佟 萍，劉澤含，劉春風，王 瑞，李凡凡，楊 楊，楊迎晨,許瑞波,3

（1. 江蘇海洋大學藥學院，江蘇，連云港 222005； 2. 江蘇綠源工程設計研究有限公司, 江蘇，連云港 222007;3.江蘇省海洋資源開發(fā)研究院.，江蘇，連云港 222005）

Schiff 堿是一類含有亞胺基(-HC=N-)的重要含氮化合物，結構獨特而易于合成。Schiff 堿特征官能團結構使其與天然生物體系的結構類似[1-3]，且其氮原子上存在孤對電子, 賦予了Schiff 堿優(yōu)良的配位性能和生物活性[4]。由于Schiff 堿及其金屬配合物具有良好的抑菌、殺菌、抗腫瘤、抗病毒的生物活性及光學、催化活性，使得它們在化學、醫(yī)藥、材料等領域有著廣泛的潛在應用前景[5-8]。因此，設計合成結構新穎、性能各異的Schiff 化合物具有重要意義。

含哌嗪環(huán)化合物通常顯示出廣泛生物活性，如抗腫瘤、抗高血壓、鎮(zhèn)痛、抗炎及抗過敏等[9-10]，它們是醫(yī)藥、農(nóng)藥等藥物的重要結構片段。以含有哌嗪環(huán)的伯胺為原料，通過與結構各異的含活潑羰基化合物的反應，能制備出含哌嗪環(huán)及其他官能團的席夫堿，從而改善化合物的一些理化性質(zhì)、藥理活性[11]。目前，國內(nèi)外對哌嗪席夫堿的研究較少，國內(nèi)主要是我們課題組進行含哌嗪環(huán)席夫堿及其衍生物的研究工作，并取得了一定的成果[10-17]。近期，課題組首次研究了雙(2-羥基-1-萘甲醛)縮N,N'-二(3-氨基丙基)哌嗪Schiff 堿（簡稱為BNO）的最佳合成工藝條件。本研究報道BNO 合成（見Scheme 1）、結構表征及其對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑制作用，為設計、開發(fā)具有優(yōu)良生物活性的含哌嗪環(huán)化合物提供一定參考。

Scheme 1 Synthesis route for the title compound方案1 標題化合物的合成路線

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

試劑：N,N'-二(3-氨基丙基)哌嗪(BAPP))是由東京化成工業(yè)株式會生產(chǎn)，購于北京百靈威化學技術有限公司；2-羥基-1-萘甲醛、無水乙醇、正丁醇等均為市售分析純，用前皆未做任何處理。

儀器：SGW X-4 型顯微熔點測定儀，溫度未校正；Nicolet-is10 型傅里葉紅外光譜儀（KBr 壓片），Thermo Fisher Scientific 公司；UV-Vis 2550 型紫外分光光度計，日本島津公司；Brucker DRX300 核磁共振儀（CDCl3為溶劑，TMS 為內(nèi)標）。

1.2 雙(2-羥基-1-萘甲醛)縮N,N'-二(3-氨基丙基)哌嗪Schiff 堿(i.e.BNO)的合成

準確稱取1.033 g（約6 mmoL）2-羥基-1-萘甲醛于100 mL 三口燒瓶內(nèi)，加入10 mL 溶劑攪拌溶解；再準確稱取0.601 g（3 mmoL）BAPP，用5 mL溶劑溶解在燒杯里。將三口燒瓶置于恒溫水浴鍋內(nèi)，持續(xù)加熱攪拌，同時將燒杯中液體滴加至三口燒瓶中，在某溫度范圍內(nèi)反應一段時間，冷卻至室溫，過濾，濾渣用少量無水乙醇沖洗，烘干后稱重。

產(chǎn)物BNO為黃色粉末，產(chǎn)率約92 %；m.p.176～178 ℃; UV (EtOH) λ / nm : 230 (K), 307 (K),400-418(R);1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ:14.32 (s,2H),8.73(s,2H),7.82(d,J=8.3 Hz,2H),7.66(d,J=9.3 Hz, 2H), 7.59 (d, J = 7.8 Hz, 2H), 7.41 (s, 2H),7.22(d,J=7.5 Hz,2H),6.90(d,J=9.3 Hz,2H),3.67(d, J=5.2 Hz, 4H), 2.46 (t, J= 6.8 Hz, 12H), 1.90(d,J=6.8 Hz, 4H); IR δ /cm-1:1058,1159,1214, 1 227,1256, 1277, 1346, 1361, 1401, 1417, 1463, 1492,1629, 3439. Anal. calcd for C32H36N4O2: C 75.56, H 7.13,N 11.01;found C 75.67,H 7.38,N 11.32。

