CN110312725B

CN110312725B - 新型抗菌化合物，其在哺乳动物感染治疗中的应用及新的代谢机制

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Publication number: CN110312725B
Application number: CN201780070976.8A
Authority: CN
Inventors: F·克洛斯; S·谢菲尔德科尔; A·布拉克黑奇; J·德赖斯巴赫; M·J·米勒; U·摩尔曼; K·P·沃伊塔斯
Original assignee: Munich University Hospital; Leibniz Institute Of Natural Research And Infectious Biology Association Hans Noor Institute Hki; University of Notre Dame
Current assignee: Munich University Hospital; Leibniz Institute Of Natural Research And Infectious Biology Association Hans Noor Institute Hki; University of Notre Dame
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2037-09-21
Also published as: RU2752568C2; EP3515920B1; US11155542B2; EP3515920A1; JP7125941B2; RU2019111873A3; RU2019111873A; US20200407351A1; CN110312725A; JP2019533013A; WO2018055048A1

Abstract

本发明涉及由细菌引起的哺乳动物(人和动物)传染病的一般治疗领域，特别是涉及治疗如由分枝杆菌引起的结核(TB)、布鲁里溃疡和麻风病等疾病。本发明旨在生产具有克服上述问题的潜力的新系列苯并噻嗪酮化合物。本发明在优选的实施方式中涉及通式(I)的化合物，其中取代基R¹至R¹⁵具有如权利要求1和从属权利要求中提供的含义。

Description

新型抗菌化合物，其在哺乳动物感染治疗中的应用及新的代谢机制

技术领域

本发明涉及由细菌引起的哺乳动物(人和动物)传染病的一般治疗领域，特别是涉及预防性或治疗性治疗如由分枝杆菌引起的结核(TB)、布鲁里溃疡和麻风病等疾病。

特别是，本发明报道了关于最近对已知抗结核化合物的体内代谢研究，由此获得的结果以及关于一系列新的苯并噻嗪酮化合物，与已知化合物相比，这些化合物具有提高生物活性和体内代谢稳定性的潜力。

背景技术

诸如由分枝杆菌感染引起的结核、麻风病和布鲁里溃疡等传染病，在疾病负担和死亡率方面属于对人类健康最具挑战性的威胁。因此，迫切需要具有改善的生物活性或改善的代谢稳定性的新药，特别是用以克服耐药性和克服可用药物已知的严重副作用。

苯并噻嗪酮及其作为抗菌剂(特别是针对分枝杆菌)的用途是众所周知的。在WO2007/134625和WO2012/066518中描述了(S)-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-苯并[e][1,3]噻嗪-4-酮(BTZ043)和相关的2-[4-(环己基甲基)哌嗪-1-基]-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(PBTZ169)。这两类化合物都是非常有效的抗结核药物，正在为可能的发展进行广泛的研究。

发明内容

鉴于上述背景，开发新的化合物是非常可取的，与先前描述的化合物相比，新的化合物不仅提供针对分枝杆菌的高抗菌活性，而且还显示出替代乃至改进的特性，如安全性、代谢稳定性和良好的ADME特性。

本发明旨在生产具有克服上述问题的潜力的新系列的苯并噻嗪酮化合物。

近来，关于作为本发明一部分被报道的苯并噻嗪酮的体内研究揭示了全新的、完全前所未有的还原途径(涉及BTZ043和PBTZ169的迈森海默复合物)。该还原途径已被化学研究证实，这些研究允许对迈森海默复合物及其后续化学过程进行详细的表征。

这些体内研究和化学研究与LC-MS物理化学表征以及检测发展的结合也为这类有前景的抗结核药的合理先导物优化提供了依据。特别是，已经发现硝基取代的苯并噻嗪酮类化合物的体内代谢涉及硝基苯并噻嗪酮部分的脱芳构化。用更大的取代基取代下式(I)中R³和R⁴位置的一个或两个氢原子可以改变这些苯并噻嗪酮的临界代谢，从而合理地获得进一步改进的抗分枝杆菌化合物。

在优选的实施方式中，本发明因此与式(I)的化合物和/或其药学上可接受的盐有关

其中

R¹表示NO₂，

R²表示CF₃；

取代基R³和R⁴中的至少一个是OH、SR¹⁴、NHR¹⁵、CN、N₃、饱和或不饱和的可选卤化的直链或支链的具有1至4个碳原子的脂族基团、直链或支链的C₁-C₄烷氧基、C₁-C₄酰基，并且R³和R⁴中的另一个还可以是氢，

R⁶表示2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基基团或4-(环-己基甲基)哌嗪-1-基基团，并且

R¹⁴至R¹⁵彼此独立地是氢或C₁-C₄烷基基团。

在根据实施方式[1]的上式(I)的一个实施方式中，R³和R⁴均如上所定义，并且都不是氢。在本发明的另一个实施方式中，R³是氢，R⁴如上所定义。在本发明的另一个实施方式中，R⁴是氢，R³如上所定义

本发明的新型苯并噻嗪酮化合物和/或其药学上可接受的盐可用于疾病的治疗性治疗。优选的是，所述疾病选自由结核、麻风病或布鲁里溃疡组成的组。

附图说明

图1a)-1d)：

1a)总体公开了硝基苯并噻嗪酮的作用的分子机制；

1b)经BTZ043处理的小型猪的血浆样品制备后立即(顶部)和数小时后(底部)的样品的代表性HPLC色谱段(254nm UV示踪)；

1c)通过NaBH₄介导的BTZ043还原获得的产物混合物的特征化学位移区；

1d)与通过NaBH₄介导的BTZ043还原获得的产物混合物(底部)相比的经BTZ043处理的小型猪的血浆样品(顶部)的HPLC色谱段(254nm UV示踪)。

图2a)-2b)：

2a)还原和甲基化步骤的图示

2b)6a/b和5b的结构及6a/b的特征COSY、NOSEY和HMBC偶联。

图3a)-3d)：

3a)用BTZ043和DMSO(人血对照)对新鲜全血进行体外温育后得到的血浆样品的HPLC谱段(254nm示踪)；5b的强度已由UV特征和保留时间明确保证；

3b)m/z＝459.1649-459.1695(校正7b[PBTZ169+2H+H]+)时以下样品的提取离子色谱图(HPLC-HRMS，阳性模式)：I：以PBTZ169对新鲜全血进行体外温育后获得的血浆样品；II：以BTZ043(阴性对照)对新鲜全血进行体外温育后获得的血浆样品；III：在乙腈/水中用NaBH₄还原PBTZ169制备的参比混合物；7a/7b的区域化学选择性与5a/b类似；

3c)与BTZ043的Me-Grignard反应的图示

3d)用I：BTZ043(阳性对照)在m/z＝434.0970-434.1014(校正5b[BTZ043+2H+H]+)时对新鲜全血体外温育后获得的血浆样品的归一化萃取离子色谱图(HPLC-HRMS，阳性模式)；对照：在乙腈/水中用NaBH₄还原II：9a和III：9b制备的参比混合物；未指定区域化学选择性。

图4：合成的5b参比化合物(底部)和采用BTZ043厌氧温育15分钟的酵母细胞悬浮液的上清液(顶部)的HPLC谱段(254nm示踪)；5b的强度已由UV特征和保留时间明确保证。

具体实施方式

本发明公开了近期有关使用已知的苯并噻嗪酮化合物BTZ043和PBTZ169的体内研究的结果，其揭示了全新的、完全前所未有的还原途径(涉及两种化合物的迈森海默复合物)。通过使用体内研究和化学研究与LC-MS物理化学表征以及检测发展的结合，还原已被化学研究证实，这些研究允许对迈森海默复合物及其后续化学过程进行详细的表征。

具有化学结构(S)-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(1)的BTZ043和具有化学结构2-[4-[环己基甲基]哌嗪-1-基]-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并-噻嗪-4-酮(2)的相关化合物PBTZ169是非常有效的抗结核药物，正在为可能的发展进行广泛的研究(Makarov等，BenzothiazinonesKill Mycobacterium tuberculosis by Blocking Arabinan Synthesis.Science 324,801-804(2009))。

