5-甲基-1，2，4-三唑-3-硫酮類糖苷化合物的合成及抗菌活性

王宏韞，劉金彪，盧俊瑞，應(yīng)　明，楊旭云，楊樹勛，馬　瑤

(天津理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，天津300384)

?

5-甲基-1，2，4-三唑-3-硫酮類糖苷化合物的合成及抗菌活性

王宏韞，劉金彪，盧俊瑞，應(yīng)明，楊旭云，楊樹勛，馬瑤

(天津理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，天津300384)

摘要在KOH/丙酮體系中，以5-甲基-4-N-取代苯基亞胺/胺基-1，2，4-三唑-3-硫酮為原料，與溴-α-D-四乙酰葡萄糖進行Kenigs-Knorr反應(yīng)合成了10個新穎的化合物5-甲基-4-N-取代苯基亞胺基/胺基-3-S-( 2'，3'，4'，6'-四-O-乙?；?β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4-三唑( 2a～2e，5a～5e) ;并在二氯甲烷/甲醇/甲醇鈉混合體系中水解脫除乙?；?，得到10個新穎的化合物5-甲基-4-N-取代苯基亞胺基-3-S-(β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4-三唑( 3a～3e)及5-甲基-4-N-取代苯基胺基-3-S-(β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4-三唑( 6a～6e).化合物的結(jié)構(gòu)均經(jīng)核磁共振波譜( NMR)、紅外光譜( IR)和高分辨質(zhì)譜( HRMS)分析確證.生物活性測試結(jié)果表明，目標(biāo)化合物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和白色念珠球菌普遍具有較好的抗菌活性.化合物3d和3e對4種菌株的最小抑菌濃度相對較低，表現(xiàn)出較強的廣譜抗菌活性.

關(guān)鍵詞5-甲基-4-N-取代苯基亞胺/胺基-1，2，4-三唑-3-硫酮; S-β-D-糖苷;抗菌活性

E-mail: lujunrui@ tjut.edu.cn

劉金彪，男，工程師，主要從事儀器分析檢測方面的研究.E-mail: liujinbiao007@ 126. com

1，2，4-三唑類希夫堿衍生物具有消炎［1，2］、抗菌［3～5］及抗癌［6～8］等生物活性，因此一直是雜環(huán)化學(xué)研究領(lǐng)域的熱點.研究［9］表明，含有鹵素和芳環(huán)的1，2，4-三唑類希夫堿化合物的生物活性尤為突出.

糖苷類藥物具有水溶性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定及抗菌譜廣等特點［10］，近年來已廣泛應(yīng)用于腫瘤、糖尿病、癲癇、血栓及關(guān)節(jié)炎等的臨床治療［11～13］.糖苷類化合物還可用于修飾其它藥物，與母體藥物相比，修飾后的雜合分子的活性提高，副作用降低［14］且顯示出較好的抗菌活性［15，16］、抗病毒活性［17，18］及抗癌活性［19，20］.

本文根據(jù)生物活性疊加原理，將含有鹵素和芳環(huán)的1，2，4-三唑類希夫堿和S-(β-D-吡喃葡萄糖基)進行拼接，合成了一系列含有1，2，4-三唑類希夫堿的硫糖苷化合物［5-甲基-4-N-取代苯基亞胺基-3-S-(β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4三唑］以及希夫堿亞胺結(jié)構(gòu)被還原為飽和鍵的1，2，4-三唑類硫糖苷化合物［5-甲基-4-N-取代苯基胺基-3-S-(β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4三唑］，并采用核磁共振波譜( NMR)，高分辨質(zhì)譜( HRMS)和紅外光譜( IR)對其結(jié)構(gòu)進行了表征.對希夫堿還原前后及乙?；摮昂蟮?組化合物進行了體外抑菌活性測試，受試菌株分別為大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌及白色念珠球菌.

