新型β-咔啉-磺酰胺衍生物的合成及其抑菌活性

張美丹，羅 輝，林曉媛，黃 娟，張耀謀，翁群芳

(1.華南農業大學 a.理學院;b.資源環境學院，廣東 廣州 510642)

磺酰胺類化合物是一類重要的有機原料，常用于染料、農藥和醫藥品的合成，其抗癌、抗炎和抗病毒等生物活性備受研究者關注［1－3］。但磺酰胺類藥物存在諸多缺點，如磺酰胺類降糖藥存在一定副作用，對患者健康不利;磺酰胺類抑菌劑降解性較差，對環境造成污染。因此，合成副作用更小，環境友好的新型磺酰胺衍生物具有重要意義。

本文以L-色氨酸和芳醛(1a，1c，1e和1f)為原料，經Pictet－Spengler環合、酯化、氧化、肼解、重氮化和磺?；?步反應合成了7個新型的β-咔啉磺酰胺衍生物(8a～8g)，其結構經1H NMR，IR和元素分析表征。用生長速率法考察了8a～8g的抑菌活性。

Scheme 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

XT-4型熔點儀(溫度未校正);Bruker-600 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內標);Nicolet 5700型紅外光譜儀(KBr壓片);TDTQ-2008型元素分析儀。

2～4參考文獻［8］方法合成;其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1)5的合成(以5a為例)

在反應瓶中加入4a 29.8 g(0.1 mol)和80%水合肼7.5 mL(0.15 mol)，攪拌使其混合均勻;加乙醇50 mL，回流(80℃)反應3 h(TCL檢測)。冷卻結晶，過濾，濾餅干燥得淡黃色針狀固體1-苯基-β-咔啉-3-酰肼(5a)。

用類似的方法合成5c，5e和5f。

(2)6的合成(以6a為例)

在反應瓶中加入5a 14.9 g(50 mmol)和稀鹽酸2 mL，攪拌使其溶解;冰鹽浴冷卻，于15 min內滴加過硝酸鈉溶液［m(過硝酸鈉)∶m(水)=1.00 ∶1.05］，滴畢，攪拌 20 min ～ 30 min。用NaHCO3溶液調至pH呈中性，抽濾，濾餅用少量乙酸溶解，迅速移至另一反應瓶中，加入50%乙酸50 mL，回流反應0.5 h(TLC檢測)。加壓濃縮除去溶劑，剩余物用乙醇重結晶得深棕色晶體1-苯基-3-氨基-β-咔啉(6a)。

用類似的方法合成6c，6e和6f。

(3)2-取代苯磺酰氯的合成(以7a為例)

在反應瓶中加入鄰氯苯胺6.05 g(50 mmol)，冰浴冷卻，攪拌下依次滴加濃鹽酸10 mL(0.1 mol)和 H2SO415.0 g的水(5 mL)溶液，滴畢，反應10 min;于15 min內滴加NaNO23.34 g的鹽酸(10 mL)溶液，滴畢，反應0.5 h;加入無水硫酸銅1.25 g和60%硫酸溶液5.12 g，于1 h內滴加過量的飽和Na2SO3溶液(含亞硫酸鈉10.0 g)，滴畢，反應至終點(TLC檢測)。加入二氯甲烷20 mL，震蕩分液，有機相用無水硫酸鈉干燥，濃縮得紅棕色液體2-氯苯磺酰氯(7a)，產率75.5%。

用類似的方法合成了深紅色液體對三氟甲基苯磺酰氯(7b)。

(4)8a～8g的合成(以8a為例)

在反應瓶中加入6a 8.87 g(325 mmol)和DMF 20 mL，攪拌使其溶解;于室溫滴加7a 8.2 g(330 mmol)的吡啶(2 mL)溶液，滴畢，反應0.5 h。倒入過量水中，用無水NaSO4干燥，減壓濃縮后經硅膠柱層析［洗脫劑:V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=3∶1］純化得1-苯基-3-N'-(2-氯苯磺酰)氨基-β-咔啉(8a)。

