本发明涉及新型二氮双环烯烃及其制备方法。本发明的化合物用作制备2-羟基喹啉类或β-内酰胺类抗菌素的中间体。 本发明还涉及新型2-羟基喹啉羧酸衍生物及其可药用盐类，以及这些化合物的制备方法。
通常，商业用的2-羟基喹啉类抗菌素如氧氟沙星（ofloxacin）和Ciprofloxacin对革兰氏阴性细菌具有较强抗菌活性，但是，这些化合物的缺点是对革兰氏阳性细菌抗菌活性较低。
本发明人经过深入研究，合成了可作为侧链引入2-羟基喹啉和β-内酰胺类抗菌素分子中的新型2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-烯，本发明者还发明了制备这些化合物的方法。
本发明涉及式（Ⅰ）所示的化合物：
（Ⅰ）
其中：
R1和R4分别表示氢、低级烷基或一个常用的氨基保护基团，
R2和R3分别表示氢、低级烷基或被氨基、羟基或卤素取低的低级烷基。
本发明还提供了式（Ⅰ-A）所示的新型2-羟基喹啉羧酸衍生物，
（Ⅰ-A）
其中：
R1、R2和R3定义如上。
A是氢或氯原子，或甲基、氨基。
B是低级烷基、环丙基或被卤素原子任意取代的苯基。
C是氮原子，或被低级烷基、低级烷氧基、卤素原子任意取代的次甲基，和它们的可药用盐类。
下面进一步解释本发明。
本发明的目的之一是提供式（Ⅰ）所示的二氮双环烯烃，尤其是2，7-二氮双环[3.3.0]壬-4-烯及其衍生物。
本发明的另一个目的是提供新型2-羟基喹啉羧酸衍生物及其对各种微生物具有广谱抗菌活性的可药用盐类，并且提供这些化合物的制备方法。
“低级烷基”在此是指直链或支链的C1-5烷基，如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基和叔丁基。
“卤素”在此是指氯、溴、氟。
常用的氨基保护基团在此指叔丁氧羰基、乙氧羰基和苄基。
本发明还有一个目的是提供制备这些化合物的方法。
制备本发明中式（Ⅰ）化合物的方法如下：
方法（A）
上式中：
R1、R2、R3和R4定义如上，
X表示脱离基团如卤素（氯、溴）或低级烷氧羰基如乙氧羰基。
根据方法（A），式（Ⅰ）化合物可通过以下步骤获得，（a）将式（Ⅱ）化合物（J.Hetero.Chem.6，507，（1967））和氨基缩合形成式（Ⅲ）化合物;（b）将式（Ⅲ）化合物还原形成式（Ⅳ）化合物;（c）将式（Ⅳ）化合物环合形成式（Ⅴ）化合物;（d）将式（Ⅴ）化合物烷基化形成式（Ⅵ）化合物;（e）将式（Ⅵ）化合物脱水。
下面详细介绍方法（A）：
步骤（a）中式（Ⅱ）化合物和式的烷基胺在溶剂如乙醇、苯或甲苯存在下缩合形成式（Ⅲ）化合物。反应温度是70℃到130℃之间。
步骤（b）中，或将硼氢化钠和硼氰氢钠用作还原剂，或将钯、铂作催化剂催化氢化，在溶剂如甲醇、乙醇、THF或这几种溶剂的混合溶液中进行还原反应，得到式（Ⅳ）化合物。
步骤（c）中，式（Ⅳ）化合物与金属镁进行格列雅（Grignard）反应，或与氢化钠、碱金属醇盐反应形成式（Ⅴ）所示的二环化合物。
步骤（d）中，式（Ⅴ）化合物与卤化烷基镁在溶剂如乙醚和THF存在下反应，形成式（Ⅵ）化合物。
步骤（e）中，式（Ⅵ）化合物脱水，然后将氨基保护基解封闭，形成式（Ⅰ）所示地二氮双环化合物。
上述式（Ⅴ）表示的中间体为新型化合物，它们可通过方法（B）制备得到。
方法（B）
根据方法（B），式（Ⅴ）所示的二氮双环酮可通过下列方法制得（f）将式（Ⅱ）化合物与式R1NH2的伯胺缩合，形成式（Ⅶ）的烯胺;（g）将式（Ⅶ）的烯胺还原形成相应的式（Ⅷ）的仲胺;（h）将式（Ⅷ）的仲胺烷基化形成式（Ⅸ）的叔胺;（i）将式（Ⅸ）的叔胺环合。
