N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基4-噻唑烷酮的合成及生物活性

金龍飛, 李培娟, 亢子珍, 范 昕, 張 健

(中南民族大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，武漢 430074)

N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基4-噻唑烷酮的合成及生物活性

金龍飛, 李培娟, 亢子珍, 范 昕, 張 健

(中南民族大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，武漢 430074)

以5-溴水楊酸為原料，將其與水合肼反應(yīng)生成了5-溴水楊酰肼，再將硫氰酸鉀與5-溴水楊酰肼反應(yīng)合成了5-溴水楊?；被螂?，后者與溴代乙酸乙酯反應(yīng)生成了終產(chǎn)物N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基-4-噻唑烷酮. 對化合物進(jìn)行了熔點(diǎn)、IR、元素分析、1H NMR、13C NMR表征，并測試了其對生物體的抗炎活性和抗菌活性. 結(jié)果表明：N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基-4-噻唑烷酮具有較好的抗炎、抗菌活性.

N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基-4-噻唑烷酮；表征；抗炎活性；抗菌活性

4-噻唑烷酮類化合物是一類具有五元噻唑環(huán)結(jié)構(gòu)的新型雜環(huán)化合物，它具有廣泛的藥用價值和生理活性，其抗炎、抗菌等生物活性頗受重視[1,2]. 隨著研究廣譜抗菌和抗真菌藥物的不斷深入，以及4-噻唑烷酮化合物抗HIV和抗癌活性的報道[3,4]，新的4-噻唑烷酮類抗微生物藥物成為可能，此外它還可作為卵泡雌激素受體激動劑、一氧化氮合酶抑制劑、安眠藥和抗精神病藥物等[5,6]. 鑒于4-噻唑烷酮化合物具有多種生物和生理活性，對其進(jìn)行衍生化設(shè)計合成，研究其構(gòu)效關(guān)系，尋找生物活性更強(qiáng)的高效低毒的新型藥物成為了一個關(guān)注熱點(diǎn).

4-噻唑烷酮類化合物良好的生物活性，緣于合成原料水楊酰肼和氨基硫脲基團(tuán)中含有N、S等雜原子，且自身含有較大的共軛體系[7,8]；當(dāng)4-噻唑烷酮類化合物苯環(huán)上含有鹵原子、硝基等吸電子基的取代基時，抗菌活性更強(qiáng)[9,10]，故本文設(shè)計并合成了一種取代基為溴的新型4-噻唑烷酮類化合物N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基-4-噻唑烷酮(見圖1)，并對其進(jìn)行了抗炎、抗菌等生物活性測試，為開發(fā)生物活性和應(yīng)用價值更好的低毒高效的新型先導(dǎo)化合物提供依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

元素分析儀(Vario EL Ш elemental analytical instrument)，核磁共振儀(Bruker Co., Avance III 400 MHz spectrometer,1H NMR,13C NMR, 溶劑DMSO-d6, 內(nèi)標(biāo)TMS)，紅外光譜儀(Thermo Nicolet Corporation NEXUS 470 FT-IR spectrometer, KBr壓片法, 掃描范圍4000～400 cm-1)，數(shù)字熔點(diǎn)儀(XT-4型, 北京泰克儀器有限公司, 溫度未經(jīng)校正).

80%水合肼、5-溴水楊酸、無水CH3OH、無水EtOH、濃H2SO4、濃HCl、蒸餾水、KSCN、溴代乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、無水EtOONa，以上試劑均為分析純，使用前均未進(jìn)一步處理.

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 5-溴水楊酸甲酯的合成

量取200 mL甲醇，加入到盛有43.40 g (0.20 mol) 5-溴水楊酸的圓底燒瓶中，攪拌混合，再慢慢加入20 mL濃H2SO4，溫度緩慢升至62 ℃，回流10 h .反應(yīng)停止后，冷卻至室溫，用NaHCO3調(diào)pH為中性，此時有大量白色固體析出. 抽濾、水洗3次，以φ(乙醇︰水)=1︰1的混合液洗1次，得純白色粉末狀固體28.00 g (自然風(fēng)干). 產(chǎn)率60.6 %，m.p.62～64 ℃.

