新型咔唑橋聯雙咪唑鹽的合成、表征及抑菌活性

羅杰偉, 趙 波, 張仕祿, 劉 軍

(川北醫學院 基礎醫學院，四川 南充 637000)

雜環卡賓(NHCs)是環狀的卡賓，主要由咪唑鹽的去質子化制得。由于咪唑上鄰近的兩個N的Pπ-Pπ供電子作用，使得N-雜環卡賓中卡賓碳很穩定。不同于傳統的卡賓，N-雜環卡賓是富電子、中性的σ-供電子配體，是一種強的親核試劑，其一般與主族或者過渡金屬元素相連，比磷化合物具有更好地穩定性[1-3]。N-雜環卡賓是在20世紀50年代由 Skell 首次發現的，它是金屬配位化合物的常見配體,自從Arduengo等發現穩定的N-雜環卡賓(NHC)以來，N-雜環卡賓(NHCs)已成為有機金屬化學中一類非常重要的配體[4-6]。近年來,大量含咪唑的配體如二咪唑、三咪唑和四咪唑類化合物已被廣泛制備，并且此類化合物在研究、發展及應用等方面越來越活躍[7-12]。但是含有咔唑的N-雜環卡賓咪唑鹽很少報道[13-15]。因此,本文以咔唑為橋聯基團，合成了兩個新型的N-雜環卡賓前體(Scheme 1)。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

XT-4型雙目顯微熔點測定儀(溫度計未校正)；Bruker Avance 400 MHz型核磁共振儀；Bruker SMART 1000 CCD型X-射線單晶衍射儀。

Scheme 1

所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 9-乙基咔唑(1)的合成

稱取咔唑5.1 g(30.5 mmol)溶解于34 mL無水THF中，分批次加入氫化鈉1.67 g(41.8mmol)作為備用液；再稱取溴乙烷10.9 g(100 mmol)，溶解于84 mL無水THF中，加熱到70 ℃后滴加上述備用液，回流48 h，冷卻，減壓除去溶劑，依次用二氯甲烷和水洗滌，甲醇重結晶得黃色固體(1) 5.12 g，產率86%， m.p.68 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 1.44～1.47(t,J=6.0 Hz, 3H), 4.37～4.42(m, 2H), 7.24～7.27(m, 2H), 7.42～7.44(d,J=8 Hz, H), 7.48～7.51(m, 2H), 8.12～8.14(m, 2H)。

(2) 3,6-二碘-9-乙基咔唑(2)的合成

依次稱取9-乙基咔唑5 g(25.64 mmol)和KI 5.1 g(30.7 mmol)，溶解于50 mL冰醋酸中，加熱至85 ℃，將KIO36.6 g(30.8 mmol)分批次加入到體系中，繼續反應8 h，冷卻，攪拌下將母液倒入冰水浴中，析出固體，抽濾，飽和亞硫酸氫鈉溶液洗滌，純化得白色固體(2) 8.48 g，產率74%， m.p.154 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ: 1.38～1.42(t,J=7.2 Hz, 3H), 4.27～4.36(m, 2H), 7.17～7.19(t,J=4.0 Hz, 2H), 7.71～7.73(m, 2H), 8.33～8.34(m, 2H)。

(3) 3,6-雙咪唑-9-乙基咔唑(3)的合成

稱取CuI 2.7 g(14.1 mmol)和鄰菲羅啉6 g(33.3 mmol) 溶解于10 mL DMF中， 120 ℃反應10 min，冷卻至室溫，依次加入叔丁醇鉀10.1 g(90 mmol)，咪唑6.1 g(89.6 mmol)，少量的18-冠-6，3,6-二碘-9-乙基咔唑5 g(11.2 mmol)，140 ℃反應48 h，冷卻，依次用二氯甲烷和水洗滌，干燥，抽濾，減壓除去溶劑，乙酸乙酯重結晶得黃色固體(3) 2.3 g，產率63%， m.p.167 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ:1.32～1.35(t,J=6.0 Hz, 3H), 4.51～4.54(m, 2H), 7.15(s, 1H), 7.74～7.81(m, 6H), 8.23(s, 2H), 8.48～8.49(s, 2H)。

