新型螺嘧啶三酮类化合物的合成及其抗菌活性

张银勇, 石程辉, 周先礼

(1. 西南交通大学 生命科学与工程学院，四川 成都　610031; 2. 中国科学院 上海药物研究所，上海　201203)



·研究论文·

新型螺嘧啶三酮类化合物的合成及其抗菌活性

张银勇1,2, 石程辉2, 周先礼1*

(1. 西南交通大学 生命科学与工程学院，四川 成都610031; 2. 中国科学院 上海药物研究所，上海201203)

根据生物电子等排原理，以2,3,4-三氟苯甲酸为原料，经硝化、还原、氧化和亲核取代反应制得中间体2-(2,3,4-三氟-5-硝基苯)-1,3-二氧戊环(4); 4分别经7步反应合成了12个新型的苯并噁唑酮或苯并咪唑酮螺嘧啶三酮类化合物(12a～12f, 19a～19f)，其结构经1H NMR,13C NMR和ESI-MS表征。采用CLSI标准研究了12和19对甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌(A)、甲氧西林耐药表皮葡萄球菌(B)、青霉素耐药肺炎链球菌(C)和化脓性链球菌(D)的体外抗菌活性。结果表明：12的抗菌活性优于19，其中12a的抗菌活性最好，对A～D的MIC值分别为8～16 μg·mL-1。

螺嘧啶三酮; 苯并噁唑酮; 苯并咪唑酮; II型拓扑异构酶抑制剂; 合成; 抗菌活性

致病菌的多重耐药性已成为威胁人类健康的严重问题[1]。如金黄色葡萄球菌(MRSA)，已给临床治疗带来巨大挑战[2-3]。虽然新型抗菌药物(如利奈唑胺)可有效控制MRSA等革兰氏阳性菌感染，但经过长期临床应用,也逐渐发现有耐药菌株出现[4-5]。因此，研发作用机制独特、结构新颖的高效抗菌药，是满足临床需求的重要途径[6-8]。

Chart 1

Scheme 1

苯并异噁唑螺嘧啶三酮类化合物是一类新型的细菌II型拓扑异构酶抑制剂，虽然其作用靶点与喹诺酮类药物相同，但具体作用区域和作用机制完全不同。苯并异噁唑螺嘧啶三酮类化合物新颖的化学结构和作用机制，使其对敏感型和耐药型革兰氏阳/阴性菌均有良好的抗菌活性。此外，该类化合物与临床常用抗菌药物(如喹诺酮)不存在交叉耐药性，研究价值较高[9-11]。

苯并异噁唑螺嘧啶三酮类化合物中的代表性化合物AZD0914(Chart 1)已经进入II期临床研究阶段。AZD0914的初步构效关系研究结果表明：噁唑烷酮环并非是保持化合物活性的必需基团，R基团容忍性较好,被不同基团取代后依然具有活性[9-11]。

本文以AZD0914为先导药物，依据生物电子等排原理，对其苯并异噁唑环进行结构改造，并简化噁唑烷酮环。以2,3,4-三氟苯甲酸为原料，经硝化、还原、氧化和亲核取代反应制得中间体2-(2,3,4-三氟-5-硝基苯)-1,3-二氧戊环(4); 4分别经7步反应合成了12个新型的苯并噁唑酮或苯并咪唑酮螺嘧啶三酮类化合物(12a～12f, 19a～19f, Scheme 1)，其结构经1H NMR,13C NMR和ESI-MS表征。采用CLSI标准研究了12和19对甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌、甲氧西林耐药表皮葡萄球菌、青霉素耐药肺炎链球菌和化脓性链球菌的体外抗菌活性。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

X-4型显微熔点仪(温度未校正)；Bruker Biospin Avance III 400 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；Finnigan LCQ-DECA型质谱仪。

2，3，4-三氟-5-硝基苯甲酸(1)按文献[12]方法合成；测试菌株为2015年12月在四川和北京地区收集的临床分离致病菌；其余所用试剂均为分析纯。

1.2合成

(1) 2，3，4-三氟-5-硝基苯甲醇(2)的合成

在反应瓶中加入1 30.0 g(136 mmol)和THF 150 mL，搅拌使其溶解；氩气保护，冰浴下滴加10 mol·L-1硼烷二甲基硫醚络合物270 mmol的二甲基硫醚(27 mL)溶液，滴毕，于室温反应2 h(TLC监测)。缓慢倒入0 ℃甲醇中淬灭反应，浓缩得淡黄色油状液体2 28.0 g，收率99%;1H NMRδ: 8.13(ddd,J=7.7 Hz, 6.9 Hz, 2.4 Hz, 1H), 4.84(s, 2H), 2.87(t,J=5.7 Hz, 1H)。