1.2.2 5-溴水楊酰肼的合成

將80 %的水合肼12.00 g (0.24 mol)和150 mL乙醇，加入到盛有27.72 g (0.12 mol) 5-溴水楊酸甲酯的250 mL圓底燒瓶中，攪拌30 min，緩慢升溫至70 ℃，回流10 h. 反應(yīng)結(jié)束后，移出溶液至燒杯，置于冰箱中過夜冷卻，析出白色晶體，抽濾、水洗3次，調(diào)PH為中性，無水乙醇洗1次，得20.29 g純白色片狀晶體終產(chǎn)物. 產(chǎn)率73.2 %，m. p. 218～220 ℃.

1.2.3 5-溴水楊?；被螂宓暮铣?/p>

250 mL圓底燒瓶中，加入18.48 g (0.08 mol) 5-溴水楊酰肼和約120 mL水，冰水浴條件下，加入濃鹽酸16 mL，攪拌20 min. 加入硫氰酸鉀15.55 g (0.16 mol)， 混合均勻后，讓其自然升至常溫，且攪拌1 h后，緩慢升溫至80 ℃，反應(yīng)10 h，將溶液轉(zhuǎn)移至燒杯，自然冷卻，靜置過夜，水洗3次至PH中性. 采用混合溶劑[φ(乙醇︰DMF︰水) = 5︰1︰1]進(jìn)行重結(jié)晶，得13.55 g淡黃色固體. 產(chǎn)率58.4 %，m.p. 204～205 ℃.

1.2.4N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基-4-噻唑烷酮的合成

將無水乙酸鈉3.28 g (0.04 mol) ，置于250 mL圓底燒瓶中，加入溴代乙酸乙酯1.84 g (0.01 mol) 和5-溴水楊?；被螂?.91 g (0.01 mol)，再加入140 mL乙醇，攪拌混合.升溫至78 ℃，回流反應(yīng)5 h，停止反應(yīng)，自然冷卻，靜置過夜. 水洗后，乙醇淋洗，抽濾、干燥，最終得淡黃色粉末物質(zhì)1.10 g. 產(chǎn)率52.0 %，m.p. 267～269 ℃. Anal.calcd for C10H8BrN3O3S: C 36.38, H 2.44, N 12.73, S 9.71; found C 36.31, H 2.40, N 12.70, S 9.73. FT-IR (KBr壓片,σ/ cm-1): υO(shè)-H3423 s, broad; υAr-H3064 s, broad; υC=O-CH2-1709 vs;υC=N1618 vs; υC-C=Cphenolic, 1560 s;δΝ-H1290 s; δC-OHphenolic, 1230 s;δAr-H676 s.1H NMR (DMSO-d6)δ:11.94 (s, 1H, -Ar-CO-NH-), 11.65 (s, 1H, CH2-CO-NH),10.76 (s, 1H, Ar-OH), 7.99 (d, 1H, ArH), 6.99 (t, 2H, ArH), 4.03(s, 2H,-CH2-);13C NMR (DMSO-d6)δ:174.59, 164.33, 159.86, 144.13, 133.98, 132.45, 120.37, 119.55, 117.44, 34.75.

1.2.5 抗炎活性測試

采用Kasahara等提出的爪掌腫脹法[11]，對化合物5進(jìn)行抗炎活性測試，選擇甲基纖維素為空白對照，γ-卡拉膠為引發(fā)劑，二氟尼柳為參照品.

隨機(jī)抽取18只雌雄混合小白鼠，體重為20～25 g，分為3組，每組6只.先讓小白鼠適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室條件2 d，自由飲水，標(biāo)準(zhǔn)顆粒飼料喂食.從測試當(dāng)日始，僅提供飲水不喂飼料，灌胃后1 h，每只小白鼠注射25 μL 新鮮配制的γ-卡拉膠鹽水溶液于右后掌分跖組織處，同時在其左后掌分跖處注射25 μL鹽水溶液，作為內(nèi)部對照.灌胃4 h后，用千分尺測量每只小白鼠的左、右后掌的腫脹尺寸.

