CN102827187A - 氟喹诺酮醛缩异烟腙及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氟喹诺酮醛缩异烟腙，采用如下式I化学结构通式：

式I式I中R₁为氢原子或甲基；R₂为氢原子或氨基；R₃为氢原子、甲基、乙基、甲酰基、乙酰基、芳酰基或磺酰基；R₄为氢原子或甲基；X为氧原子或硫原子。本发明的氟喹诺酮异烟腙，实现了氟喹诺酮与异烟肼两类抗结核病药物的互补性，降低二者的毒副作用，降低结核杆菌对双效作用抗菌剂的耐药性产生机率，可以作为药物活性物质开发全新结构的抗结核杆菌药物。

Description

氟喹诺酮醛缩异烟腙及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种氟喹诺酮衍生化合物，具体涉及一种氟喹诺酮醛缩异烟腙，同时还涉及氟喹诺酮醛缩异烟腙的制备方法，以及在抗结核药物中的应用。

背景技术

结核病是人类健康的一大威胁，目前全世界已超过1000万人感染结核病，约有150万人死于结核感染。目前，结核病是除艾滋病外，死亡率最高的感染性疾病。由于抗结核药物的临床开发过程漫长，发现有活性的新化合物并发展成为临床有希望的抗结核药物难度大，自利福平问世至今的40年还没有一个新型化合物用于抗结核治疗。加之，不合理用药以及治疗的不彻底使耐药结核病，尤其是多药耐药结核病的感染发病率不断上升，因此，研究新的（或作用于新靶点的）抗结核药物迫在眉睫。

氟喹诺酮类药物是一类作用于细菌DNA促旋酶（Gry）和拓扑异构酶IV（TopIV）合成抗菌药，对结核杆菌有着良好的抑制和杀灭作用，同时，由于具有该类药物与现有抗结核药物不交叉耐药，不抑制其他药物的活性，不良反应少，可口服等优点，某些品种（如环丙沙星、加替沙星、氧氟沙星等）已被作为二线抗结核药物，用于治疗多耐药结核病（MDR-TB）以及对不能耐受一线抗结核药物的患者的治疗。但是由于氟喹诺酮类（FQs）药物影响动物的软骨发育，有光毒性，而且对结核病的疗效也不及异烟肼（INH）、利福平（RFP）等经典的一线抗结核药物，因此该类药物对结核病的治疗存在着一定的缺陷。然而异烟肼对结核分支杆菌具有极强的杀伤作用的一种抗结核药物，但是其自身存在着一定肝毒性。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的化合物，即氟喹诺酮醛缩异烟腙，具有抗结核的作用和功效，同时提供氟喹诺酮醛缩异烟腙的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种氟喹诺酮醛缩异烟腙，采用如下式I化学结构通式：

式I

式I中R₁为氢原子或甲基；

式I中R₂为氢原子或氨基；

式I中R₃为氢原子、甲基、乙基、甲酰基、乙酰基、芳酰基或磺酰基；

式I中R₄为连接在哌嗪环的碳原子上的取代基，选择为氢原子或甲基；

式I中X为氧原子或硫原子。

作为进一步的改进，本法的氟喹诺酮醛缩异烟腙具体为以下化学结构的化合物：

本发明的氟喹诺酮醛缩异烟腙的制备方法，以式II所示的氟喹诺酮羧酸为原料制备而成，

式II

具体制备步骤如下：

1）将式II所示的氟喹诺酮羧酸依次经还原、甲酰基化、氧化制成式III所示的氟喹诺酮C-3甲醛；

式III

步骤1）可以参照文献（Kondo H,Sakamoto F,et al.Studies on prodrugs.7.Synthesis and antimicrobial activity of 3-formylquinolone derivatives,J.Med.Chem.1988,31，221-225.前药的研究(7):喹诺酮-3-醛衍生物的合成及抗微生物活性）的方法制备，具体制备过程如下：