1　實驗部分

1.1試劑與儀器

水楊醛、D-葡萄糖和金屬鈉等試劑均為分析純，購自天津市江天化工科技有限公司;大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和白色念珠球菌由天津醫(yī)科大學(xué)微生物實驗室提供.

Nicolet 205F型紅外光譜儀(德國Bruker公司) ; AM400型核磁共振儀( TMS為內(nèi)標(biāo)，DMSO-d6為溶劑，瑞士Bruker公司) ; Xevo G2型Q-TOF高分辨質(zhì)譜儀(美國Waters公司) ; X-4型精密顯微熔點測定儀(北京福凱儀器有限公司) ; LRH-250A型生化培養(yǎng)箱(廣東省醫(yī)療器械廠) ; RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠).

1.2實驗過程

目標(biāo)化合物的合成路線如Scheme 1所示.

a: R1=OH，R2=H; b: R1=Cl，R2=H; c: R1=Br，R2=H; d: R1=OH，R2=Cl; e: R1=OH，R2=BrScheme 1　Synthetic routes of the target compounds 3a—3e and 6a—6e

1.2.1 5-甲基-4-N-取代苯基亞胺基-3-S-( 2'，3'，4'，6'-四-O-乙?；?β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4-三唑( 2a ～2e)及5-甲基-4-N-取代苯基胺基-3-S-( 2'，3'，4'，6'-四-O-乙?；?β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4-三唑( 5a～5e)的合成參照文獻［21，22］方法合成化合物2a～2e和5a～5e.

1.2.2 5-甲基-4-N-(取代苯基)亞胺基-3-S-(β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4-三唑( 3a～3e)的合成在50 mL三口瓶中加入10 mL甲醇，攪拌下加入金屬鈉( 0. 023 g，1. 0 mmol)溶解，再加入10 mL二氯甲烷和化合物2a( 1. 0 mmol)，于室溫反應(yīng)30 min，用薄層色譜( TLC)監(jiān)測反應(yīng)，展開劑為二氯甲烷/甲醇(體積比6∶1)，反應(yīng)結(jié)束后用732型強酸性陽離子交換樹脂調(diào)節(jié)pH至中性，抽濾，將濾液濃縮后經(jīng)硅膠柱層析分離后得目標(biāo)化合物3a.采用相同方法合成目標(biāo)化合物3a～3e.

1.2.3 5-甲基-4-N-(取代苯基)胺基-3-S-(β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4-三唑( 6a～6e)的合成在50 mL三口瓶中加入10 mL甲醇，攪拌下加入金屬鈉( 0. 069 g，3. 0 mmol)溶解，再加入10 mL二氯甲烷和化合物5a( 1. 0 mmol)，于室溫反應(yīng)30 min，用TLC監(jiān)測反應(yīng)，展開劑為二氯甲烷/甲醇(體積比6∶1)，反應(yīng)結(jié)束后將pH調(diào)節(jié)至中性，抽濾，將濾液濃縮后經(jīng)硅膠柱層析分離后得目標(biāo)化合物6a.采用相同方法合成目標(biāo)化合物6a～6e.

目標(biāo)產(chǎn)物及中間體的理化數(shù)據(jù)和質(zhì)譜數(shù)據(jù)見表1，核磁共振數(shù)據(jù)見表2.

Table 1　Appearance，yield，melting point，ESI-TOF-MS and IR data of compounds 2a—2e，3a—3e，5a—5e and 6a—6e

Continued

Table 2　1H NMR and13C NMR data of compounds 2a—2e，3a—3e，5a—5e and 6a—6e

Continued

Continued

2　結(jié)果與討論

2.1目標(biāo)化合物3a～3d和6a～6e的合成

2.1.1溫度對脫乙?；Ｗo反應(yīng)的影響分別在0，10，25和40℃條件下進行實驗，通過TLC監(jiān)測反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，溫度過高時反應(yīng)速度較快，硫苷鍵斷裂的副產(chǎn)物明顯增加;溫度過低時，反應(yīng)不易進行或生成乙?；糠置摮母碑a(chǎn)物.實驗選擇反應(yīng)溫度為25℃，此時產(chǎn)率最高.此外，合理匹配甲醇鈉用量和反應(yīng)溫度對有效控制脫保護反應(yīng)效果、提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率十分有效.