如图1所示，BTZ043、相关的苯并噻嗪酮和简化的类似物(参考文献1)是前药，其中硝基取代基被还原为瞬时的亚硝基部分(3)，然后与结核分枝杆菌(Mtb)的十异戊二烯磷酰基-β-D-核糖2′氧化酶(DprE1)的必需的半胱氨酸残基反应以得到半缩硫醛(4)。阿拉伯聚糖的生物合成需要DprE1酶，这是分枝杆菌细胞壁组装的基本过程(参考文献2)，并且共价加合物的形成(4)，导致结核分枝杆菌的抑制和生存能力的丧失。因此，关键还原化学的细节是相当令人感兴趣的。曾有报道，亲核试剂(包括模拟半胱氨酸的硫醇类)对BTZ043的硝基芳香核及其类似物进行了经典的cine加成(参考文献3)(冯李希特反应，参考文献4)，同时将硝基基团还原为瞬时的反应性亚硝基中间体(参考文献5)。硝基芳香核的区域选择性亲电性与Mulliken电荷计算一致，这表明相对于硝基基团的明显的位置特征-邻位和对位(见结构1)。

我们发现BTZ043在体内也被氢化物代谢还原，形成瞬时但可分离的迈森海默复合物，然后很容易被再氧化成母体化合物。还原也可以通过化学方式进行，以提供大量的迈森海默复合物，从而进行充分的物理化学表征和随后的化学转变的确认。该过程的阐明澄清了在体内实验过程中对不同药物浓度的观察结果，同时也提供了对新的体内前药生成以及最终新的抗分枝杆菌药物的深入了解。结果具有重要的意义，在这类重要的抗结核药物的持续发展过程中，这将是非常重要的考虑因素。

BTZ043的低纳米摩尔体外抗结核活性促使了很早期的体内研究。当一些血浆样品在室温下储存后反复进行药物暴露量分析时，各血浆样品的分析物浓度和生物活性似乎都明显增大。

该事件发生几年后，PK研究中的药物暴露量的值再次被表征为具有异常高的偏差，并且随着时间的推移所确定的BTZ043的浓度神秘增加(见图1b)。

有趣的是，当未经处理的动物的空白血浆中掺入BTZ043时并未见到该观察结果。在加入标准的样品中，峰值面积随着时间的推移保持完全不变。因此有理由认为该现象的可能解释将涉及未知的代谢物，当暴露在空气中时，这种代谢物是热力学不稳定的或者是氧化不稳定的。然而，早期标准化的体外代谢测定(微粒体和肝细胞)并未确定将有助于形成决定性的化学假说的代谢物。

为了揭示可能被忽视的代谢物，对BTZ043进行了额外的代谢研究，包括对血浆样品在室温下不同温育时间后的高分辨率的HPLC色谱的仔细分析。为确保色谱条件的最大稳定性，所有溶剂都通过真空处理和/或氮气鼓泡而仔细地脱气。事实上，在这些更严格的条件下人们发现，尽管由于母体药物所致积分面积随时间推移而增加，但最初注意到的具有极为不寻常的UV光谱的较早的洗脱峰却随时间的推移而消失(图1b)。伴随而来的BTZ043峰面积的急剧增加(在某些样品中>100％)则强调了该瞬时代谢物的意义。HRMS分析表明，这种新检测到的化合物(m/z⁺＝434.0988,C₁₇H₁₉F₃O₅N₃S⁺)仅比BTZ043本身(m/z⁺＝432.0835,C₁₇H₁₇F₃N₃O₅S⁺)多两个氢原子。人们怀疑这种代谢物可能是通过BTZ043的酶还原形成的，并且它对于空气中的氧是不稳定的。

由于来自血浆的材料的化学不稳定性和有限的可用性，因此寻求替代方法以获得足够的数量来进行详细的研究。基于其分子质量，预计新化合物可通过BTZ043的化学还原得到。此外，基于先前报道的cine加成化学过程，预计简单的化学氢化物源也能引发还原过程。事实上，在不同溶剂中用NaBH₄处理BTZ043可立即形成持久的亮橙/红溶液。加入氢化物后30秒获取的反应混合物的等分试样的LC/MS显示生成了包含与先前检测到的代谢物相同的保留时间、明确的UV光谱和质量的化合物混合物。加入过量的NaBH₄使反应完成。

有趣的是，在其他各种还原条件(包括Pd/C(H₂)、Pt/C(H₂)、电化学还原(Pt/Pt)、Zn/NH₄Cl_aq.、BH₃-加合物、三乙基硅烷、二氧化硫、连二亚硫酸钠、Hantzsch酯(参考文献8)和NADH)下处理BTZ043时，没有产生相同的还原代谢物。与较温和的硼基氢化物NaBH(OAc)₃和NaBH₃CN的反应是无效的，并使起始的BTZ043完全恢复。随后通过¹H NMR光谱的分析表明实际形成的还原产物是两种主要成分的混合物(图1c)，它们在最初使用的中性色谱条件下共同洗脱。在酸性pH(0.1％的三氟乙酸(TFA))下进行HPLC时，两种化合物都可以分离。两种化合物具有基本上不同的UV光谱，但质量峰相同(m/z⁺＝434.0988)，表明它们是异构体。还原后的化合物可以用两种方法中的任何一种分离。除去反应溶剂，随后进行制备型HPLC并冻干，得到亮橙红固体，其依据经LC/MS的再分析和详细的NMR研究被证实是相同的还原产物的混合物。作为选择，反应混合物用TFA酸化后，沉淀出可被洗涤、离心收集并真空干燥的深红色颜料(图2a)。尽管在室温乃至是大气氧下的短时间内固体被证明是相当稳定的，但当酸化的反应混合物静置或分离的固体溶解并储存在未脱气的溶液中时，还原的材料仍容易重新氧化为BTZ043。

使用这种化学生成的反应产物混合物为参考材料的详细的LC/MS实验表明，次要异构体(5b)实际上与接受BTZ043口服剂量的小型猪的血浆样品中所观察到的未知代谢物完全相同，而血浆样品中主要成分(5a)则完全不存在(见图1d)。

对还原产物混合物的NMR初步研究表明，BTZ043(1)失去了特征芳香质子信号，并出现了附加的高磁场信号。这连同还原过程中红色/橙色的迅速形成，以及亲核试剂对BTZ043的cine加成化学过程的先前的观察，表明氢化物可能已经加入而形成了瞬时但能够检测到的迈森海默复合物。

由于分离异构还原产物所需的酸性HPLC条件也促进了在处理过程中的快速再氧化，因此寻求生成更稳定的、可分离的衍生物，以便进行更详细的结构确认。

预期脱芳构化的还原产物应易于与可能提供适合于详细表征的衍生物的亲核试剂发生反应。事实上，还原产物混合物与硫酸二甲酯的反应提供了两种较少极性的新产物(6a,b)，其单独的UV光谱与代谢物(5b)及其异构体(5a)几乎相同(图2a)。

因此，新识别的结构5a和5b以及6a和6b构成本发明的一部分。

这两种化合物在室温下都被证实具有足够的溶解性和稳定性，从而能够通过制备型HPLC在多毫克尺度上进行分离，并通过1D和2D NMR进行充分表征。与迈森海默复合物的生成相一致，各异构体(6a/b)仅具有一个低场质子(分别为7.0和7.3ppm)和新的高磁场信号(分别为3.7和3.5ppm)(稍后通过DEPT135测量被指定为亚甲基基团)。该数据明确地表明，BTZ043的还原发生在芳香核上，两个产物(6a/b对应于5a/b)是氢化物迈森海默复合物的区域异构体(图2a)。迈森海默复合物是已知的，但在贫电子芳烃系统的亲核取代反应中通常是非常不稳定的中间物，在生物系统中也发现了一些罕见的例子，例如解脂耶氏酵母(yrowia lipolytica)对TNT等炸药的生物降解。

然而，据我们所知，对于任何药物或药物候选均未描述过体内提供迈森海默复合物的转化。在6a/b中设置甲基基团还允许通过NOESY和HMBC耦合研究的组合来进行两种异构体的区域化学分配(图2b)。虽然化学氢化物还原产生了两种异构产物，但在体内仅观察到5b的事实表明，代谢物的产生可能涉及酶的过程，而代谢物也可能随后作为用于活性亚硝基类似物的直接前体(图2a)。因此，我们对生物材料将BTZ043转化为5b的能力进行了筛选。

