CN112480099A - 1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体及其制备方法和应用 - Google Patents

1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体及其制备方法和应用 Download PDF

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CN112480099A CN202011531519.4A CN202011531519A CN112480099A CN 112480099 A CN112480099 A CN 112480099A CN 202011531519 A CN202011531519 A CN 202011531519A CN 112480099 A CN112480099 A CN 112480099A
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Abstract

本发明公开了一种1,3,4‑恶二唑‑环丙沙星杂合体及其制备方法和应用，所述的1,3,4‑恶二唑‑环丙沙星杂合体的结构式如式(II)所示。本发明通过在环丙沙星C‑7位哌嗪基的氮原子上引入抗菌药效团中间体(I)，设计合成了一系列全新结构的1,3,4‑恶二唑‑环丙沙星杂合体，其制备方法为：以酰肼类化合物和氯乙酰氯为原料，消去反应得到前体化合物，前体化合物在三氯氧磷存在条件下，闭环反应得到中间体(I)，中间体(I)与环丙沙星反应，制得1,3,4‑恶二唑‑环丙沙星杂合体(II)。该类杂合体呈现出抗菌活性，尤其是对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌有很好的抗菌活性，可作为抗菌候选化合物。

Description

1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于抗菌技术领域，涉及一种抗菌药物，具体涉及一种新结构的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体及其制备方法和应用。
背景技术
经过50余年的发展，氟喹诺酮类药物已成为继头孢菌素之后目前临床上使用最为广泛的一类广谱、高效、低毒性的一线抗感染化疗药物。然而，随着这类药物的广泛使用甚至滥用，细菌耐药性逐年增加，已成为世界范围的棘手问题。因此，研究开发对耐药菌有效的新型氟喹诺酮类抗菌意义重大。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种抗菌类1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体或其药学上可接受的盐。
本发明在前期抗菌药物研究基础上，结合现代药物设计理论及有机合成实验技术，对氟喹诺酮类药物中的环丙沙星进行改造，在环丙沙星C-7位哌嗪基的氮原子上引入抗菌药效团中间体(I)，设计合成了一系列全新结构的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体，并进行抗菌活性研究。
所述的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体的结构式如式(II)所示：
Figure BDA0002852236010000021
其中，R自选
Figure BDA0002852236010000022
本发明的第二个目的是提供一种制备上述的结构式如式(II)所示的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体的方法，该制备方法以酰肼类化合物和氯乙酰氯为原料，消去反应得到前体化合物，前体化合物在三氯氧磷存在条件下，闭环反应得到中间体(I)，中间体(I)与环丙沙星反应，制得1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体(II)，其合成反应式为：
Figure BDA0002852236010000023
其制备步骤为：以酰肼类化合物和氯乙酰氯为原料，消去反应得到前体化合物，前体化合物在三氯氧磷存在条件下，闭环反应得到中间体(I)；将中间体(I)、环丙沙星、碳酸钾、碘化钾和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)加入反应器中，搅拌反应(室温下搅拌反应12h)，反应完毕，过滤，收集滤渣，得到目标产物(II)，即1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体。
上述中间体(I)的结构式如式(I)所示：
Figure BDA0002852236010000024
Figure BDA0002852236010000031
其中，R选自
Figure BDA0002852236010000032
收率在10％～47％。