1.2.6 抗菌活性測試

采用最小抑制濃度法(MIC)[12]，即讓菌種在加入培養(yǎng)基的一定濃度梯度的該化合物5溶液中生長繁殖，然后通過觀測溶液渾濁時對應(yīng)的溶液濃度來對化合物5進(jìn)行抗菌活性測試.

測試的菌種種類為普通變形桿菌(Proteusvulgaris,Gram-)、枯草芽胞桿菌(Bacillussubtilis,Gram+)、金黃色葡萄糖球菌(Staphylococcusaureus, Gram+)、大腸埃希氏桿菌(Escherichiacoli, Gram-).選擇Mueller-Hinton broth為培養(yǎng)基，以蒸餾水配成的N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基-4-噻唑烷酮溶液的濃度分別為 1600, 800, 400, 200, 100, 50, 25 μg / mL，溶劑水在測試的最大濃度時，不呈現(xiàn)抗菌活性.

2 結(jié)果與討論

2.1 合成反應(yīng)過程

中間產(chǎn)物化合物2、化合物3、化合物4的合成，選擇以5-溴水楊酸為原料，將溴代乙酸乙酯與5-溴水楊?；被螂宸磻?yīng)合成N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基-4-噻唑烷酮，它是一種新型的4-噻唑烷酮化合物. 在制備5-溴水楊?；被螂鍟r，由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，為了不使體系的溫度過高，反應(yīng)初始在冰水浴條件下攪拌，升溫前先讓其在常溫下反應(yīng)一段時間，使體系溫度緩慢升高.合成N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基-4-噻唑烷酮時，加入CH3COONa不僅可起到催化的作用，還可以中和反應(yīng)生成的HBr，促進(jìn)氨基硫脲基團(tuán)的親核取代及環(huán)化反應(yīng).

2.2 紅外光譜分析

化合物5的紅外光譜中，歸屬于苯環(huán)上的O-H和五元內(nèi)酰胺的C=O的伸縮吸收峰分別出現(xiàn)在3423 cm-1和1709 cm-1處；歸屬于Ar-H 基團(tuán)的振動，出現(xiàn)的強(qiáng)峰在3064 cm-1；歸屬于C=N基團(tuán)的伸縮振動和苯環(huán)骨架的伸縮振動，分別在1620 cm-1和1557 cm-1出現(xiàn)很強(qiáng)峰；歸屬于Ν-H基團(tuán)的彎曲振動，在1289 cm-1處出現(xiàn)吸收峰；歸屬于Ar-H基團(tuán)的彎曲振動吸收峰出現(xiàn)在673 cm-1處.

2.3 核磁共振譜結(jié)果

化合物5的1H NMR信號歸屬分別為：-CH2-CO-NH-和-Ar-CO-NH-的2個質(zhì)子在11.93處出現(xiàn)單峰，Ar-OH的1個質(zhì)子在10.75處出現(xiàn)單峰，PhCH的3個質(zhì)子在7.98和6.97處出現(xiàn)多重峰，-CH2-的2個質(zhì)子在4.03處出現(xiàn)單峰.

化合物5的13C NMR譜峰可以認(rèn)定為：174.59 處為五元噻唑環(huán)上酰胺羰基C=O-CH2-碳原子的譜峰，164.32處為與苯環(huán)相連接的羰基C=O-Ph碳原子的譜峰，159.85處為苯環(huán)上與酚羥基相連接碳原子Ph-OH碳原子的譜峰，144.13處為酰肼與噻唑環(huán)相連接的亞氨基C=N碳原子的譜峰，133.98處為苯環(huán)上與氯相連接碳原子Ph-Cl碳原子的譜峰，132.44處為苯環(huán)上碳原子6-Ph碳原子的譜峰，120.36處為苯環(huán)上碳原子5-Ph碳原子的譜峰，119.54處為苯環(huán)上碳原子1-Ph碳原子的譜峰，117.43處為苯環(huán)上碳原子3-Ph碳原子的譜峰，34.75處為噻唑環(huán)上亞甲基-CH2碳原子的譜峰.

