氧氟沙星混配金屬配合物的合成與抑菌活性

張淑源，張 欣，張 華

（天津師范大學化學學院，天津300387）

喹諾酮類藥物是應(yīng)用于臨床的一大類廣譜、高效、低毒性的抗菌藥物，該類藥物以喹諾酮母核作為基本骨架.隨著喹諾酮類藥物的廣泛應(yīng)用，細菌對這類藥物的耐藥性也迅速產(chǎn)生并提高.20世紀無機藥物的復興，使得金屬離子在病理過程中的作用倍顯重要.目前對喹諾酮類藥物金屬配合物的研究是無機化學領(lǐng)域的重點，對該類化合物的生物活性進行研究，了解其在體內(nèi)運輸、轉(zhuǎn)化和代謝的規(guī)律具有一定的應(yīng)用價值[1].喹諾酮藥物按照母環(huán)的不同進行分類，可以分為喹啉類（諾氟沙星）、吡啶并嘧啶類（吡哌酸）、1，8-萘啶類（萘啶酸、依諾沙星）、曾啉類（西諾沙星）等；按照喹諾酮構(gòu)架中稠合環(huán)數(shù)目的不同進行分類，可分為二元環(huán)、三元環(huán)（如氧氟沙星）和多元環(huán)類[2-4].喹諾酮藥物除了有抗菌活性外，有些喹諾酮藥物還有其他功效，如抗腫瘤作用[5]和抗病毒作用[6]，以及對心血管方面的活性[7]等.金屬離子對喹諾酮類藥物在體內(nèi)的生物活性有重要影響，因此，近年來許多學者對喹諾酮與金屬離子配位形成配合物的合成、結(jié)構(gòu)、生物活性等進行了研究報道[8-10].

本課題組以氧氟沙星為母體，以吡啶衍生物（鄰菲啰啉、2，9-二甲基-1，10-鄰菲啰啉、2，2′-聯(lián)吡啶、4，4′-二甲基-2，2′-聯(lián)吡啶、8-羥基喹啉） 為輔助配體，合成了一些新的喹諾酮金屬配合物.用紅外光譜推測了配合物可能的結(jié)構(gòu).利用瓊脂擴散法，在不同濃度下測定配體及其過渡金屬配合物的抑菌活性.這些工作可以為進一步了解喹諾酮及其金屬配合物的作用機制、藥物的耐藥性和毒性等提供參考.

1 實驗

1.1 儀器與試劑

儀器：FT-IR型紅外光譜儀（KBr壓片法），由美國Varian公司生產(chǎn).

試劑：2，2′-聯(lián)吡啶、8-羥基喹啉，由天津市光復精細化工研究所生產(chǎn)；氧氟沙星，由上?？笊锛夹g(shù)有限公司生產(chǎn)，其基本骨架如圖1所示；4，4′-二甲基-2，2′-聯(lián)吡啶，由上海晶純實業(yè)有限公司生產(chǎn)；鄰菲啰啉，由北京芳草醫(yī)藥化工研制公司生產(chǎn)；2，9-二甲基-1，10-鄰菲啰啉，由百靈威科技有限公司生產(chǎn).所有試劑均為分析純，高氯酸鹽自制.

圖1 氧氟沙星分子結(jié)構(gòu)的基本骨架Fig.1 Basic skeleton of ofloxacin

1.2 實驗方法

1.2.1 氧氟沙星和鄰菲啰啉（8-羥基喹啉）金屬配合物的合成

將金屬高氯酸鹽（1mmol）、氧氟沙星（1mmol）、鄰菲啰啉（1mmol）或 8-羥基喹啉（1mmol）、氫氧化鈉（1mmol）、乙醇和水（各12mL）放入25mL反應(yīng)釜中，在溫度為393 K下反應(yīng)4d，然后緩慢冷卻至室溫.過濾后靜置，有沉淀或晶體產(chǎn)生.用去離子水洗滌、干燥.

1.2.2 氧氟沙星和 2，9-二甲基-1，10-鄰菲啰啉（2，2′-聯(lián)吡啶、4，4′-二甲基-2，2′-聯(lián)吡啶）金屬配合物的合成

用少量蒸餾水溶解1mmol的金屬高氯酸鹽，用乙醇溶解 1mmol的 2，9-二甲基-1，10-鄰菲啰啉（2，2′-聯(lián)吡啶、4，4′-二甲基-2，2′-聯(lián)吡啶），然后將二者混合，調(diào)pH至9.0左右.再用少量氫氧化鈉溶液溶解1mmol氧氟沙星，將其緩慢滴入前者中，反應(yīng)30min.調(diào)pH至6.0左右，加熱回流8h，過濾，室溫下靜置揮發(fā).有沉淀或晶體產(chǎn)生.用去離子水洗滌、干燥.

1.2.3 氧氟沙星混配金屬配合物抑菌活性的測定

將保存于-80℃的大腸桿菌（Escherichia coli）（革蘭氏陰性菌）和枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）（革蘭氏陽性菌）菌種接種于營養(yǎng)肉湯管內(nèi)，37℃培養(yǎng)24h.將培養(yǎng)物接種于瓊脂平板，從平板中挑選典型的單個菌落，接種于瓊脂斜面，37℃培養(yǎng)24h.再轉(zhuǎn)種斜面1次（37℃，24h）.用生理鹽水將菌落洗下，制成所需濃度的均勻菌液.

待測化合物配成質(zhì)量濃度分別為20、40、60mg/L的溶液（用DMF[11]作溶劑），用注射器吸取配好的藥液0.2mL，放入裝有10個濾紙片的磨口稱量瓶中（每個濾紙片上沾有藥液0.02mL），于（37±1）℃恒溫培養(yǎng)箱放置2d后取用.

