不同取代的2'-羥基查爾酮類化合物的抑菌活性測定與分析

趙 瑩，武圓圓，張建平，趙永光

(河北科技師范學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，河北 秦皇島，066600)

不同取代的2'-羥基查爾酮類化合物的抑菌活性測定與分析

趙 瑩，武圓圓，張建平，趙永光

(河北科技師范學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，河北 秦皇島，066600)

為確定查爾酮類化合物的抑菌活性，合成了5種2′-羥基查爾酮類化合物，分別為N,N-二甲氨基-2′-羥基查爾酮，4-甲氧基-2′-羥基查爾酮，3-羥基-2′-羥基查爾酮，4-氯-2′-羥基查爾酮和2-氯-2′-羥基查爾酮。采用濾紙片擴散法測定分析了這些查爾酮類化合物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的體外抑菌效果，同時考察了培養(yǎng)基和藥液不同配比條件下的抑菌活性。結(jié)果表明，N,N-二甲氨基-2′-羥基查爾酮和4-甲氧基-2′-羥基查爾酮對大腸桿菌均有較好的抑菌性能，當(dāng)藥液濃度分別為12.50 mg·L-1和6.25 mg·L-1時抑菌環(huán)直徑分別為21.26 mm和18.24 mm，分別比對照2′-羥基查爾酮的抑菌環(huán)直徑提高了48.1%和61.4%；而3-羥基-2′-羥基查爾酮的抑菌性能次之，4-氯-2′-羥基查爾酮和2-氯-2′-羥基查爾酮的抑菌性能較差。而對金黃色葡萄球菌的抑菌效果以N,N-二甲氨基-2′-羥基查爾酮為最好，當(dāng)藥液濃度為25.00 mg·L-1時抑菌環(huán)直徑為29.40 mm，比對照2′-羥基查爾酮的抑菌環(huán)直徑提高了57.9%，其它4種查爾酮抑菌效果較差。查爾酮A環(huán)不同位置連有不同基團時抑菌活性有著明顯的差異，4-N,N-二甲氨基-2′-羥基查爾酮對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抑菌性能均最強。

2′-羥基查爾酮；抑菌活性；大腸桿菌；金黃色葡萄球菌

查爾酮學(xué)名為二苯基丙烯酮，是廣泛存在于自然界的一種類黃酮化合物，可以從植物的不同部位中提取得到，是合成某些黃酮類化合物的重要中間體[1～5]。查爾酮具有較大的分子柔性，能與不同的受體相結(jié)合，因而具有廣泛的生物活性，如抗菌、抗氧化、抗炎、抗病毒、抗腫瘤等[6～12]。正是由于查爾酮擁有如此多的生物活性，在食品、醫(yī)學(xué)等很多行業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展前景廣闊[13,14]。

2′-羥基查爾酮則是在查爾酮B環(huán)的鄰位上有一羥基取代基，在2′-羥基查爾酮的A環(huán)上常會存在不同的基團，因存在的基團在某種程度上影響著2′-羥基查爾酮上的電子分布，所以不同取代的2′-羥基查爾酮的生物活性存在差異。筆者合成了5種2′-羥基查爾酮類化合物，采用濾紙片擴散法測定分析了對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的體外抑菌效果，同時考察了培養(yǎng)基和藥液不同配比條件下的抑菌活性。為其在更多行業(yè)得到更加廣泛的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

JA2003N型分析天平(上海良平儀器儀表有限公司生產(chǎn))，XT22CM型高壓蒸汽滅菌鍋(沈陽市鋁制品廠生產(chǎn))，250B智能生化培養(yǎng)箱(江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠生產(chǎn))，IS09001游標(biāo)卡尺(哈爾濱量具刃具集團有限責(zé)任公司生產(chǎn))。