与体外代谢实验相一致，在微粒体降解试验中，即使在厌氧条件下并且在存在大量过量添加的NADH的情况下，也不能检测到5b。同样与细胞系(K562，白血病细胞系)接触，采用BTZ043以5μg·mL^-1进行温育时未产生5b的痕迹(数据未显示)。然而，与BTZ043接触的新鲜人全血的HPLC分析揭示在数小时后BTZ043转化为5b(见图3a)。相反，在新制备的血浆中未发现5b的产生(数据未显示)。

该实验不仅证明血细胞能够将硝基苯并噻嗪酮转化成相应的迈森海默复合物，而且5b的形成也很可能与人类有关。

当硝基苯并噻嗪酮进入临床试验时，该知识将对方法开发和样品处理具有重要意义。为了提高检测的重复性，我们还对C57BL/6J小鼠的鼠血的代谢能力进行了研究，并再次发现了5b的产生(图3a)。对接受口服剂量的BTZ043的小型猪和大鼠的血浆样品的进一步研究得到了类似的结果，并且表明推测的还原酶在哺乳动物中非常丰富。由于PBTZ169具有与BTZ043相同的电子反应核心，所以我们对其进行了类似的化学和血液诱导还原研究。正如预期的那样，对反应的HPLC-HRMS分析表明，PBTZ169也经历了生成相应的迈森海默复合物(7b)的可比的还原，其区域选择性与BTZ043所观察到的相同(图3b)。这再次强调了这种化学作用在这些重要的硝基苯并噻嗪酮抗结核药物中的影响。血液诱导的还原的演示将允许对用于形成相应的迈森海默复合物的硝基苯并噻嗪酮库进行代谢研究。

BTZ043和PBTZ169的生物还原各自产生单一区域异构还原产物(即，5b)，这一事实通过在苯并噻嗪酮核的5-位设置取代基为先导化优化和潜在抑制代谢提供了机会。苯并噻嗪酮和DprE1的结合模型也表明该位置具有一定的灵活性。

尽管5-取代的苯并噻嗪酮的制备可以通过改进BTZ043的合成路径完成，不过受到氢化物研究结果的启发，为了在一步中获得具有取代基的苯并噻嗪酮，我们考虑了与其他亲核试剂的反应。如前所述，我们以前曾报道过，亲核试剂(包括硫醇盐和氰化物)在BTZ043和类似物的硝基芳香核上经历了经典的cine加成(冯李希特反应)。

还表明BTZ043易于与MeMgBr或(Me)₂Zn反应生成Me-BTZ迈森海默复合物(8a/b)，其缓慢氧化生成区域异构混合物9a/b。用制备型HPLC对异构体进行了分离，并对其进行了完全表征。

因此，新结构体8a/b和9a/b也构成了本发明的一部分。

在血液分析中，对各化合物仔细地研究了它们的代谢行为。根据上述假设，在代谢试验中仅能够检测到痕量的异构体9b的还原形式，如HPLC-HRMS分析所示，但有趣的是，形成的9a也仅是体外的迈森海默复合物的可检测到的量。

在这些结果的推动下，通过类似的亲核方法合成了具有甲基、乙基、环丙基、乙炔基和腈残基的其他的衍生物1和2，而相应的迈森海默复合物中间物则通过加入2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌(DDQ)而被氧化。新的衍生物表现出低细胞毒性(HeLa)，在血液分析中形成迈森海默复合物(相对氢化物迈森海默复合物(MHC)的形成)的倾向大大降低，并且具有极为优异的抗细菌活性(表1)。1和2的5-甲基衍生物观察到对Mtb菌株H37Rv和多耐药株的最佳效力。

这些结果表明，形成苯并噻嗪酮的迈森海默复合物的代谢倾向可通过在苯并噻嗪酮核的5-和7-位上设置取代基来调节，并为进一步靶向的代谢驱动的深度结构-活性研究奠定基础。

结论

因此，可以证明苯并噻嗪酮(BTZ043，PBTZ169)的药代动力学研究中不稳定的药物暴露是仍被忽视的代谢转化(生成迈森海默复合物)的结果。那些代谢物对氧敏感，易于转化为母体药物。尽管其对氧不稳定，但在接受BTZ043口服的小型猪和大鼠的血浆样本中，检测到作为单一区域异构体的大量的迈森海默复合物5b。

为了提供可靠的参考材料，发现了一步合成方法，其中硼氢化钠可用于制备通过HPLC分离的迈森海默复合物的区域异构混合物。

最终找到了通过甲基化来稳定这些化合物的方法，这是充分阐明它们的结构并通过NMR对其区域化学进行归属的重要要求。为了筛选其他可能也容易发生这种代谢转化的化合物，设计了非常简单的HPLC-HRMS类全血分析方法，并发现其他苯并噻嗪酮(例如PBTZ169)也可以以同样的方式转化。

最终，体内氢化物攻击的高区域选择性促使了对先导化优化的选择，同时发现了高度灵活的方法，通过亲核攻击在一步策略中结合苯并噻嗪核上的取代基。

可以看出，在体外形成迈森海默复合物的趋势可以通过设置这些取代基来控制。

由于硝基化合物在结核疗法中相当普遍，因此显然需要在发展初期就考虑这类代谢转化，因为其可能对所有下游步骤(包括生物分析量化、毒性评估或仅仅是正确处理生物材料)产生重大影响。

特别是在结核治疗中，通过前药5b在肺内的氧化来释放BTZ043标志着靶向局部抗菌的全新概念。此外，在其他TB开发项目中很可能会遇到类似的转化，因为功能强大的苯并噻嗪酮骨架(也参见PBTZ169，(2))似乎通常倾向于这类还原化学过程。

[1]因此，本发明也包括下式的新化合物和/或其药学上可接受的盐

其中

R¹表示NO₂，

R²表示CF₃；

R⁶表示2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基基团或4-(环-己基甲基)哌嗪-1-基基团，并且R¹⁴至R¹⁵彼此独立地是氢或C₁-C₄烷基基团。

式(I)化合物的不同取代基如下定义。

卤素原子是氟原子、氯原子、溴原子或碘原子。

脂族基团是直链或支链的C₁-C₆烷基、C₂-C₆烯基、C₂-C₆炔基或C₃-C₆环烷基基团。

C₁-C₆烷基是直链或支链的烷基，并包括甲基、乙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、3-甲基丁基、新戊基、己基、2-乙基丁基。

C₁-C₄烷基是直链或支链的烷基，并包括甲基、乙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基。

C₂-C₆烯基是直链或支链的烯基，并包括乙烯基、烯丙基、1-丙烯基、异丙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、2-戊烯基、4-戊烯基、3-甲基-2-丁烯基、5-己烯基、4-甲基-3-戊烯基。

C₂-C₆炔基是直链或支链的炔基，并包括乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基。

C₃-C₆环烷基是环丙基、环丁基、环戊基、环己基。

脂族基团可以被氟、氯、溴或碘取代。

C₁-C₄烷氧基是直链或支链的烷氧基，甲氧基、乙氧基、丙氧基或异丙氧基、丁氧基或异丁氧基。

C₁-C₄酰基包括甲酰基、乙酰基、丙酰基和丁酰基基团。

式(I)的新化合物可以根据本领域中已知的方法合成。

优选的是，在上式(I)中，R³和R⁴都如上定义，并且都不是氢。在本发明的另一个实施方式中，R³是氢，R⁴如上定义。在本发明的又一个实施方式中，R⁴是氢，R³如上定义。

[2]一个优选实施方式是[1]所述的式(I)化合物，其选自由以下物质组成的组的(S)-7-甲基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(9a)

(S)-5-甲基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(9b)

(S)-5-乙基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(10)

(S)-7-乙基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(11)

(S)-5-环丙基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(12)

(S)-5-乙炔基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(13)

(S)-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-4-氧-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-7-腈(14)

(S)-5,7-二甲基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(15)

2-(4-(环己基甲基)哌嗪-1-基)-5-甲基-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(16)

2-(4-(环己基甲基)哌嗪-1-基)-7-甲基-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(17)

[3]另一优选实施方式是实施方式[2]所述的式(I)化合物，其选自由以下物质组成的组：

本发明的化合物可用于治疗由细菌引起的传染病。更具体而言，本发明的化合物可用于预防性和治疗性治疗人类和动物中的结核感染和其它分枝杆菌感染。因此，本发明的另一个方面针对包含式(I)化合物的药物组合物。

