苯炔參與喹啉衍生物去芳構(gòu)化反應(yīng)及抑菌活性研究

駢繼鑫，李麗丹，凌 偉，陳晴晴*

(1.新疆第二醫(yī)學(xué)院，新疆 克拉瑪依 834000；2.哈密市特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)所，新疆 哈密 839000)

含氮雜環(huán)骨架廣泛存在于天然化合物和藥物分子中。其中，氫化喹啉(或異喹啉)衍生物(圖1)具有抗氧化、抗病毒和抗菌等生物活性[1]，其合成一直是有機(jī)化學(xué)研究的熱點(diǎn)[2-7]。芳香化合物是一種重要的基礎(chǔ)化工原料，具有種類多樣、結(jié)構(gòu)豐富等特點(diǎn)，芳香化合物的去芳構(gòu)化反應(yīng)是合成氫化喹啉(或異喹啉)衍生物的重要途徑之一。由于該類反應(yīng)是將穩(wěn)定的二維平面分子轉(zhuǎn)化為三維立體且官能團(tuán)化的分子，需要克服去芳構(gòu)化的能壘，具有一定的挑戰(zhàn)性。

圖1 氫化喹啉(或異喹啉)衍生物的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structural formulas of hydrogenated quinoline(or isoquinoline) derivatives

苯炔是一種非?；顫姷幕衔?，在常態(tài)下不易存在。直到1983年，Kobayashi苯炔前體[2-(三甲基甲硅烷基)苯基三氟甲磺酸酯][8]出現(xiàn)后，苯炔開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成中。近年來(lái)，苯炔被巧妙地應(yīng)用于氫化喹啉(或異喹啉)衍生物的合成[9-19]。

基于此，作者以不同取代的Kobayashi苯炔前體參與2-乙酰亞甲基喹啉的去芳構(gòu)化，保持氮雜環(huán)中碳原子的構(gòu)型不變，僅使氮原子雜化類型由sp2轉(zhuǎn)變?yōu)閟p3；并對(duì)其抑菌活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為喹啉類衍生物的去芳構(gòu)化反應(yīng)提供新途徑及去芳構(gòu)化喹啉衍生物在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

大腸桿菌(ATCC 25922)，金黃色葡萄球菌(ATCC 29213)。

200～300目柱層析硅膠、GF254型薄層色譜板，青島海洋化工廠；LB肉湯培養(yǎng)基(A507002)、瓊脂粉(A505255-0250)，生工生物；所用試劑均為分析純，Adamas。

Bruker DMX 400MHz型核磁共振波譜儀；Q Exactive型高分辨質(zhì)譜儀，Thermo Scientific；HVE-50型高溫高壓蒸汽滅菌鍋，Hirayama；SPARK 10M型多功能酶標(biāo)儀，瑞士TECAN；SW-CJ-2FD型潔凈工作臺(tái)，蘇凈安泰；Crystal IS-RDV1型恒溫振蕩器，美國(guó)精騏；ZXDP-B2160型電熱恒溫培養(yǎng)箱，上海智城；FA2004型電子分析天平，常州幸運(yùn)。

1.2 合成方法

以目標(biāo)化合物Ⅲa的合成(圖2)為例。將37.1 mg(0.2 mmol)2-乙酰亞甲基喹啉(Ⅱa)、91 mg(0.6 mmol)氟化銫(CsF) 和2 mL乙腈依次加入10 mL反應(yīng)管中，磁力攪拌，逐滴加入72.8 μL(0.3 mmol)Kobayashi苯炔前體(Ⅰa)，采用薄層色譜法(TLC)監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，反應(yīng)完畢后，經(jīng)柱層析分離純化(洗脫劑V石油醚∶V乙酸乙酯= 10∶1)，得到黃色油狀目標(biāo)化合物Ⅲa。

圖2 目標(biāo)化合物Ⅲa的合成路線Fig.2 Synthetic route of target compound Ⅲa

1.3 抑菌實(shí)驗(yàn)

將樣品置于紫外燈下照射30 min滅菌，然后用二甲基亞砜(DMSO)配制成濃度為1 mg·mL-1的樣品溶液,現(xiàn)配現(xiàn)用。

用PBS緩沖液將菌液稀釋至濃度1×106CFU·mL-1，取100 μL稀釋菌液均勻涂布于LB固體培養(yǎng)基上。用無(wú)菌打孔器在平板上均勻打3個(gè)孔，將無(wú)菌牛津杯放入打好的孔中，加入200 μL樣品溶液；將平板水平轉(zhuǎn)移至4 ℃冰箱，靜置使樣品預(yù)擴(kuò)散2 h，然后將培養(yǎng)皿置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，取出拍照，并測(cè)量抑菌圈直徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成條件優(yōu)化