2）将式III所示的氟喹诺酮C-3甲醛与异烟肼在无水乙醇中，于酸性条件下回流反应3～6小时，放置反应，过滤，制得式I所示的氟喹诺酮醛缩异烟腙；

式I

所述式I、式II、式III中R₁为氢原子或甲基；

所述式I、式II、式III中R₂为氢原子或氨基；

所述式I、式II、式III中R₃为氢原子、甲基、乙基、甲酰基、乙酰基、芳酰基或磺酰基；

所述式I、式II、式III中R₄为连接在哌嗪环的碳原子上的取代基，选择为氢原子或甲基；

所述式I、式II、式III中X为氧原子或硫原子。

作为进一步的改进，式III所示的氟喹诺酮C-3甲醛与异烟肼的摩尔比为1：1。

本发明的氟喹诺酮醛缩异烟腙基于栾药设计理论，将氟喹诺酮类（FQs）药物的C-3羧基转换为甲酰基，再与异烟肼缩合得到一类新的氟喹诺酮醛缩异烟腙类衍生物，实现了氟喹诺酮与异烟肼两类抗结核病药物的互补性，降低二者的毒副作用，降低结核杆菌对双效作用抗菌剂的耐药性产生机率，可以作为药物活性物质开发全新结构的抗结核杆菌药物。

具体实施方式

实施例1

本实施例的氟喹诺酮醛缩异烟腙为（S）-N′-[6-氟-7-(4-甲基哌嗪-1-基)-1，8-(2，1-氧丙基)-喹啉(1H)-4-酮-3-亚甲基]异烟腙，其化学结构式为：

即式I中R₁为甲基（S），R₂为氢原子，R₃为甲基，R₄为氢原子，X为氧原子。

本实施例的氟喹诺酮醛缩异烟腙的制备方法为：取(S)-6-氟-1，8-(2，1-氧丙基)-7-(4-甲基哌嗪-1-基)-3-甲酰基-4(1H)-喹啉酮0.35g(1mmol)，无水乙醇12ml，加热至溶解，再加入异烟肼0.14g(1mmol)，回流3h。放置过夜，滤集生成的固体，无水乙醇洗涤，干燥，得到实施例1氟喹诺酮醛缩异烟腙化合物0.37g，产率81%，m.p.211.9～214.3℃。¹HNMR(DMSO-d₆，400MHz)δ:11.98(s，1H，CONH)，8.76～8.78(m，3H，C₂-Handpyridine-H)，8.56(s，1H，N=CH)，7.84(d，J＝6.1Hz，2H，pyridine-H)，7.45(d，J＝12.5Hz，1H，C₅-H)，4.32～4.87(m，3H，-OCH₂-CHN-)，2.44～3.25(m，8H，piperizine-H)，2.24(s，3H，NCH₃)，1.42(d，J＝6.7Hz，3H，CH₃)。

实施例2

本实施例的氟喹诺酮醛缩异烟腙为N′-[6-氟-7-(4-甲基哌嗪-1基)-1，8-(2，1-氧丙基)-喹啉(1H)-4-酮-3-亚甲基]异烟腙，其化学结构式为：

即式I中R₁为甲基，R₂为氢原子，R₃为甲基，R₄为氢原子，X为氧原子。

本实施例的氟喹诺酮醛缩异烟腙的制备方法为：取6-氟-1，8-(2，1-氧丙基)-7-(4-甲基哌嗪-1-基)-3-甲酰基-4(1H)-喹啉酮0.35g(1mmol)，无水乙醇15ml，加热至溶解，再加入异烟肼0.14g(1mmol)，回流3h。放置过夜，滤集生成的固体，无水乙醇洗涤，干燥，得到实施例2氟喹诺酮醛缩异烟腙化合物0.38g，产率83%，m.p.293.5～295.6℃。¹HNMR(DMSO-d₆，400MHz)δ:11.97(s，1H，CONH)，8.76～8.78(m，3H，C₂-Handpyridine-H)，8.55(s，1H，N=CH)，7.84(d，J＝5.8Hz，2H，pyridine-H)，7.45(d，J＝12.5Hz，1H，C₅-H)，4.32～4.87(m，3H，-OCH₂-CHN-)，2.43～3.25(m，8H，piperizine-H)，2.23(s，3H，NCH₃)，1.42(d，J＝6.7Hz，3H，CH₃)。