[4]因此，本发明的另一方面也涉及包含[1]至[3]所述的化合物和/或其药学上可接受的盐的药物组合物。

还公开了一种药物组合物，其包含实施方式[6]所述的式(I)化合物和/或其药学上可接受的盐，并且还包含一种或多种药学上可接受的载体和/或赋形剂。

本发明化合物的可电离形式的药学上可接受的盐是酸或碱盐，其在本领域中通常被认为适合于与人或动物的组织接触而没有过度的毒性、刺激、过敏反应或其它问题或并发症。这类盐包括碱性残基(如胺)的矿物盐和有机酸盐，以及酸性残基(如羧酸)的碱金属盐或有机盐。

具体的药学上可接受的盐包括诸如盐酸、磷酸、氢溴酸、苹果酸、乙醇酸、富马酸、硫酸、氨基磺酸、磺胺酸、甲酸、甲苯磺酸、甲烷磺酸、苯磺酸、乙烷二磺酸、2-羟乙基磺酸、硝酸、苯甲酸、2-乙酰基苯甲酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸、硬脂酸、水杨酸、谷氨酸、抗坏血酸、扑酸、丁二酸、反丁烯二酸、顺丁烯二酸、丙酸、羟基顺丁烯二酸、氢碘酸、苯基乙酸、链烷酸(如乙酸)等酸的盐。

类似地，药学上可接受的阳离子包括但不限于钠、钾、钙、铝、锂和铵。

本领域的技术人员将意识到用于本发明的化合物的其它药学上可接受的盐，包括Remington′s Pharmaceutical Sciences，第17版，Mack Publ.Co.,Easton,Pa，1418页(1985)列举的那些。

[5]本发明还涉及一种用于在治疗由微生物感染引起的疾病的方法中使用的化合物，所述化合物包含被施用给所需患者的治疗上有效量的[1]至[4]中任一项所述的式(I)化合物和/或其药学上可接受的盐或药物组合物。

[6]特别是，本发明的式(I)化合物和/或其药学上可接受的盐可用于治疗哺乳动物的分枝杆菌感染的方法。

[7]本发明的式(I)化合物和/或其药学上可接受的盐特别优选地用于治疗性或预防性治疗哺乳动物的结核或麻风病感染。

通过使用本领域中已知的方法可以将本发明的化合物配制成药学上可接受的介质中的稀释溶液或悬浮液的形式，从而借助于静脉内、皮下或肌内注射或鼻腔施用而用于局部或肠胃外给药。在优选的方法中，新化合物连同药学上可接受的赋形剂一同被制备成片剂、胶囊或水悬浮液以用于口服给药。

药学上可接受的赋形剂在制药领域中是众所周知的，并描述于例如Remington′sPharmaceutical Sciences，第17版，Mack Publ.Co.,Easton,Pa(1985)中。可根据预期的给药途径和标准药物实践选择药物赋形剂。

此外，如上所述，新确定的还原途径适用于苯并噻嗪酮化合物。迈森海默复合物与这些化合物同样构成本发明的一部分。

[8]本发明的另一方面是可分离的新确定的式(II)的迈森海默复合物

其中

R¹和R²彼此独立地是NO₂、NR⁷R⁸、NHOR⁹、-COOR⁹、CN、CONR¹⁰R¹¹、CHO、F、Cl、Br、-SO₂NR¹²R¹³、直链或支链的C₁-C₄烷氧基、OCF₃、具有1至3个碳原子的单氟、二氟或三氟烷基；条件是R¹和R²中的至少一个是硝基基团；

R³、R⁴彼此独立地是氢、羟基、-SR¹⁴、CN、-N₃、或饱和或不饱和的可选卤化的直链或支链的具有1至4个碳原子的脂族基团、F、Cl、Br、直链或支链的C₁-C₄烷氧基；

R⁵是氢或不饱和或饱和的可选卤化的直链或支链的具有1至6个碳原子的脂族基团；包含1至4个碳原子的酰基、-CONHR¹⁰或-SiR¹²R¹³R¹⁴；

R⁶是具有取代基或不具有取代基的杂环烷基、杂烷基或杂芳基取代基；

R⁷、R⁸、R⁹、R¹⁰、R¹¹、R¹²、R¹³、R¹⁴彼此独立地选自氢、不饱和或饱和的可选卤化的直链或支链的具有1至6个碳原子的脂族基团；苯基；苄基或具有1至4个碳原子的酰基。

式(II)化合物的不同取代基如下定义：

卤素原子是氟原子、氯原子、溴原子或碘原子。

C₃-C₆环烷基是环丙基、环丁基、环戊基、环己基。

脂族基团可以被氟、氯、溴或碘取代。

C₁-C₄酰基包括甲酰基、乙酰基、丙酰基和丁酰基基团。

杂芳基是包含碳原子、氢原子和一个或多个杂原子(优选1至3个杂原子，独立地选自氮、氧和硫)的单环或多环芳环。杂芳基基团的示例性实例包括吡啶基、哒嗪基、嘧啶基、吡嗪基、三嗪基、吡咯基、吡唑基、咪唑基、(1,2,3,)-和(1,2,4)-三唑基、吡嗪基、嘧啶基、四唑基、呋喃基、噻吩基、异噁唑基、噻唑基、苯基、异噁唑基和噁唑基。

杂芳基基团可以没有取代基，或者由1至3个取代基取代，所述取代基选自C₁-C₆烷基、C₂-C₆烯基或C₂-C₆炔基、F、Cl、Br、C₁-C₄烷氧基和C₁-C₄酰基。

优选的是，杂芳基基团是单环，其中环包含1至3个选自氮原子、氧原子和硫原子的杂原子以及2至5个碳原子。特别优选的是包含1或2个氮原子和0至1个选自氧原子和硫原子的原子并具有5或6个成环原子的杂芳基基团，包括吡咯基、吡唑基、咪唑基和吡啶基。

杂环烷基是包含碳和氢原子以及至少一个(优选1至4个)选自氮原子、氧原子和硫原子的杂原子的非芳香的单环或多环。杂环烷基在环中可具有一个或多个碳-碳双键或碳-杂原子双键，只要环不因其存在具有芳香性即可。杂环烷基的实例包括吖丙啶基、吡咯烷基、吡咯烷子基、哌啶基、哌啶子基、哌嗪基、哌嗪子基、吗啉基、吗啉代、硫吗啉基、硫吗啉代、四氢呋喃基、四氢噻吩基、四氢吡喃基和吡喃基。

杂环烷基可以没有取代基，或者由1至3个取代基取代，所述取代基选自C₁-C₆烷基、C₂-C₆烯基或C₂-C₆炔基、F、Cl、Br、C₁-C₄烷氧基和C₁-C₄酰基。

优选的是，杂环烷基是具有1至3个杂原子的单环或双环。特别优选的是2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基和4-(环己基甲基)哌嗪-1-基基团。

杂烷基是直链或支链烷基，其包含碳和氢原子以及至少一个(优选1至4个)选自氮原子和硫原子的杂原子。杂烷基可具有一个或多个碳-碳双键或碳-杂原子双键。

杂烷基可以没有取代基，或者由1至3个取代基取代，所述取代基选自C₁-C₆烷基、C₂-C₆烯基或C₂-C₆炔基、F、Cl、Br、C₁-C₄烷氧基和C₁-C₄酰基。

在优选的实施方式中，式(II)的迈森海默复合物包含不具有取代基的R⁶的杂环烷基、杂烷基或杂芳基基团。

[9]根据另一个实施方式，实施方式[8]所述的式(II)的迈森海默复合物的R⁶的杂环烷基、杂烷基或杂芳基基团由1至3个选自C₁-C₆烷基、C₂-C₆烯基或C₂-C₆炔基、F、Cl、Br、C₁-C₄烷氧基和C₁-C₄酰基的取代基取代。

[10]另一个实施方式是式(II)的可分离的迈森海默复合物，其中R¹是NO₂，R²是CF₃，R³和R⁴各自为一个或两个氢或甲基和氢，R⁵是氢或甲基，R⁶是2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基。

[11]又一个实施方式包括实施方式[8]所述的式(II)的迈森海默复合物，其中R¹是NO₂，R²是CF3，R³和R⁴各自为一个或两个氢，R⁵是氢或甲基，R⁶是4-(环己基甲基)哌嗪-1-基基团。

[12]如以上实施方式[8]至[11]中任一项所要求的迈森海默复合物作为研究工具阐释硝基取代的苯并噻嗪酮化合物的代谢的用途。因此，新发现的迈森海默复合物BTZ043和PBTZ169也构成本发明的一部分。