(2) 2，3，4-三氟-5-硝基苯甲醛(3)的合成

在反应瓶中加入2 28.0 g(135 mmol)和二氯甲烷200 mL，搅拌使其溶解；冰浴下加入Dess-Martin氧化剂63 g(148 mmol)，加毕，于室温反应3 h(TLC监测)。过滤，滤液减压浓缩后经硅胶柱层析[洗脱剂A:V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=15 ∶1]纯化得淡黄色油状液体3 22.2 g，收率80%;1H NMRδ: 10.32(s, 1H), 8.50(ddd,J=7.8 Hz, 6.5 Hz, 2.4 Hz, 1H)。

(3) 4的合成

在反应瓶中加入3 25.0 g(122 mmol)和甲苯200 mL，搅拌使其溶解；加入乙二醇20 mL(366 mmol)和对甲苯磺酸一水合物2.3 g(12 mmol)，于120 ℃反应3 h(TLC监测)。冷却至室温，加入适量水,用乙酸乙酯萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂：A=10 ∶1)纯化得白色粉末4 28.0 g，收率93%;1H NMRδ: 8.13(ddd,J=7.7 Hz, 6.8 Hz, 2.3 Hz, 1H), 6.07(s, 1H), 4.18～4.07(m, 4H)。

(4) 4-(1,3-二氧戊烷-2-烷基)-2,3-二氟-6-硝基苯酚(5)的合成

在反应瓶中加入4 10.9 g(44 mmol)和THF 60 mL，搅拌使其溶解；缓慢滴加氢氧化钾12.3 g(219 mmol)的水(30 mL)溶液，滴毕，于55 ℃反应过夜(TLC监测)。冷却至室温，用1 mol·L-1盐酸调至pH 4，加入适量水，用乙酸乙酯萃取，合并有机相，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂：A=6 ∶1)纯化得白色固体5 8.0 g，收率74%；1H NMRδ: 10.69(s, 1H), 8.18(dd,J=6.7 Hz, 2.3 Hz, 1H), 6.04(s, 1H), 4.20～4.08(m, 4H)。

(5) 2,3-二氟-4-羟基-5-硝基苯甲醛(6)的合成

在反应瓶中加入5 6.0 g(24.65 mmol)和1,4-二氧六环30 mL，搅拌使其溶解；缓慢加入6 mol·L-1盐酸40 mL，于室温反应3 h(TLC监测)。加入适量水，用乙酸乙酯萃取，合并有机相，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩得白色固体6 5.0 g，收率99%;1H NMRδ: 10.22(s, 1H), 8.57(dd,J=6.7 Hz, 2.2 Hz, 1H)。

(6) 2-[(2R,6S)-2,6-二甲基吗啉]-3-氟-4-羟基-5-硝基苯甲醛(7)的合成

在反应瓶中加入6 5.0 g(24.63 mmol)和乙腈40 mL，搅拌使其溶解；依次加入N,N-二异丙基乙胺10 mL(61.58 mmol)和顺式2,6-二甲基吗啉4.6 mL(36.95 mmol)，于90 ℃反应过夜(TLC监测)。冷却至室温，用2 mol·L-1盐酸调至pH 3，析出固体，过滤，滤饼干燥得黄色固体7 5.0 g，收率69%;1H NMRδ: 9.95(d,J=0.9 Hz, 1H), 8.43(d,J=1.8 Hz, 1H), 3.93～3.85(m, 2H), 3.31(d,J=13.5 Hz, 2H), 3.21～3.13(m, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

(7) 5-氨基-2-[(2R,6S)-2,6-二甲基吗啉]-3-氟-4-羟基苯甲醛(8)和6-[(2R,6S)-2,6-二甲基吗啉]-7-氟-2-氧-2,3-二氢苯并噁唑-5-甲醛(9)的合成

在反应瓶中加入7 4.3 g(14.43 mmol)和THF 300 mL，搅拌使其溶解；氩气保护，加入10%Pd/C 400 mg，氢气氛围下于室温反应2 h(TLC监测)。用硅藻土过滤，滤液A为8的THF溶液。

冰浴冷却，搅拌下向A中缓慢加入三乙胺4 mL(28.86 mmol)和三光气4.28 g(14.43 mmol)，于室温反应1 h(TLC监测)。倒入冰水中，用乙酸乙酯萃取，合并有机层，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂：A=2 ∶1)纯化得黄色固体9 3.0 g，两步收率70%;1H NMRδ: 10.51(s, 1H), 8.75(s, 1H), 7.39(s, 1H), 3.91～3.82(m, 2H), 3.14～3.06(m, 2H), 2.94(d,J=10.8 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

(8) 6-[(2R,6S)-2,6-二甲基吗啉]-7-氟-3-取代基-2-氧-2,3-二氢苯并[d]噁唑-5-甲醛(11a～11f)的合成(以11a和11e为例)

