发现稳定的N-杂环卡宾(NHC)以来，N-杂环卡宾(NHCs)已成为有机金属化学中一类非常重要的配体[4-6]。近年来,大量含咪唑的配体如二咪唑、三咪唑和四咪唑类化合物已被广泛制备，并且此类化合物在研究、发展及应用等方面越来越活跃[7-12]。但是含有咔唑的N-杂环卡宾咪唑盐很少报道[13-15]。因此,本文以咔唑为桥联基团，合成了两个新型的N-杂环卡宾前体(Scheme 1)。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

XT-4型双目显微熔点测定仪(温度计未校正)；Bruker Avance 400 MHz型核磁共振仪；Bruker SMART 1000 CCD型X-射线单晶衍射仪。

Scheme 1

所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 9-乙基咔唑(1)的合成

称取咔唑5.1 g(30.5 mmol)溶解于34 mL无水THF中，分批次加入氢化钠1.67 g(41.8mmol)作为备用液；再称取溴乙烷10.9 g(100 mmol)，溶解于84 mL无水THF中，加热到70 ℃后滴加上述备用液，回流48 h，冷却，减压除去溶剂，依次用二氯甲烷和水洗涤，甲醇重结晶得黄色固体(1) 5.12 g，产率86%， m.p.68 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 1.44～1.47(t,J=6.0 Hz, 3H), 4.37～4.42(m, 2H), 7.24～7.27(m, 2H), 7.42～7.44(d,J=8 Hz, H), 7.48～7.51(m, 2H), 8.12～8.14(m, 2H)。

(2) 3,6-二碘-9-乙基咔唑(2)的合成

依次称取9-乙基咔唑5 g(25.64 mmol)和KI 5.1 g(30.7 mmol)，溶解于50 mL冰醋酸中，加热至85 ℃，将KIO36.6 g(30.8 mmol)分批次加入到体系中，继续反应8 h，冷却，搅拌下将母液倒入冰水浴中，析出固体，抽滤，饱和亚硫酸氢钠溶液洗涤，纯化得白色固体(2) 8.48 g，产率74%， m.p.154 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ: 1.38～1.42(t,J=7.2 Hz, 3H), 4.27～4.36(m, 2H), 7.17～7.19(t,J=4.0 Hz, 2H), 7.71～7.73(m, 2H), 8.33～8.34(m, 2H)。

(3) 3,6-双咪唑-9-乙基咔唑(3)的合成

称取CuI 2.7 g(14.1 mmol)和邻菲罗啉6 g(33.3 mmol) 溶解于10 mL DMF中， 120 ℃反应10 min，冷却至室温，依次加入叔丁醇钾10.1 g(90 mmol)，咪唑6.1 g(89.6 mmol)，少量的18-冠-6，3,6-二碘-9-乙基咔唑5 g(11.2 mmol)，140 ℃反应48 h，冷却，依次用二氯甲烷和水洗涤，干燥，抽滤，减压除去溶剂，乙酸乙酯重结晶得黄色固体(3) 2.3 g，产率63%， m.p.167 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ:1.32～1.35(t,J=6.0 Hz, 3H), 4.51～4.54(m, 2H), 7.15(s, 1H), 7.74～7.81(m, 6H), 8.23(s, 2H), 8.48～8.49(s, 2H)。

(4) 配体L的合成

称取3,6-双咪唑-9-乙基咔唑2 g(6.1 mmol)溶解于50 mL无水THF中，依次加入氯乙酰苯胺2.067 g (12.2 mmol)和少量KI，回流反应48 h，冷却，抽滤，THF洗涤，干燥得白色固体(L) 2.97 g，产率73%， m.p.196 ℃;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 1.34～1.38 (t,J=7 Hz, 3H),4.61～4.63(m, 2H), 5.40(s, 4H), 7.08～7.12(t,J=7.4 Hz), 7.32～7.36(t,J=7.6Hz), 7.63～7.65(d,J=8 Hz), 7.93～7.95(m, 2H), 8.01～8.07(t,J=8.8 Hz), 8.37(s, 2H), 8.75～8.76(d,J=4 Hz),9.93(s, 2H), 10.95(s, 2H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 14.16, 25.50, 51.97, 67.38, 111.73, 115.66, 119.61, 121.53, 121.81, 122.45, 124.32, 125.27, 127.66, 129.33, 137.06, 138.68, 140.81,163.88。

