2-羟基查尔酮类化合物的合成及体外抗菌活性评价

胡家栋，文 雯，范 晨，陈 乐，江 宣

(1.杨凌职业技术学院药物与化工分院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学化学与药学院，陕西 杨凌 712100)

20世纪上半叶，由于抗生素类药物在临床抗感染治疗中表现出的高效抗菌活性，一度被奉为“神药”[1]。然而，随着耐药菌的不断产生，现有抗菌药物已不能满足临床需要[2]。因此，开发结构新颖的新型抗菌药物显得十分必要。据美国食品药品监督管理局统计，超过一半的临床药物来源于天然产物或其人工合成的结构类似物[3]。

查尔酮类化合物广泛存在于蔬菜、水果、茶叶和其它植物中，具有抗肿瘤、抗炎、抗菌和抗病毒等多种生物活性[4-7]，是药物研发的重要先导化合物。目前，已经有部分查尔酮类化合物作为临床药物使用，如作为利胆药的美托查酮(Metochalcone)和作为治疗胃溃疡及慢性胃炎药物的素法酮(Sofalcone)[8](图1)。基于查尔酮类化合物在抗病毒、抗菌、免疫调节和抗纤维化等方面的作用，或将在防治新型冠状病毒肺炎(COVID-2019)方面发挥潜在作用[9]。

图1 用于临床的查尔酮类化合物Fig.1 Chalcones used in clinic

此外，查尔酮类化合物在杀虫[10]、杀螨[11]和抗病毒[12]等农药开发领域也展现出一定的潜力。

作者以取代水杨醛(Ⅲ)和Wittig试剂(Ⅳ)为底物，通过对Wittig反应条件进行筛选，合成一系列2-羟基查尔酮类化合物(Ⅴ)，并运用纸片扩散法[13]对该系列化合物进行体外抗菌活性初筛，为发现新型抗菌药物提供参考。合成路线见图2。

图2 2-羟基查尔酮类化合物的合成路线Fig.2 Synthetic route of 2-hydroxychalcones

1 实验

1.1 试剂与仪器

水杨醛及取代水杨醛，2-溴苯乙酮及取代2-溴苯乙酮，三苯基膦，氢氧化钠，甲苯，二氯甲烷，乙腈，胰蛋白胨，酵母浸粉，琼脂，硫酸链霉素。

C-MAG HS7型加热磁力搅拌器、RV8型旋转蒸发仪，IKA；ZF-Ⅱ型四用紫外分析仪，上海顾村光电仪器厂；AMX-500型核磁共振仪，Bruker；MAT型质谱仪，Finnigan；ZHJH C1115B型超净工作台；LRH-150型生化培养箱等。

1.2 2-羟基查尔酮类化合物的合成

1.2.1 Wittig试剂(Ⅳ)的合成

在室温条件下，将三苯基膦(1.0 eq.)和相应的取代2-溴苯乙酮(Ⅰ，1.1 eq.)溶于甲苯溶液(0.5 mol·L-1)中，升温至100 ℃回流搅拌1～2 h，待白色固体(Ⅱ)析出量不再增加后，冷却至室温，抽滤除去溶剂和过量的取代2-溴苯乙酮，滤饼用石油醚洗涤3次。将滤饼溶于二氯甲烷-水(2∶3，体积比)混合溶液中，加入2 mol·L-1氢氧化钠水溶液(2.0 eq.)，在室温下搅拌1～2 h，二氯甲烷萃取3次，合并有机相，依次用饱和NH4Cl溶液、饱和NaCl溶液洗涤，无水Na2SO4干燥后，直接旋干溶剂，即得Wittig试剂。

1.2.2 2-羟基查尔酮类化合物(Ⅴ)的合成

在室温条件下，将取代水杨醛(Ⅲ，1.0 eq.)和相应的Wittig试剂(1.2 eq.)溶于乙腈溶液(0.25 mol·L-1)中，升温至60 ℃搅拌4～6 h，TLC监测取代水杨醛反应完全后，冷却至室温，直接旋干溶剂并用硅胶柱层析分离，得到相应的2-羟基查尔酮类化合物。

1.3 体外抗菌活性实验

分别制备含有金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)和大肠杆菌(Escherichiacoli)的检测平板，采用纸片扩散法对浓度为1.0 mg·mL-1的样品丙酮溶液进行体外抗菌活性初筛，以0.5 mg·mL-1的硫酸链霉素溶液作为阳性对照。分别移取5 μL样品溶液点样于直径为5 mm的圆形滤纸片并挥干溶剂，贴合于不同种类的检测平板上，每个样品设置3组平行，37 ℃培养12 h后观测抑菌圈大小。抑菌圈越大，抗菌活性越强。

