含硝基噁二唑啉類化合物的合成與抗菌活性

陳桐濱，潘慶能，宋恒文

（韓山師范學院化學系，廣東潮州 521041）

1 引言

噁二唑啉類化合物具有重要生理活性，如殺菌、殺蟲、除草、植物生長調節和抗病毒等[1-4]，受到農藥及藥物研發者的極大重視，從藥理學和合成角度來看，這類化合物具有較高的應用前景.本研究以對硝基苯甲酸為原料，設計合成一類含硝基噁二唑啉化合物，通過1H NMR,FT-IR對其結構進行表征，并且研究了它們對金黃色葡萄球菌（S.aureus）、大腸桿菌（E.coli）、枯草芽孢菌（B.subtilis）的抗菌活性.目標化合物的合成路線如下：

圖1 目標化合物合成路線

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑

WRS-2型熔點測定儀，溫度未經糾正（上海楚柏實驗室設備有限公司），Impact-420型傅里葉紅外光譜儀（美國Nicolet），MercuryPlus400型核磁共振儀（美國varian）.對硝基苯甲酸為分析純，φ=80%水合肼、苯甲醛、糠醛、對甲氧基苯甲醛、2，4-二氯苯甲醛、對羥基苯甲醛、無水乙醇、乙酸酐、二氯亞砜、4-硝基苯甲酸乙酯、4-硝基苯甲酰肼等均為化學純.金黃色葡萄球菌（S.aureus），大腸桿菌（E.coli），枯草芽孢菌（B.subtilis）.

2.2 目標化合物的合成

2.2.1 酰腙化合物的合成

酰腙化合物的合成參照文獻[5]，取4-硝基苯甲酰肼0.365 g（2 mmol）、芳香醛6 mmol加入到100 mL圓底燒瓶中，然后量取10 mL的無水乙醇加入圓底燒瓶中，加熱回流，反應時間為11 h.停止反應，轉移至燒杯中，自然冷卻后置于冰箱中冷凍析出晶體后，抽濾得淺黃色固體.將固體轉移到烘箱中在70℃的條件下烘干，再用無水乙醇重結晶得相應的酰腙.

2.2.2 3-N-乙酰基-2-芳基-5-(4-硝基苯基)-1,3,4-噁二唑啉的合成

取0.1 mmol的酰腙和6-8 mL的乙酸酐于50 mL的圓底燒瓶，反應溫度控制在95-100℃之間，反應5-6 h，停止反應后，旋轉蒸發多余的乙酸酐，然后用無水乙醇重結晶.

a：3-N-乙酰基-2-（2,4-二氯苯基）-5-（4-硝基苯基）-1,3,4噁二唑啉：黃色固體0.380 g，產率62.71%，熔點173.5-175.5℃，文獻[6]熔點189-190℃.IR(KBr),ν,cm-1:3 030（Ar-H），1 670(-C=0),1 620(-C=N),1 250(-N-N=C),1 070(C-0-C).1HNMR(DMSO,400MHz),δ:8.20-8.22(d,2H,Ar-H)，7.90-7.88(d,2H,Ar-H),7.21(s,H,Ar–H),7.02-6.95(m,2H,Ar-H),6.50(s,H,噁二唑啉-H),2,35(s,3H,-CH3).

b：3-N-乙酰基-2-（4-羥基苯基）-5-（4-硝基苯基）-1,3,4噁二唑啉：黃色固體0.254 g，產率48.57%，熔點156.1-158.1 ℃.IR(KBr),ν,cm-1:3 110（Ar-H）,1 675(-C=0)，1 624(-C=N)，1 242(-N-N=C),1 060(C-0-C).1HNMR(DMSO,400MHz),δ:8.17-8.15(d,2H,Ar-H),7.81-7.79(d,2H,Ar-H),7.05-7.00(d,2H,Ar–H),6.80-6.85(d,2H,Ar-H),6.48(s,H,噁二唑啉-H),2.25(s,3H,-CH3),1.86(s,3H,-CH3).

c：3-N-乙酰基-2-（4-甲氧基苯基）-5-（4-硝基苯基）-1,3,4噁二唑啉：黃色固體0.094 g，產率17.21%，熔點109.2-111.2℃，文獻[5]熔點115-116℃.IR(KBr),ν,cm-1:3 070（Ar-H）,1 660(-C=0),1 621(-C=N),1 252(-N-N=C),1 073(C-0-C).1HNMR(DMSO,400MHz),δ:8.19-8.15(d,2H,Ar-H),7.79-7.75(d,2H,Ar-H),7.10-7.07(d,2H,Ar–H),6.84-6.88(d,2H,Ar-H),6.46(s,H,噁二唑啉-H),2,27(s,3H,-CH3),1.60(s,3H,-CH3).

