一种取代四氢喹啉衍生物及其水解产物与其合成方法和应用

摘要

本发明提供了一种四氢喹啉衍生物及其水解产物，还提供了利用可见光响应的表面改性二氧化钛催化剂的制备前述化合物的方法以及所得到的四氢喹啉衍生物及水解产物在抗菌药物方面的应用。本发明提供的化合物具有较为广泛的抗菌活性，且可以使用相对便宜易得，稳定无毒性的表面修饰二氧化钛作为催化剂，使得该四氢喹啉类化合物可以在可见光下合成，反应绿色，环境友好，并且通过在四氢喹啉环中引入其他活性基团来得到新的具有抗菌活性的四氢喹啉衍生物。

说明书

技术领域

本发明属于药物化学领域，涉及一种取代四氢喹啉衍生物，特别涉及一种基于改性P25的可见光催化合成取代四氢喹啉衍生物的制备方法。

背景技术

近年来，可见光诱导的光氧化还原催化反应作为一种有效通用的方法，在氮邻的相对非活性的C-H的官能团化引起了广泛的关注。常用的可见光催化剂是Ru和Ir的配合物和有机染料，然而，相对于均相催化剂而言，这些催化剂有许多的缺点，比如价格昂贵，并且不能回收重复利用。

二氧化钛(P25)作为一种高效的光催化剂在近年来得到了广泛的关注，但是P25在可见光区域的吸收很弱，其催化主要在紫外光的激发下进行。我们通过将P25进行表面改性，将其吸收区域红移到可见光区，并利用其在可见光的条件下催化取代的N，N-二甲基苯胺和马来酰亚胺衍生物反应合成四氢喹啉类衍生物。

发明内容

本发明的目的是提供一种取代四氢喹啉衍生物及其合成途径，利用可见光催化的反应实现合成工艺环境友好、绿色节能。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案来实现：

具有式I结构的化合物及式II所示的其水解产物

其中R¹为H、Me、Br、Cl、F；R²为H、Me；R³为Me、Et、Ph；R⁴为Ph、4-ClPh、4-FPh、4-CH₃Ph、4-MeOPh、Me、t-Bu、Bn；R⁵为H、Me。

式I所示化合物药物上可接受的盐，用常规合成盐方法即可得到。

本发明还提供一种光催化合成式I所述化合物的新方法，将芳胺、马来酰亚胺衍生物溶于反应溶剂中，加入改性的二氧化钛催化剂，在空气中用3W的蓝色LED灯照射；然后将反应混合物浓缩后用硅胶柱层析分离产物，石油醚-乙酸乙酯为淋洗剂做梯度洗脱，得到产物。

进一步，表面改性的二氧化钛催化剂(P25/NiO)中镍离子的最优质量百分含量为10％左右。

进一步，反应的溶剂为苯、二氯甲烷、乙腈、正己烷、丙酮、DMF、DMSO、乙醇中的一种或多种。优选的，反应的溶剂为DMF。

进一步，反应组分芳胺和马来酰亚胺衍生物的摩尔比为2∶1。

进一步，马来酰亚胺衍生物的摩尔浓度为0.025mol/L。

进一步，光反应的时间为8-15小时。

优选的，光反应的时间为12小时。

本发明还提供一种具有式I结构的化合物及其水解产物在制备抗菌药物方面的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种四氢喹啉衍生物及其水解产物，还提供了前述化合物的制备方法及其在制备抗菌药物方面的应用。本发明提供的四氢喹啉衍生物及其水解产物对革兰氏阳性菌枯草杆菌(B.subtilis)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和革兰氏阴性大肠埃希氏菌(E.coli)、荧光假单胞菌(P.fluorescens)中一种或多种菌具有较好的体外抗菌活性；而且使用相对便宜易得，稳定无毒性的表面修饰二氧化钛作为催化剂，使得该四氢喹啉类化合物可以在可见光下合成，反应绿色，环境友好，并且通过在四氢喹啉环中引入其他活性基团来得到新的具有抗菌活性的四氢喹啉衍生物。

进一步的，优选的式VII所示的水解产物对革兰氏阳性菌枯草杆菌(B.subtilis)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)以及革兰氏阴性大肠埃希氏菌(E.coli)、荧光假单胞菌(P.fluorescens)具有较好的体外抗菌活性均有较好的体外抗菌活性，尤其是对革兰氏阳性菌枯草杆菌(B.subtilis)的抗菌活性效果最好。

