新型香豆素類化合物：設(shè)計、合成及其作為抗微生物制劑與DNA人工探針的相關(guān)研究

《新型香豆素類化合物：設(shè)計、合成及其作為抗微生物制劑與DNA人工探針的相關(guān)研究》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《新型香豆素類化合物：設(shè)計、合成及其作為抗微生物制劑與DNA人工探針的相關(guān)研究（6頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、新型香豆素類化合物：設(shè)計、合成及其作為抗微生物制劑與DNA人工探針的相關(guān)研究 香豆素是一類重要的含苯并a-叱喃酮結(jié)構(gòu)的芳香氧雜環(huán)化合物，具有較大 的共軛體系,強(qiáng)的分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移能力以及良好的熱力學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性。這種 特殊的剛性稠環(huán)結(jié)構(gòu)使其易于進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾并能方便地引入各種功能基團(tuán),因而 在食品、燃料、香料、光電材料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、超分子識別等眾多領(lǐng)域具有廣泛 的潛在應(yīng)用。 尤其是在醫(yī)藥領(lǐng)域,香豆素類化合物在抗細(xì)菌、抗真菌、抗癌、抗病毒、抗 氧化、抗凝血、抗炎等方面發(fā)揮著重要作用,相關(guān)研究備受關(guān)注,日益活躍,發(fā)展 十分迅速。一些香豆素類藥物如華法林、雙香豆素、醋硝香豆醇、雙香豆素

2、乙酯、 亮菌甲素、羥甲香豆素、氯達(dá)香豆素、卡波羅孟等已廣泛應(yīng)用于臨床。 在抗感染領(lǐng)域，基于香豆素的抗生素如香豆霉素A1、新生霉素、氯新生霉素 等已得到廣泛研究,它們不僅可通過抑制三磷酸腺甘酶的活性阻礙DNA勺超螺旋, 導(dǎo)致細(xì)菌死亡，還可作用于DNAK撲異構(gòu)酶II或DNAU旋酶，干擾DNA勺復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和染色體的分離,從而有效抑制細(xì)菌的生長。近些年,許多人工合成的香豆素 類化合物顯示出了良好的抗微生物活性及寬的抗微生物譜,尤其對耐甲氧西林金 黃色葡萄球菌的生長具有突出的抑制作用,具有開發(fā)成藥的希望,致使無數(shù)研究者致力于香豆素類抗微生物藥物的開發(fā)。 此外,香豆素類化合物在作為探針方面的

3、應(yīng)用也得到廣泛研究,許多文獻(xiàn)已 報道了基于香豆素分子結(jié)構(gòu)的生物分子探針,這類探針的開發(fā)應(yīng)用有助于人們適 時地了解生物體內(nèi)生物大分子的活性、重要的生命過程及藥物的藥理學(xué)與藥代動 力學(xué)性質(zhì)等,為疾病的預(yù)防、藥物的研發(fā)與臨床應(yīng)用提供可靠的監(jiān)測手段。鑒于 此,本文基于香豆素類化合物在國內(nèi)外抗菌抗真菌領(lǐng)域及作為生命物種探針方面 的研究與開發(fā)現(xiàn)狀,一方面結(jié)合本課題組有關(guān)香豆素類抗感染活性分子的研究基 礎(chǔ),設(shè)計合成了一系列新型的香豆素類抗菌抗真菌化合物,探索了目標(biāo)化合物的 制備方法與條件,并對其進(jìn)行了體外抗菌抗真菌活性、構(gòu)效關(guān)系及抗菌作用機(jī)制 的研究；另一方面,對新合成的香豆素三唾基乙醇化合

