一种用于杀菌消毒的咪唑类化合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于抗菌药物合成技术领域，具体涉及一种用于杀菌消毒的咪唑类化合物及其制备方法和应用。

背景技术

杂环化合物数量特别多，广泛分布在在自然界中，在生物的发展、成长等过程中起重大的作用。十九世纪初期，杂环化合物的获得多为天然产物的提取，但是由此得到的化合物产量很低，纯度不高，而且价格昂贵；随着有机合成技术的发展，为了充分利用杂环类化合物，化学工作者开始进行了大规模人工合成杂环类化合物，使其得到了广泛的应用，其中包括生物医药、储能材料、生物模拟材料，高性能染料等。其中含氮杂环化合物作为重要的杂环化合物，由于其具有独特的结构从而具有广谱的生物活性及药理活性，例如含氮杂环类化合物具有杀菌、抗病毒、抗肿瘤等生物活性，可以作为很多药物的先导化合物骨架在，医药创制领域有着重要的作用。

革兰阳性菌、革兰阴性菌和分枝杆菌可引起各种感染性疾病如结核病，每年上百万人因细菌感染而丧生。显然，细菌感染严重威胁人类生命健康。抗感染化疗药物是人类对付细菌感染不可或缺的武器，然而近年来耐药菌不断涌现并在世界范围内广泛传播，已成为全球性问题。不幸的是，目前处于临床评价阶段的可用于治疗耐药菌感染的药物屈指可数。因此，亟需研发新型抗感染化疗药物。硝基咪唑类化合物具有抗肿瘤、抗真菌、抗病毒、抗菌和抗结核等多种生物活性，且某些化合物如德拉马尼、pretomanid、甲硝唑和奥硝唑等目前已用于临床治疗各种感染性疾病或正处于临床评价阶段。显然，硝基咪唑类化合物在新药研发领域占据重要位置。

含有咪唑类结构的化合物具有广泛的生物活性，例如苯并咪唑类化合物具有含两个N原子的芳香杂环,这种特殊结构可以与生物体内的酶和受体等形成氢键，使得这类化合物表现出广泛的生物活性，如抗菌、除草、消炎、抗寄生虫、抗癌、抗病毒、镇痛等。研究人员以苯并咪唑环为分子骨架开发出一系列高效低毒类杀菌剂,如多菌灵(carbendazim)、苯菌灵(benomyl)、麦穗宁(fuberidazole)、涕必灵(thiabendazole)和氰菌灵(cypendazole)等，为提高农作物产量和质量作出了卓越贡献。由于苯并咪唑类杀菌剂被长期高剂量使用，部分品种产生了抗药性(如多菌灵)，故研究开发新型抗菌活性化合物作为苯并咪唑类杀菌剂的替代品种具有十分重要的意义。

我们依托河南科技大学第一附属医院分子生物实验室和河南湾流生物科技有限公司以苯并二氢呋喃酮为原料，通过一种新型绿色及高效的合成方法，制备得到了一种具有新型结构的咪唑类化合物，并进行了抗菌活性测试，发现该化合物对金黄色葡萄球菌具有良好的抑制作用，具有成为抗菌药物的潜质。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种用于杀菌消毒的咪唑类化合物及其制备方法和应用。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种用于杀菌消毒的咪唑类化合物的结构为：

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种用于杀菌消毒的咪唑类化合物的制备方法，其特征在于具体步骤为：

(1)、苯并二氢呋喃酮与3-胺基丙炔反应得到炔基化合物；

(2)、炔基化合物水解后与氨基乙腈反应得到酰胺类化合物；

(3)、酰胺类化合物在三苯基膦和磷酸氢二铵作用下与四氯化碳反应得到氯代化合物；

(4)、氯代化合物经分子内环合得到咪唑结构化合物；

(5)、咪唑结构化合物与胺基化合物或硼酸类化合物反应得到目标化合物。

进一步限定，步骤(1)的具体过程为：在带有氮气保护的反应瓶中，把一定量的3-胺基丙炔和苯并二氢呋喃酮加入到N,N-二甲基甲酰胺中，再加入溴化亚铜，碳酸铯和邻菲罗啉，在氩气保护下加热至一定温度，反应一段时间后倒入水中，搅拌后过滤，再用二氯甲烷萃取多次，合并有机相，因为可能有残留的N,N-二甲基甲酰胺，所以需要高真空浓缩，然后经硅胶柱层析分离得到炔基化合物；所述的反应温度为80～100℃；所述的苯并二氢呋喃酮与3-胺基丙炔与溴化亚铜与碳酸铯与邻菲罗啉的投料量摩尔比为1：2：0.1：1：0.2。