2.1.2溶劑對脫乙?；Ｗo反應(yīng)的影響化合物2a～2e和5a～5e在甲醇中的溶解性較差，難以實現(xiàn)乙?；摮磻?yīng)，為此，選用二氯甲烷作為輔助溶劑，能充分溶解原料且易于反應(yīng)的后處理;并且選擇V(二氯甲烷)∶V(甲醇) = 1∶1構(gòu)建了甲醇鈉/甲醇/二氯甲烷體系.實驗結(jié)果表明，通過恰當(dāng)選擇溶劑配比，既保證了原料在體系中的有效溶解，又便于目標(biāo)產(chǎn)物在后處理中的有效分離，顯著提高了脫除反應(yīng)效果和目標(biāo)產(chǎn)物收率.

2.1.3甲醇鈉用量對脫乙?；Ｗo反應(yīng)的影響實驗結(jié)果表明，當(dāng)n(甲醇鈉)∶n( 2a～2e) = ( 0. 80～1)∶1時，原料溶解充分，脫保護反應(yīng)產(chǎn)率較高，副產(chǎn)物較少，方便后續(xù)柱層析分離;當(dāng)高于此摩爾比時，硫苷鍵斷裂的產(chǎn)物明顯增多，使目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率明顯降低.

當(dāng)n(甲醇鈉)∶n( 5a～5e) = ( 3～2. 50)∶1時，化合物5a～5e能很好地溶解，低于此摩爾比則原料溶解性較差，脫保護反應(yīng)難以完全，并有多種部分脫除乙?；漠a(chǎn)物生成，生成物成分復(fù)雜.高于此摩爾比，硫苷鍵斷裂的產(chǎn)物也明顯增多，使目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率降低.

由希夫堿還原后甲醇鈉的用量不同可知，化合物中含希夫堿結(jié)構(gòu)時脫保護反應(yīng)的堿用量明顯小于希夫堿還原后的化合物.分析原因其可能是希夫堿結(jié)構(gòu)中的碳氮雙鍵為缺電子基團，電子云密度減小，有利于親和加成反應(yīng)的進行，所以甲醇鈉的消耗量較少.

2.2目標(biāo)化合物的波譜分析

在化合物2a～2e和5a～5e的紅外光譜中，約1750 cm－1處存在乙?；奶佳蹼p鍵基吸收峰，約1373 cm－1處存在乙?；募谆辗?，而化合物3a～3e和6a～6e在上述2個位置的吸收峰消失，且在約3430 cm－1處出現(xiàn)較強的羥基吸收峰，說明乙?；蝗棵摮?三唑環(huán)中C N峰出現(xiàn)在約1650 cm－1處，約1042 cm－1處出現(xiàn)C—S伸縮振動吸收峰，說明目標(biāo)化合物為硫糖苷而非氮糖苷.

在化合物2a～2e和5a～5e的1H NMR譜圖中，在約δ 2. 0處有4個單峰，為4個乙酰基上的甲基峰;約δ 13. 70處SH峰的消失表明硫糖苷的存在.化合物3a～3e和6a～6e在約δ 3. 2處出現(xiàn)的4個H是糖環(huán)上的4個羥基峰，同時約δ 2. 0處乙?；霞谆宓南C實了葡萄糖上保護基乙酰基完全脫除.化合物2a～2e和5a～5e的亞胺結(jié)構(gòu)HC N中質(zhì)子單峰的化學(xué)位移出現(xiàn)在約δ 9. 0處，而化合物3a～3e和6a～6e在該范圍內(nèi)的質(zhì)子吸收峰消失，在約δ 4. 2處出現(xiàn)CH2的信號峰，說明希夫堿的亞胺結(jié)構(gòu)已還原為飽和鍵.