附图说明

图1为本发明中实施例2制得的化合物1的核磁共振图谱。

图2为本发明中实施例3制得的化合物2的核磁共振图谱。

图3为本发明中实施例4制得的化合物3的核磁共振图谱。

图4为本发明中实施例5制得的化合物4的核磁共振图谱。

图5为本发明中实施例6制得的化合物5的核磁共振图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。

实施例1

二氧化钛(P25)/NiO催化剂的制备

将商品化的二氧化钛(P25)1g加入到100mL乙酰丙酮镍溶液中(溶液的浓度为5×10^-4mol/L，溶剂的配比为乙醇∶正己烷＝1∶5v/v)，室温下搅拌24h，过滤，用少量的乙醇洗涤，然后在80℃下干燥4h，再在马弗炉中500℃下煅烧1h，制得所需要的改性二氧化钛催化剂。通过重复上述的步骤来调节镍在复合催化剂中的比例，制得三种催化剂P25/NiO(1)，P25/NiO(2)，P25/NiO(3)，其中镍离子的质量百分含量分别为2.3％，6.5％，10.6％。

实施例2

N，N-二甲基苯胺和4-氯苯基马来酰亚胺的可见光催化成环反应。

将4-氯苯基马来酰亚胺0.130g(0.625mmol)，N，N-二甲基苯胺0.151g(1.25mmol)，0.01g的P25/NiO(3)(1mol％)催化剂加入pyrex试管中，再向试管中加入25ml乙腈，利用超声进行溶解。然后在3W LED蓝光灯下光照12h。反应完成后，将反应混合物浓缩后用硅胶柱层析分离产物，石油醚(b.p.60-90℃)-乙酸乙酯为淋洗剂做梯度洗脱。得到如式III所示的化合物1，产率为62％。

化合物的检测结果：

熔点：mp 188-190℃；¹H NMR(CDCl₃，400MHz)δ2.83(s，3H)，3.10(dd，1H，J＝11.4，4.2Hz)，3.53(ddd，1H，J＝7.2，4.4，2.8Hz)，3.60(dd，1H，J＝11.4，2.6Hz)，4.15(d，1H，J＝9.6Hz)，，6.74(dd，1H，J＝8.2，0.6Hz)，6.91(td，1H，J＝7.4，1.1Hz)，7.22-7.26(m，3H)，7.37-7.40(m，2H)，7.51(d，1H，J＝7.2Hz)。图1是化合物1的(1HNMR，400M，溶剂CDCl₃)核磁共振图谱。

替换例1-4：

制备方法同实施例2，区别在于，改变催化剂的类型和用量。

表1 不同催化剂类型和用量对产率的影响结果

如表1所示，未经改性的催化剂P25的催化效率明显低于经过改性的三种催化剂，催化效率随镍离子浓度的增加而增加，因而优选P25/NiO(3)催化剂；但当P25/NiO(3)催化剂的用量减半，低于1mol％时，催化效果将大大降低，产率只有36％，因此催化剂P25/NiO(3)的用量不能低于1mol％。

实施例3

N，N-二甲基苯胺和N-叔丁基马来酰亚胺的可见光催化环化反应。

将N-叔丁基基马来酰亚胺0.096g(0.625mmol)，N，N-二甲基苯胺0.151g(1.25mmol)，0.01g的P25/NiO(3)(1mol％)催化剂加入pyrex试管中，再向试管中加入25ml乙腈，利用超声进行溶解。然后在3W LED蓝光灯下光照12h。反应完成后，将反应混合物浓缩后用硅胶柱层析分离产物，石油醚(b.p.60-90℃)-乙酸乙酯为淋洗剂做梯度洗脱。得到如式IV所示的化合物2，产率为69％。

化合物的检测结果：

熔点：mp 76-78℃；¹H NMR(CDCl₃，400MHz)δ1.54(s，9H)，2.80(s，3H)，3.00(dd，1H，J＝11.2，4.4Hz)，3.21(ddd，1H，J＝7.6，4.4，3.0Hz)，3.43(dd，1H，J＝11.4，3.0Hz)，3.83(d，1H，J＝9.6Hz)，6.71(d，1H，J＝8.0Hz)，6.88(td，1H，J＝7.6，1.2Hz)，7.21(td，1H，J＝8.2，1.4Hz)，7.44(d，1H，J＝6.8Hz)。图2是化合物2的(¹H NMR，400M，溶剂CDCl₃)核磁共振图谱。