实施例3

本实施例的氟喹诺酮醛缩异烟腙为(S)-N′-[6-氟-7-哌嗪-1-基-1，8-(2，1-氧丙基)-喹啉(1H)-4-酮-3-亚甲基]异烟腙，其化学结构式为：

即式I中R₁为甲基（S），R₂为氢原子，R₃为氢原子，R₄为氢原子，X为氧原子。

本实施例的氟喹诺酮醛缩异烟腙的制备方法为：取(S)-6-氟-1，8-(2-甲基亚乙氧基)-7-(哌嗪-1-基)-3-甲酰基-4(1H)-喹啉酮0.33g(1mmol)，无水乙醇12ml，加热至溶解，再加入异烟肼0.14g(1mmol)，加热回流3h。放置过夜，滤集生成的固体，无水乙醇洗涤，干燥，得到实施例3氟喹诺酮醛缩异烟腙化合物0.34g，产率76%，m.p.>300℃。¹HNMR(CD₃CO₂D，400MHz)δ:8.76～8.78(m，3H，C₂-Handpyridine-H)，8.56(s，1H，N=CH)，7.84(d，J＝6.1Hz，2H，pyridine-H)，7.45(d，J＝12.5Hz，1H，C₅-H)，4.32～4.87(m，3H，-OCH₂-CHN-)，2.44～3.25(m，8H，piperizine-H)，1.42(d，J＝6.7Hz，3H，CH₃)。

实施例4

本实施例的氟喹诺酮醛缩异烟腙为N′-[6-氟-7-(4-甲基哌嗪-1-基)-1，8-(2，1-硫乙基)-喹啉(1H)-4-酮-3-亚甲基]异烟腙，其化学结构式为：

即式I中R₁为氢原子，R₂为氢原子，R₃为甲基，R₄为氢原子，X为硫原子。

本实施例的氟喹诺酮醛缩异烟腙的制备方法为：取1，8-(2，1-硫乙基)-6-氟-7-(4-甲基哌嗪-1-基)-3-甲酰基-4(1H)-喹啉酮0.35g(1mmol)，无水乙醇15ml，加热至溶解，再加入异烟肼0.14g(1mmol)，回流3h。放置过夜，滤集生成的固体，无水乙醇洗涤，干燥，得到实施例4氟喹诺酮醛缩异烟腙化合物0.4g，产率85%，m.p.231.2～233.5℃；¹HNMR(DMSO-d6，400MHz)δ:11.98(s，1H，CONH)，8.75～8.78(m，3H，C₂-Handpyridine-H)，8.57(s，1H，N=CH)，7.85(d，J＝5.4Hz，2H，pyridine-H)，7.45(d，J＝12.5Hz，1H，C₅-H)，4.42～4.92(m，3H，-SCH₂-CHN-)，2.43～3.25(m，8H，piperizine-H)，2.23(s，3H，NCH₃)，1.45(d，J＝6.7Hz，3H，CH₃)。

实验例

一、实施例1-4提供的氟喹诺酮醛缩异烟肼化合物的体外抗结核活性测定

1、试验试剂

异烟肼(isoniazid，INH)、氧氟沙星(ofloxacin，OFX)购自中国药品生物制品检定所；在无菌条件下，用DMSO将实施例1-4提供的4个化合物配成4mg/ml的溶液，充分溶解后以0.22μm滤膜过滤，置-20℃保存（使用时，避免DMSO的影响，DMSO在培养液中的浓度<0.5%）；7H9液体培养液购自美国Difco公司。

2、菌株

结核分支杆菌标准株H₃₇Ra(ATCC25177)，H₃₇Rv(ATCC27294)，3株临床分离的耐药结核分支杆菌H6、H7、H10(河南省疾病预防控制中心提供，其中，H6、H7为对异烟肼、利福平、乙胺丁醇、链霉素、氧氟沙星多重耐药菌株，H10为对异烟肼、利福平耐药菌株)。

3、实验方法

1)细菌悬液的制备：将培养2～3周菌龄的结核杆菌用接种环取出接入灭菌小瓶中，混匀至成乳状，生理盐水稀释，通过与NO.1麦氏标准比浊管比浊，将菌液配置成1mg/ml的菌液，再用生理盐水稀释至1×10⁵CFU备用。

2)在96孔培养板上，加入200μL合适浓度的待测化合物溶液（以无菌的7H9液体培养液稀释待测化合物至100μg/ml），然后根据需要再对待测化合物进行稀释（倍比稀释至50，25，12.5，6.25，3.125，1.56，0.78，0.39，0.195，0.097，0.048，0.024，0.012μg/ml），并设有无药对照孔。将稀释好的菌液加入到所有检测孔中以及无药对照孔中，将这些板至于恒温孵箱中，每板在37℃，5%CO₂条件下培养21天。40×的显微镜观察，肉眼未见细菌生长的最低药物浓度即为该药的最低抑菌浓度（MIC）。同时，以异烟肼、氧氟沙星为阳性对照，以DMSO和不添加任何化合物的培养菌液作为阴性对照。实验结果见表1所示。