实验部分

仪器

在由MicroALS自动取样器、CapPump、ALSTherm、柱式加热炉和DAD构成的1100系列HPLC系统(Agilent Technologies,Inc.,Santa Clara,CA,USA)上进行分析HPLC(LC-UV/vis)。HPLC条件：Phenomenex column Kinetex 5μm，XB-C18，

250×4.6mm，梯度洗脱(MeCN(0.1％(体积/体积))TFA)：0.1％(体积/体积)TFA(H₂O)；20分钟内10:90至100:0，以100:0继续10分钟，流速0.5mL min^-1)，注射体积3至5μL。在由色谱模块Alliance HT、光电二极管阵列探测器2996和质谱仪Micromass ZQ构成的Waters(Waters,Milford,MA,www.waters.com)ZQ仪器上进行缓冲的LC-MS分析。HPLC条件：Waters Pro C18YMC 3×50mm柱，梯度洗脱(MeCN:10mM乙酸铵(H₂O)；10分钟内5:95至80:20，流速0.7mL min^-1)。MS电喷雾源在毛细管电压3.5kv和脱溶剂温度300℃下工作。LC-HRMS测量在使用具有电喷雾离子源的Exactive Q高性能台式LC-HRMS和由配备有柱式加热炉的自动取样器、1250泵和检测器Orbitrap构成的Accela HPLC系统进行。HPLC条件：Thermo Scientific column AccucoreC18，2.6μm，100×2.1mm，梯度洗脱(MeCN(0.1％(体积/体积)甲酸)：0.1％(体积/体积)甲酸(H₂O)；10分钟内5:95至98:2，98:2继续12分钟，流速0.2mL min^-1)，注射体积3至5μL。

在配备有Binary泵321和156UV/Vis检测器的Gilson Abimed上进行制备型HPLC。HPLC条件：Phenomenex柱Luna C18，10μm，250×21.2mm，梯度洗脱(MeCN(0.1％(体积/体积)TFA)：0.1％(体积/体积)TFA(H₂O)；流速21mL min^-1)用于酸性条件，梯度洗脱(MeCN：H₂O；流速21mL min^-1)用于中性条件。在Bruker AVANCE III 500MHz或600MHz仪器上记录NMR光谱。相对于残留溶剂信号，对光谱进行归一化处理。以下缩写用于多重性：s＝单峰，d＝双峰，t＝三峰，q＝四重峰，qt＝五重峰。

化学制剂

所有化学品都是从商业供应商处购买，无需进一步纯化即可使用。BTZ043(1)和PBTZ169(2)的合成类似于如在WO 2007/134625 A1、WO 2009/010163 A1和WO 2012/066518A1中详细描述的已知制备方法。

在惰性气体(氩)下使用Schlenk技术进行反应。使用来自Innovative TechnologyPureSolv MD-7EN溶剂纯化系统的乙腈、四氢呋喃和二乙醚。乙酸乙酯、乙腈和水通过三次冷冻-泵送-解冻循环进行脱气。

化合物混合物5a/b：将BTZ043(200mg，464μmol)溶解在乙腈和水的混合物(5mL，4:1)中，缓慢加入硼氢化钠直至TLC分析中的离析物消失。反应过程中形成的沉淀物通过加入额外的水而接连溶解。缓慢加入TFA直到深红色固体的沉淀完成。混合物离心，并丢弃上清液。残余物用水(2×5mL)和乙腈(2×5mL)洗涤，在高真空中干燥以获得主要包含5a/b的粗混合物(175mg，5a:5b≈7:3，约404μmol，约87％)。该材料无需进一步纯化而用于后续的化学衍化。

¹H NMR(500MHz；THF-D8)：δ＝1.25(d,3H,³J_HH＝6.1Hz,(CH₃)-CH),1.77-1.88(m,4H,CH₂-C(O)₂-CH₂)，3.46(t,1H,³J_HH＝7.8Hz,O-CH₂)，3.56(m,0.6H,CH₂-C-CF₃)，3.73(m,1.4H,CH₂-C-NO₂)，3.88-4.04(m,4H,(CH₂)₂-N)，4.09(dd,1H,²J_HH＝5.7Hz，³J_HH＝7.9Hz,O-CH’₂)，4.26(m,1H,CH₃-CH)，7.08(st,0.7H,³J_HH＝1.5Hz,CH-C-NO₂)，7.32(m,0.3H,CH-C-CF₃)ppm。MS(LC-ESI⁺)5a：m/z(％)＝434[M+H]⁺(100)，867[2M+H]⁺(5)；5b：m/z(％)＝432[M+H]⁺(100)，867[2M+H]⁺(5)。HRMS(ESI⁺)计算值对于C₁₇H₁₉F₃O₅N₃S⁺：434.0992；实测值：5a:434.0988，5b:434.0988。

化合物5b：在平行实验中，在酸性条件下(15至70％的乙腈中40分钟)通过5a/b的粗反应产物(TFA沉淀之前)的制备型HPLC产生5b的分析样品(参比材料)。当所有溶剂被立即除去且干燥产物被储存在惰性气体中时，这种材料是相对稳定的。在溶液中发生快速氧化，特别是在大气氧的存在下。即使在适当的惰性处理条件下，完全回收所需的化合物也是很关键的。

化合物6a/b：将化合物混合物5a/b(175mg，约404μmol)置于乙腈(8mL)中，缓慢加入硫酸二甲酯(140μL，186mg，1.48mmol)和三乙胺(200μL，146mg，1.44mmol)，混合物在室温下搅拌70分钟，在加入甲醇(200μL，158mg，4.93mmol)后再继续搅拌60分钟。红色溶液用乙酸乙酯(30mL)稀释，并用盐酸洗涤(2×50mL,2M)。有机层用硫酸钠干燥并蒸发至干燥。残余物置于乙腈中，离心，使上清液经历制备型HPLC(中性条件，在40至70％的乙腈中60分钟)，从而得到纯的6a(保留时间＝28分钟，17mg，8％)和6b(保留时间＝47分钟，4mg，2％)。

化合物6a：¹H NMR(500MHz；CD₃CN)：δ＝1.25(d,3H,³J_HH＝6.1Hz,(CH₃)-CH)，1.77-1.92(m,4H,CH₂-C(O)₂-CH₂)，3.48(t,1H,³J_HH＝7.8Hz,O-CH₂)，3.66(qt,2H,³J_HH＝1.6Hz,CH₂-C-NO₂)，3.77–4.16(m,4H,(CH₂)₂-N)，3.92(s,3H,CH₃-O)，4.10(dd,1H,²J_HH＝5.8Hz,³J_HH＝8.1Hz,O-CH’₂)，4.28(m,1H,CH₃-CH)，6.99(st,1H,³J_HH＝1.6Hz,CH-C-CF₃)ppm。¹³C NMR(125.8MHz；CD₃CN)：δ＝18.8(1C,CH₃-C)，28.3(1C,CH₂-C-NO₂)，35.5(1C,CH₂-C(O)₂)，36.7(1C,C’H₂-C(O)₂)，45.8(1C,CH₂-N-CH₂)，55.8(1C,CH₃-O)，71.5(1C,CH₂-O)，73.4(1C,CH-CH₃)，92.6(1C,C＝C-O)，107.3(1C,C(O)₂)，119.7(1C,²J_CF＝31.5Hz,C-CF₃)，122.7(1C,³J_CF＝6.3Hz,CH-C-CF₃)，122.8(1C,C-C-NO₂)，125.2(1C,¹J_CF＝269.8Hz,CF₃)，146.3(1C,C-NO₂)，165.2(1C,S-C＝N)，166.1(1C,C＝C-O)ppm。MS(LC-ESI⁺)：m/z(％)＝448[M+H]⁺(100)，895[2M+H]⁺(5)。HRMS(ESI⁺)计算值对于C₁₈H₂₁F₃O₅N₃S⁺：448.1149；实测值：448.1149。