2 结果与讨论

2.1 2-羟基查尔酮类化合物的合成优化

查尔酮类化合物的合成多以Wittig反应[14]和Claisen-Schmidt缩合反应[15]进行。在合成查尔酮的预实验中，对比了上述两种策略。结果表明，若采用Claisen-Schmidt缩合反应策略，以取代水杨醛和取代苯乙酮为底物，反应完全后，体系呈黏稠的胶状物，后处理不便，且产率较低。因此，采用了Wittig反应策略，反应完全后，直接减压旋干溶剂，柱层析纯化即可。洗脱剂选用乙酸乙酯-石油醚体系。在浓缩收集柱层析产物过程中，2-羟基查尔酮类化合物可在旋蒸过程中结晶析出，直接过滤可得纯度大于99.9%的2-羟基查尔酮类化合物。

2.2 2-羟基查尔酮类化合物的表征

2-羟基查尔酮(Ⅴa)：黄色固体，产率95%。1HNMR(500 MHz,CD3OD)，δ:8.11(d,J=15.8 Hz,1H),8.04～7.99(m,2H),7.78 (d,J=15.8 Hz,1H),7.67～7.63(m,1H),7.62～7.57(m,1H),7.54～7.49(m,2H),7.27～7.21(m,1H),6.90～6.85(m,2H)；13CNMR(126 MHz,CD3OD)，δ:193.27,158.86,142.65,139.65,133.92,133.06,130.47,129.73,129.52,123.09,122.67,120.86,117.09；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H13O2,m/z:225.091 0[M+H]+,found,m/z:225.091 1。

4′-甲基-2-羟基查尔酮(Ⅴb)：黄色固体，产率88%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.12(s,1H),8.17(d,J=15.8 Hz,1H),8.02(d,J=8.3 Hz,2H),7.87(d,J=15.8 Hz,1H),7.82～7.79(m,1H),7.36(d,J=8.0 Hz,2H),7.30～7.25(m,1H),7.02～6.98(m,1H),6.95～6.90(m,1H),2.42(s,3H);13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:189.83,157.83,144.11,140.05,136.97,132.48,130.11,129.76,129.34,123.08,122.58,120.89,117.10,21.55;HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O2,m/z:239.106 7[M+H]+,found,m/z:239.106 8。

4′-甲氧基-2-羟基查尔酮(Ⅴc)：黄色固体，产率83%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.11(s,1H),8.18～8.10(m,3H),7.89(d,J=15.7 Hz,1H),7.82～7.78(m,1H),7.30～7.25(m,1H),7.09～7.04(m,2H),7.01～6.97(m,1H),6.95～6.90(m,1H),3.90(s,3H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:188.57,164.31,157.75,139.54,132.35,132.30,131.46,129.70,123.16,122.42,120.86,117.06,114.68,55.93；HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O3,m/z:255.101 6[M+H]+,found,m/z:255.101 7。

4′-氯-2-羟基查尔酮(Ⅴd)：黄色固体，产率85%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.16(s,1H),8.19(d,J=15.8 Hz,1H),8.14～8.10(m,2H),7.86(d,J=15.7 Hz,1H),7.82～7.79(m,1H),7.60～7.56(m,2H),7.31～7.27(m,1H),7.02～6.98(m,1H),6.95～6.90(m,1H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:189.22,157.98,140.98,139.12,138.07,132.79,130.97,129.88,129.67,122.86,122.09,120.92,117.14；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H12O2Cl,m/z:259.052 0[M+H]+,found,m/z:259.052 2。

3′-溴-2-羟基查尔酮(Ⅴe)：黄色固体，产率84%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.13(s,1H),7.76(d,J=16.3 Hz,1H),7.73～7.70(m,1H),7.69～7.66(m,1H),7.54～7.48(m,2H),7.46～7.42(m,1H),7.31～7.26(m,1H),7.23(d,J=16.3 Hz,1H),6.99～6.95(m,1H),6.94～6.90(m,1H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:195.12,157.80,142.80,142.72,134.08,133.10,132.14,129.94,129.83,128.47,126.85,122.39,121.02,119.69,117.14；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H12O2Br,m/z:303.001 5[M+H]+,found,m/z:303.001 5。

2′-氯-2-羟基查尔酮(Ⅴf)：黄色固体，产率82%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.15(s,1H),7.79(d,J=16.3 Hz,1H),7.71～7.66(m,1H),7.55～7.45(m,4H),7.31～7.24(m,2H),6.99～6.95(m,1H),6.94～6.90(m,1H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:194.26,157.80,142.55,140.62,133.09,132.14,131.38,130.90,130.06,129.84,127.97,127.02,122.36,121.01,117.11；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H12O2Cl,m/z:259.044 8 [M+H]+,found,m/z:259.044 3。

