新型2-羥乙基苯并[d]異噻唑-3(2H)-酮脂肪酸酯的合成及其抑菌活性

游誠航, 王向輝, 尹學瓊, 楊建新, 林 強

(1. 海南大學 材料與化工學院 海南省精細化工工程技術研究中心,海南 海口 570228; 2. 昆明理工大學環境科學與工程學院,云南 昆明 650093; 3. 海南師范大學 化學與化工學院,海南 海口 571158)

苯并[d]異噻唑類化合物是一類具有廣泛活性的化合物，如抗菌[1,2]，抗真菌[3]，抗HIV[4]，抗血小板凝集[5]，抗精神病[6]等生物活性，因此，苯并[d]異噻唑-3(2H)-酮類化合物被廣泛應用于醫藥開發及工農業領域。Giuseppe Pagani等[7]首次制備了2-羥乙基苯并[d]異噻唑-3(2H)-酮(2);研究顯示2對微生物表現出一定的抑制活性;通過羥基位的結構修飾可以改善2對真菌的抑制活性。

Scheme1

本文以苯并[d]異噻唑-3(2H)-酮(1)為起始原料，與氯乙醇發生取代反應制得2;2與脂肪酸(3a～3i)在DCC(N,N′-二環己基碳二亞胺)及DMAP(二甲氨基吡啶)作用下完成酯化反應合成了九個未見文獻報道的2-[3-氧代苯并[d]異噻唑-2(3H)-基]乙醇脂肪酸酯(4a～4i, Scheme 1),其結構經1H NMR, IR和元素分析表征。初步體外抑菌活性測試結果表明，4對六種實驗菌(白色葡萄球菌,金黃色葡萄球菌,枯草芽孢桿菌,大腸桿菌,銅綠假單胞桿菌和肺炎克雷伯氏菌)均表現出不同程度的抑菌活性，尤其對革蘭氏陽性菌，用藥量32 μg·mL-1時抑菌率在90%以上。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

XT4-100A型顯微熔點儀(溫度未校正);BRUKER AV-400型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑,TMS為內標);Biorad FT 40型紅外光譜儀(KBr壓片);Vario MICRO Cube型元素分析儀;MCR-3型微波反應器。

所用試劑均為化學純或分析純;二氯甲烷使用前經無水處理。

1.2 合成

(1) 2的合成

在反應瓶中加入NaOH 0.8 g的水(25 mL)溶液，攪拌下依次加入11.5 g(10 mmol)和氯乙醇4 mL(60 mmol);置微波反應器中，磁力攪拌，微波(400 W)輻射下于75 ℃反應2 h。減壓蒸除溶劑得黏稠液體，用二氯甲烷(200 mL)溶解,無水硫酸鎂干燥,抽濾,濾液減壓蒸除溶劑，殘余物用混合溶劑[A=V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚)=3 ∶1]重結晶得淡黃色針狀結晶2,產率83.3%, m.p.111 ℃～113 ℃;1H NMRδ: 3.67～3.70(t, 2H, CH2), 3.88～3.91(t, 2H, CH2), 5.06(s,1H, OH), 7.42～7.97(m, 4H, PhH); IRν: 2 914, 1 710, 1 647, 1 421, 1 329, 1 218, 1 052, 743, 684 cm-1。

(2)4a～4i的合成

在圓底燒瓶中加入2 10 mmol,3a～3i12 mmol,催化量DMAP及二氯甲烷20 mL，攪拌使其完全溶解；冰浴冷卻下加入DCC 13 mmol,反應2 h～12 h。過濾,濾液濃縮后經硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶3)分離得4a～4i。

4a: 淡黃色黏稠物,產率63.7%;1H NMRδ: 2.01(s, 3H, CH3), 4.07～4.10(t, 2H, CH2), 4.27～4.30(t, 2H, CH2), 7.43～7.99(m, 4H, ArH); IRν: 3 000, 1 740, 1 658, 1 447, 1 338, 1 228, 1 042, 741, 674 cm-1; Anal.calcd for C11H11NO3S: C 55.79, H 4.38, N 6.19, S 13.32; found C 55.7, H 4.64, N 5.91, S 13.5。

