新型咪唑類化合物的合成及其相關(guān)抗微生物研究.pdf

1、咪唑環(huán)是一類重要的高極性雙氮五元芳香雜環(huán)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征有利于其衍生物與生物體系中的多種酶和受體發(fā)生相互作用，從而表現(xiàn)出廣泛的生物活性。咪唑環(huán)在人體代謝活性物質(zhì)中的普遍存在表明它對發(fā)揮生物生理活性起著不可或缺的作用。咪唑類化合物特殊的生理性能和在生命過程中的重要角色，使得基于咪唑的藥物化學(xué)領(lǐng)域受到了特別的關(guān)注。首先咪唑環(huán)的引入有利于提高化合物水溶性。其次作為三唑、噁唑、吡唑、噻唑、四唑、酰胺等的重要生物電子等排體，咪唑環(huán)被廣泛應(yīng)用于各

2、種生物活性分子的結(jié)構(gòu)修飾改造，在藥物化學(xué)領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α｀Z酮是一類重要的以拓?fù)洚悩?gòu)酶為靶點(diǎn)的合成抗菌類藥物，在藥物開發(fā)中發(fā)揮著重要的作用，相關(guān)工作眾多，且已取得豐碩的研究成果。然而，隨著近些年來喹諾酮類抗感染藥物在臨床上的廣泛使用甚至濫用導(dǎo)致全球性的耐藥菌株頻發(fā)，嚴(yán)重危及人類健康，因此研發(fā)新型抗耐藥性的抗菌藥物迫在眉睫。大量文獻(xiàn)表明基于喹諾酮的結(jié)構(gòu)修飾改造是研發(fā)新型、高效、抗耐藥性強(qiáng)抗菌藥的有效途徑之一。鑒于此，基于咪唑類化合

3、物在國內(nèi)外抗菌領(lǐng)域的研究與開發(fā)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)合成了一系列新型的喹諾酮咪唑類抗菌化合物，探索了目標(biāo)化合物的制備方法與條件，并對其進(jìn)行了體外抗菌活性以及構(gòu)效關(guān)系的研究，還對高活性的目標(biāo)分子進(jìn)行了細(xì)胞毒性和人血清白蛋白的體外運(yùn)輸研究，同時還探究了高活性低毒的目標(biāo)分子的抗菌作用機(jī)制，主要工作總結(jié)如下：
　　(1)新型喹諾酮咪唑類化合物的合成：分別以喹諾酮、環(huán)氧氯丙烷和鄰苯二胺為原料，在乙腈做溶劑條件下經(jīng)環(huán)化、親核取代反應(yīng)方便地得到化合物II-

4、2a-c，再與不同取代的咪唑環(huán)及苯并咪唑環(huán)在乙腈為溶劑以及碳酸鉀做催化劑的條件下反應(yīng)得到喹諾酮咪唑類化合物II-3a-j，II-6a-j，II-7a-b，II-8a-e，II-9a-e和II-10。
　　(2)新型喹諾酮甲硝唑衍生物的合成：分別以喹諾酮、脂肪環(huán)胺、2-甲基-5-硝基咪唑?yàn)槠鹗荚希谝译孀鋈軇l件下與環(huán)氧氯丙烷經(jīng)親核取代反應(yīng)快捷有效地制備環(huán)氧化合物中間體III-2a-c，然后以乙腈為溶劑以及碳酸鉀做催化劑的條件下分

5、別用2-甲基-5-硝基咪唑及其4-取代衍生物系列開環(huán)得到喹諾酮甲硝唑衍生物III-3a-i。
　　(3)新型喹諾酮唑硫醚類化合物的合成：以喹諾酮和巰基咪唑、巰基三唑、巰基四唑?yàn)槠鹗荚?，在乙腈做溶劑條件下經(jīng)開環(huán)反應(yīng)方便地得到喹諾酮唑硫醚類化合物IV-3a-c與IV-4a-f。氨基硫脲與芐鹵IV-6a-b在乙醇為溶劑以及碳酸鉀做催化劑的條件下與喹諾酮中間體IV-2a-c經(jīng)開環(huán)反應(yīng)制備喹諾酮三唑硫醚類新化合物IV-5a-f。
　

6、　(4)新型喹諾酮苯并咪唑類化合物的合成：(i)以喹諾酮為起始原料，在甲醇做溶劑條件下經(jīng)酯化反應(yīng)高產(chǎn)率地得到化合物V-3a-b。在甲酰胺為溶劑和反應(yīng)物的條件下分別反應(yīng)制備喹諾酮新化合物中間體V-4a-b?；衔颲-4a-b在乙二醇單甲醚為溶劑以及硫酸銅做催化劑的條件下與鄰苯二胺經(jīng)環(huán)化反應(yīng)得到V-5a-b，最后再經(jīng)水解脫甲基得到喹諾酮化合物 V-6a-b；（ii)以(取代)鄰苯二胺與氯乙/丙酸為起始原料，直接環(huán)化可高產(chǎn)率制得氯甲基苯并咪唑

7、 V-8a-f；鄰苯二胺與烷基溴化物經(jīng)N-烷基化生成苯并咪唑仲胺V-9a-h再環(huán)化可制得氯甲基苯并咪唑V-10a-h；鄰苯二胺與取代鹵芐經(jīng)N-烷基化生成苯并咪唑仲胺V-11a-g再環(huán)化可制得氯甲基苯并咪唑V-12a-g；以上氯甲基苯并咪唑中間體進(jìn)一步與喹諾酮反應(yīng)可分別制得喹諾酮化合物V-13-16；(iii)以喹諾酮、2-氨基苯并咪唑和多聚甲醛為起始原料，在乙二醇單甲醚做溶劑條件下經(jīng)曼尼西反應(yīng)可方便地得到化合物V-17a-b；(iv)在