將藥皿片平鋪于涂有菌液的培養(yǎng)皿上，每個三分線內(nèi)加1個藥皿片，平行3次.倒置培養(yǎng)皿于（37±1）℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，1d后用直尺量取抑菌環(huán)直徑.

2 結(jié)果與討論

2.1 氧氟沙星、輔助配體及金屬配合物的紅外光譜分析

為便于對結(jié)果進行描述，分別將氧氟沙星-鄰菲啰啉金屬配合物記為配合物Ⅰ，氧氟沙星-2，9-二甲基-1，10-鄰菲啰啉金屬配合物記為配合物Ⅱ，氧氟沙星-2，2′-聯(lián)吡啶金屬配合物記為配合物Ⅲ，氧氟沙星-4，4′-二甲基-2，2′-聯(lián)吡啶金屬配合物記為配合物Ⅳ，氧氟沙星-8-羥基喹啉金屬配合物記為配合物Ⅴ.

配體氧氟沙星和配合物的紅外光譜差異顯著。氧氟沙星中1709cm-1處有一個=很強的吸收峰，該峰歸屬于氧氟沙星3位羧基上ν（C O）的吸收峰，在金屬配合物中出現(xiàn)了2個強吸收峰（配合物Ⅰ為1622cm-1和 1474cm-1，Ⅱ為 1623 cm-1和 1476cm-1，Ⅲ為1628cm-1和 1473 cm-1，Ⅳ 為 1627cm-1和 1464cm-1，Ⅴ為 1623 cm-1和 1466cm-1），這 2個峰是 ν（COO-）的不對稱伸縮振動吸收峰和對稱伸縮振動吸收峰，其差值Δ約為148cm-1，表明羧基與=金屬離子參與配位[12-13]。母環(huán)4位上酮基振動峰ν（CO）P發(fā)生轉(zhuǎn)移，配合物Ⅰ中從氧氟沙星中的1621cm-1轉(zhuǎn)移至1579cm-（1Ⅱ為1577cm-1、Ⅲ為1592cm-1、Ⅳ為1586cm-1、Ⅴ為1580cm-1），這是酮基與金屬離子配位的結(jié)果。這些紅外光譜數(shù)據(jù)的改變充分說明了氧氟沙星的3位羧基和4位酮基的氧與金屬離子發(fā)生配位[14]。配合物Ⅰ的紅外光譜在3 435cm-（1Ⅱ為3 421cm-1、Ⅲ為3 360cm-1、Ⅳ為 3 403 cm-1、Ⅴ為 3 427cm-1）處有一個寬并強的吸收峰，為配合物結(jié)晶水ν（O—H）的伸縮振動吸收峰[15]。

自由配體（鄰菲啰啉、2，9-二甲基-1，10-鄰菲啰啉、2，2′-聯(lián)吡啶、4，4′-二甲基-2，2′-聯(lián)吡啶、8-羥基喹啉)的面外彎曲振動峰位于853 cm-1和732cm-1附近，在配合物中輔助配體的環(huán)振動峰移至1517cm-1附近，為一強吸收峰，C—H面外彎曲振動峰在844cm-1和729cm-1附近處，這表明輔助配體參與配位[16]。在配合物的紅外光譜中觀測到自由ClO4-的特征振動峰（1102cm-1），未觀察到ClO4-參與配位所顯示的特征峰。這些結(jié)果與本課題組所做的晶體結(jié)構(gòu)解析結(jié)果（待發(fā)表）一致。

2.2 抑菌活性的測定結(jié)果

以大腸桿菌和枯草芽胞桿菌為測試菌種，測定配體氧氟沙星、5種輔助配體及其過渡金屬配合物在質(zhì)量濃度分別為20、40、60mg/L時的抑菌能力.不同化合物在各濃度下的抑菌環(huán)直徑如表1所示.

表1 化合物的抑菌活性Tab.1 Antibacterial activity of compounds mm

從表1可以看出，氧氟沙星、輔助配體及其過渡金屬配合物對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的生長均有一定的抑制作用.總體上，隨著濃度的增加化合物的抑菌效果增強.比較氧氟沙星的不同金屬配合物，金屬銅（Ⅱ）配合物對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的抑制作用普遍強于其他金屬的配合物；其次是鋅（Ⅱ）配合物.5種輔助配體對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的抑制作用相對較弱.化合物對大腸桿菌的抑制作用總體上強于枯草芽孢桿菌.

3 結(jié)論

本研究以氧氟沙星為母體，選擇共面性好并能進行螯合的吡啶衍生物鄰菲啰啉、2，9-二甲基-1，10-鄰菲啰啉、2，2′-聯(lián)吡啶、4，4′-二甲基-2，2′-聯(lián)吡啶、8-羥基喹啉為輔助配體，合成了23種新的喹諾酮金屬配合物，通過紅外光譜方法推測了配合物可能的結(jié)構(gòu).利用瓊脂擴散法，在不同濃度下對所有配體及配合物的抑菌活性進行測定.結(jié)果表明：氧氟沙星與其輔助配體形成的混配化合物對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌均有一定的抑制作用，其中銅（Ⅱ）、鋅（Ⅱ）和鎳（Ⅱ）的金屬配合物對這2種細菌的抑菌活性明顯強于配體氧氟沙星，并且銅（Ⅱ）配合物的抑菌作用最強；而錳（Ⅱ）和鈷（Ⅱ）的配合物對2種細菌的抑菌活性普遍等于或弱于氧氟沙星.在20、40、60mg/L這3個質(zhì)量濃度下，大部分配合物隨著濃度的增大抑菌活性增強.

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