下面详细介绍方法（B）：
步骤（f）中，式（Ⅱ）化合物按与上述方法（A）中步骤（a）相似的方法与伯胺反应，生成式（Ⅶ）化合物。
步骤（g）中，按与上述方法（A）中步骤（b）相似的方法还原式（Ⅶ）化合物，得到式（Ⅷ）化合物。
步骤（h）中，式（Ⅷ）化合物和卤代乙酸酯及有机碱如三乙基胺或吡啶的混合物，在极性溶剂如乙醇或DMS存在时，在室温下搅拌直至式（Ⅸ）化合物形成。
步骤（i）中，按照上述方法（A）步骤（c）相似的方法使式（Ⅸ）的化合物反应，生成式（Ⅴ）化合物。
最后，按照常规方法如层析法进行分离提纯可得到本发明的化合物（Ⅰ）。根据产物要求，用己烷和乙酸乙酯按10∶1到1∶2的比例，作展开剂。
本发明涉及的式（Ⅰ-A）的2-羟基喹啉类化合物可用方法（C）或（D）制备。
方法（C）
上式中：
R1、R2、R3、A、B和C定义如上，Y是卤素原子、甲磺酰基、甲苯磺酰基。
根据上述方法（C），本发明中式（Ⅰ-A）表示的2-羟基喹啉类化合物可通过式（Ⅱ-A）化合物与式（Ⅲ-A）化合物在溶剂存在下，优选在无机碱或有机碱存在下反应得到。这一方法中所用溶剂包括水、低级烷醇、乙腈、吡啶、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜及其混合溶液。所用无机碱包括碳酸钙、碳酸钾及其类似物。所用有机碱包括1，8-二氮双环[5.4.0]十一碳-7-烯（DBU）、三乙基胺及其类似物。上述反应温度为20℃到200℃之间，优选60℃到130℃之间，反应时间约为1小时到24小时。
方法（D）
上式中：
R1、R2、R3、A、B、C和Y定义如上，
R是氢原子或低级烷基。
方法（D）包括下述四个步骤：
步骤（1）
式（Ⅴ-A）化合物可通过式（Ⅳ-A）化合物与式（Ⅱ-A）化合物反应得到。上述反应需有溶剂存在，比如在低级烷醇、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃或其混合溶液中进行。优选在无机碱比如氢氧化钠和碳酸钠或有机碱比如1，8-二氮双环[5.4.0]十一碳-7-烯和三乙基胺存在下进行反应，反应温度为0℃到反应介质的回流温度之间。
步骤（2）
式（Ⅶ-A）的化合物可通过将式（Ⅴ-A）化合物与原甲酸乙酯和乙酸酐回流加热后和式（Ⅵ-A）化合物的胺缩合而成。缩合反应的溶剂优选乙醇、二甲基亚砜、丙酮、1，4-二噁烷或其混合溶液，反应温度范围从0℃到50℃。
步骤（3）
式（Ⅷ-A）的化合物可通过将式（Ⅶ-A）的化合物环化而成，所说的环化反应溶剂优选乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃或其混合溶液，优选在无机碱如氢氧化钠、氢氧化钾、氟化钠、氟化钾或有机碱如三乙基胺和吡啶存在下进行，反应温度为从0℃到反应介质的回流温度之间。
步骤（4）
式（Ⅰ-A）的化合物可通过将由步骤（3）所得的式（Ⅷ-A）化合物水解得到，水解反应按常规方法用酸水解或碱水解。
步骤（1）和（3）得到的中间体，例如式（Ⅴ-A）、（Ⅶ-A）和（Ⅷ-A）各代表的化合物是新型化合物，本发明也包括这类化合物。
本发明中作为起始物的化合物可以商购也可以用已知方法制备，例如，式（Ⅲ-A）的化合物可用J.Med.Chem.31，503（1988）和Drug of the Future，14，931（1989）的方法制备;式（Ⅳ-A）的化合物可用Chem.Pharm.Bull.38，2472（1989）的方法制备。
式（Ⅰ-A）的化合物可通过常规方法转化成它们的可药用盐类。例如，式（Ⅰ-A）的化合物可用无机酸如盐酸、硫酸和磷酸，或有机酸如甲磺酸乳酸、草酸和乙酸，或碱性金属盐如钠盐和钾盐，使其转化成盐类。
