馬明真，李風梅，高寶生，宋俊芬，羅星，李華

(中國農(nóng)業(yè)大學煙臺研究院，煙臺 264670)

1,4-二氧喹醛酸酯合成及抑菌活性研究

馬明真，李風梅，高寶生，宋俊芬，羅星，李華*

(中國農(nóng)業(yè)大學煙臺研究院，煙臺 264670)

為了合成兩種具有抑菌活性的1,4-二氧喹醛酸酯，即1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯和 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯，以苯并呋咱為原料，經(jīng)Beirut反應、酯交換反應，合成了兩種喹醛酸酯；1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯合成產(chǎn)率為29.3%，1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯合成產(chǎn)率為18.3%。兩種1,4-二氧喹醛酸酯對大腸桿菌、金葡萄球菌、青霉菌和枯草桿菌均有明顯的抑菌活性。通過測定產(chǎn)物的熔點和光譜分析證明系為所合成的目標產(chǎn)物。

苯并呋咱；酯交換反應；喹醛酸酯；抑菌活性

1,4-二氧喹喔啉類衍生物具多種生物活性[1-3]，已在許多領域中廣泛報道[4-6]。其具有明顯的抑菌活性[7-8],并能促進飼料消化吸收和提高飼料轉化率[9-10]，對畜禽的飼養(yǎng)有重大意義,所以被廣泛用作獸藥[11-12]進行研究。

國家級一類新獸藥喹烯酮，具有抑菌促生效果好、低毒、低殘留、無三致作用的特點，且使用安全，是農(nóng)業(yè)部重點推廣的獸藥[10，13]。目前針對喹烯酮的研究多集中在合成工藝、藥理、毒理等方面[13-15]，較少涉及喹烯酮的轉型升級及結構創(chuàng)新。在保證安全有效、生物學活性較高的前提下，有必要制備各具特色、結構多樣的喹喔啉衍生物，以適應我國畜禽養(yǎng)殖疾病防控和食品安全的需求。

本文以苯并呋咱為原料，經(jīng)Beirut反應、酯交換反應，合成了兩種新喹喔啉衍生物，即1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯和 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯，并用濾紙片法[5]對其抑菌活性進行了研究，以期為新獸藥的制備提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑 分析天平，WT-B 型，上海精密科學儀器產(chǎn)品；恒溫磁力攪拌器，85-1型，江蘇榮華儀器產(chǎn)品；循環(huán)水式真空泵，SHZ-D 型，河南鞏義予華儀器產(chǎn)品；萬調(diào)萬用電爐，DL-1 型，山東龍口先科儀器產(chǎn)品；電熱恒溫鼓風干燥箱，DHG-9140A型，嘉興中新醫(yī)療儀器產(chǎn)品；壓力蒸汽滅菌器，YX280A型，上海三申醫(yī)療器械產(chǎn)品；電熱恒溫培養(yǎng)箱，420型，山東龍口先科儀器產(chǎn)品；超凈工作臺，SW-CJ型，蘇州安泰空氣技術公司產(chǎn)品；游標卡尺、接種針、打孔器、鑷子、濾紙等均為市售。

苯并呋咱(按文獻[16-17]方法自制)；乙醇、苯酚，均為分析純，天津永大化學試劑產(chǎn)品；乙酰乙酸乙酯，分析純，天津福晨化學試劑產(chǎn)品；乙酸乙酯、甲醇，均為分析純，天津科密歐化學試劑產(chǎn)品；鹽酸，分析純，煙臺三和化學試劑產(chǎn)品；三乙胺，分析純，天津廣成化學試劑產(chǎn)品；肉桂醇，分析純，上海阿拉丁生化科技產(chǎn)品；營養(yǎng)瓊脂，青島海博生物技術產(chǎn)品。供試菌種：大腸桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌、青霉菌。以上菌種均由中國農(nóng)業(yè)大學生物所提供。