在反应瓶中加入9 200 mg(0.68 mmol)和DMF 10 mL，搅拌使其溶解；冰浴冷却，氩气保护下，加入60%钠氢56 mg(1.36 mmol)，搅拌20 min，加入碘甲烷(10a)0.05 mL(0.82 mmol)，于室温反应1 h(TLC监测)。倒入冰水中，用乙酸乙酯萃取，合并有机层，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂：A=4 ∶1)纯化得黄色固体11a 159 mg，收率76%;1H NMRδ: 10.49(s, 1H), 7.27(d,J=1.1 Hz, 1H), 3.87～3.78(m, 2H), 3.43(s, 3H), 3.07(td,J=11.8 Hz, 3.0 Hz, 2H), 2.90(d,J=10.4 Hz, 2H), 1.21(d,J=6.3 Hz, 6H)。

用类似的方法合成黄色固体11b～11d，收率分别为74%, 85%和88%。

11b：1H NMRδ: 10.50(s, 1H), 7.46(d,J=1.2 Hz, 1H), 4.80(s, 2H), 3.91～3.84(m, 2H), 3.15～3.07(m, 2H), 2.95(d,J=10.2 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

11c：1H NMRδ: 10.50(s, 1H), 7.21(d,J=1.1 Hz, 1H), 4.58(s, 2H), 4.29(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.90～3.82(m, 2H), 3.14～3.06(m, 2H), 2.93(d,J=10.3 Hz, 2H), 1.34(t,J=7.2 Hz, 3H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

11d：1H NMRδ: 10.51(s, 1H), 7.40(d,J=1.1 Hz, 1H), 4.02(t,J=5.1 Hz, 2H), 3.89～3.81(m, 2H), 3.71(t,J=5.1 Hz, 2H), 3.34(s, 3H), 3.12～3.05(m, 2H), 2.92(d,J=10.3 Hz, 2H), 1.23(d,J=6.3 Hz, 6H)。

在反应瓶中加入9 200 mg(0.68 mmol)和DMF 10 mL，搅拌使其溶解；加入三乙胺0.19 mL(1.36 mmol)，冰浴冷却，氩气保护下，缓慢滴加甲磺酰氯(10e)0.07 mL(0.88 mmol)，滴毕，反应1 h。倒入冰水中，加入乙酸乙酯，萃取，合并有机层，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂：A=2 ∶1)纯化得黄色固体11e 190 mg，收率73%;1H NMRδ: 10.44(s, 1H), 7.93(d,J=1.3 Hz, 1H), 3.90～3.83(m, 2H), 3.55(s, 3H), 3.14～3.06(m, 2H), 2.96(d,J=10.7 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

用类似的方法合成黄色固体11f，收率90%;1H NMRδ: 10.47(s, 1H), 8.10(d,J=1.1 Hz, 1H), 7.84～7.81(m, 2H), 7.70(t,J=7.5 Hz, 1H), 7.55(t,J=7.8 Hz, 2H), 3.93～3.84(m, 2H), 3.17～3.08(m, 2H), 3.00 (d,J=10.6 Hz, 2H), 1.25 (d,J=6.3 Hz, 6H)。

(9) 11′-氟-8′-取代基-2′,4′-二甲基-1′,2′,4′,4a′-四氢-2H,6′H-螺[嘧啶-5,5′-[1,4]噁嗪[4,3-a]噁唑[4,5-g]喹啉]-2,4,6,9′(1H,3H,8′H)-四酮(12a～12f)的合成(以12a为例)

在反应瓶中加入11a 150 mg(0.49 mmol)，醋酸4 mL和水1 mL,搅拌使其溶解；加入巴比妥酸69 mg(0.54 mmol)，于110 ℃反应4 h(TLC监测)。冷却至室温，加入适量水，用乙酸乙酯萃取，合并有机层，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后经反相柱[流动相M：V(甲醇) ∶V(水)=30 ∶70]纯化得白色固体12a 84 mg，收率42%。

用类似的方法合成白色固体12b～12f，收率分别为48%, 56%, 45%, 47%和55%。

12a: m.p.180～182 ℃;1H NMRδ: 11.73(s, 1H), 11.53(s, 1H), 6.74(s, 1H), 3.93(d,J=12.7 Hz, 1H), 3.79(d,J=8.6 Hz, 1H), 3.78～3.72(m, 1H), 3.67～3.61(m, 1H), 3.40(d,J=15.0 Hz, 1H), 3.25(s, 3H), 3.04～2.97(m, 1H), 2.94(d,J=14.5 Hz, 1H), 1.11(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.4 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.12, 167.59, 153.53, 149.60, 135.46(d,JCF=242.0 Hz), 129.71(d,JCF=13.7 Hz), 129.02(d,JCF=3.4 Hz), 123.64, 118.94, 103.99, 72.05, 71.64, 64.38, 56.57, 52.97, 38.98, 28.24, 18.40, 18.15; ESI-MSm/z: 417.2{[M-H]+}。