优选，所述的以酰肼类化合物和氯乙酰氯为原料，消去反应得到前体化合物，前体化合物在三氯氧磷存在条件下，闭环反应得到中间体(I)具体为：将酰肼类化合物、氯乙酰氯和乙酸乙酯加入反应器中，搅拌反应，反应完毕，过滤，风干，得到前体化合物，所述的酰肼类化合物和氯乙酰氯的物质的量的比为1:1.2；将的前体化合物、三氯氧磷和乙腈加入反应器中，加热搅拌反应，反应完毕，减压浓缩去除乙腈，加入乙酸乙酯溶解，洗涤后干燥，得到中间体(I)，所述的前体化合物和三氯氧磷的物质的量的比为2.4:4.7。
优选，所述的酰肼类化合物为呋喃-2-甲酰肼、3-羟基苯甲酰肼、4-羟基苯甲酰肼或2-羟基苯甲酰肼。
优选，所述的中间体(I)、环丙沙星、碳酸钾和碘化钾的物质的量的比为1:1:3.6:0.25。
优选，所述的加热搅拌反应为70℃下搅拌反应10-20h。
本发明的第三个目的是提供上述的结构式如式(II)所示的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体或其药学上可接受的盐在制备抗菌药物中的应用。
优选，所述的抗菌药物为抗金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和/或铜绿假单胞菌药物。
本发明的第四个目的是提供一种抗菌药物，该抗菌药物含有上述的结构式如式(II)所示的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体或其药学上可接受的盐作为活性成分。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明根据现代药物设计理论及有机合成实验技术，对氟喹诺酮类药物中的环丙沙星进行改造，设计合成了一系列全新结构的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体，并进行了抗菌活性研究。研究结果表明：这类结构新颖的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌有显著抗菌活性。一些目标物对金黄色葡萄球菌有显著抗菌作用，优于对照药环丙沙星，可作为抗菌候选化合物研究。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1
1-环丙基-6-氟-7-(4-((5-(呋喃-2-基)-1,3,4-恶二唑-2-基)甲基)哌嗪-1-基)-4-氧基-1,4-二氢喹啉-3-羧酸(IIa)的制备步骤：
Figure BDA0002852236010000041
将8.0mmol的呋喃-2-甲酰肼、9.6mmol氯乙酰氯、30mL乙酸乙酯加入100mL烧瓶中，室温下搅拌反应3小时，反应完毕，过滤，风干，得到前体化合物。将4.8mmol的前体化合物、9.4mmol三氯氧磷、20mL乙腈加入100mL烧瓶中，70℃下搅拌反应20小时，反应完毕，减压浓缩去除乙腈，加入25mL乙酸乙酯溶解，依次用等体积的水、饱和碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠溶液萃取，有机相用无水硫酸钠干燥后，减压旋干，得到中间体Ia，即2-(氯甲基)-5-(呋喃-2-基)-1,3,4-恶二唑。
将1.0mmol的中间体Ia 2-(氯甲基)-5-(呋喃-2-基)-1,3,4-恶二唑、1.0mmol环丙沙星、3.6mmol碳酸钾、0.25mmol碘化钾、10mL N,N-二甲基甲酰胺加入100mL烧瓶中，室温下搅拌反应12小时，反应完毕，过滤，收集滤渣用硅胶柱层析(300-400目)纯化(流动相为甲醇:二氯甲烷体积比为1:20)，最后得到目标产物(IIa)，收率11％。1H NMR(400MHz,DMSO)δ15.23(s,1H,-COOH),8.67(s,1H,quinoline),8.06(s,1H,furanyl),7.93and 7.90(d,J＝12Hz,1H,quinoline),7.59and 7.57(d,J＝8Hz,1H,quinoline),7.38and 7.37(d,J＝4Hz,1H,furanyl),6.81(m,1H,furanyl),4.01(s,2H,-CH2-),3.82(s,1H,cyclopropyl),3.38(s,4H,piperazinyl),2.77(s,4H,piperazinyl),1.32and 1.31(d,J＝4Hz,2H,cyclopropyl),1.18(s,2H,cyclopropyl)。ESI-MS m/z:514.1[M-H+2H2O]-。
实施例2
1-环丙基-6-氟-7-(4-((5-(3-羟基苯基)-1,3,4-恶二唑-2-基)甲基)哌嗪-1-基)-4-氧基-1,4-二氢喹啉-3-羧酸(IIb)的制备步骤：
Figure BDA0002852236010000051
将8.0mmol的3-羟基苯甲酰肼、9.6mmol氯乙酰氯、30mL乙酸乙酯加入100mL烧瓶中，室温下搅拌反应3小时，反应完毕，过滤，风干，得到前体化合物。将4.8mmol的前体化合物、9.4mmol三氯氧磷、20mL乙腈加入100mL烧瓶中，70℃下搅拌反应12小时，反应完毕，减压浓缩去除乙腈，加入25mL乙酸乙酯溶解，依次用等体积的水、饱和碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠溶液萃取，有机相用无水硫酸钠干燥后，减压旋干，得到中间体Ib，即3-(5-(氯甲基)-1,3,4-恶二唑-2-基)苯酚。