1.2 喹醛酸酯合成

1.2.1 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸乙酯的制備 取苯并呋咱20 g(163.93 mmoL)加入25 mL乙酰乙酸乙酯，水浴加熱(40 ℃)攪拌溶解，溶液呈橙黃色。冷水浴(15 ℃)，緩慢加入40 mL三乙胺，溶液呈紅色，靜置在底部和邊緣可看到土黃色晶體析出，24 h后抽濾，乙醇洗滌得粗品。60 ℃烘干，甲醇重結晶。合成路線如圖1所示。

圖1 Beirut反應

1.2.2 1,4-二氧喹醛酸酯制備 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯的合成：取5 g 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸乙酯放入燒杯中，加入25 mL乙醇，加熱攪拌40 min，溫度控制在50～60 ℃，全部溶解后，加入2.5 g苯酚，回流5 min(77 ℃)后，滴加1 mL鹽酸，繼續(xù)回流2 h，減壓蒸餾回收乙醇，得深紅色粘稠反應產(chǎn)物，加50 mL乙酸乙酯，室溫靜置，析出晶體。抽濾，用蒸餾水洗滌，得土褐色固體。60℃烘干，乙酸乙酯重結晶。合成路線如圖2所示。

1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯的合成：取5 g 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸乙酯放入燒杯中，加入30 mL乙醇，加熱攪拌40 min，溫度控制在50～60 ℃，全部溶解后，加入4 mL肉桂醇，回流5 min(77 ℃)后，滴加1.5 mL鹽酸，繼續(xù)回流2 h，減壓蒸餾回收乙醇，得深紅色粘稠反應產(chǎn)物，加50 mL乙酸乙酯，室溫靜置，用超聲分散20分鐘，析出沉淀。抽濾，用蒸餾水洗滌，得褐色固體。60℃烘干，乙酸乙酯重結晶。合成路線如圖3所示。

圖2 與苯酚的酯交換反應

圖3 與肉桂醇的酯交換反應

1.3 抑菌試驗

1.3.1 培養(yǎng)基的制作 稱取營養(yǎng)瓊脂17.5 g，放入盛有500 mL蒸餾水的燒杯中，在電爐上加熱，用玻璃棒不斷攪拌，防止瓊脂粉末粘到燒杯底部，溶解至溶液呈通澈狀態(tài)，停止加熱，稍稍冷卻后倒入三角瓶中，在壓力蒸汽滅菌器中高壓滅菌20 min。

1.3.2 濾紙片法 將高壓滅菌后的瓊脂培養(yǎng)基趁熱倒入滅菌培養(yǎng)皿中，冷卻凝固后，用接種針從菌落上輕輕抹上一些細菌，均勻地涂抹在培養(yǎng)皿中的瓊脂平板上；選取優(yōu)質(zhì)濾紙，用打孔器打出直徑為6 mm的濾紙片，用壓力蒸汽滅菌器高壓滅菌20 min；用蒸餾水分別配制0.5、1.5、2.0、2.5 mg/mL的1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯和1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯溶液各50 mL；用無菌鑷子夾取一定數(shù)量的滅菌濾紙片，放在藥品中充分浸濕后，貼在含菌培養(yǎng)皿上，每只培養(yǎng)皿內(nèi)間隔一定的距離貼3片，用浸有去離子水的濾紙做空白對照，每種處理做兩組重復，以上操作均在超凈工作臺上進行；將培養(yǎng)皿放入28 ℃電熱恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h；用游標卡尺測量抑菌圈直徑。試驗中出現(xiàn)的抑菌圈直徑越大，說明藥品的抑菌活性越強。

2 結果

2.1 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸乙酯制備 苯并呋咱和乙酰乙酸乙酯的用量比值為1∶1.25，保持乙酰乙酸乙酯過量，反應進行的較為徹底，產(chǎn)率為65.44%，熔點153.1 ℃～153.9 ℃。

2.2 1,4-二氧喹醛酸酯制備 本文研究了兩種1,4-二氧喹醛酸酯的制備反應，均在濃鹽酸催化下進行。苯酚與1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸乙酯發(fā)生酯交換反應，得到土紅色松散晶體，產(chǎn)率為29.3%，熔點135.9 ℃～136.8 ℃；肉桂醇與1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸乙酯發(fā)生酯交換反應，得到肉色松散晶體，產(chǎn)率為18.3%，熔點138.7 ℃～139.1 ℃。