以Kobayashi苯炔前體(Ⅰa)和2-乙酰亞甲基喹啉(Ⅱa)為底物合成目標(biāo)化合物Ⅲa作為模型反應(yīng)，考察溶劑、氟離子源等對(duì)目標(biāo)化合物Ⅲa產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 合成條件優(yōu)化Tab.1 Optimization in synthetic conditions

反應(yīng)條件：化合物Ⅰa用量0.3 mmol，化合物Ⅱa用量0.2 mmol，氟離子源用量0.6 mmol，溶劑用量2 mL，室溫反應(yīng)；產(chǎn)率為分離產(chǎn)率；“-”表示未檢測(cè)到目標(biāo)化合物Ⅲa。

由表1可知：(1)以CsF為氟離子源，固定其它條件不變，考察溶劑對(duì)目標(biāo)化合物Ⅲa產(chǎn)率的影響，發(fā)現(xiàn)以乙腈為溶劑時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到74%，而分別以四氫呋喃、二氯甲烷、1,2-二氧六環(huán)為溶劑時(shí)，均未生成目標(biāo)化合物Ⅲa。(2)以乙腈為溶劑，固定其它條件不變，考察氟離子源對(duì)目標(biāo)化合物Ⅲa產(chǎn)率的影響，發(fā)現(xiàn)在CsF中添加Cs2CO3時(shí)，產(chǎn)率略微降低(69%)；當(dāng)以KF或KF+K2CO3為氟離子源時(shí)，均未生成目標(biāo)化合物Ⅲa，可能是由于，溶劑中的氟離子不足以促使苯炔原位生成，進(jìn)而影響去芳構(gòu)化反應(yīng)進(jìn)行；當(dāng)以KF+18-crown-6為氟離子源時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到70%。

綜上，確定目標(biāo)化合物Ⅲa的最佳合成條件為：溶劑為乙腈、氟離子源為CsF、室溫反應(yīng)。

2.2 反應(yīng)底物的拓展

以不同取代的Kobayashi苯炔前體與2-乙酰亞甲基喹啉為原料，按1.2方法進(jìn)行去芳構(gòu)化反應(yīng)，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同取代的Kobayashi苯炔前體與2-乙酰亞甲基喹啉的去芳構(gòu)化反應(yīng)Fig.3 Dearomatization of Kobayashi benzyne precursors with different substitutions and 2-acetylmethylene quinoline

由圖3可知，不同取代的Kobayashi苯炔前體(Ⅰa～Ⅰf)與2-乙酰亞甲基喹啉(Ⅱa)均能進(jìn)行去芳構(gòu)化反應(yīng)得到目標(biāo)化合物(Ⅲa～Ⅲf)；當(dāng)以氟取代的Kobayashi苯炔前體(Ⅰf)為底物時(shí)，目標(biāo)化合物Ⅲf的產(chǎn)率相對(duì)較低，僅34%，可能是由于，氟原子的強(qiáng)拉電子效應(yīng)導(dǎo)致苯炔活性降低，進(jìn)而影響反應(yīng)效率。

2.3 目標(biāo)化合物的表征

1-(1-phenylquinolin-2(1H)-ylidene)propan-2-one(Ⅲa)：黃色油狀物，產(chǎn)率74%。1HNMR(400 MHz,CDCl3),δ:7.49～7.24(m,8H),7.20～7.14(m,3H),6.42～6.39(d,J=12 Hz,1H),1.91(s,3H);13CNMR(101 MHz,CDCl3),δ:187.8,151.7,137.9,137.0,134.7,131.3,129.9,128.0,126.4,125.9,122.5,121.9,119.1,117.6,105.4,26.1;HRMS(ESI),m/z:calcd for C18H16NO+262.122 64 [M+H]+,found 262.122 41。

