喹諾酮-3-唑類新化合物的設(shè)計(jì)合成及其抗微生物研究.pdf

1、喹諾酮是一類含有苯并吡啶酮酸結(jié)構(gòu)的人工合成抗菌劑。因具有較好的口服和非腸道活性、寬廣的抗菌譜、臨床上可實(shí)現(xiàn)的劑量、相對(duì)低的耐藥水平、獨(dú)特的分子作用模式、容易的合成方法、很高的安全性等許多優(yōu)點(diǎn)，常被用于治療革蘭陽(yáng)性菌、革蘭陰性菌和厭氧細(xì)菌等引起的感染性疾病。但隨著臨床上大量使用、甚至濫用，喹諾酮耐藥性問(wèn)題日趨嚴(yán)重，再加上新的有害病原菌不斷產(chǎn)生，這些都嚴(yán)重威脅喹諾酮藥物的使用。因此，開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)新穎、耐藥性小、藥理學(xué)性質(zhì)好、活性高的喹諾酮活性分

2、子成為熱門研究課題。
　　唑類化合物作為重要的結(jié)構(gòu)片段在藥物設(shè)計(jì)和合成中發(fā)展迅速。許多唑類化合物都已成功開(kāi)發(fā)，被廣泛用于臨床治療各種疾病如抗菌、抗癌、抗寄生蟲(chóng)和抗炎等。尤其作為抗微生物試劑，大量氨基噻唑和甲硝唑衍生物如頭孢他啶、頭孢唑胺、卡努康、氨曲南、奧硝唑和奧克硝唑等在抗感染性疾病中起重要作用。這些藥物在臨床上的成功催生了一大批具有強(qiáng)活性的類似物。其中最常見(jiàn)的得到此類新分子的方法是基于現(xiàn)有臨床藥物引入氨基噻唑或甲硝唑片段來(lái)提高

3、生物活性、降低微生物耐藥性形成幾率，從而構(gòu)建新的生物活性分子。因此，本文以喹諾酮為先導(dǎo)化合物，基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究近況，結(jié)合喹諾酮耐藥性形成機(jī)制，根據(jù)藥物設(shè)計(jì)相關(guān)原理，對(duì)喹諾酮3-位進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾。設(shè)計(jì)合成了一系列新型喹諾酮-3-氨基噻唑和喹諾酮-3-甲硝唑化合物，評(píng)估了目標(biāo)化合物抗微生物活性，篩選出高活性分子并進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系分析，研究了高活性分子的生物相容度及微生物耐藥性，揭示了高活性分子的量子力學(xué)性質(zhì)并從分子層面和軌道層面對(duì)高活性分子生物

4、特性進(jìn)行解釋，探索了高活性分子抗微生物作用靶點(diǎn)和作用機(jī)制，主要工作總結(jié)如下：
　　(1)喹諾酮-3-唑類新化合物的合成
　　(A)喹諾酮-3-氨基噻唑新化合物的合成：原甲酸三乙酯、醋酸酐和乙酰乙酸乙酯作為起始原料發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，以較高收率得到中間體 II-1，然后再與2,4-二氟苯胺發(fā)生親核取代反應(yīng)以80%左右的收率得到化合物II-2。得到的化合物 II-2在二苯醚為溶劑、250 oC條件下環(huán)化得到3-乙?；Z酮II-3

5、，再與不同的烷基鹵以及芐基鹵發(fā)生N-烷基化以及N-芳烷基化反應(yīng)得到化合物II-4a-h和II-7a-f，然后在醋酸作溶劑室溫下經(jīng)溴化反應(yīng)得到化合物II-5a-h和II-8a-f。最后，化合物II-5a-h和II-8a-f與硫脲在乙醇作溶劑，60 oC下環(huán)化得到目標(biāo)分子喹諾酮-3-氨基噻唑II-6a-h和II-9a-f，收率在50％至60％之間。
　　(B)喹諾酮-3-甲硝唑新化合物的合成：以醋酸酐、乙酰乙酸乙酯和原甲酸三乙酯為起始