实施例4

4-甲基-N，N-二甲基苯胺和3-甲基-1-(4-氯苯基)马来酰亚胺的可见光催化环化反应。

将3-甲基-1-(4-氯苯基)马来酰亚胺0.139g(0.625mmol)，4-甲基-N，N-二甲基苯胺0.169g(1.25mmol)，0.01g的P25/NiO(3)(1mol％)催化剂加入pyrex试管中，再向试管中加入25ml乙腈，利用超声进行溶解。然后在3W LED蓝光灯下光照12h。反应完成后，将反应混合物浓缩后用硅胶柱层析分离产物，石油醚(b.p.60-90℃)-乙酸乙酯为淋洗剂做梯度洗脱。得到如式V所示的化合物3，产率为82％。

化合物的检测结果：

熔点：mp 204-206℃；δ¹H NMR(CDCl₃，400MHz)δ1.81(s，3H)，2.28(s，3H)，2.85(s，3H)，3.09(t，1H，J＝3.2Hz)，3.14(dd，1H，J＝11.4，3.4Hz)，3.67(dd，1H，J＝11.2，2.8Hz)，6.61(d，1H，J＝8.4Hz)，7.01(dd，1H，J＝8.4，2.0Hz)，7.21(dt，2H，J＝9.6，2.4Hz)，7.37(dt，2H，J＝9.4，2.3Hz)，7.43(d，1H，2.0)。图3是化合物3的(¹H NMR，400M，溶剂CDCl₃)核磁共振图谱。

实施例5

2-甲基-N，N-二甲基苯胺和N-苯基马来酰亚胺的可见光催化环化反应。

将N-苯基马来酰亚胺0.108g(0.625mmol)，2-甲基-N，N-二甲基苯胺0.169g(1.25mmol)，0.01g的P25/NiO(3)(1mol％)催化剂加入pyrex试管中，再向试管中加入25ml乙腈，利用超声进行溶解。然后在3W LED蓝光灯下光照12h。反应完成后，将反应混合物浓缩后用硅胶柱层析分离产物，石油醚(b.p.60-90℃)-乙酸乙酯为淋洗剂做梯度洗脱。得到如式VI所示的化合物4，产率为64％。

化合物的检测结果：

熔点：mp 119-120℃；¹H NMR(CDCl₃，400MHz)δ2.32(s，3H)，2.76(s，3H)，3.40(dd，1H，J＝13.4，6.6Hz)，3.50-3.59(m，2H)，4.18(d，1H，J＝8.8Hz)，7.08(t，1H，J＝7.4Hz)，7.16(d，1H，J＝7.2Hz)，7.25-7.28(m，2H)，7.39(tt，1H，J＝7.4，1.2Hz)，7.44-7.49(m，2H)，7.58(d，1H，J＝7.6Hz)。图4是化合物4的(¹H NMR，400M，溶剂CDCl₃)核磁共振图谱。

实施例6

1，6-二甲基-4-对甲苯基氨基甲酰基)-1，2，3，4-四氢喹啉-3-甲酸(VII)的合成

将5，8-二甲基-2-对甲苯基-3a，4，5，9b-四氢-1H-吡咯并[3，4-c]喹啉-1，3(2H)-二酮0.030g，3ml乙醇，0.5ml4.5N的KOH加入25ml的三颈圆底烧瓶中，加热至80℃，回流24h，经点样确定反应完成之后，冷却至室温，加入浓盐酸调节pH至2-3，然后室温搅拌3h，待固体析出之后，过滤，依次用石油醚，乙酸乙酯洗涤得到白色固体，如式VII所示化合物5，产率为83％。

化合物的检测结果：

熔点：mp 198-200℃；¹H NMR(DMSO，400MHz)δ2.09(s，6H)，2.12(s，3H)，2.82(s，2H)，3.54(dd，1H，J＝10.6，3.0Hz)，4.09(d，1H，J＝6.4Hz)，6.59(d，1H，J＝8.4Hz)，6.86-6.89(m，3H)，7.37(dd，2H，J＝7.0，2.2Hz)，7.68(dd，2H，J＝6.8，2.0Hz)，10.5(s，1H)。图5是化合物5的(¹H NMR，400M，溶剂DMSO)核磁共振图谱。

