吡咯烷酮-2類衍生物的合成及其抑菌活性

李 偉，李齊激，楊小生，*

(1.貴州大學(xué)藥學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025;2.貴州省中國(guó)科學(xué)院天然產(chǎn)物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550002)

吡咯烷酮類化合物是自然界存在的一類生物堿，在合成藥物中也有著廣泛的應(yīng)用。吡咯烷酮類作為經(jīng)典的生物堿骨架表現(xiàn)出了各種顯著的生理活性，很多吡咯烷酮類化合物及其衍生物被證實(shí)具有良好的抗菌活性［1-4］，因此對(duì)此類活性化合物的研究開(kāi)發(fā)一直是國(guó)內(nèi)外熱點(diǎn)。

郝小江等學(xué)者參考活性顯著的吡咯烷酮結(jié)構(gòu)［5-6］設(shè)計(jì)、合成了系列吡咯烷酮 -2類化合物，并發(fā)現(xiàn)抗老年癡呆候選藥物—芬克羅酮，現(xiàn)已經(jīng)通過(guò)II期臨床試驗(yàn)［7］。我們?cè)陂_(kāi)展吡咯烷酮-2類化合物研究時(shí)發(fā)現(xiàn)某些化合物表現(xiàn)出一定的抑菌活性。鑒于此，我們參考相關(guān)文獻(xiàn)資料［8-11］，以芬克羅酮為起始原料，對(duì)其1位酰胺氮進(jìn)行結(jié)構(gòu)衍生，尋找具有較好抗菌活性的先導(dǎo)物。

1 材料與方法

1.1 材料

所用化學(xué)試劑乙酸乙酯、石油醚、二甲基甲酰胺、乙醇、二氧六環(huán) (天津科密歐化學(xué)試劑有限公司)等均為分析純;必要時(shí)經(jīng)過(guò)干燥處理;柱層析硅膠為青島海洋化工廠產(chǎn)品。

1.2 菌種

金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、酵母菌均由貴州省、中國(guó)科學(xué)院天然產(chǎn)物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分離純化。

1.3 儀器

油浴反應(yīng)器(上海耀特儀器廠)，真空干燥機(jī)(天津泰斯特儀器有限公司)，INOVA 400M核磁共振波普儀(TMS內(nèi)標(biāo))(美國(guó)瓦里安公司)，HP-5973型質(zhì)譜儀測(cè)定分子量，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，磁力攪拌器(上海司樂(lè)儀器有限公司)，DHZ-C恒溫培養(yǎng)箱(江蘇太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠)，80-2電動(dòng)離心機(jī)(金壇市晶玻實(shí)驗(yàn)儀器廠)，LDZX-50KBS立式壓力蒸汽滅菌器(上海中安醫(yī)療器械廠)。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 目標(biāo)產(chǎn)物設(shè)計(jì)合成 以吡咯環(huán)的N位活性位點(diǎn)為切入點(diǎn)，參考［8-11］等文獻(xiàn)資料，進(jìn)行化學(xué)修飾。產(chǎn)物合成圖示及方法見(jiàn)圖1。

圖1 目標(biāo)產(chǎn)物合成Fig.1 synthesis of target compounds

1.4.1.1 化合物2的合成:取0.1 mol化合物1于反應(yīng)瓶中，以20ml二甲基甲酰胺溶解，后加入0.1 mol溴代乙酸乙酯，磁力攪拌下加入約0.2 mol的碳酸鉀，室溫下氮?dú)獗Ｗo(hù)反應(yīng)，TLC檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)度。4 h后反應(yīng)完畢，反應(yīng)液以乙酸乙酯和水萃取，有機(jī)相回收，產(chǎn)物粗品經(jīng)硅膠減壓柱分離(石油醚∶乙酸乙酯=1∶1)得到產(chǎn)物2，白色固體，收率84%。

1.4.1.2 化合物3的合成:取0.05 mol化合物2于反應(yīng)瓶中，加15 ml無(wú)水乙醇溶解，以滴管加入0.1 mol的乙胺和0.1 mol的碳酸鉀，室溫?cái)嚢?0 min后置于回流裝置，80℃下回流反應(yīng)。7 h后反應(yīng)完畢，反應(yīng)液以乙酸乙酯和水萃取，有機(jī)相回收，產(chǎn)物粗品經(jīng)硅膠減壓柱分離(石油醚∶乙酸乙酯=1∶2)得到產(chǎn)物3，淡黃色固體，收率75%。

1.4.1.3 化合物4的合成:取0.1 mol的化合物1于反應(yīng)瓶中，取20ml二甲基甲酰胺將其溶解，后加入0.12 mol的碘甲烷，磁力攪拌下加入0.2 mol的氫化鈉，氮?dú)獗Ｗo(hù)下室溫條件反應(yīng)，TLC檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)度。4 h后反應(yīng)完畢，反應(yīng)液以0.2 mol/L氯化銨溶液淬滅，乙酸乙酯和水萃取，有機(jī)相回收，產(chǎn)物粗品經(jīng)硅膠減壓柱分離(石油醚∶乙酸乙酯=1∶1)得到產(chǎn)物4，白色固體，收率96%。