在化合物2a～2e和5a～5e的13C NMR譜圖中，全乙?；巧媳Ｗo基中的甲基峰在約δ 20. 0處，C O峰在δ 170. 0左右，而化合物3a～3e，6a～6e沒有這些峰，進一步證實了糖上保護基已完全脫除.δ 54. 48～87. 88處為糖環(huán)上碳的吸收峰，脫除乙?；蟮幕衔?a～3e和6a～6e糖環(huán)上碳的吸收峰略向低場移動，δ值變大.希夫堿(—N CH—)上的碳原子吸收峰在約δ 168. 0處，與氨基相連的亞甲基(—NH—CH2—)中的碳出現(xiàn)在約δ 50. 0處的較高場，也說明希夫堿的亞胺結(jié)構(gòu)被還原為飽和鍵.

2.3化合物的生物活性

為了考察目標(biāo)化合物的體外抗菌活性，參照美國臨床實驗室標(biāo)準(zhǔn)化委員會( NCCLS)的最小抑菌濃度( MIC)測定法，測定其對枯草芽孢桿菌( Bacillus subtilis，B.s.)、金黃色葡萄球菌( Staphylococcus aureus，S.a.)、大腸桿菌( Escherichia coli，E.c.)以及白色念珠菌( Monilia albican，M.a.)的最小抑菌濃度( MIC)，并以三氯生和氟康唑作為參照物，結(jié)果見表3.

Table 3　Antibacterial activity data of compounds 2a—2e，3a—3e，5a—5e and 6a—6e

體外抑菌活性測試結(jié)果表明，目標(biāo)化合物對4種菌株均具有一定的抗菌活性，且所有目標(biāo)化合物對枯草芽孢桿菌和大腸桿菌的抑菌活性均優(yōu)于或等于氟康唑( MIC= 128 μg/mL) ;化合物3a～3e對金黃色葡萄球菌的抑菌活性優(yōu)于或等于氟康唑( MIC=16 μg/mL) ;除化合物5a～5c外，其余目標(biāo)化合物對白色念珠球菌的最小抑菌濃度小于或等于三氯生( MIC=32 μg/mL).

從目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)與抗菌活性關(guān)系可見，脫除乙?；蟮幕衔?a～3e和6a～6e對4種菌株的抗菌活性明顯優(yōu)于未脫除乙酰基的化合物2a～2e和5a～5e;化合物3a～3e為希夫堿結(jié)構(gòu)，對4種菌的最小抑菌濃度均小于化合物6a～6e最小抑菌濃度，說明希夫堿結(jié)構(gòu)對抗菌活性起著重要作用;化合物3d和3e對4種菌株的最小抑菌濃度相對較低，表現(xiàn)出較強的廣譜抗菌活性，極具開發(fā)潛力.分析其化合物結(jié)構(gòu)，苯環(huán)2位—OH和5位鹵素的同時存在明顯增強了化合物的抑菌活性，分析可能是—OH與測試菌株靶標(biāo)的氨基酸殘基以氫鍵方式結(jié)合，5位鹵素原子上的孤對電子能參與共軛，有利于電子云分布離域化，使化合物與靶標(biāo)親和性增強，從而抑菌活性增強.

3　結(jié)　論

將1，2，4-三唑與糖基合理拼接構(gòu)建了化合物5-甲基-4-N-取代苯基亞胺基-3-S-( 2'，3'，4'，6'-四-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4-三唑( 2a～2e)及5-甲基-4-N-(取代苯基)胺基-3-S-( 2'，3'，4'，6'-四-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4-三唑( 5a～5e)，經(jīng)體外抑菌活性測試表明，希夫堿結(jié)構(gòu)抗菌活性強于還原后的抗菌活性，并且脫除乙?；蟮幕衔?-甲基-4-N-取代苯基亞胺基-3-S-(β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4-三唑( 3a～3e)及5-甲基-4-N-取代苯基胺基-3-S-(β-D-吡喃葡萄糖基) -1，2，4-三唑( 6a～6e)對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠球菌的抗菌效果明顯增強，表明此類化合物有望成為廣譜高效抗菌劑.

