说明书一种氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于创新药物合成领域，具体涉及一种氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物，同时还涉及氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物的制备方法，以及其在抗感染药物中的应用。
背景技术
氟喹诺酮作为临床广泛使用的广谱、高效、低毒抗感染药物而备受关注。然而，由于目前细菌耐药的日益严重，如何克服细菌耐药性已成为抗感染药物治疗领域亟待解决的社会公共健康安全问题。虽然解决细菌耐药的策略有多种选择，但有效而经济的途径是基于现有药物的结构特征进行结构优化，不断促进新药的产生。氟喹诺酮抗菌活性的构-效关系研究表明：除C-3位羧基和C-4羰基是抗菌活性所必需的活性药效团外，C-7位取代基，尤其是引入C-7哌嗪基对扩大其抗菌谱、提高抗菌活性和改善药代动力学等均有较大影响。为此,目前临床氟喹诺酮药物分子的C-7位多有哌嗪取代基。同时，为发现新的抗菌活性氟喹诺酮化合物，许多研究多集中于哌嗪N-取代基的变化，而在哌嗪基与喹啉环骨架间插入连接链的变化甚少。
发明内容
本发明的目的是提供一种氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物，同时提供氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物的制备方法和应用。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物，其化学结构式如通式(I)所示：
式(I)
式(I)中，R为二甲氨基、二乙氨基、哌啶基、吗啉基、哌嗪基、取代哌嗪基、吡咯烷基。该类化合物为以下的具体结构的化合物：
所述氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物的制备方法，以商业供应的式(II)所示的氧氟沙星前体羧酸—9,10二-氟-2,3-二氢-3-甲基-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸为原料制备而成，
具体制备步骤如下：
1)将式(II)所示化合物与叠氮化钠发生取代反应制得式(III)所示9-氟-2，3-二氢-3-甲基-10-叠氮-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸；
2)将式(III)所示的化合物与溴代丙炔通过点击化学(click chemistry)反应得式(IV)所示的9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-溴甲基-[1,2,3]三唑-1-基)-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸；
3)将式(IV)所示化合物与胺供体RH发生Br的取代反应，待反应完全后经处理得目标化合物如式(I)所示，
式I中，R为二甲氨基、二乙氨基、哌啶基、吗啉基、哌嗪基、取代哌嗪基、吡咯烷基。
所述式(II)所示的9,10-二氟-2,3-二氢-3-甲基-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸与叠氮化钠的摩尔比为1:1.0～1.5。
所述式(III)所示的9-氟-2，3-二氢-3-甲基-10-叠氮-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸与溴代丙炔的摩尔比为1:1.0～1.2。
所述式(IV)所示的9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-溴甲基-[1,2,3]三唑-1-基)-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸与胺供体RH的摩尔比为1:1.0～3.0。
所述的氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物在制备抗感染药物中的应用。
所述抗感染药物为治疗由埃希氏阴性大肠杆菌、革兰氏金葡球菌、多药耐药大肠杆菌及耐甲氧西林金葡球菌所引起的感染疾病的药物。
本发明的一种氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物基于药效团的拼合原理，将优势药效团骨架氟喹诺酮羧酸与有效取代基C-7氨基间插入功能三唑杂环，与临床广泛应用的氟喹诺酮类药物氧氟沙星(V)的结构相比，通过C-7取代基结构的改变，克服了氟喹诺酮药物的耐药性，可作为全新结构的氟喹诺酮抗感染药物开发。
式(V)氧氟沙星
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明的氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物的制备方法，以商业供应的式(II)所示的氧氟沙星前体羧酸—9,10二-氟-2,3-二氢-3-甲基-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸为原料制备而成，
具体制备步骤如下：
1)将式(II)所示的氧氟沙星前体羧酸与叠氮化钠发生取代反应制得式(III)所示9-氟-2，3-二氢-3-甲基-10-叠氮-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸；