下列实施例旨在进一步解释本发明，并不限制本发明的范围。
实施例1
2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-烯二盐酸化物的制备
（1）制备1-苯基-3-（N-苯基-N-乙氧羰基甲基）氨基-4-乙氧羰基四氢吡咯
将24.7g1-苯基-3-乙氧羰基-4-吡咯烷酮和19.3gN-苯基甘氨酸乙酯的混合物加到100ml苯中，然后用Dean-Stark蒸馏装置脱水，再蒸除残余的苯，残留物和少许甲基橙溶于200ml四氢呋喃中，用3N HCl-甲醇溶液将终溶液的pH值调到4。加入7g硼氰氢钠后，室温下搅拌滴加3N HCl-甲醇溶液直至溶液的粉红色不再消失。在反应混合液中加入15%碳酸钠水溶液使成碱性，然后用乙酸乙酯抽提，分出有机相，用无水硫酸镁干燥。溶剂被吸除后，剩余物通过硅胶柱层析纯化，得到29.5g所需产物。
1H-NMR（CDCl3;δ）∶1.27（6H，t），3.10-4.01（12H，m），4.04（4H，q），7.25（10H，m）。
（2）制备N，N′-二苯基-4-氧-2，7-二氮双环[3.3.0]辛烷
将21.1g1-苯基-3-（N-苯基-N-乙氧羰基甲基）氨基-4-乙氧羰基四氢吡咯溶于500ml苯中，再加入2.2g 60% NaH，反应混合液室温搅拌3小时，然后回流加热1小时。将200ml 6N HCl加入反应混合液中，冰浴冷却，水层用乙酸乙酯洗，然后回流加热6小时。反应混合液冷却后再用乙酸乙酯洗，减压浓缩水层至体积为50ml，加入15%碳酸钠水溶液使混合液的pH值调至7.6，水溶液用乙酸乙酯抽提两次，抽提液用无水硫酸镁干燥，然后减压浓缩，残留物经硅胶柱层析纯化，得到9.41g所需产物。
1H-NMR（CDCl3，δ）：2.30-3.00（5H，m），3.20-3.70（7H，m），7.15（10H，m）。
（3）制备N，N′-二苯-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-醇
将4.0g NaBH4和6.12g N，N′-二苯-4-氧-2，7-二氮双环[3.3.0]辛烷分别溶于100ml乙酸中。将前者的悬浮液滴加至后者的溶液中，室温搅拌3小时后，反应混合液与20ml 15% NaOH溶液反应，滤出残留固体，滤液减压浓缩后用乙酸乙酯抽提后再用无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，得到所需量的产物。
（4）制备N，N′-二（叔丁氧羰基）-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-醇
步骤（3）所得的N，N′-二苯-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-醇和3g 10% Pd/C加到250ml甲醇和10ml甲酸的混合液中。向终混合液中导入氢气（起始压力为60 psi），反应完全后，用硅藻土过滤反应混合液，滤液用饱和碳酸钠溶液中和，加入40g碳酸二叔丁酯后搅拌14小时后再减压浓缩，残留物经硅胶柱层析纯化后得到所需产物。
（5）制备N，N′-二（叔丁氧羰基）-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-烯
