取代阿齐霉素衍生物的合成及抗菌活性研究报告

-.z3-取代阿齐霉素衍生物的合成及抗菌活性研究朱一倩、陈红燕、*涛、陈秀琴、姜凤超*华中科技大学同济医学院药学院，**，430030摘要:目的设计合成大环内酯类化合物,初步评价其体外抗菌活性。方法以分别红霉素和阿奇霉素为起始原料,经水解、酯化等步骤得到了22个目标化合物；采用两倍稀释法,检测目标化合物对金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌、大肠杆菌和流感杆菌的抑制和杀灭作用。结果所有化合物均未见文献报道,其构造经UV、IR、13C-NMR确证。体外试验说明:化合物Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-关键词:药物化学；化学合成；大环内酯；抗菌活性大环内酯类抗生素随着临床应用的增多，细菌对其耐药性也逐渐上升，使其应用受到一定限制[1]。大环内酯中的15元氮杂内酯对酸稳定，抗菌谱较宽，药代动力学性质优良，而且有感染部位靶向性。研究发现氮杂内酯C-3位克拉定糖是诱导细菌耐药性的关键基团且并非抗菌活性必需，本文将15元氮杂内酯3位的克拉定糖用不同取代芳香酰基替换，以期望得到较好抗菌活性同时改善耐药性的化合物，同时探讨不同取代基的电子效应和空间效应对抗菌活性的影响。本文以红霉素A为原料，合成了22个目标化合物，合成线路图见图1。Fig1ThesynthesisroadoftargetpoundsI、Ⅱ一、实验局部1.1合成实验UV用Shimadza紫外分光光度仪UV-260测定；红外光谱用SpectrumOne傅立叶红外光谱仪测定,KBr压片。核磁共振氢谱用ParianMercuryV*-300型核磁共振仪测定，TMS为内标。质谱用LCQDECA*Pplus型质谱仪测定。熔点用*-5型显微熔点测定仪测定,温度未经校正。中间物合成9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(1)9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(1)的合成，参考文献方法[2]以红霉素为原料合成。白色固体，总收率50.1.6%，mp125~128℃(文献值:113~116℃)。3-羟基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(2)的合成将9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(1)(10.0g，13.61mmol)溶于70ml的盐酸水溶液(1mol·L-1)中，室温搅拌下反响5小时。在冰浴冷却下，向反响液中滴加2mol·L-1NaOH调pH值到9，有大量白色固体析出，参加CH2Cl2萃取(30ml×3)，合并有机相，有机相用0.1mol·L-1NaOH和H2O分别洗涤一次，无水硫酸镁枯燥，减压蒸除CH2Cl2溶剂，真空枯燥，得白色固体(2)6.6g，产率84.1%，mp117~2′-O-乙酰基-3-羟基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(3)的合成将3-羟基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(2)(7.8g,13.74mmol)溶于50mlCH2Cl2中，搅拌条件下滴加2.6ml乙酸酐和1.5ml三乙胺，滴加完毕室温搅拌反响10小时。反响完成后参加饱和NaHCO3溶液(50ml×3)洗涤有机相，最后有机相用50mlH2O洗涤一次，有机相无水硫酸镁枯燥，减压蒸除CH2Cl2溶剂，真空枯燥，得淡黄色固体(3)7.1g，产率83.5%，mp120~3-羟基-阿齐霉素A(4)的合成将阿奇霉素(10.0g,13.61mmol)溶于70ml的盐酸水溶液(1mol·L-1)中，室温搅拌下反响5小时。后处理同2，得白色固体(4)7.8g，产率97.0%，mp112~117℃。2′-O-乙酰基-3-羟基阿齐霉素A(5)的合成将3-羟基阿齐霉素A(4)(14.2g,24.0mmol)溶于100mlCH2Cl2中，搅拌条件下滴加5.6ml乙酸酐和3.2ml三乙胺，滴加完毕室温搅拌反响10小时。后处理同3，得淡黄色固体(5)12.5g，产率82.3%，mp117~120℃。目标产物的合成以3-O-(2-氯-5-硝基)苯甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(I-1)的合成为例将2′-O-乙酰基-3-羟基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(3)(1.9g,3.23mmol)和2-氯-5-硝基苯甲酸(2.0g,9.70mmol)溶于30mlCH2Cl2中，在0℃冰浴条件下参加DCC(2.0g,9.70mmol)和DMAP(0.4g,3.23mmol)，在室温条件下搅拌反响4天。反响完成后，将反响液抽滤，滤液参加40mlH2O用2mol·L-1NaOH调pH值到8~9，分液，有机相分别用40ml饱和NaCl溶液和40mlH2O洗涤一次，无水硫酸镁枯燥，减压蒸除CH2Cl2溶剂，真空枯燥，得橘红色固体。将该固体溶于30ml甲醇，加热搅拌回流4小时，反响完成后减压蒸除甲醇，得粗品。