2-羥基苯乙酮、苯甲醛、2-氯苯甲醛、4-氯苯甲醛、3-羥基苯甲醛、4-甲氧基苯甲醛、N,N-二甲氨基苯甲醛(阿拉丁試劑有限公司生產(chǎn))。

供試菌：大腸桿菌和金黃色葡萄球菌(引自河北科技師范學(xué)院微生物實驗室)。

NB培養(yǎng)基：牛肉膏5.0 g，蛋白胨10.0 g，NaCl 5.0 g，瓊脂20.0 g，蒸餾水1 000 mL，pH 7.0～7.2。

1.2 方法

1.2.1 2′-羥基查爾酮的合成 參照文獻[15]方法合成2-氯-2′-羥基查爾酮，4-氯-2′-羥基查爾酮，3-羥基-2′-羥基查爾酮，4-甲氧基-2′-羥基查爾酮和4-N,N-二甲氨基-2′-羥基查爾酮，同時合成了2′-羥基查爾酮為對照(圖1)。

圖1 不同取代的2′-羥基查爾酮的合成

1.2.2 2′-羥基查爾酮的抗菌活性測定方法 采用斜面接種技術(shù)制備菌種，將接好菌種的斜面培養(yǎng)基在37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24～36 h，而后放入4℃冰箱保存?zhèn)溆?。?xì)菌接到NB培養(yǎng)基上，37 ℃培養(yǎng)24 h。

采用二倍稀釋法[16～18]將合成的不同取代的2′-羥基查爾酮用體積分?jǐn)?shù)為0.95的乙醇稀釋成5個質(zhì)量濃度梯度，分別為100.00，50.00，25.00，12.50，6.25 mg·L-1。

用5 mL不同質(zhì)量濃度的2′-羥基查爾酮溶液分別浸泡直徑為6 mm的藥敏紙片12 h，用體積分?jǐn)?shù)為0.95的乙醇溶液進行對照試驗。取出后真空干燥，高壓蒸汽滅菌后，在-20 ℃的冰箱中保存。

用接種環(huán)分別取大腸桿菌和金黃色葡萄球菌1～2環(huán)，接入裝有無菌水的滅菌試管中，充分混勻，制成菌懸液。

采用濾紙片擴散法測定抗菌活性。無菌操作倒入已融化的培養(yǎng)基15～20 mL，搖勻，使其凝固成平板；滴入0.2 mL的菌懸液，將藥敏紙片平鋪于已涂布菌液的平板上，37 ℃下培養(yǎng)24～36 h；雙重實驗，用游標(biāo)卡尺測量抑菌圈直徑。

1.2.3 培養(yǎng)基和藥液不同配比條件下的抑菌活性測定 按照V(NB培養(yǎng)基)∶V(查爾酮藥液)分別為10∶1，7∶1，5∶1，4∶1，3∶1，2∶1，1∶1進行配比，觀察細(xì)菌生長從有到無的過程，從而確定培養(yǎng)基和原藥液的適合配比為4∶1和3∶1。進一步將V(NB培養(yǎng)基)∶V(查爾酮藥液)=4∶1的藥液稀釋濃度依次為20.00，10.00，5.00，2.50，1.25，0 mg·L-1，而將V((NB培養(yǎng)基)∶V((查爾酮藥液)=3∶1的藥液稀釋濃度依次為25.00，12.50，6.25，3.12，1.56，0 mg·L-1。

在上述12種不同質(zhì)量濃度查爾酮藥液的培養(yǎng)基中分別接入0.1 mL大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的菌懸液，觀察細(xì)菌生長情況，記錄不長菌時的最低抑菌質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同取代的2′-羥基查爾酮的抑菌活性

不同取代的2′-羥基查爾酮藥液對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有一定的抑菌活性，且隨著藥液濃度的升高，抑菌活性呈現(xiàn)增強的趨勢；但不同的查爾酮藥液的抑菌能力差異明顯(表1，表2)。