12b: m.p.230～232 ℃;1H NMRδ: 11.77(s, 1H), 11.53(s, 1H), 6.88(s, 1H), 5.08(s, 2H), 3.94(d,J=13.1 Hz, 1H), 3.80(d,J= 8.6 Hz, 1H), 3.78～3.72(m, 1H), 3.66～3.60(m, 1H), 3.46(d,J=14.7 Hz, 1H), 3.06～2.99(m, 1H), 2.96(d,J=14.5 Hz, 1H), 1.12(d,J=6.1 Hz, 3H), 0.89(d,J=6.4 Hz, 3H);13C NMRδ: 173.54, 170.09, 154.84, 152.08, 137.85(d,JCF=242.4 Hz), 132.34, 132.20, 123.41, 121.69, 117.34, 106.58, 74.44, 73.92, 66.81, 55.12, 52.13, 41.22, 32.78, 20.77, 20.53； ESI-MSm/z: 444.2{[M+H]+}。

12c: m.p.209～210 ℃；1H NMRδ: 11.81(s, 1H), 11.45(s, 1H), 6.76(s, 1H), 4.66(d,J=1.5 Hz, 2H), 4.17(q,J=7.2 Hz, 2H), 3.94(d,J=12.1 Hz, 1H), 3.78(d,J=8.7 Hz, 1H), 3.77～3.71(m, 1H), 3.67～3.59(m, 1H), 3.37～3.35(m, 1H), 3.04～2.98(m, 1H), 2.95(d,J=14.5 Hz, 1H), 1.21(t,J=7.1 Hz, 3H), 1.12(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 173.44, 169.94, 169.58, 155.77, 151.89, 137.82(d,JCF=242.6 Hz), 132.15(d,JCF=14.0 Hz), 131.69(d,JCF=3.2 Hz), 125.00, 121.53, 106.76, 74.47, 74.03, 66.83, 63.85, 58.90, 55.19, 45.50, 41.26, 20.77, 20.52, 16.33； ESI-MSm/z: 491.2{[M+H]+}。

12d: m.p.189～190 ℃;1H NMRδ: 11.81(s, 1H), 11.45(s, 1H), 6.79(s, 1H), 3.96～3.85(m, 3H), 3.78(d,J=8.6 Hz, 1H), 3.77～3.72(m, 1H), 3.67～3.61(m, 1H), 3.61～3.56(m, 2H), 3.39(d,J=14.3 Hz, 1H), 3.22(s, 3H), 3.04～2.97(m, 1H), 2.95(d,J=14.4 Hz, 1H), 1.12(d,J=6.1 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.2 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.55, 168.04, 153.85, 150.01, 135.93(d,JCF=242.3 Hz), 130.21(d,JCF=13.8 Hz), 129.46(d,JCF=3.3 Hz), 123.49, 119.42, 104.98, 72.55, 72.11, 68.77, 64.84, 58.46, 57.01, 53.36, 42.37, 39.44, 18.88, 18.62; ESI-MSm/z: 485.2{[M+Na]+}。

12e: m.p.275～277 ℃;1H NMRδ: 11.81(s, 1H), 11.46(s, 1H), 7.04(s, 1H), 4.17～4.03(m, 1H), 3.95(d,J=11.9 Hz, 1H), 3.82(d,J=8.8 Hz, 1H), 3.79～3.70(m, 1H), 3.68～3.65(m, 1H), 3.63(s, 3H), 3.08～2.99(m, 1H), 2.86(d,J=14.6 Hz, 1H), 1.12(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 173.41, 169.91, 151.90, 151.47, 137.48(d,JCF=242.8 Hz), 133.10(d,JCF= 2.8 Hz), 132.24(d,JCF= 14.5 Hz), 122.13, 121.03, 109.89, 74.48, 74.04, 66.65, 58.72, 55.18, 43.16, 40.77, 20.73, 20.49; ESI-MSm/z: 483.1{[M+H]+}。

12f: m.p.200～202 ℃;1H NMRδ: 11.79(s, 1H), 11.51(s, 1H), 7.84(d,J=7.2 Hz, 2H), 7.64(t,J=7.4 Hz, 1H), 7.51(t,J=7.8 Hz, 2H), 7.33(s, 1H), 3.99(d,J=11.7 Hz, 1H), 3.85(d,J=8.8 Hz, 1H), 3.77(s, 1H), 3.70～3.61(m, 2H), 3.11～3.03(m, 1H), 2.90(d,J=14.2 Hz, 1H), 1.13(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.89(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 173.46, 169.92, 169.62, 152.43, 151.99, 137.26(d,JCF=242.1 Hz), 135.03, 134.83, 133.29(d,JCF=2.5 Hz), 133.12, 133.01, 131.60, 130.79, 130.35(d,JCF=7.3 Hz), 121.83, 121.58, 112.11, 74.51, 74.07, 66.66, 62.12, 55.27, 40.92, 20.75, 20.51; ESI-MSm/z: 509.2{[M+H]+}。