具体制作步骤为：化合物(II)(10.0g,36.0mmol)和叠氮化钠(2.8g,43.0mmol)溶解于DMSO(50mL)中，50℃搅拌反应24h。反应混合物慢慢倒入冰-水混合物(200mL)中，用浓盐酸调pH到7.0。滤集产生的固体，用水洗涤，真空干燥。粗品用乙醇-DMF(V/V＝5:1)混合溶剂重结晶，得黄色固体(III)，收率78％,mp 238-240℃(dec.)。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:15.63(brs,1H,COOH),8.76(s,1H,5-H),7.68(d,J＝13.2Hz,1H,8-H),4.87～4.46(m,3H,OCH2CH),1.47(d,J＝4.2Hz,CH3)；MS(m/z):Calcd.for C13H9FN4O4:304.24[M]+；Found:305[M+H]+。
2)将式(III)所示的化合物与溴代丙炔通过点击化学(click chemistry)反应得式(IV)所示的本发明的9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-溴甲基-[1,2,3]三唑-1-基)-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸；
具体制作步骤为：在500mL的三口反应瓶中加入正丁醇(150mL)和水(50mL)，搅拌下依次加入式(III)所示的化合物(10.0g,33.0mmol)、五水硫酸铜(2.0g,8.0mmol)和维生素C钠盐(1.6g,8.0mmol)后，慢慢滴加溴代丙炔(4.6g,39.0mmol)与二氯甲烷(50mL)的混合物，并在50℃搅拌反应至完全(TLC检测，展开剂V(CHCl3):V(MeOH)＝5:1)。冷却室温，加水(10mL)、搅拌、静置分层。水相用二氯甲烷提取，合并有机相，用无水硫酸钠干燥。减压蒸除溶剂，残余物用无水乙醇重结晶，得黄色固体(IV)，收率82％，mp 225-227℃。1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ15.38(brs,1H,COOH),8.89(s,1H,5-H),7.83(s,1H,5″-H),7.73(d,J＝13.2Hz,1H,8-H),5.18(s,2H,BrCH2),4.93～4.48(m,3H,OCH2CH),1.48(d,J＝4.2Hz,CH3)；MS(m/z):Calcd.for C16H12BrFN4O4:423.20[M]+；Found:423and 425[M+H]+ for79Br和81Br。
3)将式(IV)所示化合物与胺供体RH发生Br的取代反应，待反应完全后经处理得目标化合物如式(I)所示，
式I中，R为二甲氨基、二乙氨基、哌啶基、吗啉基、哌嗪基、取代哌嗪基、吡咯烷基。
式(I)目标化合物通用的合成制备步骤为：9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-溴甲基-[1,2,3]三唑-1-基)-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸IV(1.0g,2.4mmol)悬浮于乙腈(15mL)中，加入胺供体RH(7.2mmol)和三乙胺(0.4g,4.0mmol)。混合反应物搅拌回流12h，减压蒸除溶剂，残余物用2mol/L稀盐酸水溶液溶解，滤除不溶物。滤液用浓氨水碱化至pH＝7.0，用氯仿提取(3×20mL)，合并有机相，无水硫酸钠干燥。减压蒸除溶剂，残余物用无水乙醇重结晶，得黄色固体目标物(I)。
实施例1
9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-二甲氨甲基-[1,2,3]三唑-1-基)-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸(I-1)，其化学结构式为：
即式I中的R为二甲氨基。
该化合物的制备方法为：以二甲胺为胺供体，依照上述的目标物(I)的通用制备方法，得淡黄色结晶物(I-1),产率72.0％，m.p.237-239℃。1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ15.36(brs,1H,COOH),9.24(s,1H,5-H),7.67(d,J＝13.2Hz,1H,8-H),7.84(s,1H,5″-H),5.32(s,2H,NCH2),4.92-4.53(m,3H,OCH2CH),2.46(s,6H,NCH3),1.46(d,J＝4.0Hz,CH3)；MS(m/z):Calcd.for C18H18FN5O4:387.37[M]+；Found:388[M+H]+。
实施例2
9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-二乙氨甲基-[1,2,3]三唑-1-基)-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸(I-2)，其化学结构式为：
即式I中的R为二乙氨基。
该化合物的制备方法为：以二乙胺为胺供体，依照上述的目标物(I)的通用制备方法，得淡黄色结晶物(I-2),产率67.0％，m.p.226-228℃。1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ15.41(brs,1H,COOH),9.25(s,1H,5-H),7.72(d,J＝13.2Hz,1H,8-H),7.81(s,1H,5″-H),5.28(s,2H,NCH2),4.88-4.46(m,3H,OCH2CH),2.44-2.36(m,4H,2×CH2),1.47-1.16(m,6H,2×CH3)；MS(m/z):Calcd.for C20H22FN5O4:415.43[M]+；Found:416[M+H]+。
实施例3