2.3 抑菌試驗 用去離子水作對照，采用濾紙片法對兩種喹醛酸酯進行了抑菌活性測試。結果表明，不同濃度的1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯和1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯對大腸桿菌、金葡萄球菌、青霉菌和枯草桿菌的抑菌圈直徑均明顯比對照組大，隨著藥品濃度的增加，抑菌圈直徑呈明顯增大的趨勢(表1、表2)。在1.5 mg/mL濃度下1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯對金葡萄球菌和1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯對大腸桿菌的抑菌照片見圖4。

表1 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯體外抑菌試驗的抑菌圈直徑 單位：mm

(x±s ,n=5)

表2 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯體外抑菌試驗的抑菌圈直徑 單位：mm

(x±s ,n=5)

圖4 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯對金葡萄球菌的抑菌結果(A)和1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯對大腸桿菌(B)的抑菌結果(化合物質(zhì)量濃度為1.5 mg/mL)

2.4 目標產(chǎn)物結構分析

2.4.1 紅外光譜(IR) 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯：2996 cm-1強峰是-CH3伸縮振動吸收譜帶，1738 cm-1強峰是C=O的伸縮振動吸收譜帶，1332 cm-1強峰是N-O伸縮振動吸收譜帶，1244 cm-1強峰是C-O伸縮振動吸收譜帶。770 cm-1中強峰是苯環(huán)鄰位雙取代特征吸收譜帶。其中1332 cm-1的強吸收峰是取代喹喔啉-1,4-二氧化物的特征吸收峰[18]。

1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯：2997 cm-1強峰是-CH3伸縮振動吸收譜帶，1739 cm-1強峰是C=0的伸縮振動吸收譜帶，1521 cm-1強峰是C=C伸縮振動吸收譜帶，1332 cm-1強峰是N-O伸縮振動吸收譜帶，1244 cm-1強峰是C-O伸縮振動吸收譜帶。770 cm-1中強峰是苯環(huán)鄰位雙取代特征吸收譜帶。其中1332 cm-1的強吸收峰是取代喹喔啉-1,4-二氧化物的特征吸收峰(圖5-圖6)。

圖5 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯的紅外光譜圖

圖6 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯的紅外光譜圖

2.4.2 質(zhì)譜(MS) 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯[M]:最大質(zhì)荷比m/z=295.66，基峰m/z=294.66。確定該化合物分子量為296，分子式為C16H12O4N2。

1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯[M]:最大質(zhì)荷比m/z=334.89，基峰m/z=334.02。確定該化合物分子量為336，分子式為C19H16O4N2(圖7-圖8)。

2.4.3 核磁共振譜(1HNMR) 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯δppm: 8.72～8.56(2H),8.05 (2H)，7.45(2H), 7.37(2H)，7.05(1H)，2.51(3H)。

1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯δppm: 8.62～8.56(2H)，7.91～7.83 (2H)，7.33～7.25(2H), 7.17(2H)，6.95(1H)，6.15(2H)，4.05～3.87(2H)，2.51(3H)(圖9-圖10)。

圖7 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯的質(zhì)譜圖

圖8 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯的質(zhì)譜

圖9 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸苯酯的1HNMR譜圖

圖10 1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯的1HNMR譜圖

3 討論與小結

1,4-二氧喹喔啉衍生物具有顯著的抑菌活性,被廣泛用作獸藥進行研究。目前，國內(nèi)圍繞喹烯酮的制備方法、催化劑改進及喹烯酮衍生物方面的研究較多，如唐樹和等[16]報道了以碳酸鈉作催化劑進行Beirut反應制備3-甲基-2-乙?；秽高?1，4-二氧化物的合成工藝路線、戴述誠等[15]報道將催化劑甲醇鈉改為鹽類催化劑，對喹烯酮的合成工藝路線和合成方法進行了改進；但在其轉型升級方面的研究較少，特別是結構創(chuàng)新方面的研究報道,如魏曉然等[19]研究了3-甲基-2-[3-(2-呋喃基)丙烯甲酰]-喹喔啉-1,4-二氧化物的合成較為少見。在保證安全有效的前提下，制備結構各具特色的喹喔啉衍生物的研究亟待加強。

