5-氨基-8-甲氧基喹诺酮类化合物的合成及体内外抗菌作用
作者：刘九雨 吕妍 王玉成 郭慧元
【摘要】 通过5-氨基-1-环丙基-6，7-二氟-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸与不同的环胺进行缩合反应，合成了5个未见报道的5-氨基-8-甲氧基喹诺酮类化合物。它们的结构均经核磁共振氢谱和高分辨质谱所确证。用环丙沙星及加替沙星作对照，测定了它们的体外抗菌活性，结果表明它们具有广谱活性，其中化合物5、7和9活性十分明显地优于对照药；化合物5和9进一步评价了其体内活性，结果表明化合物5和9分别比对照药加替沙星和莫西沙星具有更优秀的体内活性，值得深入研究。
【关键词】 喹诺酮； 合成； 抗菌作用
ABSTRACT Five compounds of 7-substitued-1-cyclopropyl-5-amino-6-fluoro-8-methoxyquinoline-3-carboxylic acids have been prepared and evaluated for the antibacterial activities in vitro and in vivo. From results, compounds 5 and 9 have more higher activity than gatifloxacin and moxifloxacin. On the basis of these results, compounds 5 and 9 were selected as candidates for further evaluation.
KEY WORDS Quinolone; Synthesis; Antibacterial activity
自1962年萘啶酸(nalidixic acid)面市以来，喹诺酮类药物经历了四十余年的，已经成为一大类广泛应用于临床的广谱、高效、低毒性的抗感染化疗药物，至今仍是抗感染药物研究的热点领域之一，并不断取得进展［1，2］。
1 目标物的设计、合成
1995年，Sanchez等［3］评价了一系列8-烷氧基和5-氨基-8-烷氧基喹诺酮的构效关系，5-氨基-8-烷氧基喹诺酮抗革兰阴性菌的活性与5-氢-8-烷氧基喹诺酮相当或略差，抗革兰阳性菌的活性明显优于后者。5-氨基-8-甲氧基喹诺酮类似物中，7-位侧链仅为有限的几种取代哌嗪、取代氨基吡咯烷或取代氨基哌啶。为了获得更多的构效关系信息，同时也为进一步深入评价提供候补化合物，我们参照文献［3］以1-环丙基-6，7-二氟-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸乙酯为起始原料依次经过硝化，还原，水解三步反应制得5-氨基-1-环丙基-6，7-二氟-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸，然后分别与2-甲基哌嗪、N-甲基哌嗪、7-氨甲基-5-氮杂螺［2，4］庚烷、以及(1R，6R)或(1S，6S)-2，8-二氮杂双环［4，3，0］壬烷进行缩合反应，得到了相应的5个未见文献报道的目标化合物(合成路线见图1)，其结构均经EI-HRMS和1H-NMR确证，相关理化性质见表1。
2 实验部分
X6精密熔点测定仪，温度计未校正；Mercury-300型核磁共振仪，内标TMS；VG-ZAB-2fz型质谱仪。1-环丙基-6，7-二氟-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸乙酯由浙江医药股份有限公司新昌制药厂提供，7-氨甲基-5-氮杂螺［2，4］庚烷和(1R，6R)或(1S，6S)-2，8-二氮杂双环［4，3，0］壬烷分别按文献［4，5］制备。 表1 目标物的理化常数及波谱数据
2.1 1-环丙基-6，7-二氟-8-甲氧基-5-硝基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸乙酯(2)
化合物1(10.0g，30.9mmol)溶于浓硫酸(85.0ml)中，冰浴冷却下分批加入硝酸钾(4.7g，46.4mmol)，同温反应3h。反应毕转至快速搅拌的冰水(500ml)中，继续搅拌0.5h，过滤，滤饼干燥后以甲醇重结晶得白色固体2(9.5g，83.3%)，mp>290℃(文献［3］收率70%，mp >290℃)。
2.2 5-氨基-1-环丙基-6，7-二氟-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸乙酯(3)
还原铁粉(2.4g，42.8mmol)，水(4.5ml)以及乙酸(0.3ml)的混合物回流下反应15min，滴加化合物2(4.0g，10.8mmol)的氯仿(100ml)溶液，继续回流反应6h，然后趁热过滤，滤液放冷后用6mol/L盐酸洗2次。干燥，过滤，滤液蒸除溶剂后的残余物以乙醇和氯仿混合溶剂(1∶1，V/V)重结晶后得黄色固体3(3.2g，87.2%)，mp 209～210℃(文献［3］收率36%，mp 209～210℃)。