4-甲基-2-羟基查尔酮(Ⅴg)：黄色固体，产率92%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.06(s,1H),8.15(d,J=15.7 Hz,1H),8.11～8.08(m,2H),7.83(d,J=15.8 Hz,1H),7.69(d,J=7.9 Hz,1H),7.64～7.60(m,1H),7.57～7.52(m,2H),6.85～6.82(m,1H),6.78～6.74(m,1H),2.29(s,3H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.37,157.92,143.39,140.64,139.65,133.29,129.81,129.46,129.12,121.96,121.46,120.35,117.60,21.51；HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O2,m/z:239.106 7[M+H]+,found,m/z:239.106 8。

5-甲基-2-羟基查尔酮(Ⅴh)：黄色固体，产率93%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:8.92(s,1H),8.19～8.08(m,3H),7.87(d,J=15.8 Hz,1H),7.66～7.61(m,2H),7.58～7.53(m,2H),7.10(dd,J=8.3 Hz、2.2 Hz,1H),6.89(d,J=8.3 Hz,1H),2.28(s,3H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.44,155.92,140.71,139.66,133.48,133.45,129.94,129.92,129.59,129.27,122.71,122.29,117.12,20.53；HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O2,m/z:239.106 7 [M+H]+,found,m/z:239.106 6。

4-甲氧基-2-羟基查尔酮(Ⅴi)：黄色固体，产率94%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.23(s,1H),8.16～8.07(m,3H),7.79～7.73(m,2H),7.63～7.59(m,1H),7.56～7.51(m,2H),6.58～6.51(m,2H),3.81(s,3H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.32,164.05,159.56,140.68,139.91,133.24,131.38,129.51,129.15,119.97,116.29,107.56,102.33,55.80；HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O3,m/z:255.101 6 [M+H]+,found,m/z:255.101 6。

3-甲氧基-2-羟基查尔酮(Ⅴj)：黄色固体，产率88%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:8.33(s,1H),8.23～8.16(m,1H),8.11(d,J=7.5 Hz,2H),7.90～7.84(m,1H),7.66～7.60(m,1H),7.59～7.53(m,2H),7.41(d,J=8.0 Hz,1H),7.04(d,J=7.9 Hz,1H),6.87(t,J=7.9 Hz,1H),3.89(s,3H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.39,148.77,147.61,140.20,139.51,133.51,129.57,129.25,122.82,122.50,121.22,120.35,113.85,56.60；HRMS(ESI):exact mass calcd for C16H15O3,m/z:255.094 3[M+H]+,found,m/z:255.094 5。

5-溴-2-羟基查尔酮(Ⅴk)：黄色固体，产率90%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.44(s,1H),8.17～8.08(m,3H),8.03～7.93(m,2H),7.66～7.61(m,1H),7.58～7.53(m,2H),7.43～7.38(m,1H),6.97(d,J=8.7 Hz,1H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.11,156.97,139.24,138.55,134.93,133.67,131.70,129.57,129.36,125.31,123.65,119.13,112.55；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H12O2Br,m/z:302.994 2[M+H]+,found,m/z:302.994 8。

4-溴-2-羟基查尔酮(Ⅴl)：黄色固体，产率90%。1HNMR[500 MHz,(CD3)2CO],δ:9.64(s,1H),8.13～8.06(m,3H),7.91(d,J=15.8 Hz,1H),7.78(d,J=8.4 Hz,1H),7.63(t,J=7.3 Hz,1H),7.55(t,J=7.6 Hz,2H),7.21(s,1H),7.11(d,J=8.4 Hz,1H)；13CNMR[126 MHz,(CD3)2CO],δ:190.22,158.49,139.32,139.12,133.59,131.21,129.56,129.26,125.29,124.08,123.16,122.53,120.00；HRMS(ESI):exact mass calcd for C15H12O2Br,m/z:303.001 5[M+H]+,found,m/z:303.001 5。

2.3 体外抗菌活性初筛(表1)

由表1可知，Ⅴe对4种细菌均表现出一定的抗菌活性；且与其它化合物相比，其抗菌活性更明显。同时，Ⅴl对枯草芽孢杆菌表现出一定的抗菌活性。

化合物Ⅴe的抗菌平板照片见图3。

由图3可以看出，化合物Ⅴe初步表现出对4种细菌的抗菌活性，这一结果为后续对该类化合物抗菌活性的进一步研究提供了参考。

表1 体外抗菌活性初筛结果

a～d依次为：S.aureus、B.cereus、B.subtilis、E.coli

3 结论

通过Wittig反应合成了一系列2-羟基查尔酮类化合物，并运用纸片扩散法对该系列化合物进行了体外抗菌活性初筛。结果表明，化合物Ⅴe和Ⅴl均初步表现出对枯草芽孢杆菌的抗菌活性；化合物Ⅴe还表现出对金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌和大肠杆菌的抗菌活性。二者芳环上都有溴原子取代，这一发现为进一步对该类化合物的抗菌活性研究提供了参考。