2-羥基查爾酮類化合物的合成及體外抗菌活性評價

胡家棟，文 雯，范 晨，陳 樂，江 宣

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥物與化工分院，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

20世紀(jì)上半葉，由于抗生素類藥物在臨床抗感染治療中表現(xiàn)出的高效抗菌活性，一度被奉為“神藥”[1]。然而，隨著耐藥菌的不斷產(chǎn)生，現(xiàn)有抗菌藥物已不能滿足臨床需要[2]。因此，開發(fā)結(jié)構(gòu)新穎的新型抗菌藥物顯得十分必要。據(jù)美國食品藥品監(jiān)督管理局統(tǒng)計，超過一半的臨床藥物來源于天然產(chǎn)物或其人工合成的結(jié)構(gòu)類似物[3]。

查爾酮類化合物廣泛存在于蔬菜、水果、茶葉和其它植物中，具有抗腫瘤、抗炎、抗菌和抗病毒等多種生物活性[4-7]，是藥物研發(fā)的重要先導(dǎo)化合物。目前，已經(jīng)有部分查爾酮類化合物作為臨床藥物使用，如作為利膽藥的美托查酮(Metochalcone)和作為治療胃潰瘍及慢性胃炎藥物的素法酮(Sofalcone)[8](圖1)?；诓闋柾惢衔镌诳共《?、抗菌、免疫調(diào)節(jié)和抗纖維化等方面的作用，或?qū)⒃诜乐涡滦凸跔畈《痉窝?COVID-2019)方面發(fā)揮潛在作用[9]。

圖1 用于臨床的查爾酮類化合物Fig.1 Chalcones used in clinic

此外，查爾酮類化合物在殺蟲[10]、殺螨[11]和抗病毒[12]等農(nóng)藥開發(fā)領(lǐng)域也展現(xiàn)出一定的潛力。

作者以取代水楊醛(Ⅲ)和Wittig試劑(Ⅳ)為底物，通過對Wittig反應(yīng)條件進(jìn)行篩選，合成一系列2-羥基查爾酮類化合物(Ⅴ)，并運用紙片擴(kuò)散法[13]對該系列化合物進(jìn)行體外抗菌活性初篩，為發(fā)現(xiàn)新型抗菌藥物提供參考。合成路線見圖2。

圖2 2-羥基查爾酮類化合物的合成路線Fig.2 Synthetic route of 2-hydroxychalcones

1 實驗

1.1 試劑與儀器

水楊醛及取代水楊醛，2-溴苯乙酮及取代2-溴苯乙酮，三苯基膦，氫氧化鈉，甲苯，二氯甲烷，乙腈，胰蛋白胨，酵母浸粉，瓊脂，硫酸鏈霉素。

C-MAG HS7型加熱磁力攪拌器、RV8型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，IKA；ZF-Ⅱ型四用紫外分析儀，上海顧村光電儀器廠；AMX-500型核磁共振儀，Bruker；MAT型質(zhì)譜儀，F(xiàn)innigan；ZHJH C1115B型超凈工作臺；LRH-150型生化培養(yǎng)箱等。

1.2 2-羥基查爾酮類化合物的合成

1.2.1 Wittig試劑(Ⅳ)的合成

在室溫條件下，將三苯基膦(1.0 eq.)和相應(yīng)的取代2-溴苯乙酮(Ⅰ，1.1 eq.)溶于甲苯溶液(0.5 mol·L-1)中，升溫至100 ℃回流攪拌1～2 h，待白色固體(Ⅱ)析出量不再增加后，冷卻至室溫，抽濾除去溶劑和過量的取代2-溴苯乙酮，濾餅用石油醚洗滌3次。將濾餅溶于二氯甲烷-水(2∶3，體積比)混合溶液中，加入2 mol·L-1氫氧化鈉水溶液(2.0 eq.)，在室溫下攪拌1～2 h，二氯甲烷萃取3次，合并有機(jī)相，依次用飽和NH4Cl溶液、飽和NaCl溶液洗滌，無水Na2SO4干燥后，直接旋干溶劑，即得Wittig試劑。