将1.0mmol的中间体Ib 3-(5-(氯甲基)-1,3,4-恶二唑-2-基)苯酚、1.0mmol环丙沙星、3.6mmol碳酸钾、0.25mmol碘化钾、10mL N,N-二甲基甲酰胺加入100mL烧瓶中，室温下搅拌反应12小时，反应完毕，过滤，收集滤渣用硅胶柱层析(300-400目)纯化(流动相为甲醇:二氯甲烷体积比为1:10)，得到目标产物(IIb)，收率12％。1H NMR(400MHz,DMSO)δ15.21(s,1H,-COOH),9.99(s,1H,-OH),8.67(s,1H,quinoline),7.93and 7.90(d,J＝12Hz,1H,quinoline),7.59and 7.57(d,J＝8Hz,1H,quinoline),7.44and 7.41(d,J＝12Hz,3H,phenyl),7.03and 7.02(d,J＝4Hz,1H,phenyl),4.02(s,2H,-CH2-),3.82(s,1H,cyclopropyl),3.38(s,4H,piperazinyl),2.80(s,4H,piperazinyl),1.32and 1.31(d,J＝4Hz,2H,cyclopropyl),1.18(s,2H,cyclopropyl)。ESI-MS m/z:504.2[M-H]-。
实施例3
1-环丙基-6-氟-7-(4-((5-(4-羟基苯基)-1,3,4-恶二唑-2-基)甲基)哌嗪-1-基)-4-氧基-1,4-二氢喹啉-3-羧酸(IIc)的制备步骤：
Figure BDA0002852236010000061
将8.0mmol的4-羟基苯甲酰肼、9.6mmol氯乙酰氯、30mL乙酸乙酯加入100mL烧瓶中，室温下搅拌反应3小时，反应完毕，过滤，风干，得到前体化合物。将4.8mmol的前体化合物、9.4mmol三氯氧磷、20mL乙腈加入100mL烧瓶中，70℃下搅拌反应20小时，反应完毕，减压浓缩去除乙腈，加入25mL乙酸乙酯溶解，依次用等体积的水、饱和碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠溶液萃取，有机相用无水硫酸钠干燥后，减压旋干，得到中间体Ic，即4-(5-(氯甲基)-1,3,4-恶二唑-2-基)苯酚。
将1.0mmol的中间体Ic 4-(5-(氯甲基)-1,3,4-恶二唑-2-基)苯酚、1.0mmol环丙沙星、3.6mmol碳酸钾、0.25mmol碘化钾、10mL N,N-二甲基甲酰胺加入100mL烧瓶中，室温下搅拌反应12小时，反应完毕，过滤，收集滤渣用硅胶柱层析(300-400目)纯化(流动相为甲醇:二氯甲烷体积比为1:10)，得到目标产物(IIc)，收率47％。1H NMR(400MHz,DMSO)δ15.20(s,1H,-COOH),10.33(s,1H,-OH),8.66(s,1H,quinoline),7.92and 7.89(d,J＝12Hz,1H,quinoline),7.86and 7.84(d,J＝8Hz,2H,phenyl),7.59and 7.57(d,J＝8Hz,1H,quinoline),6.97and 6.95(d,J＝8Hz,2H,phenyl),4.03(s,2H,-CH2-),3.82(s,1H,cyclopropyl),3.38(s,4H,piperazinyl),2.81(s,4H,piperazinyl),1.32and 1.31(d,J＝4Hz,2H,cyclopropyl),1.18(s,2H,cyclopropyl)。ESI-MS m/z:504.2[M-H]-。
实施例4
1-环丙基-6-氟-7-(4-((5-(2-羟基苯基)-1,3,4-恶二唑-2-基)甲基)哌嗪-1-基)-4-氧基-1,4-二氢喹啉-3-羧酸(IId)的制备步骤：
Figure BDA0002852236010000071
将8.0mmol的2-羟基苯甲酰肼、9.6mmol氯乙酰氯、30mL乙酸乙酯加入100mL烧瓶中，室温下搅拌反应3小时，反应完毕，过滤，风干，得到前体化合物。将4.8mmol的前体化合物、9.4mmol三氯氧磷、20mL乙腈加入100mL烧瓶中，70℃下搅拌反应10小时，反应完毕，减压浓缩去除乙腈，加入25mL乙酸乙酯溶解，依次用等体积的水、饱和碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠溶液萃取，有机相用无水硫酸钠干燥后，减压旋干，过硅胶柱(300-400目)纯化(流动相为乙酸乙酯:石油醚体积比为1:1)，得到中间体Id，即2-(5-(氯甲基)-1,3,4-恶二唑-2-基)苯酚。