粗产品用硅胶柱色谱纯化(三氯甲烷-环己烷-三乙胺，V:V:V=0.3:1:0.2)，得淡黄色固体(I-1)1.2g，产率48.9%，mp103~106℃。UVλma*/nm：214,260。IRσ/cm-1：3329(νOH)，2929(νasCH2)，2852(νsCH3)，1747(νC=O)，1605(νC=C)，1533(νasNO2)，1388(νsNO2)，1225(ν化合物I和Ⅱ的合成均类似于I-1的合成，其中I是以2′-O-乙酰基-3-羟基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(3)为起始物与相应的酸反响得到。而化合物Ⅱ是由2′-O-乙酰基-3-羟基阿齐霉素A(5)与相应的酸反响得到。3-O-(4-硝基)苯甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(I-2)淡黄色固体产率34.1%，mp128~131℃。UVλma*/nm：214,260。IRσ/cm-1(Picture63)：3328(νOH)，2931(νasCH2)，2853(νsCH3)，1736(νC=O)，1606(νC=C)，1530(νasNO2)，1379(νsNO2)，1228(νC-O)，807(δ3-O-(2-氯)苯甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(I-3),白色固体，产率47.6%，mp95~99℃。UVλma*/nm：214,260。IRσ/cm-1(Picture65)：3329(νOH)，2926(νasCH2)，2852(νsCH3)，1739(νC=O)，1603(νC=C)，1224(νC-O)，807(δ3-O-(4-氧乙酰基)苯甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(I-4)白色固体，产率29.3%，mp75~78℃.UVλma*/nm：208。IRσ/cm-1：3327(νOH)，2930(νasCH2)，2851(νsCH3)，1577(νC=C)，1244(ν3-O-(2-N-乙酰基)苯甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(I-5)：白色固体，产率39.9%，mp106~108℃。UVλma*/nm：220，260。IRσ/cm-1：3328(νOH)，2929(νasCH2)，2859(νsCH3)，1604(νC=C)，1225(νC-O)，808(δ3-O-(4-吡啶基)甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9-同型红霉素A(I-6)白色固体，产率47.6%，mp100~104℃。UVλma*/nm：210，260。IRσ/cm-1：3328(νOH)，3034(νOH)，2930(νasCH2)，2851(νsCH3)，1607(νC=C)，1225(νC-O)，808(δ环3-O-(3-吡啶基)甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(I-7)：白色固体，产率45.4%，mp103~107℃。UVλma*/nm：216，258。IRσ/cm-1：3327(νOH)，3031(νOH)，2994(νasCH3)，2928(νasCH2)，2852(νsCH3)，1603(νC=C)，1224(νC-O)，807(δ3-O-(3-苯基)丙稀酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(I-8)：白色固体，产率43.8%，mp134~138℃。UVλma*/nm：212，276。IRσ/cm-1：3445(νOH)，3328(νOH)，2983(νasCH3)，2931(νasCH2)，2852(νsCH3)，1723(νC=O)，1627(νC=C)，1577(νC=C)，1173(νC-O)。3-O-(2-氯苯基)丙稀酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(I-9)：白色固体，产率50.1%，mp95~98℃。UVλma*/nm：216，260。IRσ/cm-1：3327(νOH)，3037(νOH)，2925(νasCH2)，2852(νsCH3)，1751(νC=O)，1603(νC=C)，1224(νC-O)，807(δ3-O-(3-硝基苯基)丙稀酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(I-10)：淡黄色固体，产率49.4%，mp130~134℃。UVλma*/nm：218，260。IRσ/cm-1：3430(νOH)，3261(νOH)，3023(νOH)，2924(νasCH2)，2855(νsCH3)，1718(νC=O)，1605(νC=C)，1533(νasNO2)，1378(νsNO2)，1225(νC-O)，808(δ3-O-(3,5-二甲氧基苯基)丙稀酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-同型红霉素A(I-11)：白色固体，产率44.4%，mp99~104℃。UVλma*/nm：212，260。