6、原料經(jīng)過(guò)縮合反應(yīng)得到中間體II-1，然后再與不同取代的苯胺在120 oC條件下反應(yīng)得到化合物III-1a–k，然后以二苯醚作溶劑、250 oC下回流得到3-乙?；Z酮III-2a–k?；衔颕II-2a–k在DMF做溶劑、碳酸鉀作堿條件下與溴乙烷發(fā)生 N-烷基化反應(yīng)得到中間體 III-3a–k，然后在醋酸作溶劑進(jìn)一步用液溴溴化得到二溴化合物III-4a–k。二溴化合物然后以THF作溶劑、三乙胺作堿以及亞磷酸乙酯作為還原劑得到一溴化合物

7、III-5a–k。2-甲基-5-硝基咪唑在DMF作溶劑、碳酸鉀作堿60 oC下攪拌一小時(shí)后將溫度降至零度，30分鐘后加入一溴化合物反應(yīng)得到2-甲基-5-硝基咪唑取代的喹諾酮化合物III-6a–k。然后乙醇做溶劑用NaBH4在0 oC下還原III-6a–k得到喹諾酮-3-甲硝唑III-7a–k。其中目標(biāo)化合物III-7j在以D MS O為溶劑碳酸鉀作堿氧化亞銅作為催化劑條件下與不同的環(huán)胺反應(yīng)得到另外三個(gè)喹諾酮-3-甲硝唑III-8a–c。

8、
　　(2)所有的目標(biāo)化合物均經(jīng)IR、NMR和HRMS等波譜手段證實(shí)。
　　(3)喹諾酮-3-唑新化合物抗微生物活性分析
　　(A)喹諾酮-3-氨基噻唑新化合物抗微生物活性分析：N-1位炔丙基修飾的化合物II-9f顯示出廣譜和強(qiáng)的抗微生物活性。其對(duì)傷寒桿菌的抑制能力很好，MIC=1μg/mL，活性分別比參考藥物氯霉素和諾氟沙星高32倍和4倍。此外，MRSA對(duì)化合物II-9f也非常敏感（MIC=8μg/mL），活性與諾氟

9、沙星相當(dāng)。另外，與兩種參考藥物相比，該化合物對(duì)痢疾桿菌和銅綠假單胞菌，也表現(xiàn)出相當(dāng)甚至更好的活性。相比與參考藥物氟康唑（MIC=256μg/mL），化合物II-9f（MIC=8μg/mL）抗黃曲霉菌活性比氟康唑高32倍。此外，目標(biāo)分子 II-9f對(duì)于其他真菌也表現(xiàn)中等到好的抑制能力，MIC=8–32μg/mL。
　　(B)喹諾酮-3-甲硝唑新化合物抗細(xì)菌活性分析：化合物 III-8c顯示出好的廣譜和高效的抗菌活性。其對(duì)金黃色葡萄球

10、菌菌株表現(xiàn)出顯著的抑制作用，MIC值為1μg/mL，活性比諾氟沙星（MIC=4μg/mL）高4倍。此外，MRSA對(duì)化合物III-8c（MIC=4μg/mL）比對(duì)諾氟沙星（MIC=8μg/mL）更敏感。在所有的目標(biāo)化合物中，III-8c對(duì)于痢疾桿菌的抑制能力最強(qiáng)（MIC=2μg/mL），活性是參考藥物諾氟沙星的8倍。
　　(4)耐藥性研究發(fā)現(xiàn)，相比于我們的活性分子 II-9f、III-7k和 III-8c，MRSA更易對(duì)臨床藥物諾氟

11、沙星產(chǎn)生耐藥性。殺菌動(dòng)力學(xué)研究表明，活性分子II-9f的濃度為4倍MIC時(shí)，1小時(shí)后大多數(shù)MRSA被殺死，這表明該化合物對(duì)MRSA具有快速殺滅作用。體外細(xì)胞毒性研究揭示，活性分子 II-9f、III-7k及 III-8c沒(méi)有細(xì)胞毒性。
　　(5)膜通透性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)活性分子 II-9f對(duì)革蘭陽(yáng)性菌（MRSA）和革蘭陰性菌（B. typhi）細(xì)菌膜均有一定的作用。分子對(duì)接表明，化合物II-9f可與拓?fù)洚悩?gòu)酶IV-DNA絡(luò)合物之間發(fā)生氫鍵