4-N,N-二甲氨基-2′-羥基查爾酮在所試的各個質(zhì)量濃度下對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都表現(xiàn)出極大的抑菌作用，顯著高于對照。當(dāng)藥液質(zhì)量濃度為12.50 mg·L-1時對大腸桿菌的抑菌環(huán)直徑達到21.26 mm，比對照2′-羥基查爾酮的抑菌環(huán)直徑提高幅度高達48.1%；同樣地，當(dāng)藥液質(zhì)量濃度為25.00 mg·L-1時對金黃色葡萄球菌的抑菌環(huán)直徑達到29.40 mm，比對照2′-羥基查爾酮的抑菌環(huán)直徑提高幅度更是高達57.9%。

4-甲氧基-2′-羥基查爾酮藥液各質(zhì)量濃度下對大腸桿菌均表現(xiàn)抑菌且顯著高于對照，當(dāng)質(zhì)量濃度為6.25 mg·L-1時抑菌環(huán)直徑已達到18.24 mm，較對照提高了61.4%。但4-甲氧基-2′-羥基查爾酮藥液對金黃色葡萄球菌的抑菌作用沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律，或高或低質(zhì)量濃度均沒有抑菌能力，只有在藥液質(zhì)量濃度為25.00，12.50 mg·L-1時才表現(xiàn)出一定的抑菌活性。

然而，2-氯-2′-羥基查爾酮藥液對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抑菌活性均較差，在所有質(zhì)量濃度下抑菌環(huán)直徑均顯著低于對照的抑菌環(huán)直徑。特別是藥液質(zhì)量濃度為12.50 mg·L-1時對大腸桿菌的抑菌環(huán)直徑只有7.35 mm，比對照降低了48.8%；而藥液質(zhì)量濃度為25.00 mg·L-1時對金黃色葡萄球菌的抑菌環(huán)直徑也只有12.56 mm，比對照降低了32.5%。

此外，4-氯-2′-羥基查爾酮和3-羥基-2′-羥基查爾酮藥液對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌作用沒有一定的規(guī)律，但整體而言抑菌能力較差。

表1 不同質(zhì)量濃度的查爾酮溶液對大腸桿菌的抑菌環(huán)大小比較 mm

表2 不同質(zhì)量濃度的查爾酮溶液對金黃色葡萄球菌的抑菌環(huán)大小比較 mm

2.2 不同取代的2′-羥基查爾酮結(jié)構(gòu)與抑菌活性關(guān)系分析

不同取代2′-羥基查爾酮，不管是連有甲氨基還是甲氧基基團的化合物均對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有著抑制作用，但抑菌性能有一定的差異(表3)。

表3 不同取代的2′-羥基查爾酮的最低抑菌質(zhì)量濃度及V(NB培養(yǎng)基)∶V(查爾酮藥液) mg·L-1

當(dāng)V(NB培養(yǎng)基)∶V(查爾酮溶液)=4∶1時，4-N,N-二甲氨基-2′-羥基查爾酮對大腸桿菌的最低抑菌濃度只需要2.50 mg·L-1；同樣地，當(dāng)V(NB培養(yǎng)基)∶V(查爾酮溶液)=3∶1時，對金黃色葡萄球菌的最低抑菌濃度也只需要3.12 mg·L-1。

在V(NB培養(yǎng)基)∶V(查爾酮溶液)為3∶1或4∶1條件下，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的最低抑菌質(zhì)量濃度從小到大順序依次為：4-N,N-二甲氨基-2′-羥基查爾酮，4-甲氧基-2′-羥基查爾酮，3-羥基-2′-羥基查爾酮，4-氯-2′-羥基查爾酮，2-氯-2′-羥基查爾酮。這也是不同取代的2′-羥基查爾酮類化合物抑菌活性從大到小的順序。

由此可見，與2′-羥基查爾酮相比，當(dāng)查爾酮的A環(huán)連有—N(CH3)2或者—OCH3時，抑菌活性增強。其中對位取代基對其抑菌活性影響更大，4-N,N-二甲氨基-2′-羥基查爾酮對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抑菌能力最強。而當(dāng)查爾酮的A環(huán)連有鹵原子或者—OH時，抑菌活性減弱，但不同位置的取代對其抗菌活性影響不大。