4、物作為DNA5針進(jìn)行了初 步的體外評估,主要工作總結(jié)如下:(1)新型香豆素喹諾酮類抗菌雜合體的合成: 以取代苯酚為起始原料構(gòu)筑不同結(jié)構(gòu)的香豆素母核環(huán)II-3a-b,II-7和II-8,其 中II-3a-b與氯乙酰氯經(jīng)親核取代反應(yīng)制得中間體II-4a-b,而香豆素II-7和 II-8則與二溴化合物反應(yīng)得到中間體II-9a-c和II-10a-c,中間體與不同的喹諾 酮化合物在乙醇的堿性溶液中回流反應(yīng)即可快捷有效地得到香豆素喹諾酮類雜 合體II-5a-f,II-11a-i和II-12a-i;(2)新型香豆素唑基乙醇類化合物的合成: 以取代苯酚為起始原料構(gòu)筑不同結(jié)構(gòu)的香豆素母核環(huán)III-

5、2和III-11,再與環(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-3和III-12,最后 在乙醇為溶劑及碳酸鉀為堿的條件下分別用各種唑類化合物開環(huán)得到香豆素唑 基乙醇類化合物 III-4a-e,III-5,III-6a-b,III-7a-b,III-8,III-9,III-13a-e,III-14,III-15a -b,III-16a-b和III-17;(3)新型香豆素查爾酮類化合物的合成:以間苯二酚為 起始原料構(gòu)筑7-羥基-4-甲基香豆素母核環(huán)IV-2,再經(jīng)分步反應(yīng)獲得香豆素醛基 化合物IV-3和取代的香豆素醛基化合物IV-4a-c,兩者與不同取代的唑酮類化

6、合 物IV-7a-d在以甲苯為溶劑，冰醋酸和哌噬為催化劑的條件下于130oC反應(yīng)制得 香豆素查爾酮類化合物IV-8a-d和IV-9a-l;(4)新型香豆素苯并咪唑類化合物的 合成:以取代苯酚為起始原料構(gòu)筑不同結(jié)構(gòu)的香豆素母核環(huán)V-2a-b和V-15,再經(jīng) 分步反應(yīng)制得對應(yīng)的香豆素醛基化合物V-3a-b和V-16,在DMF容液中化合物 V-3a-b和V-16與鄰苯二胺類化合物于80oC下反應(yīng)分別得到香豆素苯并咪唾類 化合物V-4a-b、V-11a-b和V-17a-b,化合物V-4a、V-11a和V-17a再與鹵代姓： 或鹵葦類化合物在DMF勺碳酸鉀溶液中反應(yīng)制得雙取代的香豆素苯并咪

7、唾類化 合物V-5a-b、V-12a-d和V-18a-b,另外,香豆素醛V-3a與溴乙烷經(jīng)進(jìn)一步親核 取代反應(yīng)制得中間體V-6,中間體V-3a-b、V-6和V-16再與取代的鄰苯二胺類于 DMF容液中反應(yīng)即可簡便高效地得到單取代的香豆素苯并咪唾類化合物V-7a-b、 V-10a-j、V-13a-j和V-19a-d;(5)所有新化合物的結(jié)構(gòu)均用IR、1HNMR13C NMRM*口/或HRM等現(xiàn)代波譜手段證實;(6)探索了溶劑、催化劑和反應(yīng)溫度對 系列III香豆素唑基乙醇類化合物制備的影響,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)以乙醇為溶劑、碳 酸鉀為催化劑且反應(yīng)溫度為70oC時目標(biāo)化合物III的產(chǎn)率最高。

8、 (7)研究了系列II中目標(biāo)化合物的體外抗細(xì)菌、抗真菌活性?；钚匝芯拷Y(jié)果 顯示大部分的香豆素喹諾酮類雜合體顯示出較強(qiáng)的抗菌活性和較廣的抗菌譜,并 且對所測真菌菌株也具有較強(qiáng)的抑制能力。 其中與香豆素4-位雜合的目標(biāo)化合物II-11a-i的抗菌抗真菌活性普遍比 較強(qiáng),然而活性最強(qiáng)的雜合體是II-12g,它對所測細(xì)菌和真菌均顯示出強(qiáng)的抑制 能力,其抗菌活性優(yōu)于參考藥物氯霉素、諾氟沙星和氟康唑,與環(huán)丙沙星和克林沙 星相當(dāng);(8)研究了香豆素喹諾酮類雜合體II-5b、II-12d和II-12g與參考藥物 的聯(lián)用效果。發(fā)現(xiàn)化合物II-5b對革蘭陰性菌的聯(lián)用效果普遍高于革蘭陽性菌, 且其與