4b: 淡黃色黏稠物,產率90%;1H NMRδ: 0.95～0.99(t, 3H), 2.24～2.30(m, 2H), 4.07～4.10(t, 2H), 4.28～4.30(t, 2H), 7.38～7.96(m, 4H); IRν: 2 890, 1 738, 1 657, 1 448, 1 337, 1 177, 1 082, 741, 674 cm-1; Anal.calcd for C12H13NO3S: C 57.01, H 5.14, N 5.11, S 12.89; found C 57.37, H 5.18, N 5.58, S 12.75。

4c: 淺粉色黏稠物,產率87.2%;1H NMRδ: 0.82～0.85(t, 3H), 1.53～1.57(m, 2H), 2.27～2.31(t, 2H), 4.17～4.17(t, 2H), 4.35～4.38(t, 2H), 7.45～8.03(m, 4H); IRν: 3 963, 1 737, 1 660, 1 449, 1 337, 1 173, 1 081, 741, 673 cm-1; Anal.calcd for C13H15NO3S: C 58.72, H 5.42, N 5.38, S 11.74; found C 58.78, H 5.66, N 5.28, S 12.08。

4d: 淡黃色黏稠物,產率55.6%;1H NMRδ: 0.71～0.74(t, 3H), 1.10～1.19(m, 2H), 1.37～1.45(m, 2H), 4.08～4.10(t, 2H), 4.28～4.31(t, 2H), 7.38～7.96(m, 4H); IRν: 2 958, 1 738, 1 664, 1 449, 1 337, 1 170, 1 107, 742, 674 cm-1; Anal.calcd for C14H17NO3S: C 60.31, H 6.29, N 5.47, S 11.54; found C 60.22, H 6.09, N 5.02, S 11.47。

4e: 淡黃色黏稠物,產率65.2%;1H NMRδ: 0.79～0.82(t, 3H), 1.14～1.21(m, 2H), 1.46～1.53(m, 2H), 2.27～2.31(t, 2H), 4.16～4.18(t, 2H), 4.36～4.39(t, 2H), 7.44～8.02(m, 4H); IRν: 2 955, 2 866, 1 738, 1 664, 1 449, 1 337, 1 167, 1 104, 741, 674 cm-1; Anal.calcd for C15H19NO3S: C 61.57, H 7.07, N 4.63, S 10.61; found C 61.43, H 6.48, N 4.78, S 10.92。

4f: 淡黃色黏稠物,產率62.6%;1H NMRδ: 0.83～0.86(t, 3H), 1.15～1.27(m, 16H), 1.44～1.50(t, 2H), 4.11～4.13(t, 2H), 4.31～4.34(t, 2H), 7.42～7.99(m, 4H); IRν: 2 925, 2 853, 1 740, 1 667, 1 450, 1 336, 1 162, 1 114, 741, 673 cm-1; Anal.calcd for C21H31NO3S: C 67.08, H 8.05, N 3.86, S 8.31; found C 66.84, H 8.22, N 3.71, S 8.49。

4g: 淡黃色蠟狀固體,產率56.5%, m.p.40 ℃～42 ℃;1H NMRδ: 0.83～0.86(t, 3H), 1.14～1.27(m, 20H), 1.45～1.48(m, 2H), 2.25～2.28(t, 2H), 4.09～4.11(t, 2H), 4.29～4.32(t, 2H), 7.41～7.99(m, 4H); IRν: 2 924, 2 853, 1 740, 1 667, 1 449, 1 335, 1 163, 1 114, 740, 673 cm-1; Anal.calcd for C23H35NO3S: C 67.62, H 8.47, N 3.24, S 7.75; found C 68.15, H 8.22, N 3.46, S 7.90。

4h: 淡黃色固體,產率70.1%, m.p.88 ℃～89 ℃;1H NMRδ: 1.81(s, 3H), 4.12～4.14(t, 2H), 4.14～4.38(t, 2H), 5.83～5.87(d, 1H), 6.22～6.29(m, 2H), 7.20～7.22(d, 1H), 7.43～7.88(m, 4H); IRν: 3 326, 2 930, 2 850, 1 720, 1 661, 1 448, 1 330, 1 241, 1 138, 738, 671 cm-1; Anal.calcd for C15H15NO3S: C 62.65, H 5.02, N 4.85, S 11.19; found C 62.28, H 5.19, N 4.84, S 11.07。