化合物6b：¹H NMR(500MHz；CD₃CN)：δ＝1.25(d,3H,³J_HH＝6.1Hz,(CH₃)-CH)，1.77-1.92(m,4H,CH₂-C(O)₂-CH₂)，3.48(t,1H,³J_HH＝7.9Hz,O-CH₂)，3.52(qt,2H,³J_HH＝1.7Hz,CH₂-C-CF₃)，3.77–4.20(m,4H,(CH₂)₂-N)，3.99(s,3H,CH₃-O)，4.10(dd,1H,²J_HH＝5.8Hz,³J_HH＝8.0Hz,O-CH’₂)，4.28(m,1H,CH₃-CH)，7.29(st,1H,³J_HH＝1.6Hz,CH-C-NO₂)ppm。¹³C NMR(125.8MHz；CD₃CN)：δ＝18.8(1C,CH₃-C)，25.4(1C,CH₂-C-CF₃)，35.4(1C,CH₂-C(O)₂)，36.6(1C,C’H₂-C(O)₂)，45.8(1C,CH₂-N-CH₂)，56.5(1C,CH₃-O)，71.6(1C,CH₂-O)，73.4(1C,CH-CH₃)，98.4(1C,C＝C-O)，107.2(1C,C(O)₂)，114.9(1C,²J_CF＝31.5Hz,C-CF₃)，121.1(1C,C-C-NO₂)，124.2(1C,³J_CF＝6.4Hz,CH-C-CF₃)，125.3(1C,¹J_CF＝269.8Hz,CF₃)，149.0(1C,C-NO₂)，167.1(1C,S-C＝N)，169.5(1C,C＝C-O)ppm。MS(LC-ESI⁺)：m/z(％)＝448[M+H]⁺(100)，895[2M+H]⁺(5)。HRMS(ESI⁺)计算值对于C₁₈H₂₁F₃O₅N₃S⁺：448.1149；实测值448.1142。

根据通常类似于上述方法的方法合成式(I)的新实例化合物9a/b。

一般步骤：

未被取代的苯并噻嗪酮(0.46mmol；BTZ043或PBTZ169)溶解在无水THF(5至10ml)中，冷却至-78℃，并滴加相应的金属-有机试剂(1.6至2.2当量)的溶液。使用有机锂化合物时，在预先形成的金属有机物种中加入苯并噻嗪酮在THF中的溶液。完全加入后，搅拌混合物1至18小时。加入DDQ(1.7至2.3当量)，混合物在0℃搅拌3小时。反应混合物用乙酸乙酯(100mL)稀释，用饱和的NaHCO₃(4×75ml)、水(75ml)和盐水(75ml)洗涤。有机溶液用Na₂SO₄干燥，并在减压下浓缩。使用柱色谱(SiO₂，轻质石油-EtOAc或轻质石油-DCM-丙酮)对残余物进行纯化。

实施例9a和9b：

化合物9a/b：在1(146mg,0.34mmol)于二乙醚(3mL)和四氢呋喃(3mL)中的溶液中缓慢加入MeMgBr(340μL，0.34mmol，1M，在二丁醚中)。溶液在室温下搅拌2小时，加入水(5mL)，混合物用乙酸乙酯萃取(2×35mL)，用硫酸钠干燥，并在减压下浓缩。残余物置于甲醇中，通过制备型HPLC(10％至100％的乙腈中，10分钟)纯化以获得9a(20mg，13％)和9b(5mg，3％)。

作为选择，遵循一般步骤，采用MeMgBr(0.3M在THF中)，得到为淡黄色固体的40mg(19％，0.09mmol)的9b和27mg(13％,0.06mmol)的9a。

化合物实施例9a((S)-7-甲基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮)：

¹H-NMR(300MHz,CDCl₃)：δ＝1.27(d,J＝6.2Hz,3H,(CH₃)-CH),1.78-1.83(m,4H,CH₂-C(O)₂-CH₂)，2.48(d,J＝1.0Hz,3H,CH₃-C)，3.46(t,J＝7.8Hz,1H,O-CH₂)，3.79(bs,2H,(CH₂)₂-N)，4.07(dd,J＝8.0,5.9Hz,1H,O-CH’₂)，4.11-4.30(m,3H,(CH₂)₂-N,CH₃-CH)，8.81(s,1H,CH-C-CF₃)。

¹³C-NMR(75MHz,CDCl₃)：δ＝14.7(q,J＝2.6Hz)，18.2，35.1，36.2，44.6(br)，70.8，72.4，106.2，122.2，122.6(q,J＝274.8Hz)，129.51(q,J＝32.1Hz)，129.53(q,J＝6.1Hz)，134.0，148.5，159.3，166.6。

m/z[M+H]⁺计算值对于C₁₈H₁₉F₃N₃O₅S：446.0992；实测值：446.0995。

实施例9b((S)-5-甲基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮)：

¹H-NMR(300MHz,CDCl₃)：δ＝1.28(d,J＝6.2Hz,3H,(CH₃)-CH)，1.77-1.84(m,4H,CH₂-C(O)₂-CH₂)，2.83(s,3H,CH₃-C)，3.47(t,J＝7.8Hz,1H,O-CH₂)，3.74-4.05(bs,4H，(CH₂)₂-N)，4.09(dd,J＝8,5.7Hz,1H,O-CH’₂)，4.21-4.31(m,1H,CH₃-CH)，8.64(s,1H,CH-C-CF₃)。

¹³C-NMR(75MHz,CDCl₃)：δ＝18.3(q,J＝2.2Hz)，35.1(br)，36.2(br)，44.5(br)，70.8，72.4，106.3，117.3，121.0，122.8(q,J＝274.2Hz)，124.6(q,J＝6.6Hz)，129.4(q,J＝31Hz)，133.5，141.7，147.0，160.1，169.7。

HRMS(ESI)：m/z[M+H]⁺计算值对于C₁₈H₁₉F₃N₃O₅S：446.0992；实测值：446,0996。

实施例10((S)-5-乙基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮)

遵循一般步骤，采用BTZ043和EtMgBr(0.3M在THF中)，得到为淡黄色固体的31mg(15％，0.07mmol)的标题化合物。

¹H-NMR(300MHz,CDCl₃)：δ＝1.25(d,³J_HH＝7.7Hz,3H,CH₃-CH₂)，1.29(d,J＝5.9Hz,3H,(CH₃)-CH)，1.73-1.90(m,4H,CH₂-C(O)₂-CH₂)，3.41-3.51(m,3H,CH₂-C,O-CH’₂)，3.95(bs,4H,(CH₂)₂-N)，4.09(dd,J＝8.0,5.7Hz,1H,O-CH’₂)，4.22-4.32(m,1H,CH₃-CH)，8.65(s,1H,CH-C-CF₃)。

¹³C-NMR(75MHz,CDCl₃)：δ＝16.2，18.3，23.2(d,J＝1.7Hz)，35.1(br)，36.3(br)，44.7(br)，70.8，72.4，106.4，122.9(q,J＝274.8Hz)，124.9(q,J＝6.1Hz)，128.8(q,J＝31.5Hz)，129.9，133.8，142.2，153.0，159.9，170.1。

HRMS(ESI)：m/z[M+H]⁺计算值对于C₁₉H₂₁F₃N₃O₅S：460.1149；实测值：460.1151。

实施例11((S)-7-乙基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮)

遵循一般步骤，采用BTZ043和EtMgBr(0.3M在THF中)，得到为类白色固体的32mg(155,0.07mmmol)的标题化合物。

¹H-NMR(300MHz,CDCl₃)：δ＝1.25(d,J＝7.2Hz,3H,CH₃-CH₂)，1.29(d,J＝6.2Hz,3H,(CH₃)-CH)，1.75-1.88(m,4H,CH₂-C(O)₂-CH₂)，2.88(q,J＝7.4Hz,2H,CH₃-CH₂)，3.48(t,J＝7.8Hz,1H,O-CH₂)，3.70-4.32(m,6H,(CH₂)₂-N,O-CH’₂,CH₃-CH)，8.86(s,1H,CH-C-CF₃)。

¹³C-NMR(75MHz,CDCl₃)：δ＝15.2(d,J＝1.1Hz)，18.3，22.2(d,J＝2.2Hz)，35.1(br)，36.3(br)，44.7(br)，70.9，72.5，106.3，117.6，122.3，123.8(q,J＝274.2Hz)，129.4(q,J＝32.1Hz)，130.0(q,J＝5.7Hz)，139.4，148.8，159.3，166.7。

m/z[M+H]⁺计算值对于C₁₉H₂₁F₃N₃O₅S：460.1149；实测值：460.1151。

实施例12((S)-5-环丙基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮)