9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-哌啶-1-甲基-[1,2,3]三唑-1-基)-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸(I-3)，其化学结构式为：
即式I中的R为哌啶-1-基。
该化合物的制备方法为：以哌啶为胺供体，依照上述的目标物(I)的通用制备方法，得淡黄色结晶物(I-3),产率63.0％，m.p.237-239℃。1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ15.37(brs,1H,COOH),9.27(s,1H,2-H),7.75(d,J＝13.2Hz,1H,5-H),7.84(s,1H,5″-H),5.31(s,2H,NCH2),4.88-4.53(m,3H,OCH2CH),3.14-2.32(m,4H,N(CH2)2),1.63-1.12(m,9H,CH3和3×CH2)；MS(m/z):Calcd.for C21H22FN5O4:427.44[M]+；Found:428[M+H]+。
实施例4
9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-吗啉-4-甲基-[1,2,3]三唑-1-基)-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸(I-4)，其化学结构式为：
即式I中的R为吗啉-4-基。
该化合物的制备方法为：以吗啉为胺供体，依照上述的目标物(I)的通用制备方法，得淡黄色结晶物(I-4),产率73.0％，m.p.233-235℃。1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ15.53(brs,1H,COOH),9.36(s,1H,2-H),8.04(d,J＝13.2Hz,1H,5-H),7.87(s,1H,5″-H),5.32(s,2H,NCH2),4.95-4.51(m,3H,OCH2CH),3.68(t,J＝5.4Hz,4H,O(CH2)2),3.28(t,J＝5.4Hz,4H,N(CH2)2),1.48(d,J＝4.2Hz,3H,CH3)；MS(m/z):Calcd.for C20H20FN5O5:429.41[M]+；Found 430[M+H]+。
实施例5
9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-哌嗪-1-甲基-[1,2,3]三唑-1-基)-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸(I-5)，其化学结构式为：
即式I中的R为哌嗪-1-基。
该化合物的制备方法为：以哌嗪为胺供体，依照上述的目标物(I)的通用制备方法，得淡黄色结晶物(I-5),产率76％，m.p.241-243℃。1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ15.47(brs,1H,COOH),9.32(s,1H,2-H),7.88(d,J＝13.2Hz,1H,5-H),7.84(s,1H,5″-H),5.31(s,2H,NCH2),4.92-4.48(m,3H,OCH2CH),3.52-3.37(m,4H,piperazine-H),2.85-3.14(m,4H,piperazine-H),1.47(d,J＝4.2Hz,3H,CH3)；MS(m/z):Calcd.for C20H21FN6O4:428.43[M]+；Found 429[M+H]+。
实施例6
9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-[4-(4-甲基-哌嗪-1-甲基)-[1,2,3]三唑-1-基]-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸(I-6)，其化学结构式为：
即式I中的R为4-甲基-哌嗪-1-基。
该化合物的制备方法为：以N-甲基哌嗪为胺供体，依照上述的目标物(I)的通用制备方法，得淡黄色结晶物(I-6),产率85％，m.p.236-238℃。1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ15.46(brs,1H,COOH),9.34(s,1H,2-H),7.93(d,J＝13.2Hz,1H,5-H),7.83(s,1H,5″-H),5.28(s,2H,NCH2),4.95-4.53(m,3H,OCH2CH),3.56-3.38(m,4H,piperazine-H),2.77-3.13(m,4H,piperazine-H),2.26(s,3H,N-CH3),1.48(d,J＝4.2Hz,3H,CH3)；MS(m/z):Calcd.for C21H23FN6O4:442.45[M]+；Found 443[M+H]+。
实施例7
9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-[4-(4-乙基-哌嗪-1-甲基)-[1,2,3]三唑-1-基]-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸(I-7)，其化学结构式为：
即式I中的R为4-乙基-哌嗪-1-基。