4i: 淺黃色固體,產率80.7%, m.p.73 ℃～74 ℃;1H NMR : 4.13～4.16(t, 2H), 4.39(s, 2H), 4.42～4.45(t, 2H), 7.44～8.00(m, 4H); IR : 3 114, 3 000, 1 758, 1 643, 1 416, 1 343, 1 169, 1 020, 744, 675 cm-1; Anal.calcd for C11H10NO3SCl: C 48.51, H 3.75, N 4.91, S 11.51; found C 48.62, H 3.68, N 5.16, S 11.79。

1.3 體外抑菌活性測試

4的抑菌實驗采用生長速率法[8～11]。配制c分別為100 mg·L-1和 50 mg·L-1的藥液，對革蘭氏陽性菌(白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌)及革蘭氏陰性菌(大腸桿菌、銅綠假單胞桿菌、肺炎克雷伯氏菌)進行抑菌實驗(在牛肉膏培養基中于35 ℃培養48 h)，通過觀察4對這四種菌的生長抑制能力判斷其抑菌效果，根據菌斑直徑計算抑菌率。

表 1 4的體外抑菌活性*Table 1 In vitro anti-bacterial activities of 4

*革蘭氏陽性菌: A白色葡萄球菌, B金黃色葡萄球菌, C枯草芽孢桿菌; 革蘭氏陰性菌: D大腸桿菌, E銅綠假單胞桿菌, F肺炎克雷伯氏菌

2 結果與討論

4的體外抑菌活性測試結果見表1。從表1可以看出，4對6種實驗菌均有不同程度的抑制效果，且抑菌效果對革蘭性陽性菌和革蘭性陰性菌有一定的選擇性。對于革蘭氏陽性菌，4的用藥劑量為32 μg·mL-1時，具有非常好的抑菌效果，大部分4對金色葡萄球菌和金黃色葡萄球菌在32 μg·mL-1時抑菌率均在90%以上。4的用藥量為128 μg·mL-1時對三種革蘭氏陰性菌的抑制率在20.00%～92.70%。4對革蘭性陽性菌的抑制作用明顯優于對革蘭性陰性菌的抑制作用。

從對革蘭氏陰性菌的抑菌率數據中可以看出，在相同濃度下，化合物的抑菌活性隨著取代鏈的增長而呈現一種下降的趨勢，用藥量為128 μg·mL-1時，3a對三種菌的抑菌可分別達到92.37%， 50.38%和91.98%，而3g的抑菌率則分別為20.04%， 23.58%和44.55%，表明此類化合物的抑菌活性可能與化合物的極性及脂水分配系數存在一定的相關性；從3e和3h的抑菌率數據可以看出，在此類化合物中引入雙鍵可以在一定程度上改善抑菌活性；從3a和3i的抑菌率數據可以看出，引入氯，對于抑菌活性沒有明顯的作用，甚至還會使抑菌活性降低，這可能與引入氯原子后改變了化合物極性和脂水分配系數有關。

3 結論

本文以苯并[d]異噻唑-3(2H)-酮為原料，通過兩步反應，合成了九個化合物——2-[3-氧代苯并[d]異噻唑-2(3H)-基]乙醇脂肪酸酯(4a～4i)，通過1H NMR, IR, 元素分析等方法確證了其結構，并通過體外抑菌實驗對4進行了抑菌活性測試。

抑菌活性測試結果表明，4a～4i對選用的六種實驗菌均有較好的抑菌效果，尤其對于革蘭性陽性菌，在用藥量為32 μg·mL-1時就具有非常好的抑菌效果，且絕大部分4在用藥量為32 μg·mL-1時的抑菌率均在90%以上。

因此,2-羥乙基苯并[d]異噻唑-3(2H)-酮脂肪酸酯類化合物可作為新型的抑菌劑進行進一步的開發與應用，尤其是可應用于選擇性抑制革蘭氏陽性菌。

致謝:感謝海南大學分析測試中心在分析測試方面的支持與幫助！

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