步骤（4）所得的N，N-二（叔丁氧羰基）-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-醇，加入到100ml二氯甲烷和7ml三乙基胺的溶液中，将4.2ml甲基磺酰氯滴加至用冰水浴冷却的反应混合液中，反应液室温搅拌10小时，用水洗涤后经无水硫酸镁干燥，然后真空抽去溶剂。残留物溶于50ml二甲基亚砜中，然后加入10mlDBU。将反应混合液倒入200ml冰水中，用乙酸乙酯抽提三次，分出有机相，并用无水硫酸镁干燥，溶剂吸除后，残留物经硅胶柱层析纯化，得到所需产物。
（6）制备-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-烯二盐酸化物
将N，N′-二（叔丁氧羰基）-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-烯加入30ml 3N HCl-甲醇溶液中，室温搅拌4小时，然后减压浓缩，得到0.311g所需产物。
1H-NMR（CD3OD，δ）：2.53（1H，m），3.32（1H，m），3.94（1H，d×d），4.08（2H，m），4.42（1H，m），6.18（1H，m）。
实施例2
制备4-甲基-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-烯二盐酸化物
（1）制备1-苯基-3-乙氧羰基-4-苯基氨基四氢吡咯
将24.7g1-苯基-3-乙氧羰基-4-吡咯烷酮和10.7g苯基胺按与实施例1中步骤1相似的方法反应，得到18.25g所需产物。
（2）制备N，N′-二苯基-4-氧-2，7-二氮双环[3.3.0]辛烷
将上述步骤（1）中制备的16.9g 1-苯基-3-乙氧羰基-4-苯基氨基四氢吡咯和20ml溴代乙酸乙酯在100ml乙醇中的混合液，室温搅拌3天，减压蒸去未反应的溴代乙酸乙酯和溶剂，残留物溶于100ml甲苯中，反应混合液于冰水浴冷却，加入8g叔丁酸钾后于室温搅拌过夜，然后加入100ml水，充分搅拌，分出水层，用浓硫酸中和，中和后的水层用乙酸乙酯抽提3次，减压蒸去溶剂，向残留物中加入100ml浓盐酸，反应溶液回流搅拌4小时，再经减压蒸发至体积为50ml，用1N氢氧化钠溶液中和后再用乙酸乙酯抽提两次，用无水硫酸镁干燥，减压蒸去溶剂，产物经硅胶柱层析纯化，得到7.5g所需产物。
（3）制备N，N′-二苯-4-甲基-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-醇
将步骤（2）中得到的3.06g N，N′-二苯基-4-氧-2，7-二氮双环[3.3.0]辛烷溶于30ml无水乙酸乙酯中，冰浴冷却搅拌，同时滴加3.28g甲基溴化镁溶于20ml无水乙酸乙酯的溶液，反应混合液室温搅拌4小时，加入10ml水后，再搅拌30分钟，分出有机层，用无水硫酸镁干燥后减压浓缩，残留物经硅胶柱层析纯化，得到2.20g所需产物。
（4）制备4-甲基-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-烯二盐酸化物
将步骤（3）所得到的N，N′-二苯基-4-甲基-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-醇按照类似于实施例1中步骤（4）到（6）所用方法反应，得到0.410g所需产物。
1H-NMR（CD3OD，δ）：2.31（3H，m），2.53（1H，m），3.34（1H，m），3.94（1H，d×d），4.06（2H，m），4.42（1H，m），6.20（1H，m）。
实施例3
制备3-甲基-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-烯二盐酸化物