(10) 4-(1,3-二氧戊烷-2-烷基)-2,3-二氟-N-甲基-6-硝基苯胺(13)的合成

在反应瓶中加入4 15.0 g(60.24 mmol)和THF 50 mL，搅拌使其溶解；冰浴冷却，滴加25%甲胺溶液14.9 g(120.48 mmol)，滴毕，于室温反应2 h(TLC监测)。加入适量水，用乙酸乙酯萃取，合并有机层，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后经硅胶柱层析[洗脱剂B:V(石油醚) ∶V(二氯甲烷)=2 ∶1]纯化得黄色固体13 14.0 g，收率89%;1H NMRδ: 8.19(dd,J=7.2 Hz, 2.2 Hz, 1H), 8.06(s, 1H), 5.97(s, 1H), 4.18～4.04(m, 4H), 3.31(dd,J=7.6 Hz, 5.5 Hz, 3H)。

(11) 2,3-二氟-4-(甲氨基)-5-硝基苯甲醛(14)的合成

在反应瓶中加入13 14.0 g(54.94 mmol)和1,4-二氧六环40 mL，搅拌使其溶解；加入6 mol·L-1盐酸60 mL，于室温反应2 h(TLC监测)。用6 mol·L-1NaOH溶液调至pH 10，用乙酸乙酯萃取，合并有机层，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩得黄色固体14 11.9 g，收率98%;1H NMRδ: 10.05(s, 1H), 8.61(dd,J=7.0 Hz, 2.1 Hz, 1H), 8.48(s, 1H), 3.41(dd,J=7.8 Hz, 5.5 Hz, 3H)。

(12) 2-[(2R,6S)-2,6-二甲基吗啉]-3-氟-4-(甲氨基)-5-硝基苯甲醛(15)的合成

在反应瓶中加入14 11.9 g(55.08 mmol)和乙腈40 mL，搅拌使其溶解；加入N,N-二异丙基乙基胺22 mL(137.71 mmol)和顺式2,6-二甲基吗啉10 mL(82.62 mmol)，于室温反应2 h(TLC监测)。依次加入水(30 mL)和饱和氯化铵溶液(30 mL)，析出固体，过滤，滤饼用水洗涤，干燥得黄色固体15 11.8 g，收率69%;1H NMRδ: 9.90(d,J=1.1 Hz, 1H), 8.52(d,J=1.6 Hz, 1H), 8.39(s, 1H), 3.92～3.85(m, 2H), 3.33(dd,J=8.4 Hz, 5.4 Hz, 3H), 3.18(d,J=12.9 Hz, 2H), 3.11～3.04(m, 2H), 1.23(d,J=6.3 Hz, 6H)。

(13) 5-氨基-2-[(2R,6S)-2,6-二甲基吗啉]-3-氟-4-(甲氨基)苯甲醛(16)和6-[(2R,6S)-2,6-二甲基吗啉]-7-氟-1-甲基-2-氧-2,3-二氢-1H-苯并[d]咪唑-5-甲醛(17)的合成

在反应瓶中加入15 11.8 g(37.97mmol)和THF 400 mL，搅拌使其溶解；氩气保护，加入10%Pd/C 1.0 g，氢气氛围下反应4 h(TLC监测)。用硅藻土过滤，滤液为15的THF溶液B。

冰浴冷却，搅拌下向B中缓慢加入三乙胺10.5 mL(75.94 mmol)和三光气11.3 g(37.97 mmol)，于室温反应1 h(TLC监测)。倒入冰水中，加入乙酸乙酯，萃取，合并有机层，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂：A=2 ∶1)纯化得黄色固体17 8.0 g，两步收率69%;1H NMRδ: 10.53(s, 1H), 9.80(s, 1H), 7.43(s, 1H), 3.91～3.84 (m, 2H), 3.65(d,J=1.8 Hz, 3H), 3.12～3.05(m, 2H), 2.93(d,J=10.1 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

(14) 3-取代基-6-[(2R,6S)-2,6-二甲基吗啉]-7-氟-1-甲基-2-氧-2,3-二氢-1H-苯并[d]咪唑-5-甲醛(18a～18f)的合成(以18a和18e为例)