1.4.1.4 化合物5的合成:取0.1 mol的化合物1溶解于25 ml干燥的二氧六環(huán)中，加入0.15 mol的丙烯酰胺，磁力攪拌下溶解。后加入0.2 mol的氫化鈉，室溫下氮?dú)獗Ｗo(hù)反應(yīng)，TLC檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)度。5 h后反應(yīng)完畢，反應(yīng)液以0.2 mol/L氯化銨溶液淬滅，乙酸乙酯和水萃取，有機(jī)相回收，產(chǎn)物粗品經(jīng)硅膠減壓柱分離(石油醚∶乙酸乙酯=1∶2)得到產(chǎn)物5，黃色固體，收率81%。

1.4.1.5 化合物6的合成:取0.1 mol的化合物1于反應(yīng)瓶中，取20 ml二甲基甲酰胺將其溶解后，加入0.12 mol的溴代戊烷，磁力攪拌下加入0.2 mol的氫化鈉，氮?dú)獗Ｗo(hù)室溫條件下反應(yīng)，TLC檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)度。4 h后反應(yīng)完畢，反應(yīng)液以0.2 mol/L氯化銨溶液淬滅，乙酸乙酯和水萃取，有機(jī)相回收，產(chǎn)物粗品經(jīng)硅膠減壓柱分離(石油醚∶乙酸乙酯=1∶1)得到產(chǎn)物6，白色固體，收率95%。

1.4.2 抑菌試驗(yàn) 采用濾紙片法［12-13］，對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行活性測(cè)試。選擇了G+菌(金葡菌)、G—(大腸桿菌)和真菌(酵母菌)三個(gè)菌種，以四環(huán)素和納他霉素作陽(yáng)性對(duì)照藥，設(shè)置藥物濃度為1.0 mmol/L，每個(gè)藥物設(shè)置三個(gè)平行試驗(yàn)取平均值。圓形濾紙片直徑5 mm，置于配制好濃度的藥液中浸泡5 min以上，備用;將活化的菌種于液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)24 h，以移液槍取30 uL均勻涂于平板培養(yǎng)基表面，于平板背面取均勻取六個(gè)點(diǎn)，并用記號(hào)筆打點(diǎn)、標(biāo)記，作為濾紙片放置點(diǎn)。然后取在一定濃度藥液中浸泡的濾紙片輕放于對(duì)應(yīng)的標(biāo)記點(diǎn)上，密封，所有操作均應(yīng)在無(wú)菌環(huán)境中進(jìn)行。將密封好的培養(yǎng)基分類，細(xì)菌組培養(yǎng)基放置在35℃恒溫箱中，真菌組置于28℃恒溫箱，24 h后取出觀察是否有抑菌圈，并以電子卡尺測(cè)量抑菌圈直徑。

2 結(jié)果與分析

2.1 目標(biāo)產(chǎn)物的合成

合成了5個(gè)化合物，其中產(chǎn)物2和3分別為N-H的酯取代和酰胺取代產(chǎn)物，產(chǎn)物4和6為N-H直鏈脂肪烴取代衍生物，產(chǎn)物5是經(jīng)邁克爾加成得到的β-酰胺衍生物，且末端胺為裸露伯胺。各產(chǎn)物經(jīng)MS、1H NMR、13C NMR進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定(見(jiàn)表1)。

表1 目標(biāo)產(chǎn)物波譜數(shù)據(jù)Tab.1 Chemical Properties of Target Compounds

2.2 目標(biāo)產(chǎn)物的抗菌結(jié)果

對(duì)五個(gè)產(chǎn)物以及陽(yáng)性對(duì)照藥進(jìn)行抑菌試驗(yàn)，電子卡尺精密測(cè)量抑菌圈直徑，取三組平行試驗(yàn)的平均值，結(jié)果見(jiàn)表2?；衔?和6抑菌圈大小接近于陽(yáng)性對(duì)照藥，對(duì)金葡菌有較好的抑菌效果，同時(shí)對(duì)酵母菌也有明顯的抑制作用?；衔?顯示有一定的酵母菌抑制效果，而5則表現(xiàn)出較強(qiáng)的酵母菌抑制效果。

表2 各化合物抑菌效果Tab.2 Antibacterial effect of compounds

3 結(jié)論與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)芬克羅酮的1-NH進(jìn)行化學(xué)修飾后顯現(xiàn)出較為明顯的抗菌活性。被脂肪烴取代的化合物4和6對(duì)金葡菌抑制效果明顯，雖不及陽(yáng)性對(duì)照四環(huán)素，但在結(jié)構(gòu)上可能具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，且這兩個(gè)化合物對(duì)酵母菌也有明顯的抑制作用，顯示其抑菌譜較廣;化合物3和5的1-NH被酰胺取代，對(duì)酵母菌表現(xiàn)出抑菌效果，其中5的末端酰胺為伯胺，抑菌活性強(qiáng)于末端酰胺為仲胺的化合物3;而1-NH被酯取代時(shí)，沒(méi)有表現(xiàn)出抑菌活性。本實(shí)驗(yàn)基于對(duì)若干衍生物活性的初步考察，考察菌種比較局限，因此對(duì)其他菌種如銅綠假單胞、白色念珠菌以及其他霉菌、孢菌的抑菌能力尚不明確，我們將在后續(xù)研究中進(jìn)行考察，同時(shí)與文獻(xiàn)報(bào)道的 cynthichlorine［3］和 N-hydroxyaristolam［4］等抑菌活性良好的吡咯烷酮類化合物進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明此類衍生結(jié)構(gòu)有一定應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也顯示出其它類似物值得進(jìn)行更廣泛的研究。

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