1-(1-(2,5-dimethylphenyl)quinolin-2(1H)-ylidene)propan-2-one(Ⅲb)：黃色油狀物，產(chǎn)率69%。1HNMR(400 MHz,CDCl3),δ:7.55～7.47(m,4H),7.24～7.19(m,2H),7.10～7.07(m,1H),6.99(s,1H),6.31～6.28(d,J=12 Hz,1H),2.34(s,3H),2.11(s,3H),1.90(s,3H);13CNMR(101 MHz,CDCl3),δ:188.5,152.3,138.3,137.7,136.0,135.9,135.7,133.3,130.8,130.2,128.2,127.3,123.4,122.9,120.0,118.6,104.9,26.6,21.0,19.3;HRMS (ESI),m/z:calcd for C20H20NO+290.153 94 [M+H]+,found 290.154 14。

1-(1-(2,3-dihydro-1H-inden-5-yl)quinolin-2(1H)-ylidene)propan-2-one(Ⅲd)：黃色油狀物，產(chǎn)率60%。1HNMR(400 MHz,CDCl3),δ:7.51～7.46(m,4H),7.28～7.18(m,3H),7.09(s,1H),7.00～6.98(d,J=8 Hz,1H),6.54～6.51(d,J=12 Hz,1H),2.98～2.93(m,4H),2.17～2.09(m,2H),1.99(s,3H);13CNMR(101 MHz,CDCl3),δ:189.1,152.8,145.1,142.8,136.5,135.5,130.8,130.0,128.1,127.4,124.8,123.4,122.9,120.5,118.6,106.6,32.9,32.7,27.2,25.5;HRMS(ESI),m/z:calcd for C21H20NO+302.153 94 [M+H]+,found 302.154 14。

1-(1-(3-fluorophenyl)quinolin-2(1H)-ylidene)propan-2-one(Ⅲf)：黃色油狀物，產(chǎn)率34%。1HNMR(400 MHz,CDCl3),δ:7.56～7.31(m,6H),7.27～7.23(m,1H),7.08～7.04(m,2H),7.00～6.97(d,J=12 Hz,1H),6.49～6.46(d,J=12 Hz,1H),1.99(s,3H);13CNMR(101 MHz,CDCl3),δ:188.7,164.5,162.0,152.5,141.3,141.2,137.9,136.1,131.1,130.5,130.4,128.2,128.2,127.5,123.7,122.9,119.8,119.3,119.1,118.6,114.1,113.9,105.3,105.3,27.1;HRMS(ESI),m/z:calcd for C18H15FNO+280.113 22 [M+H]+,found 280.113 37。

2.4 可能的反應(yīng)機(jī)理(圖4)

由圖4可知，氟離子進(jìn)攻Kobayashi苯炔前體的三甲基硅基基團(tuán)，進(jìn)行1,2消除原位生成苯炔，然后進(jìn)行氮原子插入得到中間體，再通過(guò)電子轉(zhuǎn)移得到目標(biāo)化合物。

圖4 可能的反應(yīng)機(jī)理Fig.4 Possible reaction mechanism

2.5 抑菌活性

以DMSO和諾氟沙星(N-CK)為對(duì)照，對(duì)目標(biāo)化合物Ⅲa～Ⅲf的抑菌活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 抑菌圈直徑/mmTab.2 Inhibitory zone diameter/mm

由表2可知：(1)目標(biāo)化合物Ⅲa～Ⅲf對(duì)大腸桿菌的抑菌圈直徑在11.67～13.67 mm之間，小于溶劑DMSO的抑菌圈直徑。推測(cè)合成的6種目標(biāo)化合物對(duì)大腸桿菌均無(wú)明顯的抑菌活性。(2)目標(biāo)化合物Ⅲe對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑與DMSO的相同，表明目標(biāo)化合物Ⅲe對(duì)金黃色葡萄球菌無(wú)明顯的抑菌活性；其它5種目標(biāo)化合物對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑在9.67～10.67 mm之間，小于諾氟沙星的抑菌圈直徑，但大于DMSO的，表明目標(biāo)化合物Ⅲa、Ⅲb、Ⅲc、Ⅲd、Ⅲf對(duì)金黃色葡萄球菌有一定的抑菌活性，但弱于諾氟沙星。

3 結(jié)論

在溶劑為乙腈、氟離子源為CsF、室溫反應(yīng)的最佳條件下，不同取代的Kobayashi苯炔前體與2-乙酰亞甲基喹啉反應(yīng)均能得到預(yù)期目標(biāo)化合物Ⅲa～Ⅲf，產(chǎn)率為34%～75%；除目標(biāo)化合物Ⅲe外，其它5種目標(biāo)化合物均對(duì)金黃色葡萄球菌具有較好的抑菌活性。該合成方法具有條件溫和、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，為去芳構(gòu)化喹啉衍生物在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一定的理論支撐。