用類似的方法合成8b～8g。

8a:白色粉末，產率25.2%，m.p.180℃ ～182 ℃;1H NMR δ:7.30 ～8.87(m，13H，ArH)，8.55(d，1H，4-H)，11.83(s，1H，NH)，11.94(s，1H，NHS);IR ν:3 427，1 366，754 cm－1;Anal.calcd for C23H16N3O2SCl:C 69.52，H 4.20，N 3.24，O 7.41，S 7.42，Cl 8.21;found C 69.63，H 4.03，N 3.36，O 7.23，S 7.41，Cl 8.15。

1-苯基-3-N'-(4-三氟甲基苯磺酰)氨基-β-咔啉(8b):淡黃色晶體，產率18.3%，m.p.183 ℃ ～185 ℃;1H NMR δ:7.33 ～8.67(m，13H，ArH)，8.95(d，1H，4-H)，11.86(s，1H，NH)，11.93(s，1H，NHS);IR ν:3 269，1 326，1 209，744 cm－1;Anal.calcd for C24H16N3O2SF3:C 67.09，H 3.90，N 3.01，O 6.87，S 6.89，F 12.24;found C 67.13，H 4.01，N 3.03，O 6.82，S 7.05，F 12.15。

1-(4-甲氧基苯基)-3-N'-(2-氯苯磺酰)氨基-β-咔啉(8c):淡黃色粉末，產率22.1%，m.p.220℃ ～221 ℃;1H NMR δ:7.33 ～8.46(m，15H，ArH)，8.95(d，1H，4-H)，11.83(s，1H，NH)，11.96(s，1H，NHS);IR ν:3 254，1 391，1 150，752 cm－1;Anal.calcd for C24H18N3O3SCl:C 67.6，H 4.36，N 3.03，O 10.39，S 6.94，Cl 7.67;found C 67.59，H 4.53，N 3.16，O 10.42，S 7.02，Cl 7.86。

1-(4-甲氧基苯基)-3-N'-(4-三氟甲基苯磺酰)氨基-β-咔啉 (8d):白色粉末，產率25.4%，m.p.232 ℃ ～233 ℃;1H NMR δ:7.30 ～8.49(m，15H，ArH)，8.68(d，1H，4-H)，11.57(s，1H，NH)，11.97(s，1H，NHS);IR ν:3 196，1 339，1 121，1 193，745 cm－1;Anal.calcd for C25H18N3O3SF3:C 65.45，H 4.07，N 2.83，O 9.69，S 6.47，F 11.50;found C 65.38，H 4.03，N 2.84，O 9.73，S 6.38，F 11.15。

1-(2-氯苯基)-3-N'-(4-三氟甲基苯磺酰)氨基-β-咔啉(8e):白色粉末，產率 17.4%，m.p.189℃ ～190 ℃;1H NMR δ:7.34 ～ 8.47(m，12H，ArH)，8.68(d，1H，4-H)，11.83(s，1H，NH)，11.95(s，1H，NHS);IR ν:3 202，1 295，1 235，762 cm－1;Anal.calcd for C25H15N3O2SF3Cl:C 62.46，H 3.43，N 2.80，O 6.40，S 6.41，F 11.40，Cl 7.09;found C 61.96，H 3.53，N 2.76，O 6.45，S 6.40，F 11.36，Cl 7.15。

1-(3，4，5-三甲氧基苯基)-3-N'-(2-氯苯磺酰)氨基-β-咔啉(8f):白色粉末，產率 15.0%，m.p.259 ℃ ～ 260 ℃;1H NMR δ:3.71(s，3H，4-H，OCH3)，3.95(s，6H，3，5-H，OCH3)，7.32 ～8.75(m，19H，ArH)，8.58(d，1H，4-H)，11.76(s，1H，NH)，12.04(s，1H，NHS);IR ν:3 357，1 287，1 096，752 cm－1;Anal.calcd for C26H22N3O5SCl:C 64.42，H 4.63，N 2.68，O 15.32，S 6.14，Cl 6.79;found C 64.53，H 4.73，N 2.67，O14.78，S 6.25，Cl 7.02。