2.3 5-氨基-1-环丙基-6，7-二氟-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸(4)
化合物3(3.2g，9.5mmol)溶于浓盐酸(4.0ml)和冰乙酸(16.0ml)中，于100℃下反应1h，浓缩反应液至5.0ml左右，将残液倾入冰水(100ml)中，搅拌0.5h后过滤，滤饼用水洗后干燥得黄色固体4(2.8g，93.1%)，mp 288～291℃(文献［3］收率90%，mp290～292℃)。
2.4 5-氨基-1-环丙基-6，7-二氟-7-(3-甲基-1-哌嗪基)-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸(5)
化合物4(0.50g，1.6mmol)、2-甲基哌嗪(0.30g，3.2mmol)溶于吡啶(10.00ml)中，于100℃下反应6h。反应完毕，蒸除溶剂，残物以乙醇重结晶后得黄色固体5(0.35g，55.6%)。
用合成化合物5相同的方法，分别以N-甲基哌嗪、7-氨甲基-5-氮杂螺［2，4］庚烷以及(1R，6R)或(1S，6S)-2，8-二氮杂双环［4，3，0］壬烷为原料与化合物4进行缩合反应可以得到相应的目标化合物6～9。目标物5～9的理化性质和波谱数据见表1。
3 药理实验
3.1 体外抗菌活性的测定
采用试管二倍稀释法，将5个目标化合物及对照药环丙沙星和加替沙星用适量DMSO助溶后，用灭菌蒸馏水配成2560mg/L的母液，分别取母液1ml加入灭菌平皿内，再于各平皿内加入19ml血培养基(MH培养基中加5%～10%脱纤维兔血，于5% CO2中37℃培养24h)，以二倍递减浓度稀释后，用多点接种仪(Denley A400)接种细菌(菌液终浓度为105CFU/ml)，于37℃培养18～24h，观察其生长情况，记录抑制细菌生长的最低浓度，即最低抑菌浓度(MIC)，结果见表2。
3.2 体内抗菌活性的测定
试验用药均用0.9%生理食盐水配制，组间距1∶0.8，每个化合物均设5个剂量组。
挑取试验菌(肺炎链球菌03183、肠球菌02177以及大肠埃希菌02125)的2～3个单菌落接种于MH肉汤(链球菌于血肉汤)中，37℃培养18h，用5%灭菌干酵母液适当稀释后作为试验菌液备用。
取健康昆明种小白鼠，体重18～22克，按性别、体重随机分组，每组10只小鼠，雌、雄各半，对小鼠腹腔注射致死量的感染菌液感染后，分别给小鼠口服灌胃和静脉注射不同浓度的试验用药，每只鼠0.5ml/(次·20g)，口服给药则4h后再灌胃一次，记录感染后7d内小鼠死亡数，按Bliss法半数有效剂量ED50及95%可信限。试验结果见表3。
4 结果与讨论
由表2可见，5个目标化合物具有广谱活性，其中化合物5、7和9的活性，尤其是对革兰阳性菌的活性明显优于对照药环丙沙星(ciprofloxacin)和加替沙星(gatifloxacin)。表2 目标物的体外抗菌活性 表3 目标物5、9口服和静脉给药对小鼠腹腔感染的保护作用(mg/kg)由表3可见，化合物5和9对小鼠腹腔感染肺炎链球菌03183、肠球菌02177和大肠埃希菌02125的体内保护效果，无论口服或静注均优于结构相似的加替沙星和莫西沙星(moxifloxacin)，值得进一步研究。
致谢：MS和1H-NMR谱由医学院药物研究所分析室代测；体外抗菌活性由本所药理室代测，体内抗活性由四川抗菌素研究所药理室张淑华、欧真蓉代测。
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［1］ 王玉成，王秀云，郭慧元. 近年我国喹诺酮类抗菌剂的研究进展［J］. 中国医药工业杂志，2004，35(3)：179～185.
［2］ 张贞发，周伟澄. 氟喹诺酮构效关系研究的新进展［J］. 中国医药工业杂志，2003，34(1)：36～43.
［3］ Sanchez J P, Gogliotti R D, Domagala J M, et al. The synthesis, structure-activity, and structure-side effect relationships of a series of 8-alkoxy- and 5-amino-8-alkoxyquinolone antibacterial agents ［J］. J Med Chem,1995,38(22):4478～4487.
［4］ 戚建军，郭慧元，刘明亮，等. 7-(7-氨甲基-5-氮杂螺［2，4］庚烷-5-基)-1-环丙基-6-氟-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸及其类似物的合成与抗菌作用［J］. 药学学报，2004，39(3)：184～189.
［5］ 刘明亮，魏永刚，郭慧元，等. 莫西沙星的合成［J］. 中国医药工业杂志，2004，35(3)：129～131.