IRσ/cm-1：3326(νOH)，2929(νasCH2)，2851(νsCH3)，1718(νC=O)，1604(νC=C)，1225(νC-O)，808(δ3-O-(2-氯-5-硝基)苯甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-甲基-9a-同型红霉素A(Ⅱ-1)黄色固体,产率52.0%，mp107~110℃。UVλma*/nm：216，267。IRσ/cm-1：3452(νOH)，2973(νasCH3)，2934(νasCH2)，2873(νsCH3)，1738(νC=O)，1610(νC=C)，1530(νasNO2),1349(νsNO2)，1178(νC-O)。13C-NMR(CDCl3,300MHz,δ)：175.82(C-1),43.25(C-2),74.15(C-3),42.14(C-4),87.51(C-5),75.44(C-6),36.69(C-7),28.19(C-8),69.44(C-9),62.44(C-10),70.92(C-11),73.14(C-12),78.23(C-13),16.00(2-Me),7.68(4-Me),26.53(6-Me),11.41(8-Me),36.96(9a-NCH3),21.43(10-Me),16.16(12-Me),21.06(13-CH2),9.25(13-Me),103.51(C-1'),70.05(C-2'),65.99(C-3'),26.39(C-4'),68.78(C-5'),20.78(5'-Me),40.11(3'-NMe2),162.66(C-1''),132.68(phenyl-1C),141.54(phenyl-2C),130.62(phenyl-3C),127.58(phenyl-4C),146.13(phenyl3-O-(4-硝基)苯甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-甲基-9a-同型红霉素A(Ⅱ-2)淡黄色固体,产率54.4%，mp259~260℃。UVλma*/nm：210。IRσ/cm-1：3429(νOH)，3343(νOH)，2976(νasCH3)，2932(νasCH2)，2873(νsCH3)，1735(νC=O)，1529(νasNO2)，1270(νC-O)，1173(νC-O)，1114(νC-O)。13C-NMR(CDCl3,300MHz,δ)：176.00(C-1),43.15(C-2),74.17(C-3),41.94(C-4),86.63(C-5),75.62(C-6),36.74(C-7),28.06(C-8),69.37(C-9),62.49(C-10),71.01(C-11),73.10(C-12),78.24(C-13),16.03(2-Me),7.72(4-Me),26.91(6-Me),11.03(8-Me),36.96(9a-NCH3),21.44(10-Me),16.07(12-Me),20.79(13-CH2),9.08(13-Me),102.76(C-1'),70.16(C-2'),65.78(C-3'),26.49(C-4'),68.90(C-5'),21.02(5'-Me),40.07(3'-NMe2),163.90(C-1''),135.57(phenyl-1C),131.49(phenyl-2C),123.53(phenyl-3C),150.67(phenyl-4C),123.53(phenyl4.3.183-O-(2-氯)苯甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-甲基-9a-同型红霉素A(Ⅱ-3),白色固体，产率50.9%，mp178~181℃。UVλma*/nm：212。IRσ/cm-1：3413(νOH)，3311(νOH)，2975(νasCH3)，2936(νasCH2)，2881(νsCH3)，1737(νC=O)，1595(νC=C)，1179(νC-O)，1114(νC-O)，761(δ环)。13C-NMR(CDCl3,300MHz,δ)：176.44(C-1),43.47(C-2),74.43(C-3),42.10(C-4),86.31(C-5),75.90(C-6),36.69(C-7),28.58(C-8),69.31(C-9),62.65(C-10),71.24(C-11),73.30(C-12),78.28(C-13),16.20(2-Me),7.88(4-Me),26.66(6-Me),11.23(8-Me),36.96(9a-NCH3),21.65(10-Me),16.43(12-Me),21.01(13-CH2),9.50(13-Me),102.71(C-1'),70.53(C-2'),65.63(C-3'),26.47(C-4'),68.30(C-5'),21.33(5'-Me),40.33(3'-NMe2),164.33(C-1''),131.86(phenyl-1C),135.39(phenyl-2C),129.13(phenyl-3C),133.35(phenyl-4C),126.78(phenyl3-O-(4-氧乙酰基)苯甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-甲基-9a-同型红霉素A(Ⅱ-4)：白色固体，产率53.5%，mp198~202℃。