9、環(huán)丙沙星聯(lián)用時能得到更好的效果。 化合物II-12d與諾氟沙星聯(lián)用時對金黃色葡萄球菌的敏感度最高,FICI值 為0.062。化合物II-12g與氯霉素聯(lián)用時,對除金黃色葡萄球菌和藤黃微球菌外 的所有測試菌株均表現(xiàn)出協(xié)同作用,并且該化合物對MRSA勺藥物聯(lián)用效果高于 II-5b和II-12d,這一結(jié)果表示雜合體II-12g在藥物聯(lián)用時具有解決細(xì)菌耐藥性 問題的潛能。 另外,化合物II-5b、II-12d和II-12g能較快地抑制金黃色葡萄球菌和大腸 桿菌的生長,甚至在培養(yǎng)12代后也沒有明顯誘導(dǎo)金黃色葡萄球菌和MRSA寸藥性的產(chǎn)生。分子對接結(jié)果顯示，這三個化合物同時還具有DNAU旋酶

10、抑制能力；(9)研究了香豆素喹諾酮類雜合體II-12g的抗菌作用機(jī)制。 利用紫外、熒光光譜法和DNAS針探索了高活性目標(biāo)分子II-12g與小牛胸腺DNA勺相互作用，研究結(jié)果表明化合物II-12g能以嵌入的方式與DNAS基形成穩(wěn)定的復(fù)合物，從而影響細(xì)菌和真菌DNA勺復(fù)制，起到抑菌作用；(10)研究了系列III中目標(biāo)化合物的體外抗細(xì)菌抗真菌活性、logP和高活性目標(biāo)化合物III-14與小牛胸腺DNA勺結(jié)合能力。研究結(jié)果顯示與參考藥物相比，部分目標(biāo)化合物顯示出中等或較強(qiáng)的抑菌能力及較廣的抗菌譜。 香豆素雙三唑醇化合物III-14表現(xiàn)出最強(qiáng)的抗菌活性,尤其是對于 MRSA(MIC=8g/mL),

11、其抑菌活性與諾氟沙星(MIC=8g/mL)相當(dāng)，并強(qiáng)于氯霉素(MIC=16ng/mL)。與氟康唾相比，化合物III-14同樣能有效地抑制所測試真菌的生長。 利用紫外可見分光光度法所測理化數(shù)據(jù)logP顯示,具有適宜logP值的目 標(biāo)化合物的抗菌抗真菌活性強(qiáng)于其他化合物,這說明化合物的理化性質(zhì)對生物活 性的影響也是相當(dāng)重要的。另外化合物III-14能與小牛胸腺DNA!過氫鍵和范德華力與DNA勺溝槽結(jié)合，形成III-14-DNA復(fù)合物，從而影響細(xì)菌和真菌DNA勺復(fù)制,起到抑菌效果;(11)研究了系列IV的目標(biāo)化合物香豆素類查爾酮的體外抗 細(xì)菌抗真菌活性。 活性研究數(shù)據(jù)顯示多數(shù)目標(biāo)化合物表現(xiàn)

12、出有效的抗細(xì)菌抗真菌活性及較寬 的抗菌譜。其中活性最好的目標(biāo)化合物為IV-9h,它對所測試的所有細(xì)菌均具有 較強(qiáng)的抑制能力，MIC范圍為1-8^g/mL,強(qiáng)于參考藥物氯霉素(MIC=8-32仙g/m L),與諾氟沙星相當(dāng)(MIC=1-16叱g/mL)。 同時,除白色念珠菌以外,化合物IV-9h對所測試真菌的敏感度也高于參考 藥物氟康唑,尤其是對氟康唑不敏感的黃曲霉菌,其抑制效果為氟康唑的512倍。 此外化合物IV-9h不僅對藤黃微球菌和痢疾志賀菌具有較快的殺菌速度,且對金 黃色葡萄球菌和MRS/W使在培養(yǎng)15代后仍然沒有明顯誘導(dǎo)其產(chǎn)生耐藥性的趨 勢;(12)深入探討了系列IV香