參考文獻

［1］Baser M.A.，Tadlhav V.D.，Phule R.M.，Oriental J.Chem.，2000，16( 3)，553—556

［2］Tozkoparan B.，Gokhan N.，Aktay G.，Eur.J.Med.Chem.，2000，35( 2)，743—750

［3］Xu J.M.，Cao Y.B.，Zhang J.，Yu S.C.，Zou Y.，Chai X.Y.，Wu Q.Y.，Zhang D.Z.，Jiang Y.Y.，Sun Q.Y.，Eur.J.Med.Chem.，2011，46( 7)，3124—3148

［4］Sun Q.Y.，Xu J.M.，Cao Y.B.，Zhang W.N.，Wu Q.Y.，Zhang D.Z.，Zhang J.，Zhao H.Q.，Jiang Y.Y.，Eur.J.Med.Chem.，2007，42( 9)，1226—1233

［5］Li Y.D.，Mao W.T.，F(xiàn)an Z.J.，F(xiàn)ang Z.，Ji X.T.，Zong G.N.，Li F.Y.，Chem.Res.Chinese Universities，2014，30( 3)，390—395

［6］Doma M.R.，Jada S.，Gousia C.，Ajit K.S.，Sampath K.H.M.，Eur.J.Med.Chem.，2011，46( 6)，1983—1991

［7］Dhanya S.，Arum M.，Biomedical Engineering and Technology，2011，11( 5)，2009—2011

［8］Zhao J.，Xuan L.N.，Zhao H.C.，Cheng J.，F(xiàn)u X.Y.，Jing F.M.，Chen B.Q.，Chem.Res.Chinese Universities，2014，30( 5)，764—769

［9］Yang Q.C.，Sun X.H.，Liu Y.F.，Chen B.，Chen S.Q.，Chinese J.Appl.Chem.，2014，31( 7)，788—792(楊青翠，孫曉紅，劉源發(fā)，陳邦，沈生強.應(yīng)用化學(xué)，2014，31( 7)，788—792)

［10］Wang S.，Gao Y.L.，Pham.J.Chin.PLA，2009，25( 4)，229—332(王舒，高永良.解放軍藥學(xué)學(xué)報，2009，25( 4)，229—332)

［11］Du F.，Li Y.S.，Zhejiang Chemical Industry，2015，46( 3)，17—22(杜峰，李永曙.浙江化工，2015，46( 3)，17—22)

［12］Wang Z.F.，Zhao G.L.，Liu W.，Wang Y.L.，Shao H.，Xu W.R.，Tian L.J.，Chinese J.Org.Chem.，2010，30( 6)，849—859(王致峰，趙桂龍，劉巍，王玉麗，邵華，徐為人，田來進.有機化學(xué)，2010，30( 6)，849—859)

［13］Li X.L.，Hebei Chemical Engineering and Industry，2006，29( 11)，25—27(李曉麗.河北化工，2006，29( 11)，25—27

［14］Zhang R.B.，Lu J.R.，Xin C.W.，Liu J.B.，Mu J.B.，Yang X.Y.，Wang H.Y.，Wang M.J.，Zhang H.，Chinese J.Org.Chem.，2015，35，858—864(張瑞波，盧俊瑞，辛春偉，劉金彪，穆江蓓，楊旭云，王宏韞，王美君，張賀.有機化學(xué)，2015，35，858—864)