UVλma*/nm：210。IRσ/cm-1：3503(νOH)，3329(νOH)，2975(νasCH3)，2933(νasCH2)，2851(νsCH3)，1744(νC=O)，1577(νC=C)，1235(νC-O3-O-(2-N-乙酰基)苯甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-甲基-9a-同型红霉素A(Ⅱ-5)：白色固体，产率37.1%，mp98~100℃。UVλma*/nm：226，250，306。IRσ/cm-1：3272(νOH)，3123(νOH)，3015(νOH)，2957(νasCH3),1591(νC=C)，1692(νC=O)，1268(νC-O)，1237(νC-O)，764(3-O-(4-吡啶基)甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-甲基-9a-同型红霉素A(Ⅱ-6)：白色固体，产率44.5%，mp195~200℃。UVλma*/nm：216。IRσ/cm-1：3414(νOH)，2975(νasCH3)，2935(νasCH2)，2874(νsCH3)，1737(νC=O)，1567(νC=C)，1277(νC-O)，1174(νC-O)，1118(νC-O)，787(δ环)。13C-NMR(CDCl3,300MHz,δ)：175.98(C-1),43.07(C-2),74.19(C-3),41.88(C-4),86.36(C-5),75.55(C-6),36.27(C-7),28.16(C-8),69.47(C-9),62.51(C-10),70.98(C-11),73.12(C-12),78.21(C-13),15.91(2-Me),7.65(4-Me),26.47(6-Me),11.00(8-Me),36.72(9a-NCH3),21.44(10-Me),16.01(12-Me),20.78(13-CH2),9.03(13-Me),102.49(C-1'),70.54(C-2'),65.65(C-3'),26.26(C-4'),69.25(C-5'),21.01(5'-Me),40.09(3'-NMe2),164.32(C-1''),150.74(pyridyl-2C),123.53(pyridyl-3C),137.40(pyridyl-4C),123.45(pyridyl3-O-(3-吡啶基)甲酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-甲基-9a-同型红霉素A(Ⅱ-7)：白色固体，产率39.5%，mp95~98℃。UVλma*/nm：210。IRσ/cm-1：3408(νOH)，3328(νOH)，2932(νasCH2)，2853(νsCH3)，1728(νC=O)，1576(νC=C)，1172(νC-O3-O-(3-苯基)丙稀酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-甲基-9a-同型红霉素A(Ⅱ-8)：白色固体，产率60.1%，mp250~253℃。UVλma*/nm：212，278。IRσ/cm-1：3311(νOH)，2975(νasCH3)，2937(νasCH2)，2875(νsCH3)，1739(νC=O)，1717(νC=O)，1638(νC=C)，1172(νC-O)，771(δ环)。13C-NMR(CDCl3,300MHz,δ)：176.62(C-1),43.40(C-2),73.32(C-3),40.16(C-4),86.83(C-5),78.19(C-6),42.13(C-7),28.52(C-8),69.50(C-9),62.71(C-10),71.32(C-11),74.43(C-12),78.19(C-13),16.05(2-Me),7.88(4-Me),26.64(6-Me),11.21(8-Me),36.96(9a-NCH3),21.63(10-Me),16.23(12-Me),21.01(13-CH2),9.30(13-Me),102.91(C-1'),70.68(C-2'),65.88(C-3'),26.45(C-4'),68.72(C-5'),21.29(5'-Me),40.16(3'-NMe2),166.36(C-1''),118.67(C-2''),145.81(C-3''),134.44(phenyl-1C),128.31(phenyl-2C),129.28(phenyl-3C),130.77(phenyl-4C),129.28(phenyl3-O-(2-氯苯基)丙稀酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-甲基-9a-同型红霉素A(Ⅱ-9)：白色固体，产率49.2%，mp178~181℃。UVλma*/nm：214，276。IRσ/cm-1：3265(νOH)，3063(νOH)，2932(νasCH2)，2854(νsCH3)，1709(νC=O)，1645(νC=C)，1594(νC=C)，1223(νC-O)，766(3-O-(3-硝基苯基)丙稀酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-甲基-9a-同型红霉素A(Ⅱ-10)：黄色固体，产率28.3%，mp165~168℃。