将1.0mmol的中间体Id 2-(5-(氯甲基)-1,3,4-恶二唑-2-基)苯酚、1.0mmol环丙沙星、3.6mmol碳酸钾、0.25mmol碘化钾、10mL N,N-二甲基甲酰胺加入100mL烧瓶中，室温下搅拌反应12小时，反应完毕，过滤，收集滤渣用硅胶柱层析(300-400目)纯化(流动相为甲醇:二氯甲烷体积比为1:20)，最后得到目标产物(IId)，收率10％。1H NMR(400MHz,DMSO)δ15.21(s,1H,-COOH),10.28(s,1H,-OH),8.67(s,1H,quinoline),7.94and 7.90(d,J＝16Hz,1H,quinoline),7.80and 7.78(d,J＝8Hz,1H,phenyl),7.59and 7.58(d,J＝4Hz,1H,quinoline),7.50,7.48,7.46(t,1H,phenyl),7.11and 7.09(d,J＝8Hz,1H,phenyl),7.05,7.03,7.01(t,1H,phenyl),4.04(s,2H,-CH2-),3.82(s,1H,cyclopropyl),3.38(s,4H,piperazinyl),2.81(s,4H,piperazinyl),1.32and 1.31(d,J＝4Hz,2H,cyclopropyl),1.18(s,2H,cyclopropyl)。ESI-MS m/z:540.1[M-H+2H2O]-。
实施例5
1-环丙基-6-氟-7-(4-((5-(4-三氟甲基苯基)-1,3,4-恶二唑-2-基)甲基)哌嗪-1-基)-4-氧基-1,4-二氢喹啉-3-羧酸(IIe)的制备步骤：
Figure BDA0002852236010000091
将8.0mmol的4-三氟甲基苯甲酰肼、9.6mmol氯乙酰氯、30mL乙酸乙酯加入100mL烧瓶中，室温下搅拌反应3小时，反应完毕，过滤，风干，得到前体化合物。将4.8mmol的前体化合物、9.4mmol三氯氧磷、20mL乙腈加入100mL烧瓶中，70℃下搅拌反应20小时，反应完毕，减压浓缩去除乙腈，加入25mL乙酸乙酯溶解，依次用等体积的水、饱和碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠溶液萃取，有机相用无水硫酸钠干燥后，减压旋干，得到中间体Ie，即2-(氯甲基)-5-(4-三氟甲基苯基)-1,3,4-恶二唑。
将1.0mmol的中间体Ie 2-(氯甲基)-5-(4-三氟甲基苯基)-1,3,4-恶二唑、1.0mmol环丙沙星、3.6mmol碳酸钾、0.25mmol碘化钾、10mL N,N-二甲基甲酰胺加入100mL烧瓶中，室温下搅拌反应12小时，反应完毕，过滤，收集滤渣用硅胶柱层析(300-400目)纯化(流动相为甲醇:二氯甲烷体积比为1:20)，得到目标产物(IIe)，收率47％。1H NMR(400MHz,DMSO)δ15.21(s,1H,-COOH),8.67(s,1H,quinoline),8.26and 8.24(d,J＝8Hz,2H,phenyl),8.02and 8.00(d,J＝8Hz,2H,phenyl),7.94and 7.91(d,J＝12Hz,1H,quinoline),7.60and 7.58(d,J＝8Hz,1H,quinoline),4.07(s,2H,-CH2-),3.83(s,1H,cyclopropyl),3.38(s,4H,piperazinyl),2.82(s,4H,piperazinyl),1.34and 1.31(d,J＝12Hz,2H,cyclopropyl),1.18(s,2H,cyclopropyl)。ESI-MS m/z:556.2[M-H]-。
实施例6
目标化合物的抗菌活性测试：
以环丙沙星(ciprofloxacin)为对照药物，采用微量稀释法测定目标物的MIC，测定目标化合物(实施例1-5制备的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体)对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus ATCC 6538P)、大肠杆菌(Escherichia coli ATCC 8739)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027)的抗菌活性。
微量稀释法实验步骤如下：
在96孔板的第1列加入200μL浓度为128μg/mL的待测样(环丙沙星以及实施例1-5制备的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体)，第2-12列分别加入100μL MH肉汤，然后从第1列取100μL加入到第2列混合，再从第2列取100μL加入到第3列混合，依次类推，最后从第9列取100μL加入到第10列混合后取出100μL多余的液体丢弃。取100μL浓度为106cfu/mL的菌液加入第1-11列每孔中，取100μL MH肉汤加入第12列每孔中，最终每孔的体积都为200μL，第1-10列待测样浓度依次为64、32、16、8、4、2、1、0.5、0.25、0.125μg/mL，第11列为加菌不加药(阳性生长对照)，第12列为不加菌不加药(无菌对照)。每个待测样做三个重复。将96孔板在35℃烘箱中培养24小时后，用酶标仪测OD600值，OD600值接近无菌对照的孔的浓度为最低抑菌浓度MIC。
结果显示：
(1)环丙沙星对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌的MIC分别为0.5μg/mL、≤0.125μg/mL、≤0.125μg/mL。
(2)1-环丙基-6-氟-7-(4-((5-(呋喃-2-基)-1,3,4-恶二唑-2-基)甲基)哌嗪-1-基)-4-氧基-1,4-二氢喹啉-3-羧酸(IIa)对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌的MIC分别为1μg/mL、8μg/mL、>64μg/mL。