3 結(jié)論與討論

羥基查爾酮的抗菌活性受到了廣泛的關(guān)注，但其較低的水溶性和中等的抗菌效價使它的應(yīng)用受到了限制。

本次研究以鄰羥基苯乙酮和不同取代的苯甲醛為原料合成了5種2′-羥基查爾酮類化合物，研究了2′-羥基查爾酮對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌活性。不同類型的2′-羥基查爾酮藥液對同一細(xì)菌的抑菌性不同；同一藥液對不同細(xì)菌的抑菌性也不相同。不管是連有鹵素、羥基還有甲氧基基團的化合物均對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有著抑制作用，但抑菌性能有一定的差異。查爾酮的A環(huán)連有—OCH3或—(CH3)2N時，抑菌活性增強，其中對位取代基對其抑菌活性影響最明顯，而鹵原子使得查爾酮的抑菌活性變?nèi)酢,N-二甲氨基-2′-羥基查爾酮和4-甲氧基-2′-羥基查爾酮對大腸桿菌有較好的抑菌性能，藥液質(zhì)量濃度為100.00 mg·L-1時抑菌環(huán)直徑分別為37.08 mm和36.54 mm；而N,N-二甲氨基-2′-羥基查爾酮對金黃色葡萄球菌的抑菌性較好，當(dāng)藥液質(zhì)量濃度為100.00 mg·L-1時抑菌環(huán)直徑為39.58 mm。

查爾酮類化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)簡單，合成也比較容易，以此為先導(dǎo)化合物對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化和改造，研究其結(jié)構(gòu)和活性之間的關(guān)系，有望研究開發(fā)出高效、低毒安全的新型抑菌劑。

[1] 陳欣華,王曼曼,寧鴻珍,等.明日葉中查爾酮三種提取方法的比較研究[J].食品工業(yè),2014,35(6):91-94.

[2] 寧鴻珍,陳欣華,王曼曼,等.超聲波輔助提取明日葉查爾酮的工藝優(yōu)化[J].食品研究與開發(fā),2014,35(8):34-37.

[3] 丁存寶,劉海燕,李桂秋,等.月季果黃酮的提取及抑菌作用研究[J].食品工業(yè),2012(1):107-110.

[4] 西力扎提·阿不來提,楊旭超,木合布力·阿不力孜,等.脹果甘草全草中甘草查爾酮A的鑒定研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(26):64-66.

[5] 胡棟寶,周文兵,張福鵬,等.昆侖雪菊中2個查爾酮化合物抗氧化活性構(gòu)效關(guān)系[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,45(1):94-96.

[6] 方線文,周麗珍,成昭,等.含氮芥基查爾酮類衍生物的合成、晶體結(jié)構(gòu)及抗腫瘤活性[J].有機化學(xué),2013,33(3):523-529.

[7] 李湘洲,郭遠(yuǎn)良,曠春桃,等.查爾酮的結(jié)構(gòu)修飾及抗癌、抗炎活性研究進展[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2011,31(2):95-99.

[8] Dimmock J R,Elias D W,Beazely M A,et al.Bioactivities of chalcones[J]. Current Medicinal Chemistry,1999,6(12):1 125-1 149.

[9] Yu L,Zhang F,Hu Z,et al.Novel prenylated bichalcone and chalcone fromHumuluslupulusand their quinone reductase induction activities[J].Fitoterapia,2014,93(4):115-120.

[10] 曠春桃,李湘洲,郭遠(yuǎn)良,等,查爾酮衍生物的合成及其抗菌和抗氧化活性研究[J].中國科技論文,2013,8(9):862-864.

[11] 姜成,申曉慧,李春豐,等.仙人掌提取物抑菌作用的研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技,2013(3):38-39.

[12] 尹璐,胡仁火,丘日光,等.7種中草藥醇提取物抑菌殺菌作用的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,42(28):9 722-9 724.