实施例7：菌活性的测定

(1)培养液的配制

RPMI1640培养液：RPMI164010g，NaHCO₃2.0g，MOPS 34.5g(0.165M)，加三蒸水900mL溶解，1N NaOH调pH至7.0(25℃)，定容至1000mL，滤过消毒，4℃保存。

沙堡葡萄糖琼脂培养基(SDA)：蛋白胨10g，葡萄糖40g，琼脂18g，加三蒸水900mL溶解，加入2mg/mL氯霉素水溶液50mL，调整pH至7.0，定容至1000mL，高压灭菌后4℃保存。

YEPD培养液：酵母浸膏10g，蛋白胨20g，葡萄糖20g，加三蒸水900mL溶解，加入2mg/mL氯霉素水溶液50mL，定容至1000mL，高压灭菌后4℃保存。

(2)菌液制备

实验前，用接种圈从4℃保存的SDA培养基上挑取枯草杆菌、大肠埃希氏菌、荧光假单胞菌和金黄色葡萄球菌，接种至1mL YEPD培养液，于35℃，250rpm振荡培养，活化16h，使真菌处于指数生长期后期。取该菌液至1mL YEPD培养液中，用上述方法再次活化，16h后，用血细胞计数板计数，以RPMI1640培养液调整菌液浓度至1×10³～5×10³cfu/mL。

(3)药液配制

实施例1-3制得的化合物分别用DMSO配成1mg/mL溶液，-20℃保存，实验前，将药液取出置35℃温箱融化备用。测试时按二倍稀释法配成浓度梯度。配成最终测试浓度为50、25、12.5、6.25、3.125、1.562、0.781μg/mL。

(4)药敏板的制备

细菌悬浮在RPMI1640培养基中，分散浓度大约为1×10³～5×10³cfu/mL，将培养基加入到96孔板的第一排，每孔100μL，作为空白对照(阴性对照)。第二排加菌液，每孔100μL，不加被测试样品，作为试剂空白。将被测样品配好的梯度溶液，以每孔11μL的量加入到96孔板的第3～12排，使最终浓度为50、25、12.5、6.25、3.125、1.562、0.781μg/mL。每个浓度梯度做三个平行实验。将96孔板放入37℃的培养箱中培养24小时，然后加入每孔25μL含4mg MTT/mL的D-hanks溶液中，再在同样条件下培养4小时，加入每孔100μL SDS裂解液(90mL三蒸水+10g SDS+5mL异丙醇+2mL浓盐酸)后培养12h。

(5)MIC值判定

用酶标仪于570nm下测定OD值，按如下公式计算抑制率：

抑制率＝[1-(测试样品OD值-空白OD值)/(阴性对照OD值-空白OD值)]×100

以抑制率不低于50％的最低浓度作为被测样品的MIC50(最低抑制浓度)。当药物的MIC值超过测定浓度范围时，按以下方法进行统计：MIC值高于最高浓度50μg/mL时，计为″＞50μg/mL″；MIC值为最低浓度或在最低浓度以下时，不作区别，均计为″≤0.0049μg/mL″。上述实验均平行操作3次，取平均值作为该化合物的最终MIC。

本发明采用MIC法测定目标化合物对枯草杆菌(B.subtilis)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)、大肠埃希氏菌(E.coli)、荧光假单胞菌(P.fluorescens)的体外抗菌活性。

表2 化合物的抗菌活性研究(MIC，μg/mL).

从上表可以看出，化合物1-4对革兰氏阳性菌枯草杆菌(B.subtilis)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)具有较好的体外抗菌活性，其中化合物1对枯草杆菌(B.subtilis)有较好的抑菌效果；化合物2对金黄色葡萄球菌(S.aureus)、枯草杆菌(B.subtilis)有较好的抑菌效果；化合物4对金黄色葡萄球菌(S.aureus)有较好抑菌效果，而化合物5对四种菌都有较好的抑菌效果，其中以对革兰氏阳性菌枯草杆菌(B.subtilis)抑菌效果最好。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。