UVλma*/nm：260。IRσ/cm-1：3311(νOH)，2975(νasCH3)，2937(νasCH2)，2875(νsCH3)，1739(νC=O)，1717(νC=O)，1638(νC=C)，1172(νC-O)，771(3-O-(3,5-二甲氧基苯基)丙稀酰基-9-脱氧-9a-氮杂-9a-甲基-9a-同型红霉素A(Ⅱ-11)：白色固体，产率39.6%，mp161~165℃。UVλma*/nm：212，283。IRσ/cm-1(Picture82)：3240(νOH)，3047(νOH)，3004(νOH)，2931(νasCH2)，2854(νsCH3)，1716(νC=O)，1692(νC=O)，1647(νC=C)，1610(νC=C)，1208(νC-O)，1158(νC-O)，1065(νC-O)，838(1.2体外抗菌活性试验选择革兰氏阳性菌金葡菌ATCC25923，肺炎链球菌ATCC49619，革兰氏阴性菌大肠杆菌ATCC25922以及革兰氏阳性耐药菌株金葡菌8195〔对红霉素耐药〕，肺炎链球菌8220〔对红霉素耐药〕和革兰氏阴性菌流感杆菌8227作为试验菌株，用两倍稀释法对制备的目标化合物3-取代十五元氮杂内酯衍生物〔I-1~I-11，Ⅱ-1~Ⅱ-11〕进展体外抗菌活性测试。以红霉素A〔EMA〕和阿奇霉素〔AZM〕为对照，检测目标化合物最小抑菌浓度(MIC)。测试结果见表1。二、结果与讨论2.1设计合成的22个化合物均未见文献报道，抗菌活性实验结果〔表1〕说明，化合物I-1、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3、Ⅱ-4对耐药菌肺炎链球菌8220的抗菌活性强于阿奇霉素和红霉素A；化合物Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3对革兰氏阴性菌大肠杆菌ATCC25922和流感杆菌8227的抗菌活性强于红霉素A；化合物Ⅱ-1对革兰氏阴性菌流感杆菌8227的抗菌活性与阿奇霉素相当。所有目标化合物对金葡菌ATCC25923、肺炎链球菌ATCC49619的活性相对阿奇霉素和红霉素A没有明显改善，甚至还弱。目标化合物与红霉素A相比对革兰氏阴性菌的抗菌活性有比拟明显的改善，可能与通过扩环后，在15元氮杂内酯的母核上引入了一个氮原子，油水分布系数改变有密切联系。Table1Antibacterialeffectsofazalidesagainstpathogens化合物MIC(μg/ml)金葡菌ATCC25923金葡菌8195肺炎链球菌ATCC49619肺炎链球菌8220大肠杆菌ATCC25922流感杆菌8227I-132>12816812832I-264>1286464>12864I-3128>128>12864128128I-464>1288128>128>128I-5>128>128>12864>128128I-6128>128>128128>128>128I-7>128>128128>128>128>128I-8>128>128>128128>128>128I-9>128>128128128128128I-10>128>128>128128128>128I-11>128>128>12812812864Ⅱ-14>128216168Ⅱ-216>1284163232Ⅱ-332>1282163232Ⅱ-464>1286416>128>128Ⅱ-5128>12832>128>128>128Ⅱ-632>1284646432Ⅱ-764>128464128128Ⅱ-8128>12832128128128Ⅱ-9>128>128>128>128>128>128Ⅱ-10128>12816128>128>128Ⅱ-11128>128>128>128128128AZM0.5>1280.53248EMA0.25>1280.256464642.2初步构效关系研究将C-3位克拉定糖水解后，进展芳香酰化修饰，对耐药菌的抗菌活性得到改善；同时苯环上有卤素和硝基取代时的活性较强，而有氧乙酰基和甲氧基取代时，抗菌活性最弱，由此推测在C-3位用带卤素和吸电子基团的芳香基取代对提高抗菌活性有益。C-3位用苯丙烯酰基系列取代基进展取代的化合物的抗菌活性都比拟低，可能与取代基团过大，刚性构造比拟多，影响了整个分子的柔性，导致与细菌核糖体的结合减弱有关。9a-N甲基衍生物与9a-N氢衍生物的抗菌活性比拟，发现9a-N上有甲基取代的衍生物抗菌活性明显高于氮杂环上没有甲基取代的衍生物，由此推测可能由于9a-N上甲基取代后亲脂性增加对提高抗菌活性有益。2.3药效团模型验证选择从不同中药中提取别离出来的26种有效成分对金葡菌的MIC数据[3]，利用计算机辅助药物设计程序catalyst，得到的含有氢键给体、氢键受体、芳香中心和疏水中心等四局部在内的药效团模型，该模型的tatolcast=108.55,RMS=0.713364,correl=0.8754，weight=1.15832,config=8.166097;对该模型进展验证发现其适用性很强，我们利用该模型〔图2〔左〕〕对所设计的几个化合物进展虚拟筛选，具体结果见表2。表2利用药效团模型对局部合成化合物的抗金葡菌预测活性和实测值化合物预测值mg/L实测值mg/LFit值作用构象能量Kcar/molI-119.01325.36790I-