表1 各供试样品的体外抗结核活性（MIC）

从表1可以看出，实施例1-4提供的化合物对结核分支杆菌标准株H₃₇Ra、H₃₇Rv体外具有很好的抑制活性。

二、实施例1-4提供的氟喹诺酮醛缩异烟肼化合物的体外细胞毒性测定

1、试验试剂

异烟肼(isoniazid，INH)、氧氟沙星(ofloxacin，OFX)购自中国药品生物制品检定所；在无菌条件下，用DMSO将实施例1-4提供的4个化合物配成4mg/ml的溶液，充分溶解后以0.22μm滤膜过滤，置-20℃保存。RPMI-1640培养液，胰蛋白酶（TRGPSIN）；胎牛血清（杭州四季青生物工程材料有限公司）；四氮唑粉剂（BIOSAIL）；溴化-(4，5)-二甲基-2-噻唑基-2，5-二苯基四氮唑（MTT，AMRESCO分装）；十二烷基硫酸钠（SDS），磷酸氢二钠（天津科密欧化学试剂开发中心）；乙二胺四乙酸二钠（EDTA）；二甲基亚砜（天津市德恩化学试剂有限公司）。

2、细胞株

VEROcells购于中科院上海细胞库。

3、实验方法（MTT法）

将细胞以10⁶cells/ml铺于96孔细胞培养板中，37℃、5%CO₂恒温孵箱中培养，24h后，加入不同浓度的药物培养液，药物初始浓度为10mmol/L，并依次稀释至终浓度为10、5、2.5、1.25、0.625μmol/L，每个浓度重复3次；同时，以异烟肼、氧氟沙星为性对照；DMSO组平行加入与药物相同体积的DMSO，48h后每孔加入20μLMTT，37℃继续孵育4h，扣板法取出培养液，每孔加入200μL的DMSO，振荡10min直至蓝色结晶物完全溶解，立即用全自动酶标仪检测OD₅₇₀值。细胞增殖抑制率按公式计算见式：

然后以各药物浓度对数值对各浓度下的抑制率作线性回归，从所得剂量-效应方程计算出各供试化合物对实验细胞的半数抑制浓度(IC₅₀)。实验结果见表2所示。

表2 各供试样品的体外细胞毒性测定(IC₅₀)

供试样品	VERO cells细胞毒性(IC50)
		实施例1	>100
实施例2	>100
		实施例3	>100
实施例4	>100
		异烟肼	>100
左氧氟沙星	75

综上所述，实施例1-4提供的化合物体外均表现出良好的抗结核活性，大多数化合物没有明显的细胞毒性，有望开发出一类高效、低毒的抗结核药物。

Claims (7)

1.一种氟喹诺酮醛缩异烟腙，采用如下式I化学结构通式：

式I

式I中R₁为氢原子或甲基；

式I中R₂为氢原子或氨基；

式I中R₃为氢原子、甲基、乙基、甲酰基、乙酰基、芳酰基或磺酰基；

式I中R₄为氢原子或甲基；

式I中X为氧原子或硫原子。

2.根据权利要求1所述氟喹诺酮醛缩异烟腙，其特征在于：具体为以下化学结构的化合物：

3.一种氟喹诺酮醛缩异烟腙的制备方法，其特征在于：以式II所示的氟喹诺酮羧酸为原料制备而成，

式II

具体制备步骤如下：

1）将式II所示的氟喹诺酮羧酸依次经还原、甲酰基化、氧化制成式III所示的氟喹诺酮C-3甲醛；

式III

2）将式III所示的氟喹诺酮C-3甲醛与异烟肼在无水乙醇中，于酸性条件下回流反应3～6小时，放置反应，过滤，制得式I所示的氟喹诺酮醛缩异烟腙；

式I

所述式I、式II、式III中R₁为氢原子或甲基；

所述式I、式II、式III中R₂为氢原子或氨基；

所述式I、式II、式III中R₃为氢原子、甲基、乙基、甲酰基、乙酰基、芳酰基或磺酰基；

所述式I、式II、式III中R₄为氢原子或甲基；

所述式I、式II、式III中X为氧原子或硫原子。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述式III所示的氟喹诺酮C-3甲醛与异烟肼的摩尔比为1：1。

5.一种如权利要求1或2所述氟喹诺酮醛缩异烟腙在制备抗结核药物中的应用。

6.根据权利要求5所述应用，其特征在于：氟喹诺酮醛缩异烟腙在制备抑制结核分支杆菌药物中的应用。

7.根据权利要求6所述应用，其特征在于：所述结核分支杆菌为H₃₇Ra或H₃₇Rv。