1.2.2 2-羥基查爾酮類化合物(Ⅴ)的合成

在室溫條件下，將取代水楊醛(Ⅲ，1.0 eq.)和相應(yīng)的Wittig試劑(1.2 eq.)溶于乙腈溶液(0.25 mol·L-1)中，升溫至60 ℃攪拌4～6 h，TLC監(jiān)測取代水楊醛反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，直接旋干溶劑并用硅膠柱層析分離，得到相應(yīng)的2-羥基查爾酮類化合物。

1.3 體外抗菌活性實驗

分別制備含有金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、蠟狀芽孢桿菌(Bacilluscereus)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)和大腸桿菌(Escherichiacoli)的檢測平板，采用紙片擴(kuò)散法對濃度為1.0 mg·mL-1的樣品丙酮溶液進(jìn)行體外抗菌活性初篩，以0.5 mg·mL-1的硫酸鏈霉素溶液作為陽性對照。分別移取5 μL樣品溶液點樣于直徑為5 mm的圓形濾紙片并揮干溶劑，貼合于不同種類的檢測平板上，每個樣品設(shè)置3組平行，37 ℃培養(yǎng)12 h后觀測抑菌圈大小。抑菌圈越大，抗菌活性越強(qiáng)。

2 結(jié)果與討論

2.1 2-羥基查爾酮類化合物的合成優(yōu)化

查爾酮類化合物的合成多以Wittig反應(yīng)[14]和Claisen-Schmidt縮合反應(yīng)[15]進(jìn)行。在合成查爾酮的預(yù)實驗中，對比了上述兩種策略。結(jié)果表明，若采用Claisen-Schmidt縮合反應(yīng)策略，以取代水楊醛和取代苯乙酮為底物，反應(yīng)完全后，體系呈黏稠的膠狀物，后處理不便，且產(chǎn)率較低。因此，采用了Wittig反應(yīng)策略，反應(yīng)完全后，直接減壓旋干溶劑，柱層析純化即可。洗脫劑選用乙酸乙酯-石油醚體系。在濃縮收集柱層析產(chǎn)物過程中，2-羥基查爾酮類化合物可在旋蒸過程中結(jié)晶析出，直接過濾可得純度大于99.9%的2-羥基查爾酮類化合物。

2.2 2-羥基查爾酮類化合物的表征

2-羥基查爾酮(Ⅴa)：黃色固體，產(chǎn)率95%。1HNMR(500 MHz,CD3OD)，δ:8.11(d,J=15.8 Hz,1H),8.04～7.99(m,2H),7.78 (d,J=15.8 Hz,1H),7.67～7.63(m,1H),7.62～7.57(m,1H),7.54～7.49(m,2H),7.27～7.21(m,1H),6.90～6.85(m,2H)；13CNMR(126 MHz,CD3OD)，δ:193.27,158.86,142.65,139.65,133.92,133.06,130.47,129.73,129.52,123.09,122.67,120.86,117.09；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H13O2,m/z:225.091 0[M+H]+,found,m/z:225.091 1。

4′-甲基-2-羥基查爾酮(Ⅴb)：黃色固體，產(chǎn)率88%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.12(s,1H),8.17(d,J=15.8 Hz,1H),8.02(d,J=8.3 Hz,2H),7.87(d,J=15.8 Hz,1H),7.82～7.79(m,1H),7.36(d,J=8.0 Hz,2H),7.30～7.25(m,1H),7.02～6.98(m,1H),6.95～6.90(m,1H),2.42(s,3H);13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:189.83,157.83,144.11,140.05,136.97,132.48,130.11,129.76,129.34,123.08,122.58,120.89,117.10,21.55;HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O2,m/z:239.106 7[M+H]+,found,m/z:239.106 8。