该化合物的制备方法为：以N-乙基哌嗪为胺供体，依照上述的目标物(I)的通用制备方法，得淡黄色结晶物(I-7),产率70％，m.p.226-228℃。1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ15.44(brs,1H,COOH),9.25(s,1H,2-H),8.05(d,J＝13.2Hz,1H,5-H),7.86(s,1H,5″-H),5.31(s,2H,NCH2),4.93-4.56(m,3H,OCH2CH),3.53-3.36(m,4H,piperazine-H),2.85-3.17(m,4H,piperazine-H),2.24(q,J＝5.6Hz,2H,NCH2CH3),1.47(d,J＝4.2Hz,3H,CH3),1.33(q,J＝5.6Hz,2H,NCH2CH3)；MS(m/z):Calcd.for C22H25FN6O4:456.48[M]+；found:457[M+H]+。
实施例8
9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-[4-(3-甲基-哌嗪-1-甲基)-[1,2,3]三唑-1-基]-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸(I-8)，其化学结构式为：
即式I中的R为3-甲基-哌嗪-1-基。
该化合物的制备方法为：以2-甲基哌嗪为胺供体，依照上述的目标物(I)的通用制备方法，得淡黄色结晶物(I-8),产率62％，m.p.216-218℃。1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ15.46(brs,1H,COOH),9.23(s,1H,2-H),8.11(d,J＝13.2Hz,1H,5-H),7.90(s,1H,5″-H),5.37(s,2H,NCH2),4.88-4.53(m,3H,OCH2CH),3.54-3.37(m,4H,piperazine-H),2.94-2.66(m,3H,piperazine-H),1.46(d,J＝4.2Hz,3H,CH3),1.38(d,J＝6.5Hz,3H,CH3)；MS(m/z):Calcd.for C21H23FN6O4:442.45[M]+；Found:443[M+H]+。
实施例9
9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-吡咯烷-1-甲基)-[1,2,3]三唑-1-基]-7-氧代-7H-吡啶骈[1,2,3-de]-[1,4]苯骈噁嗪-6-羧酸(I-9)，其化学结构式为：
即式I中的R为吡咯烷-1-基。
该化合物的制备方法为：以吡咯烷为胺供体，依照上述的目标物(I)的通用制备方法，得淡黄色结晶物(I-9),产率78％，m.p.241-243℃。1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ15.47(brs,1H,COOH),9.22(s,1H,2-H),8.10(d,J＝13.2Hz,1H,5-H),7.86(s,1H,5″-H),5.33(s,2H,NCH2),4.86-4.55(m,3H,OCH2CH),3.15-2.86(m,4H,pyrrolindine-H),1.63-1.17(m,7H,pyrrolindine和CH3)；MS(m/z):Calcd.for C20H20FN5O4:413.41[M]+；Found:414[M+H]+。
试验例
一、实施例1-9提供的氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物的体外抗菌活性测定根据《抗菌药物敏感性试验执行标准：第二十二版资料增刊M100-S22》的标准方法、对金葡球菌、埃希氏大肠杆菌、耐甲氧西林阳性金葡球菌和多药耐药大肠杆菌的抗菌活性进行测定：
1、供试样品
以实施例1-9提供的氨甲基三唑取代的三环氟喹诺酮羧酸类衍生物，及其结构类似物氧氟沙星(OF)为供试样品，共10种，其中OF为对照组，实施例1-9样品为实验组；
实验微生物细菌株分别为标准革兰氏阳性金葡球菌S.aureus ATCC-29213(SA)，标准埃希氏阴性大肠杆菌E.coli ATCC-25922(EC)，耐甲氧西林阳性金葡球菌MR S.aureus ATCC-25923(MR-SA)和多药耐药大肠杆菌MDR E.coli ATCC-35218(MDR-EC)(由河南大学淮河临床药学院检验科提供)，并将其接种于肉汤MH培养基中，37℃培养18h，并用肉汤稀释成1/200作为实验菌液备用。
分别称取1.28mg的供试样品化合物，溶于1.0mL DMSO中，配成1.28mg/mL的母液，用肉汤按二倍稀释方法稀释到64、32、16、8、4、2、1、0.5、0.25、0.125μg/mL浓度梯度的测试样品液备用。
2、测定方法
测定方法的具体步骤为：
往洁净无菌的96孔培养板中加入上述1/200实验菌液90μL，然后加入不同浓度梯度的测试样品液10μL，使每孔最终菌液浓度约为5×105CFU/mL，阳性对照为不同浓度的环丙沙星10μL。同时设空白对照和溶剂对照(向实验菌液中加入DMSO，使其浓度为5wt％)，每个处理3个重复。将96孔板于37℃下在TS-8转移脱色摇床上振荡(15rpm)，黑暗条件下培养18h。然后用肉眼观察每孔细菌生长情况，无细菌生长的孔培养板中的浓度即为最小抑菌生长药剂浓度MIC值(minimum inhibitory concentration value)；每个数据平行测定三次，求其平均值，以此评价其抗菌活性，结果见表1所示。
表1各供试样品的抗菌活性(MIC)
从表1可以看出，实施例1-9提供的化合物对4种实验细菌株显示出一定的广谱抗菌活性，尤其是含有哌嗪基的化合物的活性相当于或优于对照氧氟沙星的活性，尤其是对2个耐药细菌株的活性强于对照的活性，无耐药现象的产生，这为开发新结构的抗耐药氟喹诺酮药物提供了重要依据。因此，按照药物开发的一般途径是先进行常规的抗菌体外筛选，然后进行针对性的研究，所以本发明的化合物具有强的抗细菌耐药活性，可通过与人体可接受的酸成盐或与药用载体混合制备抗感染类药物。