(4) 配體L的合成

稱取3,6-雙咪唑-9-乙基咔唑2 g(6.1 mmol)溶解于50 mL無水THF中，依次加入氯乙酰苯胺2.067 g (12.2 mmol)和少量KI，回流反應48 h，冷卻，抽濾，THF洗滌，干燥得白色固體(L) 2.97 g，產率73%， m.p.196 ℃;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 1.34～1.38 (t,J=7 Hz, 3H),4.61～4.63(m, 2H), 5.40(s, 4H), 7.08～7.12(t,J=7.4 Hz), 7.32～7.36(t,J=7.6Hz), 7.63～7.65(d,J=8 Hz), 7.93～7.95(m, 2H), 8.01～8.07(t,J=8.8 Hz), 8.37(s, 2H), 8.75～8.76(d,J=4 Hz),9.93(s, 2H), 10.95(s, 2H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 14.16, 25.50, 51.97, 67.38, 111.73, 115.66, 119.61, 121.53, 121.81, 122.45, 124.32, 125.27, 127.66, 129.33, 137.06, 138.68, 140.81,163.88。

表1 M的幾何氫鍵參數

(5) 配體M的合成

稱取3,6-雙咪唑-9-乙基咔唑2 g(6.1 mmol)溶解于50 mL無水THF中，依次加入溴乙烷1.32 9 g(12.2 mmol)和少量KI，回流反應48 h，冷卻，抽濾，THF洗滌后再加入六氟磷酸銨1.989 g(12.2 mmol)，繼續反應24 h，抽濾，得白色固體(M)3.56 g，產率68%， m.p.186 ℃；1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 1.34～1.37 (t,J=7 Hz, 3H), 1.52～1.60 (t,J=7.4 Hz, 6H), 4.29～4.35(m, 4H), 4.60～4.65(m, 2H), 7.91～7.93(m, 2H), 8.01～8.03 (d,J=8 Hz, 2H), 8.06～8.07 (t,J=1.8 Hz), 8.28～8.29 (t,J=2 Hz, 1.6 Hz, 2H), 8.60～8.61(d,J=4 Hz), 9.75(s, 2H)。

1.3 晶體結構

采用SHEIXTL-97程序通過最小二乘法定義直接法解析晶體結構，氫原子坐標經差值Fourier合成得到，非氫原子坐標由直接法得到。M的晶體參數解析由SAINT5.0和SHELXTXL-97程序完成(表1)。

2 結果與討論

2.1 M的晶體結構

單晶衍射顯示M屬于單斜晶系、P2(1)/n空間群，一個晶體不對稱單元包含兩個陽離子和4個陰離子。在圖1中，每個咪唑陽離子周圍都有兩個六氟磷酸根離子。咔唑環與(N4—N5—C18—C19—C20)和(N1—N2—C3—C4—C5)之間夾角分為28.12°和46.57°, 晶體中有C—H—F氫鍵和π…π非共價鍵相互作用，相鄰分子之間依靠氫鍵和咔唑環平面之間π…π堆積作用有序構成超分子結構。

圖1M的晶體結構

表2 M的晶體學數據

表3 L和M的抑菌性

2.2 抑菌活性

金黃色葡萄球菌和大腸桿菌菌種活化后，將其接種LB培養基，37 ℃震蕩培養18 h備用。配合物L和M分別溶于DMSO中配成溶液，用DMSO倍比稀釋成5個濃度梯度(200、 150、 100、 50和25)。取培養菌液1 μL加入1 mL無菌培養液中稀釋，將10 μL稀釋混勻菌液分別與200 μL上述藥液混勻，鋪于LB固體平板上，靜止24 h。同時設置咪唑對照組，當咪唑質量濃度為20.0 mg/mL,對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌抑菌圈直徑為6.0 mm。配合物L和M抑菌結果如表3所示。由表3可見，L對兩種細菌均有一定的抑菌作用，且隨藥液濃度降低，抑菌作用降低；且對金黃色葡萄球菌的抑菌作用明顯強于大腸桿菌。M對兩種細菌也有抑菌作用，但抑菌效果差別不大。L對兩種細菌抑菌效果強于M，可能是L中咪唑環連接乙酰苯胺基團增強了抑菌效果。

合成了兩個新型N-雜環卡賓前體3,6-雙(3′-N-苯基-2-乙酰胺咪唑)-9-乙基咔唑二氯化物(L)和3,6-雙(3′-乙基咪唑)六氟磷酸鹽(M)，并對其結構進行了表征。抑菌試驗顯示咪唑鹽L對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌抑菌效果強于咪唑鹽M。