遵循一般步骤，采用BTZ043和环丙基溴化镁(0.5M在THF中)，得到为淡黄色固体的42mg(19％，0.09mmol)的标题化合物。

¹H-NMR(300MHz,CDCl₃)：δ＝0.57(q,J＝5.9Hz,2H,CH₂-CH₂)，1.18-1.25(m,2H,CH’₂-CH’₂)，1.29(d,J＝5.9Hz,3H,(CH₃)-CH)，1.75-1.88(m,4H,CH₂-C(O)₂-CH₂)，2.47-2.57(m,1H,CH₂-CH-CH₂)，3.48(t,J＝8.0Hz,1H,O-CH₂)，3.96(bs,4H,(CH₂)₂-N)，4.09(dd,J＝8.0,5.7Hz,1H,O-CH’₂)，4.22-4.32(m,1H,(CH₃)-CH),8.61(s,1H,CH-C-CF₃)。

¹³C-NMR(75MHz,CDCl₃)：δ＝9.4，14.7，18.3，35.1(br)，36.3(br)，44.7(br)，70.8，72.4，106.3，122.3(q,J＝275.3Hz)，124.8(q,J＝6.1Hz)，131.8(q,J＝32.6Hz)，132.5，132.9，141.4，151.4，159.9，170.0。

HRMS(ESI)：m/z[M+H]⁺计算值对于C₂₀H₂₁F₃N₃O₅S：472.1149；实测值：472.1153。

实施例13((S)-5-乙炔基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮)

遵循一般步骤，采用[2-(三甲基甲硅烷基)乙炔基]-锂和BTZ043，获得45mg(19％，0.09mmol)的浅褐色油状物，将其中的25mg(0.05mmol)溶解在THF(1mL)和MeOH(1mL)中，加入KF(8.3mg，0.14mmol)，混合物在环境温度下搅拌1.5小时。混合物用乙酸乙酯(15mL)稀释，用半饱和的NaHCO₃(2×10mL)、盐水(10mL)洗涤，并用Na₂SO₄干燥。在减压下浓缩之后，残余物用柱色谱(SiO₂，轻质石油-DCM-丙酮，4:4:1)纯化，得到20mg(93％，0.044mmol)的光敏性灰色固体。

¹H-NMR(300MHz,CDCl₃)：δ＝1.30(d,J＝5.9Hz,3H,(CH₃)-CH),1.76-1.89(m,4H,CH₂-C(O)₂-CH₂)，3.49(t,J＝7.8Hz,1H,O-CH₂)，3.80-4.33(m,7H,(CH₂)₂-N,O-CH‘₂,≡CH,(CH₃)-CH)，8.70(s,1H,CH-C-CF₃)。

¹³C-NMR(75MHz,CDCl₃)：δ＝18.3，35.2(br)，36.3(br)，44.9(br)，70.9，72.5，76.2，96.6，106.3，121.9(q,J＝274.8Hz)，124.8(q,J＝5.5Hz)，127.4，132.5，133.2(q,J＝32.6Hz)，134.1，142.2，159.8，167.3。

HRMS(ESI)：m/z[M+H]⁺计算值对于C₁₉H₁₇F₃N₃O₅S：456.0836；实测值：456.0832。

实施例14((S)-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-4-氧-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-7-腈)

BTZ043(200mg，0.46mmol)在无水THF(7mL)中的溶液冷却至-78℃，并滴加n-Bu₄NCN(157mg，0.56mmol)在无水THF(3mL)中的溶液。完全加入后，混合物在-78℃搅拌1小时，然后加入DDQ(175mg，0.77mmol)。混合物升温至0℃并搅拌18小时。用乙酸乙酯(100mL)稀释后，混合物用饱和的NaHCO₃(4×50mL)、盐水(50mL)洗涤，并用Na₂SO₄干燥。在减压下浓缩后，残余物用柱色谱(SiO₂，轻质石油-DCM-丙酮，5:5:1和CHCl₃-MeOH，50/1)纯化，并由MeCN重结晶，得到为黄色固体的50mg(24％，0.11mmol)的标题化合物。

¹H-NMR(500MHz,DSMO-d₆)：δ＝1.22(d,J＝6.0Hz,3H,(CH₃)-CH)，1.80(bs,4H,CH₂-C(O)₂-CH₂)，3.45(t,J＝7.7Hz,1H,O-CH₂)，3.88(bs,2H,(CH₂)₂-N)，3.98(bs,2H,(CH₂)₂-N)，4.10(dd,J＝8.0,5.8Hz,1H,O-CH‘₂)，4.22-4.28(m,1H,(CH₃)-CH)，8.81(s,1H,CH-C-CF₃)。

¹³C-NMR(125MHz,DSMO-d₆)：δ＝18.3，34.4(br)，35.7(br)，44.3(br)，44.8(br)，70.0，71.8，106.0，109.3，111.1，121.5(q,J＝274.3Hz)，128.3，130.2(q,J＝33.3Hz)，130.3(q,J＝4.9Hz)，134.9，147.8，160.5，164.6。

HRMS(ESI)：m/z[M+H]⁺计算值对于C₁₈H₁₆F₃N₄O₅S：457.0788；实测值：457.0788

实施例15((S)-5,7-二甲基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮)

遵循一般步骤，使用9a(207mg，0.46mmol)和MeMgBr(3M在THF中)，获得为类白色固体的25mg(11.7％，0.05mmol)的标题化合物。

¹H-NMR(300MHz,CDCl₃)：δ＝1.29(d,J＝5.9Hz,3H,(CH₃)-CH)，1.75-1.82(m,4H,CH₂-C(O)₂-CH₂)，2.46(q,J＝3.3Hz,3H,-CH₃)，2.80(q,J＝3.3Hz,3H,-CH₃)，3.47(t,J＝7.8Hz,1H,O-CH‘₂)，3.82(bs,2H,(CH₂)₂-N)，4.00(bs,2H,(CH₂)₂-N)，4.09(dd,J＝8.0,5.7Hz，1H,(CH₃)-CH)，4.21-4.32(m,1H,CH-C-CF₃)。

¹³C-NMR(75MHz,CDCl₃)：δ＝16.1(q,J＝5.2Hz)，18.3，19.3(q,J＝5.0Hz)，35.1(br)，36.3(br)，70.8，72.4，106.4，124.3(q,J＝277.5Hz)，126.8，128.2，129.9(q,J＝29.3Hz)，132.2(d,J＝1.1Hz)，143.6，147.6，157.7，169.6。

HRMS(ESI)：m/z[M+H]⁺计算值对于C₁₉H₂₁F₃N₃O₅S：460.1149；实测值：460.1143。

实施例16(2-(4-(环己基甲基)哌嗪-1-基)-5-甲基-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮)

遵循一般步骤，使用PBTZ169(CAS[1377239-83-2])和MeMgCl(3M在THF中)，得到为橙色固体的53mg(24％，0.11mmol)的标题化合物。

¹H-NMR(300MHz,CDCl₃)：δ＝0.80-0.93(m,2H,CH₂-CH₂)，1.09-1.31(m,3H,CH₂-CH₂)，1.40-1.55(m,1H,CH’₂)，1.64-1.78(m,5H,2×CH₂,CH’₂)，2.16(d,J＝7.2Hz,2H,CH₂)，2.49(t,J＝4.9Hz,4H,(CH₂)₂-N)，2.86(d,J＝1.3Hz,3H,CH₃-C)，3.90(bs,4H,(CH₂)₂-N)，8.66(s,1H,CH-C-CF₃)。

¹³C-NMR(75MHz,CDCl₃)：δ＝18.3，26.0，26.7，31.7，35.0，46.9(br)，53.0(br)，65.1，122.8(q,J＝274.8Hz)，124.7(q,J＝6.1Hz)，129.6(q,J＝31.5Hz)，130.2，133.5，141.7，147.1，160.4，169.7。

HRMS(ESI)：m/z[M+H]⁺计算值对于C₂₁H₂₆F₃N₄O₃S：471.1672；实测值：471.1678。

实施例17(2-(4-(环己基甲基)哌嗪-1-基)-7-甲基-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮)

遵循一般步骤，使用PBTZ169(CAS[1377239-83-2])和MeMgCl(3M在1THF中，得到为橙色固体的85mg(39％，0.18mmol)标题化合物。