1.3 BNO 的表征

主要采用熔點測定、紅外光譜、紫外可見光譜、核磁共振氫譜進行產(chǎn)物結構表征。

1.4 BNO 最佳合成工藝條件的考察

本研究通過單因素實驗分別考察了溶劑、反應溫度和反應時間對BNO產(chǎn)率的影響，獲得了最佳合成工藝條件。

1.5 抑菌活性實驗方法

參考文獻[10]的抑菌實驗步驟和方法，測定了產(chǎn)物BNO對二種受試細菌大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑制作用。取34 g營養(yǎng)瓊脂，加1.0 L蒸餾水，溶解后置于高壓滅菌鍋內(nèi)，120℃滅菌30 min。冷卻至50～60℃制成平板，取0.1 mL活化菌液，在平板上涂抹均勻，以等距離均勻、垂直放置牛津杯。在牛津杯中加入0.1 mL樣品液，蓋好平皿，置于37℃生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。取出后，測量每個牛津杯周圍所產(chǎn)生的透明抑菌圈直徑(mm)。

2 結果與討論

2.1 最佳合成工藝條件的的確定

2.1.1 溶劑的影響

稱取5 份2-羥基-1-萘甲醛1.033 g，溶劑分別使用無水乙醇、正丁醇、乙酸乙酯、四氫呋喃和丙酮，按照1.2 的操作步驟，在60℃下反應2.5 h，考察溶劑對BNO 產(chǎn)率的影響，結果見表1。

從表1 可以看出，以四氫呋喃作為反應溶劑時，BNO 的產(chǎn)率最低，為13%?？赡苁且驗楫a(chǎn)物在四氫呋喃中具有良好的溶解度，故析出的固體產(chǎn)物較少；當乙醇、乙酸乙酯作溶劑時，BNO 的產(chǎn)率分別為89%、87%，相差很少，考慮到乙醇價格低，故本實驗選擇乙醇作為最佳反應溶劑。

表1 溶劑對BNO 產(chǎn)率的影響Table 1 The effect of solvents on the yield of BNO

2.1.2 溫度的影響

按照1.2 的操作步驟，以乙醇為溶劑，在一定溫度下（50、55、60、65、70℃）加熱反應2.5 h，考察反應溫度對BNO 產(chǎn)率的影響，結果見圖1。

圖1 溫度對BNO 產(chǎn)率的影響Fig.1 The effect of temperature on the yield of BNO

由圖1 可知，隨著反應溫度的升高，BNO 的產(chǎn)率先增大后降低，在60 ℃時產(chǎn)率最高，繼續(xù)升高反應溫度，BNO 的產(chǎn)率逐漸減小。有可能是因為溫度較高，反應原料發(fā)生了氧化反應，同時有利于亞胺水解的副反應進行，導致產(chǎn)率降低。故確定60 ℃為最佳反應溫度。

2.1.3 時間的影響

以乙醇為溶劑，按照1.2 的操作步驟，在60℃加熱反應一定時間（分別是2、2.5、3、3.5、4、4.5、5 h），考察反應時間對BNO 產(chǎn)率的影響，結果見圖2。

從圖2 可以看出，隨著反應時間的延長，BNO的產(chǎn)率先逐漸增加，然后迅速減少，當反應為4 h時收率達到最高，約為92%。因為隨著反應時間的延長，原料轉化率增加，產(chǎn)物增多，反應時間為4 h時，基本達到反應平衡，再延長反應時間，促進原料的氧化和產(chǎn)物的水解，使產(chǎn)率下降，故確定4 h為最佳反應時間。

圖2 反應時間對BNO 產(chǎn)率的影響Fig.2 The effect of time on the yield of BNO

2.2 BNO 的表征

2.2.1 熔點測定

常溫常壓下BAPP 為液體，原料2-羥基-1-萘甲醛的熔點為82～85 ℃，經(jīng)測定得固體產(chǎn)物的熔點為176～178 ℃，與固體原料2-羥基-1-萘甲醛的熔點不同，由此，初步判斷生成物可能是目標產(chǎn)物BNO。

2.2.2 紅外光譜分析

BNO 的紅外光譜如圖3。從圖中可以看出，在3439 cm-1處存在一個較寬的吸收峰，可歸屬為O-H的特征峰[18]；在1629 cm-1處有一個強吸收峰，可歸屬為Schiff 堿典型的C = N 伸縮振動峰；1300-1544 cm-1吸收峰可能是萘環(huán)骨架C=C 的伸縮振動引起[19]；在2941、2814、1463 cm-1附近的峰可能是由于-CH2-伸縮振動、變形振動引起的；1200-1300 cm-1的吸收峰可歸屬為萘環(huán)C-O 的伸縮振動[18]；在1159 cm-1和1058cm-1處的吸收峰可歸屬為哌嗪環(huán)C-N 的伸縮振動。此外圖中沒有出現(xiàn)氨基NH2-、醛基CHO-典型吸收峰，說明該產(chǎn)物紅外光譜符合目標產(chǎn)物的結構特征，且反應比較徹底。