d：3-N-乙酰基-2-苯基-5-（4-硝基苯基）-1,3,4噁二唑啉：黃色固體，0.25 g,收率：70.15%熔點 ：159.7-161.5 ℃ IR(KBr),ν,cm-1:3 060（Ar-H）,1 663(-C=0),1 628(-C=N),1250(-N-N=C),1 077(C-0-C).1HNMR(DMSO,400MHz),δ:8.10-8.12(d,2H,Ar-H),7.70-7.73(d,2H,Ar-H),7.05-7.12(m,5H,Ar–H),6.40(s,H,噁二唑啉-H),2,20(s,3H,-CH3).

e：3-N-乙酰基-2-呋喃基-5-（4-硝基苯基）-1,3,4噁二唑啉：淺棕色固體，0.18 g,收率：45.25%.熔點：132.4-135.1℃.IR(KBr),ν,cm-1:3 075（Ar-H）,1 680(-C=0),1 625(-C=N),1 263(-N-N=C),1 090(C-0-C).1HNMR(DMSO,400MHz),δ:8.18-8.15(d,2H,Ar-H),7.75-7.70(d,2H,Ar-H),7.25-7.20（m,1H,funan-H），6.50-6.72(m,2H,funan–H),6.45(s,H,噁二唑啉-H),2,02(s,1 3H,-CH3).

2.3 抑菌實驗

2.3.1 濾紙片的準備

將濾紙片用打孔器制成直徑為6.0 mm圓形濾紙片，高溫蒸汽滅菌備用.

2.3.2 培養基準備

實驗中的細菌培養基的制備、滅菌及平皿制備按文獻[6]制備.

2.3.3 菌懸液的制備

用接種環挑取3-4環培養1 d的各種細菌于裝有50 mL無菌生理鹽水（0.9%）的三角瓶中，震蕩均勻，制成菌懸液.用稀釋平板法和血球計數法測定菌數，調整菌懸液濃度在106-107cfu/mL，現配現用.

2.3.4 噁二唑啉抑菌效果的測定

將目標化合物用DMF溶解，配制成濃度為10 mg/mL的溶液，將已滅菌的圓濾紙片浸入不同濃度的溶液中6-8 h，用無菌鑷子夾出，貼于含菌培養皿中.一個培養皿貼3片含藥液的濾紙片，將加好藥液的培養皿在恒溫培養箱中培養，細菌于37℃培養24 h，測定抑菌圈直徑，重復3次.

3 結果與討論

3.1 目標化合物的結構分析

目標化合物的紅外光譜表明：波長在3 030-3 110 cm-1的弱吸收為苯環上C-H的伸縮振動，1 660-1 680 cm-1的吸收為乙酰基上C=O鍵的吸收峰，1 620-1 658 cm-1的吸收為C=N鍵的吸收峰，1242-1563 cm-1的吸收為-N-N=C鍵的吸收峰，1 060-1 090 cm-1吸收為C-O-C鍵的吸收峰，-N-N=C鍵和C-O-C兩個鍵是噁二唑啉環上的特征鍵.目標化合物的1H NMR譜數據表明：位移δ2.27附近的峰為3位乙酰基中的甲基質子吸收峰，其中b在位移δ1.86處還出現了甲基質子吸收峰，主要是因為b中的羥基和乙酸酐發生了酯化反應；在δ6.48附近的單峰為噁唑啉環上的甲基吸收峰，而2位質子由于受噁唑啉環去屏蔽效應影響出現在芳環質子吸收區域，跟硝基相連的苯環上的氫的化學位移出現在8.15和7.85附近，主要是因為硝基的強吸電子作用，對苯環產生了去屏蔽效應，化學位移值增大.

3.2 目標化合物抑菌活性測定與分析

由表1可知不同濃度的目標化合物對三種細菌都有抑制作用.5個目標化合物用DMF溶解，濃度為10 mg/mL，濾紙片的直徑為6 mm，浸泡時間為6-8 h，三種細菌的菌懸液調整濃度在106-107cfu/mL，5種化合物中，對金黃色葡萄球菌（S.aureus）的抑菌圈直徑為13-17 mm，a的抑制效果是最好的.對大腸桿菌（E.coli）的抑菌圈直徑為12-16 mm，a,b和c的效果都為16 mm.對枯草芽孢菌（B.subtilis）的抑菌圈直徑為12-18 mm，其中a的效果最好，達到18 mm.化合物a的抑制效果是最好的，估計是引入了氯原子的關系.空白DMF溶劑沒有抑制效果.以上數據表明，合成的5個化合物對常見的三種細菌都有良好的抑制效果.

表1 目標化合物的抑菌效果

4 結論

以4-硝基苯甲酸為原料，4步合成5個3-N-乙酰基-2-芳基-5-(4-硝基苯基)-1,3,4-噁二唑啉類化合物，通過紅外和核磁共振對它們結構進行了表征.同時，研究了這些化合物對金黃色葡萄球菌（S.aureus）、大腸桿菌（E.coli）、枯草芽孢菌（B.subtilis）等細菌的抑菌效果.結果表明，5個化合物的抑制圈直徑都比較大，對三種細菌的抑制效果良好.

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