2.4 抗炎活性

表1為化合物5的抗炎活性測試值. 由表1可知，參照品二氟尼柳的F值為66.125，對應(yīng)的p值為0.001<0.050，說明在0.050水平有顯著不同. 樣品N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基-4-噻唑烷酮的F值為169.680，對應(yīng)的P值為4.755×10-5< 0.050，說明在0.050水平有顯著不同. 與參照品二氟尼柳相比較，樣品化合物5表現(xiàn)出的抗炎效果更好.

*抗炎活性/ % =[(n-n′)/n]×100%，n′為樣品組或參照組右左腿腫脹差，n為對照組右左腿腫脹差

2.5 抗菌活性

化合物5的抗菌活性測試結(jié)果見表2. 由表2可見，對4種測試菌種，化合物5均有不同程度的抑菌效果，其中以對大腸埃希氏桿菌抑制效果最好，而對枯草芽孢桿菌抑制效果較差.

3 結(jié)語

在水楊酰肼衍生物中引入生物活性基團(tuán)4-噻唑烷酮環(huán)，不僅能增加化合物的活性位點(diǎn)，還能增加N、O、S等雜原子，產(chǎn)生更大的共軛體系，有望顯著增強(qiáng)其生物活性.本文基于探討4-噻唑烷酮衍生物在生物體內(nèi)抗炎、抗菌活性，設(shè)計了一種新型的4-噻唑烷酮衍生物，并合成出化合物N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基-4-噻唑烷酮，對該化合物的表征應(yīng)用了元素分析、熔點(diǎn)、IR、1H NMR和13C NMR. 通過爪掌腫脹法測得該化合物在生物體內(nèi)的抗炎活性值為56.3%，以及濃度稀釋法測得化合物對普通變形桿菌(MIC=100 μg/mL)、枯草芽孢桿菌(MIC=400 μg/mL)、大腸埃希氏桿菌(MIC<25 μg/mL)和金黃色葡萄球菌(MIC=50 μg/mL)的抗菌活性. 結(jié)果顯示N′-(2-羥基-5-溴苯甲酰胺基)-2-亞胺基-4-噻唑烷酮的抗炎和抗菌活性較好，并為4-噻唑烷酮類化合物的進(jìn)一步研究提供了一定的參考和指導(dǎo).

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Synthesis and Biological Activity ofN′-(2-Hydroxy-5-Bromobenzoylamino )-2-Imino-4-Thiazolidinone

JinLongfei,LiPeijuan,KangZizhen,FanXin,ZhangJian

(CollegeofChemistryandMaterialsScience,South-CentralUniversityforNationalities,Wuhan430074,China)

5-bromo- salicylicacid was used to synthesize 5-bromo-methyl salicylate, which further reacted with hydrazine hydrate to obtain 5-bromosalicylaldehyde hydrazide. The 5-bromosalicylaldehyde hydrazine then reacted with potassium thiocyanate to form 5-bromosalicylaldehydethiosemicarbazides, which finally reacted with ethyl bromoacetate proceededcatalytic to affordN′-(2-hydroxy-5-bromobenzoylamino)-2-imino-4-thiazolidinone. The structure of the final compound was characterized by IR, element analysis,1H NMR, and13C NMR. The compound also showed good anti-inflammatory and antibacterial activity.

synthesis;N′-(2-hydroxy-5-bromobenzoylamino)-2-imino-4-thiazolidinon;characterization;anti-inflammatoryactivity;antibacterial activity

2014-02-04

金龍飛(1962-)，男，教授，博士，研究方向：化學(xué)生物學(xué)與藥物化學(xué)，E-mail: longfei_jin@163.com

湖北省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2008CDA067)

TQ217

A

1672-4321(2015)04-0015-04