（1）制备1-苯基-3-[N-苯基-N-（1-乙氧羰基乙基）氨基-4-乙氧羰基四氢吡咯
将24.7g 1-苯基-3-乙氧羰基-4-吡咯烷酮和20.7g N-苯基丙氨酸乙酯按类似于实施例1中步骤（1）所述方法反应，得到28.7g所需产物。
1H-NMR （CDCl3，δ）：1.27（6H，t），1.68（3H，d），3.10-4.10（12H，m），4.04（4H，q），7.21（10H，m）。
（2）制备3-甲基-2，7-二氮双环[3.3.0]辛-3-烯二盐酸化物
将28.7g 1-苯基-3-[N-苯基-N-（1-乙氧羰基乙基）氨基-4-乙氧羰基四氢吡咯，按类似于实施例2中步骤（2）和实施例1中步骤（3）所述方法反应，得到2.07g所需产物。
1H-NMR（CD3OD，δ）：1.71（3H，m），2.53（1H，m），3.34（1H，m），3.91（1H，d×d），4.10（2H，m），4.40（1H，m），6.19（1H，m）。
实施例4
制备1-环丙基-6，8-二氟-7-[（2，7-二氮双环[3.3.0]壬-4-烯）-7-基]-1，4-二羟基-4-氧-3-喹啉羧酸
将173mg2，7-二氮双环[3.3.0]辛-4-烯二盐酸化物和914mgDBU（1.8二氮双环[5.4.0]十一碳-7-烯）混合于2.5ml乙腈中，室温搅拌30分钟，在澄清的反应液中加入283mg1-环丙基-6，7，8-三氟-1，4-二羟基-4-氧-3-喹啉羧酸。反应混合液搅拌回流加热4小时，然后冷却，滤出生成的固体，用3ml乙腈洗涤，白色固体减压干燥，得到312mg所需产物。
1H-NMR（CDCl3+CD3OD，δ）：1.15（4H，m），2.37（1H，m），3.14（1H，m），3.85（1H，m），3.94（1H，d×d），4.08（2H，m），4.42（1H，m），6.18（1H，m），7.86（1H，d），8.65（1H，s）。
体外抗菌活性试验
为了评价本发明的2-羟基喹啉类衍生物的抗菌活性，可用Mueller-Hinton琼脂，按照琼脂培养基二倍稀释法（Hoechst 345）测定实施例中所合成化合物的最低抑菌浓度（MIC）。
体外抗菌活性试验菌株是Hoechst标准菌株。具有107CFU/ml的菌株在培养基中培养，在37℃培养18小时后观察菌株的生长状况，将Ciprofloxacin作为对照物，MIC试验结果如表1所示。
表1 体外抑菌活性试验（MIC μg/ml）
菌种 A B
化脓性链球菌 308A 0.195 3.125
化脓性链球菌 77A 0.098 0.781
产粪链球菌 MD 8b 0.195 0.781
金色链球菌 SG 511 0.013 0.391
金色链球菌 285 0.013 0.781
金色链球菌 503 0.013 0.781
大肠杆菌 O 55 <0.002 <0.002
大肠杆菌 DC 0 0.098 0.195
大肠杆菌 DC 2 0.013 0.098
大肠杆菌 TEM 0.007 0.007
大肠杆菌 1507E 0.013 0.007
铜绿色假单胞菌 9027 0.391 0.391
铜绿色假单胞菌 1592E 0.391 0.391
铜绿色假单胞菌 1771 0.391 0.391
铜绿色假单胞菌 1771M 0.098 0.098
鼠伤寒沙门氏菌 0.007 0.007
产气克雷白氏菌 1082E 0.004 0.004
产气克雷白氏菌 1552E 0.007 0.007
阴沟肠杆菌 P 99 0.007 0.007
阴沟肠杆菌 1321E 0.004 0.004
A：实施例4制备的化合物
B：Ciprofloxacin