¹H-NMR(300MHz,CDCl₃)：δ＝0.79-0.92(m,2H,CH₂-CH₂)，1.09-1.31(m,3H,CH₂-CH₂)，1.41-1.58(m,1H,CH’₂)，1.63-1.81(m,5H,2×CH₂,CH’₂)，2.16(d,J＝7.2Hz,2H,CH₂)，2.47-2.53(m,7H,CH₃-C,2×CH₂)，3.72(bs,2H,CH2-N)，4.10(bs,2H,CH₂-N)，8.85(s,1H,CH-C-CF₃)。

¹³C-NMR(75MHz,CDCl₃)：δ＝14.8，26.0，26.7，31.6，34.9，46.7(br)，52.9(br)，65.0，122.4，122.7(q,J＝274.2Hz)，129.5(q,J＝32.1Hz)，129.7(q,J＝5.5Hz)，129.73，134.0，148.5，159.7，166.6。

生物分析步骤

所有的动物实验都在ARTC进行(匈牙利多瑙凯西Aurigon毒理学研究中心(Aurigon Toxicological Research Centre,Dunakeszi,Hungary))。

小型猪血浆样品：小型猪接受口服剂量360mg/kg的BTZ043。施用化合物制剂2小时后采血，立即在冰上冷却，并在4℃和3000rpm下离心，得到血浆等分试样，将其速冻并保存在-80℃。血浆等分试样(50μL)与乙腈(200μL)在冰上及惰性条件下(Don WhitleyScientific,厌氧工作站)混合，涡旋，在超声波浴中处理(3至5秒)，并在4℃和9750rpm下离心。上清液以氮气流浓缩至剩余体积为约40μL，并通过HPLC和LC-HRMS进行分析。

大鼠血浆样品：雌性Wistar接受口服剂量170mg/kg的BTZ043。在异氟烷麻醉下施用化合物制剂2小时后采血(K₃-EDTA)，立即在冰上冷却，并在4℃和3000rpm下离心，得到血浆等分试样，将其速冻并保存在-80℃。血浆等分试样(50μL)与乙腈(200μL)在冰上及惰性条件下(Don Whitley Scientific,厌氧工作站)混合，涡旋，在超声波浴中处理(3至5秒)，并在4℃和9750rpm下离心。上清液以氮气流浓缩至剩余体积为约40μL，并通过HPLC和LC-HRMS进行分析。

新鲜血液测定

人：制备在DMSO中的BTZ043溶液(5mg/mL)，并将1μL该溶液添加至等分的新鲜全血中。混合物在37℃摇动2小时或16小时，并在4℃和3000rpm下离心以得到血浆。血浆样品(60μL)与乙腈(240μL)在冰上混合，涡旋，在超声波浴中处理(3至5秒)，并在4℃和9750rpm下离心。上清液以氮气流浓缩至剩余体积为约40μL，并通过HPLC和LC-HRMS进行分析。

小鼠：在异氟烷麻醉下颈椎脱位后从C57BL/6J小鼠采集新鲜全血。在DMSO中制备测试项目用溶液(5mg/mL)，将0.4μL该溶液添加至400μL新鲜全血中。混合物在37℃温育4小时，并在4℃和3000rpm下离心以得到血浆。血浆样品(50μL)与乙腈(200μL)在冰上混合，涡旋，在超声波浴中处理(3至5秒)，并在4℃和9750rpm下离心。上清液以氮气流浓缩至剩余体积为约40μL，并通过HPLC和LC-HRMS进行分析。

酵母测定：在厌氧条件(Don Whitley Scientific,厌氧工作站)下使新鲜商购面包酵母(200mg，湿质量)悬浮在磷酸钾缓冲液(pH 7.5，100mM)中，并加入BTZ043在DMSO中的溶液(5μL,5mg/mL)。混合物在37℃温育5分钟，在冰上与乙腈(200μL)混合，并在4℃和9750rpm下离心。上清液以氮气流浓缩至剩余体积为约40μL，并通过HPLC进行分析。参见图4。

相对氢化物迈森海默复合物(HMC)形成

安乐死后从C57BL/6J小鼠采集新鲜全血。在DMSO中制备测试项目用溶液(通常10mg/mL，低可溶性化合物更少)，并在惰性条件(Glovebox，＜20ppm O₂)下将0.5μL的各溶液添加至新鲜全血的300μL等分试样中。混合物在37℃温育4小时(750rpm)，并在4℃和3000rpm下离心以得到血浆。在-45℃保存血浆等分试样(25μL)，在不早于LC-HRMS测量前的1.5小时解冻。等分试样即刻与乙腈(75μL，包含2.5μg·mL^-1[D₄]-BTZ043作为内标)在冰上混合，涡旋，并在4℃和16.1krcf下离心。将上清液转移至气封的小瓶中，并通过LC-HRMS进行分析。所有样品均一式两份。氢化物迈森海默复合物(HMC)形成计算为在每个测试项目的各提取离子色谱图中(5ppm窗)的[M+2H+H]⁺峰面积与[M+H]⁺和[M+2H+H]⁺的峰面积的总和的商。在同一测定中相对HMC的形成计算为每种衍生物的HMC形成与BTZ043的HMC形成的商。

刃天青微量滴定测定(REMA)

测定如先前所述进行(Palomino等；Resazurin microtiter assay plate:simpleand inexpensive method for detection of drug resistance in Mycobacterium tuberculosis.Anticrob.Agents.Chemother.46(8),2720-2(2002))。100μl的细菌悬浮液用作每个孔的接种物。在无菌聚苯乙烯96孔的平底板(BD)的每次深化过程中提供100μl的物质工作液的连续2倍稀释液。各板均包括介质的无药生长对照和MTB无菌对照。200微升的无菌水添加至所有的外周孔以避免温育过程中的蒸发。板随后用自粘附薄膜覆盖并在37℃温育。7天后，通过加入30μl新鲜制备的0.02％刃天青溶液(Sigma-Aldrich，德国)对测定结果染色。板在37℃再次温育额外24小时。颜色由蓝色(氧化态)变成品红色(还原态)的变化表明细菌的生长，MIC被定义为阻止这种颜色变化的药物的最低浓度。每批REMA板通过评估MIC的范围(4μg/mL-63pg/mL)得以保证质量。

细胞毒性确定

将测试项目溶解在DMSO中(通常10mg/mL，低可溶性化合物更少)。溶液在RPMI1640介质中稀释。HeLa细胞(DSM ACC 57)在RPMI 1640中生长，并在磷酸盐缓冲盐水(PBS)(包含0.02％的乙二胺四乙酸(EDTA))中使用0.25％胰蛋白酶进行软胰蛋白酶化之后以对数生长期收获。对于各试验，约10,000个细胞由96孔微板的每孔的0.1mL培养介质接种。将HeLa细胞预温育48小时，然后加入测试化合物(最终的DMSO浓度为≤0.5％)，所述化合物在半汇合单层上被仔细稀释。然后在37℃和5％CO₂的加湿气氛中进行温育。附着的HeLa细胞用戊二醛固定，并用0.05％的亚甲蓝溶液染色10分钟。轻柔洗涤后，各孔中染料用0.2mL的0.33N HCl洗脱。在SUNRISE酶标仪(TECAN)中测量660nm处的光密度。

表1中描述了前述生物分析步骤的结果。

PDR＝多耐药(异烟肼和链霉素)；n.d.＝未确定

参考文献

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Claims

1.一种化合物和/或其药学上可接受的盐，所述化合物选自由以下物质组成的组：

(S)-7-甲基-2-(2-甲基-1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4.5]癸烷-8-基)-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(9a)

2-(4-(环己基甲基)哌嗪-1-基)-5-甲基-8-硝基-6-(三氟甲基)-4H-1,3-苯并噻嗪-4-酮(16)。

2.一种药物组合物，所述组合物包含权利要求1所述的化合物和/或其药学上可接受的盐。

3.权利要求1所述的化合物和/或其药学上可接受的盐在制备用于治疗由微生物感染引起的疾病的药物中的用途。

4.如权利要求3所述的用途，其中所述药物用于治疗性或预防性治疗哺乳动物的分枝杆菌感染。

5.如权利要求4所述的用途，其中所述药物用于治疗性或预防性治疗哺乳动物的结核或麻风病感染。

6.权利要求2所述的药物组合物在制备用于治疗由微生物感染引起的疾病的药物中的用途。

7.如权利要求6所述的用途，其中所述药物用于治疗性或预防性治疗哺乳动物的分枝杆菌感染。

8.如权利要求7所述的用途，其中所述药物用于治疗性或预防性治疗哺乳动物的结核或麻风病感染。