表1 M的几何氢键参数

(5) 配体M的合成

称取3,6-双咪唑-9-乙基咔唑2 g(6.1 mmol)溶解于50 mL无水THF中，依次加入溴乙烷1.32 9 g(12.2 mmol)和少量KI，回流反应48 h，冷却，抽滤，THF洗涤后再加入六氟磷酸铵1.989 g(12.2 mmol)，继续反应24 h，抽滤，得白色固体(M)3.56 g，产率68%， m.p.186 ℃；1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 1.34～1.37 (t,J=7 Hz, 3H), 1.52～1.60 (t,J=7.4 Hz, 6H), 4.29～4.35(m, 4H), 4.60～4.65(m, 2H), 7.91～7.93(m, 2H), 8.01～8.03 (d,J=8 Hz, 2H), 8.06～8.07 (t,J=1.8 Hz), 8.28～8.29 (t,J=2 Hz, 1.6 Hz, 2H), 8.60～8.61(d,J=4 Hz), 9.75(s, 2H)。

1.3 晶体结构

采用SHEIXTL-97程序通过最小二乘法定义直接法解析晶体结构，氢原子坐标经差值Fourier合成得到，非氢原子坐标由直接法得到。M的晶体参数解析由SAINT5.0和SHELXTXL-97程序完成(表1)。

2 结果与讨论

2.1 M的晶体结构

单晶衍射显示M属于单斜晶系、P2(1)/n空间群，一个晶体不对称单元包含两个阳离子和4个阴离子。在图1中，每个咪唑阳离子周围都有两个六氟磷酸根离子。咔唑环与(N4—N5—C18—C19—C20)和(N1—N2—C3—C4—C5)之间夹角分为28.12°和46.57°, 晶体中有C—H—F氢键和π…π非共价键相互作用，相邻分子之间依靠氢键和咔唑环平面之间π…π堆积作用有序构成超分子结构。

图1M的晶体结构

表2 M的晶体学数据

表3 L和M的抑菌性

2.2 抑菌活性

金黄色葡萄球菌和大肠杆菌菌种活化后，将其接种LB培养基，37 ℃震荡培养18 h备用。配合物L和M分别溶于DMSO中配成溶液，用DMSO倍比稀释成5个浓度梯度(200、 150、 100、 50和25)。取培养菌液1 μL加入1 mL无菌培养液中稀释，将10 μL稀释混匀菌液分别与200 μL上述药液混匀，铺于LB固体平板上，静止24 h。同时设置咪唑对照组，当咪唑质量浓度为20.0 mg/mL,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑菌圈直径为6.0 mm。配合物L和M抑菌结果如表3所示。由表3可见，L对两种细菌均有一定的抑菌作用，且随药液浓度降低，抑菌作用降低；且对金黄色葡萄球菌的抑菌作用明显强于大肠杆菌。M对两种细菌也有抑菌作用，但抑菌效果差别不大。L对两种细菌抑菌效果强于M，可能是L中咪唑环连接乙酰苯胺基团增强了抑菌效果。

合成了两个新型N-杂环卡宾前体3,6-双(3′-N-苯基-2-乙酰胺咪唑)-9-乙基咔唑二氯化物(L)和3,6-双(3′-乙基咪唑)六氟磷酸盐(M)，并对其结构进行了表征。抑菌试验显示咪唑盐L对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑菌效果强于咪唑盐M。