4′-甲氧基-2-羥基查爾酮(Ⅴc)：黃色固體，產(chǎn)率83%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.11(s,1H),8.18～8.10(m,3H),7.89(d,J=15.7 Hz,1H),7.82～7.78(m,1H),7.30～7.25(m,1H),7.09～7.04(m,2H),7.01～6.97(m,1H),6.95～6.90(m,1H),3.90(s,3H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:188.57,164.31,157.75,139.54,132.35,132.30,131.46,129.70,123.16,122.42,120.86,117.06,114.68,55.93；HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O3,m/z:255.101 6[M+H]+,found,m/z:255.101 7。

4′-氯-2-羥基查爾酮(Ⅴd)：黃色固體，產(chǎn)率85%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.16(s,1H),8.19(d,J=15.8 Hz,1H),8.14～8.10(m,2H),7.86(d,J=15.7 Hz,1H),7.82～7.79(m,1H),7.60～7.56(m,2H),7.31～7.27(m,1H),7.02～6.98(m,1H),6.95～6.90(m,1H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:189.22,157.98,140.98,139.12,138.07,132.79,130.97,129.88,129.67,122.86,122.09,120.92,117.14；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H12O2Cl,m/z:259.052 0[M+H]+,found,m/z:259.052 2。

3′-溴-2-羥基查爾酮(Ⅴe)：黃色固體，產(chǎn)率84%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.13(s,1H),7.76(d,J=16.3 Hz,1H),7.73～7.70(m,1H),7.69～7.66(m,1H),7.54～7.48(m,2H),7.46～7.42(m,1H),7.31～7.26(m,1H),7.23(d,J=16.3 Hz,1H),6.99～6.95(m,1H),6.94～6.90(m,1H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:195.12,157.80,142.80,142.72,134.08,133.10,132.14,129.94,129.83,128.47,126.85,122.39,121.02,119.69,117.14；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H12O2Br,m/z:303.001 5[M+H]+,found,m/z:303.001 5。

2′-氯-2-羥基查爾酮(Ⅴf)：黃色固體，產(chǎn)率82%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.15(s,1H),7.79(d,J=16.3 Hz,1H),7.71～7.66(m,1H),7.55～7.45(m,4H),7.31～7.24(m,2H),6.99～6.95(m,1H),6.94～6.90(m,1H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:194.26,157.80,142.55,140.62,133.09,132.14,131.38,130.90,130.06,129.84,127.97,127.02,122.36,121.01,117.11；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H12O2Cl,m/z:259.044 8 [M+H]+,found,m/z:259.044 3。

4-甲基-2-羥基查爾酮(Ⅴg)：黃色固體，產(chǎn)率92%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.06(s,1H),8.15(d,J=15.7 Hz,1H),8.11～8.08(m,2H),7.83(d,J=15.8 Hz,1H),7.69(d,J=7.9 Hz,1H),7.64～7.60(m,1H),7.57～7.52(m,2H),6.85～6.82(m,1H),6.78～6.74(m,1H),2.29(s,3H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.37,157.92,143.39,140.64,139.65,133.29,129.81,129.46,129.12,121.96,121.46,120.35,117.60,21.51；HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O2,m/z:239.106 7[M+H]+,found,m/z:239.106 8。

5-甲基-2-羥基查爾酮(Ⅴh)：黃色固體，產(chǎn)率93%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:8.92(s,1H),8.19～8.08(m,3H),7.87(d,J=15.8 Hz,1H),7.66～7.61(m,2H),7.58～7.53(m,2H),7.10(dd,J=8.3 Hz、2.2 Hz,1H),6.89(d,J=8.3 Hz,1H),2.28(s,3H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.44,155.92,140.71,139.66,133.48,133.45,129.94,129.92,129.59,129.27,122.71,122.29,117.12,20.53；HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O2,m/z:239.106 7 [M+H]+,found,m/z:239.106 6。