在反应瓶中加入17 150 mg(0.49 mmol)和DMF 10 mL，搅拌使其溶解;冰浴冷却，氩气保护下，加入60%钠氢30 mg(0.73 mmol)，搅拌20 min；加入10a 0.05 mL(0.73 mmol)，于室温反应1 h(TLC监测)。倒入冰水中，用乙酸乙酯萃取，合并有机层，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂：A=4 ∶1)纯化得黄色固体18a 150 mg，收率96%;1H NMRδ: 10.54(s, 1H), 7.31(d,J=0.5 Hz, 1H), 3.90～3.84(m, 2H), 3.64(d,J=1.9 Hz, 3H), 3.44(s, 3H), 3.12～3.05(m, 2H), 2.92(d,J=10.0 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

用类似的方法合成淡黄色固体18b～18d，收率分别为88%, 85%和90%。

18b:1H NMRδ: 10.53(s, 1H), 7.44(s, 1H), 4.83(s, 2H), 3.90～3.82(m, 2H), 3.67(d,J=2.0 Hz, 3H), 3.13～3.06(m, 2H), 2.94(d,J=10.2 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

18c:1H NMRδ: 10.52(s, 1H), 7.21(s, 1H), 4.63(s, 2H), 4.26(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.91～3.82(m, 2H), 3.66(d,J=2.0 Hz, 3H), 3.12～3.04(m, 2H), 2.92(d,J=10.3 Hz, 2H), 1.32(t,J=7.1 Hz, 3H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

18d:1H NMRδ: 10.54(s, 1H), 7.41(s, 1H), 4.08(t,J=5.1 Hz, 2H), 3.90～3.84(m, 2H), 3.68(t,J=5.4 Hz, 2H), 3.64(d,J=2.0 Hz, 3H), 3.34(s, 3H), 3.12～3.04(m, 2H), 2.92(d,J=10.1 Hz, 2H), 1.23(d,J=6.3 Hz, 6H)。

在反应瓶中加入17 150 mg(0.49 mmol)和DMF 10 mL，搅拌使其溶解；加入三乙胺0.14 mL(0.98 mmol)，冰浴冷却，氩气保护下，缓慢滴加10e 0.05 mL(0.64 mmol)，滴毕，反应1 h(TLC监测)。倒入冰水中，加入乙酸乙酯，萃取，合并有机层，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂：A=2 ∶1)纯化得黄色固体18e 145 mg，收率76%;1H NMRδ: 10.47(s, 1H), 8.07(d,J=0.9 Hz, 1H), 3.91～3.83(m, 2H), 3.65(d,J=2.4 Hz, 3H), 3.52(s, 3H), 3.11～3.04(m, 2H), 2.94(d,J=10.2 Hz, 2H), 1.24(d,J=6.3 Hz, 6H)。

用类似的方法合成黄色固体18f，收率85%;1H NMRδ: 10.50(s, 1H), 8.20(d,J=0.9 Hz, 1H), 7.78(dd,J=8.3 Hz, 1.3 Hz, 2H), 7.68～7.62(m, 1H), 7.54～7.49(m, 2H), 3.93～3.86(m, 2H), 3.61(d,J=2.3 Hz, 3H), 3.15～3.07(m, 2H), 2.98(d,J=10.1 Hz, 2H), 1.25(d,J=6.3 Hz, 6H)。

(15) 8-取代基-11-氟-2,4,10-三甲基-1,2,4,4a,8,10-6氢-2′H-螺[咪唑[4,5-g][1,4]噁嗪[4,3-a]喹啉-5,5′-嘧啶]-2′,4′,6′,9(1′H,3′H,6H)-四酮(19a～19f)的合成(以19a为例)

在反应瓶中加入18a 150 mg(0.47 mmol)，醋酸4 mL和水1 mL，搅拌使其溶解；加入巴比妥酸72 mg(0.56 mmol)，于110 ℃反应4 h(TLC监测)。冷却至室温，加入适量水，用乙酸乙酯萃取，合并有机层，依次用水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后经反相柱(流动相:M=30 ∶70)纯化得白色固体19a 100 mg，收率50%。

用类似的方法合成白色固体19b～19f，收率分别为55%, 57%, 48%, 52%和65%。

19a: m.p.194～196 ℃;1H NMRδ: 11.78(s, 1H), 11.38(s, 1H), 6.64(s, 1H), 3.94(d,J=12.6 Hz, 1H), 3.81～3.76(m, 2H), 3.69～3.61(m, 1H), 3.44(s, 3H), 3.41～3.35(m, 1H), 3.22(s, 3H), 3.02～2.93(m, 2H), 1.12(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.87(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.72, 168.09, 154.01, 150.07, 138.73(d，JCF=240.38 Hz), 128.36, 123.10(d,JCF=6.6 Hz), 117.87(d,JCF=7.2 Hz), 116.73, 103.65, 72.63, 72.19, 64.99, 57.35, 53.80, 39.94, 29.41, 27.58, 18.90, 18.68； ESI-MSm/z: 432.2{[M+H]+}。