圖3 BNO 的紅外圖譜Fig.3 IR spectrum of BNO

2.2.3 紫外光譜分析

圖4 是產(chǎn)物BNO 與原料2-羥基-1-萘甲醛（簡寫為HNA）的紫外光譜圖。從圖中可以看出，NHA和BNO 在200～280 nm 區(qū)間出現(xiàn)較為復雜吸收峰，峰形比較相似，可歸屬為萘環(huán)骨架π-π*躍遷[18-19]；二者在300～380 nm 出現(xiàn)的較強寬峰可歸屬為萘環(huán)C=C、醛基C=O 或亞胺基C=N 引起的π-π*躍遷，可能是由于助色基團-OH 的存在導致波長紅移[18-19]；此外HNA 在大于400 nm 有一弱吸收，而BNO 在400、418 nm 處有較強寬峰，可分別歸屬為醛基HC=O、亞胺基C=N 的n-π*躍遷產(chǎn)生的R 帶，二者峰強的顯著差別可能是以下二個原因引起的：一是雜原子不同，O 的電負性比N 強，給電子能力要弱；二是N-上的烴基與共軛體系產(chǎn)生較強的超共軛效應。

圖4 BNO 和HNA 的紫外光譜Fig.4 UV-Vis spectra of BNO and HNA

2.2.4 核磁共振氫譜分析

由1H NMR 圖譜(見圖5)可以看出，在14.32 處有一單峰，可歸屬于萘環(huán)的羥基；在8.73 處的雙峰為亞胺CH=N 上的質(zhì)子；萘環(huán)上12 個質(zhì)子峰出現(xiàn)在6.89～7.83 區(qū)間；3.67 處的峰可歸屬為C10上的質(zhì)子；1.90 處的峰可歸屬為C11上的質(zhì)子；2.46 處的三重峰可歸屬為C12上的質(zhì)子。該1H NMR 進一步證明產(chǎn)物與目標產(chǎn)物BNO 結構一致。

圖5 BNO 的核磁共振氫譜圖Fig.5 1H NMR spectrum of BNO

2.3 BNO 的抑菌活性

初步研究了產(chǎn)物BNO 濃度為1、5 mg/mL 時對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用，實驗發(fā)現(xiàn)：BNO 對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都具有一定的抑制作用，對大腸桿菌后續(xù)實驗的抑菌活性略好（見表2）。有關抑菌活性的進一步實驗正在后續(xù)實驗進行中。

表2 BNO 的抑菌實驗結果Table 2 The results of antibacterial activities of BNO

2.4 溶解度測試

稱取7 份BNO，每份100 mg，加入7 只試管。在每只試管中分別加入氯仿、二氯甲烷、丙酮、乙醚、甲醇、乙醇、乙酸乙酯各1.0 mL，發(fā)現(xiàn)BNO在氯仿中全部溶解，在乙醚中幾乎不溶，其他溶劑中少量溶解；加熱后，在二氯甲烷中全部溶解，乙醚中仍舊幾乎不溶，其他溶劑中溶解度有所增加；再在試管中分別加入1 mL 相應溶劑，丙酮中全部溶解，乙醇、甲醇中部分溶解，乙酸乙酯中少數(shù)溶解，而乙醚依舊幾乎不溶，故可以得到BNO 在個溶劑中的溶解性難易順序為：三氯甲烷> 二氯甲烷> 丙酮> 乙醇> 甲醇> 乙酸乙酯> 乙醚。

3 小結

以N,N'-二(3-氨基丙基)哌嗪和2-羥基-1-萘甲醛為原料，采用簡單易行的加成-消除反應，設計合成了一個Schiff 堿化合物即雙(2-羥基-1-萘甲醛)縮N,N'-二(3-氨基丙基哌嗪)Schiff 堿。由于2-羥基-1-萘甲醛分子中的羥基、醛羰基與萘環(huán)會分別發(fā)生p-π、π-π共軛效應，使得羰基碳正電性減弱，反應活性降低，因此，至少需要對反應溫度和反應時間二個因素進行考察。結合有關參考文獻，本研究選取了反應溫度、反應時間、溶劑種類三個因素進行了單因素實驗，并且獲得了目標化合物的最佳合成工藝條件，產(chǎn)率高達92%。利用熔點、紅外光譜、紫外光譜、核磁共振氫譜等手段對產(chǎn)物結構進行表征，證明為目標化合物。

該Schiff 堿分子中含有6 個配位原子，分別是2 個羥基O、2 個亞氨基N 和哌嗪環(huán)上的2 個N，由于哌嗪環(huán)可以以船式和椅式二種構象存在，以及哌嗪環(huán)上的柔性手臂丙基，使得該分子是一個很好的配體。下一步我們將對該席夫堿的金屬配合物的合成、性質(zhì)及活性等展開深入研究，為設計具有良好生物活性、光學性能的哌嗪等雜環(huán)衍生物[20-21]提供一定的理論和實驗經(jīng)驗。