4-甲氧基-2-羥基查爾酮(Ⅴi)：黃色固體，產(chǎn)率94%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.23(s,1H),8.16～8.07(m,3H),7.79～7.73(m,2H),7.63～7.59(m,1H),7.56～7.51(m,2H),6.58～6.51(m,2H),3.81(s,3H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.32,164.05,159.56,140.68,139.91,133.24,131.38,129.51,129.15,119.97,116.29,107.56,102.33,55.80；HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O3,m/z:255.101 6 [M+H]+,found,m/z:255.101 6。

3-甲氧基-2-羥基查爾酮(Ⅴj)：黃色固體，產(chǎn)率88%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:8.33(s,1H),8.23～8.16(m,1H),8.11(d,J=7.5 Hz,2H),7.90～7.84(m,1H),7.66～7.60(m,1H),7.59～7.53(m,2H),7.41(d,J=8.0 Hz,1H),7.04(d,J=7.9 Hz,1H),6.87(t,J=7.9 Hz,1H),3.89(s,3H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.39,148.77,147.61,140.20,139.51,133.51,129.57,129.25,122.82,122.50,121.22,120.35,113.85,56.60；HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O3,m/z:255.094 3[M+H]+,found,m/z:255.094 5。

5-溴-2-羥基查爾酮(Ⅴk)：黃色固體，產(chǎn)率90%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.44(s,1H),8.17～8.08(m,3H),8.03～7.93(m,2H),7.66～7.61(m,1H),7.58～7.53(m,2H),7.43～7.38(m,1H),6.97(d,J=8.7 Hz,1H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.11,156.97,139.24,138.55,134.93,133.67,131.70,129.57,129.36,125.31,123.65,119.13,112.55；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H12O2Br,m/z:302.994 2[M+H]+,found,m/z:302.994 8。

4-溴-2-羥基查爾酮(Ⅴl)：黃色固體，產(chǎn)率90%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.64(s,1H),8.13～8.06(m,3H),7.91(d,J=15.8 Hz,1H),7.78(d,J=8.4 Hz,1H),7.63(t,J=7.3 Hz,1H),7.55(t,J=7.6 Hz,2H),7.21(s,1H),7.11(d,J=8.4 Hz,1H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.22,158.49,139.32,139.12,133.59,131.21,129.56,129.26,125.29,124.08,123.16,122.53,120.00；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H12O2Br,m/z:303.001 5[M+H]+,found,m/z:303.001 5。

2.3 體外抗菌活性初篩(表1)

由表1可知，Ⅴe對4種細(xì)菌均表現(xiàn)出一定的抗菌活性；且與其它化合物相比，其抗菌活性更明顯。同時，Ⅴl對枯草芽孢桿菌表現(xiàn)出一定的抗菌活性。

化合物Ⅴe的抗菌平板照片見圖3。

由圖3可以看出，化合物Ⅴe初步表現(xiàn)出對4種細(xì)菌的抗菌活性，這一結(jié)果為后續(xù)對該類化合物抗菌活性的進(jìn)一步研究提供了參考。

表1 體外抗菌活性初篩結(jié)果

a～d依次為：S.aureus、B.cereus、B.subtilis、E.coli

3 結(jié)論

通過Wittig反應(yīng)合成了一系列2-羥基查爾酮類化合物，并運用紙片擴(kuò)散法對該系列化合物進(jìn)行了體外抗菌活性初篩。結(jié)果表明，化合物Ⅴe和Ⅴl均初步表現(xiàn)出對枯草芽孢桿菌的抗菌活性；化合物Ⅴe還表現(xiàn)出對金黃色葡萄球菌、蠟狀芽孢桿菌和大腸桿菌的抗菌活性。二者芳環(huán)上都有溴原子取代，這一發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步對該類化合物的抗菌活性研究提供了參考。