19b: m.p.245～247 ℃;1H NMRδ: 11.79(s, 1H), 11.42(s, 1H), 6.80(s, 1H), 5.02(s, 2H), 3.95(d,J=11.9 Hz, 1H), 3.82～3.75(m, 2H), 3.69～3.62(m, 1H), 3.47(d,J=1.8 Hz, 3H), 3.39(d,J=14.2 Hz, 1H), 3.04～2.93(m, 2H), 1.12(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.89(d,J=6.4 Hz, 3H);13C NMRδ: 173.54, 170.02, 155.03, 151.94, 139.53(d,JCF=237.6 Hz), 131.24(d,JCF=4.8 Hz), 122.43, 120.20(d,JCF=12.5 Hz), 119.27, 118.14, 105.99, 74.56, 74.09, 66.98, 59.16, 55.45, 41.55, 31.60, 31.53, 20.79, 20.57; ESI-MSm/z: 457.2{[M+H]+}。

19c: m.p.224～226 ℃;1H NMRδ: 11.77(s, 1H), 11.40(s, 1H), 6.63(s, 1H), 4.58(d,J=6.8 Hz, 2H), 4.13(q,J=6.9 Hz, 2H), 3.95(d,J=12.1 Hz, 1H), 3.83～3.75(m, 2H), 3.69～3.61(m, 1H), 3.47(s, 3H), 3.29(d,J=14.2 Hz, 1H), 3.01～2.93(m, 2H), 1.20(t,J=7.1 Hz, 3H), 1.12(d,J=6.1 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.71, 168.50, 168.09, 153.89, 150.05, 137.61(d,JCF=236.5 Hz), 128.60, 122.27(d,JCF=6.2 Hz), 118.05(d,JCF=12.6 Hz), 116.87, 103.97, 72.69, 72.20, 65.05, 61.58, 57.31, 53.59, 42.63, 40.41, 29.51, 18.92, 18.71, 14.51; ESI-MSm/z: 504.2{[M+H]+}。

19d: m.p.204～206 ℃;1H NMRδ: 11.77(s, 1H), 11.39(s, 1H), 6.69(s, 1H), 3.97～3.85(m, 3H), 3.82～3.74(m, 2H), 3.69～3.63(m, 1H), 3.53(t,J=5.8 Hz, 2H), 3.44(d,J=1.9 Hz, 3H), 3.37～3.32(m, 1H), 3.20(s, 3H), 3.01～2.93(m, 2H), 1.12(d,J=6.2 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.3 Hz, 3H);13C NMRδ: 172.69, 169.99, 155.77, 151.97, 139.49(d,JCF=236.2 Hz), 130.15, 124.52(d,JCF=6.6 Hz), 119.89(d,JCF=12.3 Hz), 118.59, 105.98, 74.57, 74.08, 71.40, 66.90, 62.11, 60.31, 55.58, 42.87, 41.71, 31.27, 20.81, 20.59; ESI-MSm/z: 476.2{[M+H]+}。

19e: m.p.290～292 ℃;1H NMRδ: 11.77(s, 1H), 11.41(s, 1H), 7.11(s, 1H), 3.96(d,J=12.3 Hz, 1H), 3.80(d,J=8.6 Hz, 1H), 3.78～3.72(m, 1H), 3.67～3.62(m, 1H), 3.59(m, 1H), 3.56(s, 3H), 3.45(s, 3H), 3.05～2.97(m, 1H), 2.86(d,J=14.4 Hz, 1H), 1.12(d,J=6.1 Hz, 3H), 0.88(d,J=6.2 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.45, 167.92, 150.87, 149.87, 137.04(d,JCF=237.5 Hz), 130.42, 118.69(d,JCF=12.8 Hz), 117.81, 117.50(d,JCF=5.0 Hz), 107.95, 72.51, 72.02, 64.75, 56.91, 53.33, 41.19, 39.05, 29.62, 18.68, 18.48; ESI-MSm/z: 496.1{[M+H]+}。

Scheme 2

19f: m.p.215～217 ℃;1H NMRδ: 11.75(s, 1H), 11.43(s, 2H), 7.71(d,J=7.4 Hz, 2H), 7.60(t,J=8.0 Hz, 1H), 7.47(t,J=7.7 Hz, 2H), 7.37(s, 1H), 4.00(d,J=12.6 Hz, 1H), 3.84(d,J=8.7 Hz, 1H), 3.82～3.75(m, 1H), 3.69～3.65(m, 1H), 3.56(d,J=14.9 Hz, 1H), 3.41(s, 3H), 3.08～2.98(m, 1H), 2.91(d,J=14.7 Hz, 1H), 1.13(d,J=6.1 Hz, 3H), 0.89(d,J=6.4 Hz, 3H);13C NMRδ: 171.65, 168.52, 168.10, 151.60, 150.10, 137.02(d,JCF=237.1 Hz), 134.33, 132.55, 130.88, 129.63, 129.48, 128.30, 128.24, 119.63(d,JCF=12.4 Hz), 118.44 (d,JCF=5.2 Hz), 117.42, 110.05, 72.69, 72.19, 64.92, 57.13, 53.57, 39.34, 29.67, 18.84, 18.63; ESI-MSm/z: 520.2{[M-H]-}。