1-(3，4，5-三甲氧基苯基)-3-N'-(4-三氟甲基苯磺酰)氨基-β-咔啉(8g):白色粉末，產率22.6%，m.p.245 ℃ ～247 ℃;1H NMR δ:3.74(s，3H，4-H，OCH3)，3.88(s，6H，3，5-H，OCH3)，7.30 ～8.77(m，12H，ArH)，8.76(d，1H，4-H)，11.93(s，1H，NH)，12.08(s，1H，NHS);IR ν:3 286，1 386，1 120，1 212，748 cm－1;Anal.calcd for C27H22N3O5SF3:C 62.69，H 4.35，N 2.52，O 14.40，S 5.77，F 10.26;found C 63.05，H 4.23，N 2.46，O 14.52，S 5.80，F 10.15。

1.3 抑菌活性測定

采用生長速率法測定8a～8g對芒果炭疽，香蕉炭疽和草莓灰霉菌的抑制活性。

(1)PDA培養基制作

將去皮馬鈴薯200 g切塊后煮沸20 min，過濾，濾液加入瓊脂20 g，攪拌下加熱至融化，加入葡萄糖20 g，加水定容至1 L，密封，放入冰箱保存。

(2)藥劑配制

在試劑瓶中加入樣品10 mg和DMF 1 mL，攪拌使其溶解;加水定容至10 mL得c=1 000 mg·L－1母液，用0.05%吐溫80乳化水溶液稀釋，分別配制 c為 50 mg·L－1，100 mg·L－1和 200 mg·L－1的供試藥液。

(3)抑菌活性測定

在已滅菌的培養皿中依次加入供試藥液1 mL和PDA培養基(45℃左右)9 mL，攪拌使其混合均勻;滴至平板候凝，每種濃度處理重復3次，以DMF處理的培養基為對照組。將在PDA培養基上培養至相應周期的真菌菌絲制成5 mm菌碟，接種于供試藥品平板上，于25℃培養5 d～7 d，用十字交叉法測量菌落直徑并計算生長抑制率。

2 結果與討論

2.1 表征

(1)1H NMR

8a～8g的1H NMR 分析表明，δ 11.5 ～12.5 的吸收峰分別歸屬五元環上NH的氫原子和與磺酰基相連NH氫原子，由于大環的去屏蔽效應受氮、羰基的強吸電子作用影響而顯著增強，δ增大。

(2)IR

8a～8g的 IR 分析表明，3 300 cm－1～3 100 cm－1處吸收峰為N－H伸縮振動吸收峰，1 365 cm－1附近強峰為 S=O伸縮振動吸收峰，745 cm－1附近吸收峰為間位取代苯環C－H彎曲振動吸收峰。以上吸收峰，由于受取代苯環共軛效應影響，吸收峰峰值向低頻率方向移動。

(3)元素分析

8a～8g的元素分析實驗值與理論計算值基本相符。結合1H NMR和IR表征數據可判斷，8a～8g的結構與Scheme 1預期結構一致。

2.2 抑菌活性

表1為8a～8g對芒果炭疽、香蕉炭疽和草莓灰霉病菌的抑制率。由表1可見，在用藥量為200 mg·L－1時，8a～8g對三種真菌均有一定抑制效果。其中8g抑菌能力最強，對三種真菌的抑制率分別為89.6%，83.5%和 77.6%，其相應的 IC50值分別為52.31 g·mL－1，72.27 g·mL－1和73.90 g·mL－1。

表1 8a～8g的抑菌活性*Table 1 Antibacterial activities of 8a～8g

由構效分析可知，β-咔啉類化合物的抑菌活性來自咔啉環及1-位上連接的活性結構，同時活性強弱與3-位連接基團的電子效應密切相關。當1-位和3-位為吸電子基時，抑菌活性降低;當1-位和3-位為供電子基團時，抑菌活性增強。

3 結論

合成了7個新型的 β-咔啉磺酰胺衍生物(8a～8g)。抑菌實驗結果表明，1-(3，4，5-三甲氧基苯基)-3-N'-(4-三氟甲基苯磺酰)氨基-β-咔啉(8g)抑菌活性最好。在用藥量為200 mg·L－1時，8g對芒果炭疽、香蕉炭疽和草莓灰霉的抑制率分別為89.6%，83.5% 和 77.6%，其相應的IC50值分別為 52.31 g·mL－1，72.27 g·mL－1和73.90 g·mL－1。

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