［15］Nasser S.A.M.K.，Abdel K.M.，Mohga M.E.，Nucleot.Nucleot.Nucl.，2004，23( 12)，1889—1910

［16］Weal A.E.，Randa E.H.M.，Hebat-Allah S.A.，Arch.Pharm.Res.，2011，34( 7)，1085—1096

［17］Chen X.M.，Li Z.J.，Ren Z.X.，Huang Z.T.，Carbohydrate Research，1999，315( 3/4)，262—267

［18］Wael A.E.，Nahed M.F.，Gad W.A.，Carbohydrate Chemistry，2008，27( 12)，357—372

［19］Guo G.，Li G.，Liu D.，Yang Q.J.，Liu Y.，Ting Y.K.，Zhao L.X.，Molecules，2008，13( 7)，1487—1500

［20］Sun X.F.，Ji L.，Ren S.M.，Synthetic Communications，2008，38( 23)，4116—4124

［21］Wang M.J.，Lu J.R.，Xin C.W.，Liu J.B.，Mu J.B.，Zhang H.，Zhang R.B.，Yang X.Y.，Wang H.Y.，Chem.J.Chinese Universities，2015，36( 3)，469—476(王美君，盧俊瑞，辛春偉，劉金彪，穆江蓓，張賀，張瑞波，楊旭云，王宏韞.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報，2015，36( 3)，469—476)

［22］Feng Z.N.，Lu J.R.，Xin C.W.，Li J.F.，Bao X.R.，Zhang T.T.，Chem.J.Chinese Universities，2013，34( 5)，1143—1150(馮鐘念，盧俊瑞，辛春偉，李建發(fā)，鮑秀榮，張彤彤.高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，2013，34( 5)，1143—1150)

Synthesis and Antibacterial Activities of 5-Methyl-1，2，4-triazole-3-thione Glucosides Compounds?

WANG Hongyun，LIU Jinbiao*，LU Junrui*，YING Ming，YANG Xuyun，YANG Shuxun，MA Yao
( School of Chemistry and Chemical Engineering，Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China)

?Supported by the National Natural Science Foundation of China( Nos.21176194，21476174).

Abstract Ten novel compounds of 5-methy-4-( N-substituted-phenyl) imino/amido-3-S-( 2'，3'，4'，6'-tetra-O-acetyl-β-D-glucopyranoside) -1，2，4-triazole( 2a—2e and 5a—5e) were synthesized via glycosylation of 5-methy-4-( N-substituted-phenyl) imino/amido-1，2，4-triazole-3-thiones with bromo-2，3，4，6-tetra-O-acetylβ-D-glucopyranoside in acetone in the presence of potassium hydroxide.Subsequently，ten novel compounds of 5-methy-4-( N-substituted-phenyl) imino/amido-3-S-(β-D-Glucopyranosyl) -1，2，4-triazole( 3a—3e and 6a—6e) were generated by deacetylate reaction in the system of sodium methylate，methanol and dichloromethane.The structures of all compounds were confirmed by1H NMR，13C NMR，IR and HRMS spectra.The results of preliminary bioassay suggested that nearly all of the new compounds exerted variable inhibitory activity against Escherichia coli，Staphylococcus aureus，Bacillus subtilis and Monilia albican.Especially，compounds 3d and 3e had lower minimum inhibitory concentration values on four tested strains which showed the strong broadspectrum antimicrobial activity and great development potential.

Keywords5-Methy-4-( N-substituted-phenyl) imino/amido-1，2，4-triazole-3-thione; S-β-D-Glucoside; Antibacterial activity

( Ed.: P，H，Y，K)

基金項目:國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號: 21176194，21476174)資助.

收稿日期:2015-09-17.網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-12-26.

doi:10.7503/cjcu20150730

中圖分類號O626. 26

文獻標(biāo)志碼A

聯(lián)系人簡介:盧俊瑞，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事生物活性化合物分子設(shè)計及靶向藥物創(chuàng)新的研究.