8、乙二醇單甲醚做溶劑以及硫酸銅做催化劑的條件下化合物V-4a-b分別與鄰苯二胺經(jīng)環(huán)化反應(yīng)制備喹諾酮類新化合物V-18a-b。
　　(5)所有的新化合物結(jié)構(gòu)均經(jīng)1H NMR、13CNMR、IR、MS和HRMS等現(xiàn)代波譜手段證實(shí)。
　　(6)研究了系列 II中的中間體與目標(biāo)化合物的體外抗細(xì)菌、抗真菌活性?；钚詷?gòu)效關(guān)系顯示大部分的喹諾酮咪唑醇類目標(biāo)化合物均顯示出較強(qiáng)的抗菌活性和較廣的抗菌譜。尤其是喹諾酮唑醇類目標(biāo)化合物II-8b對所

9、測細(xì)菌和真菌均顯示出強(qiáng)的抗菌能力，其抗菌活性遠(yuǎn)優(yōu)于參考藥物。
　　(7)研究了喹諾酮咪唑醇類化合物II-8b抗菌作用機(jī)制。利用紫外、熒光光譜和DNA探針探索了高活性目標(biāo)分子II-8b與MRSA DNA的相互作用，研究結(jié)果表明化合物II-8b和經(jīng)典的抗菌藥物喹諾酮與DNA以靜電相互作用的方式不同，而喹諾酮咪唑醇分子II-8b是以作用力更強(qiáng)的作用方式與DNA堿基形成穩(wěn)定的復(fù)合物，抑制細(xì)菌和真菌的DN A復(fù)制，從而起到抑菌作用；初步構(gòu)效

10、關(guān)系研究表明，咪唑環(huán)上2-硝基基團(tuán)的存在對喹諾酮咪唑醇類化合物的抗微生物能力有重要影響；咪唑環(huán)上甲基的存在不利于化合物的抗菌活性；稠環(huán)苯并咪唑環(huán)對化合物的活性幫助不大，苯并咪唑環(huán)上硝基的存在有利于抗菌活性的提高。此外利用熒光光譜、紫外光譜等波譜手段研究了目標(biāo)活性分子II-8b與人血清白蛋白的相互作用。通過II-8b-HSA體系的熒光猝滅機(jī)理、結(jié)合位點(diǎn)數(shù)、結(jié)合常數(shù)、熱力學(xué)參數(shù)等，推斷出II-8b-HSA結(jié)合是自發(fā)進(jìn)行的，主要作用力類型為靜

11、電作用。
　　(8)研究了系列III中的目標(biāo)化合物的體外抗細(xì)菌活性和其pKa值、細(xì)胞膜滲透性等理化性質(zhì)以及體外細(xì)胞毒性。研究結(jié)果顯示與參考藥物相比，大部分的目標(biāo)化合物均顯示出較強(qiáng)的抑菌能力和較廣的抗菌譜，尤其是喹諾酮甲硝唑衍生物III-3i活性遠(yuǎn)優(yōu)于參考藥物克林沙星，對所有測試細(xì)菌菌株的最低抑制濃度MIC值在0.25-16μg/mL之間。并且利用紫外可見分光光度法測試顯示目標(biāo)化合物具有適宜的pKa值，為進(jìn)一步新藥研發(fā)打下了基礎(chǔ)。與

12、此同時，細(xì)胞毒性研究表明化合物III-3i對人胚腎HEK293細(xì)胞，小鼠胚胎成纖維MEFS細(xì)胞和小鼠成肌細(xì)胞C2C12均顯示出較低的毒性。研究了喹諾酮甲硝唑衍生物III-3i與P.aeruginosaDNA相互作用以及初步抗菌作用機(jī)制。利用紫外光譜學(xué)方法研究的結(jié)果表明喹諾酮甲硝唑衍生物III-3i具有比參考藥物諾氟沙星更強(qiáng)的與DNA鍵合的能力。
　　(9)研究了系列IV的中間體和目標(biāo)化合物喹諾酮唑硫醚類化合物的體外抗細(xì)菌活性和構(gòu)效

13、關(guān)系?？咕钚匝芯匡@示大部分喹諾酮唑硫醚類目標(biāo)化合物均顯示出強(qiáng)的抗菌活性，尤其是目標(biāo)化合物對革蘭陰性菌、格蘭陽性菌甚至耐藥菌株MRSA均顯示出強(qiáng)的抑制能力，并且篩選得到抗菌活性最優(yōu)且抗菌譜最廣的目標(biāo)化合物IV-4e?，F(xiàn)代分子模擬對接軟件結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)化合物IV-4e可以與拓?fù)洚悩?gòu)酶-DNA絡(luò)合物中的DNA堿基形成多個氫鍵，從而使得雜合子IV-4e-拓?fù)洚悩?gòu)酶-DNA形成的三元絡(luò)合物更加穩(wěn)定，從而起到抑菌作用。
　　(10)研究了系

14、列V的中間體和目標(biāo)化合物喹諾酮苯并咪唑類化合物的體外抗細(xì)菌活性和構(gòu)效關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明目標(biāo)分子V-15 m具有強(qiáng)的抗菌活性。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)化合物V-15 m具有良好的細(xì)胞膜滲透性，不僅可以抑制生物膜的形成并且能夠破壞成型的生物膜，誘導(dǎo)MRSA產(chǎn)生耐藥性的幾率低于環(huán)丙沙星。分子對接模擬和V-15m與DNA相互作用實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明化合物V-15m顯示出比參考藥物更強(qiáng)的結(jié)合力，從而使得“化合物V-15m-DNA-酶”絡(luò)合更穩(wěn)定，更有利于活性分子發(fā)