為合成新喹喔啉衍生物，以苯并呋咱為原料，經(jīng)Beirut反應和酯交換反應，分別將苯酚和肉桂醇引入1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸乙酯上，合成了兩種喹醛酸酯。

在貝魯特縮合反應中，在三乙胺的催化下苯并呋咱和乙酰乙酸乙酯反應，可以不用另加溶劑，乙酰乙酸乙酯既做反應物同時也是溶劑。實驗過程中發(fā)現(xiàn)，用二乙胺作催化劑需冰水冷卻，反應速度快，但會產(chǎn)生大量紅褐色油狀物，產(chǎn)率低；用三乙胺作催化劑，反應時間較長，但反應溫和，產(chǎn)率高。每克苯并呋咱用2 mL三乙胺和1.25 mL乙酰乙酸乙酯時產(chǎn)率較高。與文獻[6]相比，乙酰乙酸乙酯的用量減少了13%，三乙胺的用量減少了72%，用甲醇替代丙酮進行重結晶，最終產(chǎn)率提高了10%。

在酯交換反應中，試驗中用易揮發(fā)的濃鹽酸做催化劑，保持在溶劑乙醇微沸的條件下進行反應。由于酯交換平衡的影響，會使目的產(chǎn)物的產(chǎn)率較低，因此，在反應過程中采取減壓蒸餾蒸出乙醇，從而提高目的產(chǎn)物的產(chǎn)率。反應得到的產(chǎn)物為紅褐色粘稠狀物質(zhì)，加入乙酸乙酯后析出沉淀。但在合成1,4-二氧喹喔啉-3-甲基-2-甲酸肉桂酯時出現(xiàn)了不沉淀的現(xiàn)象，試驗發(fā)現(xiàn)，用超聲分散20 min即可析出沉淀獲得產(chǎn)物。

通過紅外光譜、質(zhì)譜和核磁共振譜鑒定證明了所得化合物系目標產(chǎn)物，說明該合成路徑是合理有效的。同時，濾紙片抑菌試驗說明了兩種化合物對4種供試菌種均具有明顯的抑菌活性。

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(編輯：陳希)

Study on the Synthesis and Bacteriostasis of 1,4-dioxide Quinoline Aldehydes Esters

MA Ming-zhen,LI Feng-mei，GAO Bao-sheng，SONG Jun-fen，LUO Xing，LI Hua*

(ChinaAgricultureUniversity(Yantai) ，Yantai264670,China)

Using benzofuroxan as raw material , two kinds of 1,4-dioxide quinoline aldehydes esters, 1,4-dioxide quinoline-3- methyl -2- phenyl formate and 1,4-dioxide quinoline-3- methyl -2- cinnamylformate , were synthesized by Beirut reaction and ester exchange reaction. The yield of 1,4-dioxide quinoline-3- methyl -2- phenyl formate was 29.3% and the yield of 1,4-dioxide quinoline-3- methyl -2- cinnamylformate was 18.3%. Two kinds of 1,4-dioxide quinoline aldehyde ester have obvious antibacterial activity toEscherichiacoli,Staphylococcusaureus,Penicilliumsp. andBacillussubtilis. It was proved that new compounds synthesized in experiment were target compounds by measuring the melting point and spectral analysis.

benzofuroxan; ester exchange reaction; quinoline aldehydes esters; antibacterial activity

煙臺市科技發(fā)展計劃項目(2012ZH247)

馬明真，從事設施農(nóng)業(yè)科學與工程專業(yè)方面研究。

李華。E-mail：8540890692@qq.com

2016-03-19

A

1002-1280 (2016) 06-0026-07

S859.79