[13] 孫朝霞,侯思宇,郭彬,等.苦蕎查爾酮合成酶基因序列特征及分子進化分析[J].分子植物育種,2014,12(4):772-779.

[14] 冉芳,王愛華,袁萱,等.甘草查爾酮B誘導(dǎo)小鼠黑色素瘤細(xì)胞凋亡作用[J].中國實驗方劑學(xué)雜志,2013,19(9):220-224.

[15] 齊秀霖,楊航,陳炳陽,等.2′-羥基查爾酮的合成工藝研究[J].第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報,2010,31(5):572-573.

[16] 劉曉軍,劉鈾,陳紹紅,等.構(gòu)樹葉提取物抑菌活性的初步觀察[J].中國實驗方劑學(xué)雜志,2013,19(19):283-286.

[17] 柳慧貞,高前欣,闕松宇,等.黃條金剛竹葉提取物抑菌活性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(4):1 730-1 731, 1 733.

[18] 田珈源,羅青春,梁華忠,等.查爾酮類似化合物的合成及其抑菌活性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(27):16 551-16 553,16 556.

[19] Lopez S N,Castelli M V,Zacchino S A,et al.In vitra antifungal evaluation and structure-activity relationships of a new series of chalcone derivatives and synthetic analogues, with inhibitory properties against polymers of the fungal cell wall[J].Bioorgnic & Medicinal Chemistry,2001,9(8):1 999-2 013.

(責(zé)任編輯：朱寶昌，陳于和)

Evaluation of Antibacterial Activities of Different Substituted 2′-hydroxy Chalcone Compounds

ZHAO Ying, WU Yuanyuan, ZHANG Jianping, ZHAO Yongguang

(College of Chemistry Engineering, Hebei Normal University of Science & Technology,Qinhuangdao Hebei, 066600, China)

In order to determine the antibacterial activities of chalcones, five 2′-hydroxychalcones-based compounds were synthesized, including N,N-dimethylamino-2′-hydroxychalcone, 4-methoxy-2′-hydroxychalcone, 3-hydroxy-2′-hydroxychalcone, 4-chloride-2′-hydroxychalcone and 2-chloro-2′-hydroxychalcone. Antibacterial effects of those compounds onEscherichiacoliandStaphylococcusaureuswere mainly studied using the filter paper diffusion method. Meanwhile, the antibacterial activities were also discussed with different ratios of the culture medium and medicine liquids. The results showed that the N,N-dimethylamino-2′-hydroxychalcone and 4-methoxy-2′-hydroxychalcone had good antibacterial properties onEscherichiacoli. When the solution concentration were 12.50 mg·L-1and 6.25 mg·L-1, the antibacterial zone diameters reached 21.26 mm and 18.24 mm, respectively, which increased 48.1% and 61.4% over that of 2′-hydroxychalcone, the check. 3-hydroxy-2′-hydroxychalcone, 4-chloro-2′-hydroxychalcone and 2-chloro-2′-hydroxychalcone were a little worse. Futhermore, The antibacterial effect of N, N- dimethylamino -2′-hydroxychalcone onStaphylococcusaureuswas the strongest among these compounds. When the solution concentration was 25.00 mg·L-1, the antibacterial zone diameter was as large as 29.40 mm, which incresed 57.9% over that of the check. However, the other four chalcones expressed low antibacterial activities. There were significant differences in the antibacterial activity of chalcones with different groups of A rings in different positions, and 4-N,N-dimethylamino-2′-hydroxychalcone had the strongest antibacterial activities on bothEscherichiacoliandStaphylococcusaureus.

2′-hydroxy chalcone; antibacterial activity;Escherichiacoli;Staphylococcusaureus

10.3969/J.ISSN.1672-7983.2017.01.012

河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究青年基金項目(項目編號：QN20131095)部分內(nèi)容。

2016-12-30

R914.5

A

1672-7983(2017)01-0059-05

趙瑩(1979-)，女，碩士，講師。主要研究方向：有機合成。