13、豆素查爾酮類化合物的構(gòu)效關(guān)系。 體外活性研究數(shù)據(jù)顯示,苯環(huán)上的取代基對目標(biāo)化合物抗細(xì)菌抗真菌活性的 影響明顯不及烷基鏈大,沒有烷基鏈修飾的化合物IV-8a-d及兩個碳鏈修飾的化 合物IV-9a-d的生物活性普遍低于四個及六個碳鏈修飾的化合物IV-9e-l,鑒于 以上結(jié)果,以活性最好的目標(biāo)化合物IV-9h苯環(huán)上的取代基為基準(zhǔn),選取化合物 IV-8d、IV-9d、IV-9h和IV-9l四個化合物進(jìn)行深入的構(gòu)效關(guān)系研究。通過它們 與小牛胸腺DNA勺相互作用能力差別證明烷基鏈的長短對目標(biāo)化合物活性影響 強(qiáng)弱順序為4碳鏈>6碳鏈>2/0碳鏈,這也進(jìn)一步闡明了化合物IV-9h活性

14、 最強(qiáng)的原因;(13)研究了系列V香豆素苯并咪唾類目標(biāo)化合物的體外抗細(xì)菌抗真 菌活性和構(gòu)效關(guān)系。 活性研究數(shù)據(jù)顯示部分目標(biāo)化合物對所測試菌株表現(xiàn)出一定的抗細(xì)菌抗真 菌活性。篩選出活性最優(yōu)且抗菌譜最廣的目標(biāo)化合物V-19d,尤其是對藤黃微球 菌和MRSA(MIC=0.5g/mL),其活性強(qiáng)于參考藥物氯霉素(MIC=8或32Ng/mL)和諾氟沙星(MIC=2或16^g/mL)。 另外,香豆素苯并咪唑化合物V-19d具有較好的水溶性(26.65mg/L),且對金 黃色葡萄球菌和MRSAI3使在培養(yǎng)15代后仍然沒有明顯誘導(dǎo)其產(chǎn)生耐藥性的趨勢, 為進(jìn)一步深入研究提供了可行性。構(gòu)效關(guān)系研究

15、表明,3-位香豆素苯并咪唑化合 物的抗微生物活性強(qiáng)于8-位香豆素苯并咪唑化合物,這一結(jié)論進(jìn)一步得到量子 化學(xué)研究數(shù)據(jù)分析的證實;(14)研究了香豆素苯并咪唑化合物V-19d的抗菌作用機(jī)制。 實驗結(jié)果表明化合物V-19d能有效地透過所測試革蘭陽性菌MRS抹口革蘭陰 性菌大腸桿菌的細(xì)胞膜。進(jìn)一步實驗結(jié)果顯示其抑制50%生物膜生成的濃度即 IC50值對MRS廉口大腸桿菌分別為0.5仙g/mL和1仙g/mL,且其分解50啾物膜的濃度即EC50＜對MRS用大腸桿菌分別為3.2g/mL和6.25g/mL;(15)合成了香豆素三唑基乙醇化合物VI-7,其結(jié)構(gòu)得到現(xiàn)代波譜手段證實。 應(yīng)用紫外光譜、熒光光譜等光譜學(xué)方法研究了化合物VI-7作為DNAA工探 針的潛能。實驗結(jié)果顯示化合物VI-7初步有望開發(fā)為基于香豆素結(jié)構(gòu)的新型DNA 人工探針。 本論文共合成141個化合物,其中新化合物102個,包括香豆素喹諾酮雜合體 24個,香豆素唑基乙醇類23個,香豆素查爾酮類化合物16個,香豆素苯并咪唑衍 生物39個。