1.3体外抗菌活性测试

采用美国临床和实验室标准协会(CLSI)抗菌药物敏感性试验操作规程(M02-A11, M07- A9和M11-A8)推荐的微量肉汤2倍稀释法测定了12, 19和对照药AZD0914，左氧氟沙星对甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌(A)、甲氧西林耐药表皮葡萄球菌(B)、青霉素耐药肺炎链球菌(C)和化脓性链球菌(D)的最低抑菌浓度(MIC)。

2　结果与讨论

2.1合成

3用OH-或甲胺亲核取代时，硝基邻对位选择性差。通过对醛基的保护，能够顺利实现依次取代硝基的邻位和对位氟原子，该方法为类似反应提供了借鉴。

12和19的合成通常采用分步法[13-14]，但8和16极不稳定，无法纯化得到。本文采用THF为溶剂，通过催化氢化7和15制得8和16的THF溶液，滤除钯碳，直接加入三乙胺和三光气，于室温反应2 h，成功将7和15转化为9和17，两步收率均较高(约70%)。该方法避免了不稳定中间体的变质，操作简便，收率高。

合成12和19的关键在于螺环的构建。通过先生成活泼中间体(T1和T2)，然后经[1,5]氢迁移完成反应(Scheme 2)[15-17]。即巴比妥酸的亚甲基进攻芳香环上的醛基碳，发生亲核加成消除反应，形成碳碳双键，双键和芳香环上叔胺邻位碳，发生[1,5]氢迁移，构建螺环，生成一对消旋体[9]。

2.2抗菌活性

表1为12和19的体外抗菌活性。

表1　12和19的体外抗菌活性

由表1可见，12的抗菌活性优于19，其中12a的抗菌活性最好，对A～D的MIC值分别为8～16 μg·mL-1。初步构效分析表明：苯并异噁唑是发挥抗菌活性的必需基团，苯并异噁唑替换为苯并噁唑酮后，活性明显降低，替换为苯并咪唑酮后，活性基本丧失。此外，噁唑酮或咪唑酮上不同取代基对活性影响较小。

合成了12个新型的苯并噁唑酮或苯并咪唑酮螺嘧啶三酮类化合物(12a～12f, 19a～19f)。并研究了12和19对甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌(A)、甲氧西林耐药表皮葡萄球菌(B)、青霉素耐药肺炎链球菌(C)和化脓性链球菌(D)的体外抗菌活性。结果表明：12的抗菌活性优于19，其中12a的抗菌活性最好，对A～D的MIC值分别为8～16 μg·mL-1。12的进一步衍生化、生物活性和构效关系研究正在进行中。

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Synthesis and Antibacterial Activities of Novel Spiropyrimidinetrione Compounds

ZHANG Yin-yong1,2,SHI Cheng-hui2,ZHOU Xian-li1*

(1. School of Life Science and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;2. Shanghai Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201203, China)

According to the principle of bioisosteric, an intermediate[2-(2,3,4-trifluoro-5-nitrobenzene)-1,3-dioxolame(4)] was prepared by the reaction of nitration, reduction, oxidation and nucleophilic substitution from 2,3,4-trifluorobenzoic acid. Twelve novel spiropyrimidinetrione compounds containing benzoxazolinone or benzimidazolone(12a～12f, 19a～19f) were synthesized by a seven-step reaction from 4. The structures were characterized by1H NMR,13C NMR and ESI-MS. The antibacterial activities of 12 and 19 against methicillin-resistantAtaphylococcusaureus(A), methicillin-resistantStaphylococcusepidermidis(B), penicillin-resistantStreptococcuspneumonia(C) andStreptococcuspyogenes(D) were investigated by CLSI standard．The results indicated that the antibacterial activities of 12 were better than 19. 12a exhibited best activities with MIC of 8～16 μg·mL-1.

spiropyrimidinetrione; benzoxazolinone; benzimidazolone; type II topoisomerase inhibitor; synthesis; antibacterial activity

2016-01-21;

2016-06-29

张银勇(1990-)，男，汉族，河南商丘人，硕士研究生，主要从事药物化学的研究。 E-mail: 13120925625@163.com

通信联系人： 周先礼，教授， E-mail: xxbiochem@163.com

O626.24; O626.41

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.08.16026