(3)1-环丙基-6-氟-7-(4-((5-(3-羟基苯基)-1,3,4-恶二唑-2-基)甲基)哌嗪-1-基)-4-氧基-1,4-二氢喹啉-3-羧酸(IIb)对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌的MIC分别为≤0.125μg/mL、0.25μg/mL、2μg/mL；对金黄色葡萄球菌的抑菌作用优于对照药环丙沙星。
(4)1-环丙基-6-氟-7-(4-((5-(4-羟基苯基)-1,3,4-恶二唑-2-基)甲基)哌嗪-1-基)-4-氧基-1,4-二氢喹啉-3-羧酸(IIc)对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌的MIC分别为≤0.125μg/mL、0.25μg/mL、4μg/mL；对金黄色葡萄球菌的抑菌作用优于对照药环丙沙星。
(5)1-环丙基-6-氟-7-(4-((5-(2-羟基苯基)-1,3,4-恶二唑-2-基)甲基)哌嗪-1-基)-4-氧基-1,4-二氢喹啉-3-羧酸(IId)对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌的MIC分别为≤0.125μg/mL、1μg/mL、8μg/mL；对金黄色葡萄球菌的抑菌作用优于对照药环丙沙星。
(6)1-环丙基-6-氟-7-(4-((5-(4-三氟甲基苯基)-1,3,4-恶二唑-2-基)甲基)哌嗪-1-基)-4-氧基-1,4-二氢喹啉-3-羧酸(IIe)对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌的MIC分别为0.5μg/mL、4μg/mL、64μg/mL；对金黄色葡萄球菌的抑菌作用与对照药环丙沙星相当。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体或其药学上可接受的盐，其结构式如式(II)所示：
Figure FDA0002852236000000011
其中，R选自
Figure FDA0002852236000000012
2.一种权利要求1所述的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以酰肼类化合物和氯乙酰氯为原料，消去反应得到前体化合物，前体化合物在三氯氧磷存在条件下，闭环反应得到中间体(I)；将中间体(I)、环丙沙星、碳酸钾、碘化钾和N,N-二甲基甲酰胺加入反应器中，搅拌反应，反应完毕，过滤，收集滤渣，得到权利要求1所述的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体。
3.根据权利要求2所述的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体的制备方法，其特征在于，所述的以酰肼类化合物和氯乙酰氯为原料，消去反应得到前体化合物，前体化合物在三氯氧磷存在条件下，闭环反应得到中间体(I)具体为：将酰肼类化合物、氯乙酰氯和乙酸乙酯加入反应器中，搅拌反应，反应完毕，过滤，风干，得到前体化合物，所述的酰肼类化合物和氯乙酰氯的物质的量的比为1:1.2；将的前体化合物、三氯氧磷和乙腈加入反应器中，加热搅拌反应，反应完毕，减压浓缩去除乙腈，加入乙酸乙酯溶解，洗涤后干燥，得到中间体(I)，所述的前体化合物和三氯氧磷的物质的量的比为2.4:4.7。
4.根据权利要求2或3所述的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体的制备方法，其特征在于，所述的酰肼类化合物为呋喃-2-甲酰肼、3-羟基苯甲酰肼、4-羟基苯甲酰肼或2-羟基苯甲酰肼。
5.根据权利要求2或3所述的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体的制备方法，其特征在于，所述的中间体(I)、环丙沙星、碳酸钾和碘化钾的物质的量的比为1:1:3.6:0.25。
6.根据权利要求3所述的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体的制备方法，其特征在于，所述的加热搅拌反应为70℃下搅拌反应10-20h。
7.权利要求1所述的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体或其药学上可接受的盐在制备抗菌药物中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的抗菌药物为抗金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和/或铜绿假单胞菌药物。
9.一种抗菌药物，其特征在于，含有权利要求1所述的1,3,4-恶二唑-环丙沙星杂合体或其药学上可接受的盐作为活性成分。
10.根据权利要求9所述的抗菌药物，其特征在于，所述的抗菌药物为抗金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和/或铜绿假单胞菌药物。
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