进一步限定，步骤(2)的具体过程为：在带有氮气保护反应瓶中，把一定量的炔基化合物加入到饱和氢氧化钠水溶液和乙腈的混合溶液中，加热至60℃反应一段时间后用稀盐酸调节反应体系pH为4，用二氯甲烷萃取多次，合并有机相，然后浓缩后加入四氢呋喃中，再加入N,N'-羰基二咪唑和氨基乙腈，搅加热至回流，全程氮气保护，通过分水器除去反应体系中的水分，回流反应一段时间后浓缩，然后加入乙酸乙酯使浓缩物完全溶解，用饱和氯化钠溶液洗涤多次，再用水洗涤多次，用无水硫酸镁干燥后浓缩，经硅胶柱层析分离得到酰胺类化合物；所述的炔基化合物与N,N'-羰基二咪唑与氨基乙腈的投料量摩尔比为1：1.5：2。

进一步限定，步骤(3)的具体过程为：把一定量的四氯化碳和三苯基膦加入到乙腈中，搅拌均匀后加入磷酸氢二铵，搅拌反应一段时间后再加入溶有酰胺类化合物的乙腈溶液，加热至一定温度反应一段时间后浓缩反应液，然后加入二氯甲烷，然后用饱和氯化钠溶液洗涤多次，浓缩后经硅胶柱层析分离得到氯代化合物；所述的酰胺类化合物与四氯化碳与三苯基膦与磷酸氢二铵的投料量摩尔比为1：2：1：0.2；所述的反应温度为50～75℃。

进一步限定，步骤(4)的具体过程为：把一定量的氯代化合物加入溶有多聚磷酸和三氯化硼的二甲基亚砜，缓慢升温100℃，保持温度继续搅至原料反应完全，冷却至室温，在搅拌情况下，缓慢加入水，继续搅拌后加入活性炭，在50℃条件下搅拌，趁热过滤反应液，然后滤液放置0℃条件下搅拌，有大量固体析出，抽滤固体，滤饼用甲醇进行重结晶，烘干得到咪唑并吡嗪结构化合物；所述的氯代化合物与多聚磷酸的投料量质量比为1：1～1.2；所述的氯代化合物与三氯化硼的投料量摩尔比为1：0.2。

进一步限定，步骤(5)的具体过程为：在氮气保护下，向溶有一定量咪唑并吡嗪结构化合物的N,N二甲基甲酰胺溶液中加入一定量的碘化钾和碱性化合物，搅拌均匀后再加入胺基化合物后加热至回流反应一段时间后冷却至室温，过滤反应液，向滤液中加入饱和的氯化钠溶液，用稀盐酸调节反应液pH为中性，用氯仿萃取多次，合并有机相，浓缩后经柱层析纯化得到目标化合物；所述的碱性化合物为碳酸钾或氢氧化钡；所述的咪唑并吡嗪结构化合物与胺基化合物的投料量摩尔比为1：1～1.1；所述的咪唑并吡嗪结构化合物与碘化钾和碱性化合物的投料量摩尔比为1：1：0.3～0.5。

进一步限定，步骤(5)的具体过程为：将一定量的咪唑并吡嗪结构化合物加入到四氢呋喃中，再缓慢加入磷酸钾和硼酸类化合物的四氢呋喃，滴加完后，在氮气保护下加热至一定温度，反应结束后浓缩反应液，再加入乙酸乙酯，用水洗涤多次，再用无水硫酸镁干燥后，真空浓缩后经柱层析分离得到目标化合物；所述的反应温度为60～100℃；所述的咪唑并吡嗪结构化合物与磷酸钾与硼酸类化合物的投料量摩尔比为1：1：1～1.1。

技术优势：本发明设计合成一种结构新颖的咪唑类化合物，通过利用酰胺基团和腈基基团，巧妙的合成了一种氯代二唑五元环，再利用端基炔和亚胺基成环，得到了咪唑并七元环结构，在利用氯原子容易被烷基化取代等优势，得到了多种结构新颖的化合物。

附图说明

图1实施例9化合物的常规质谱(主峰为产物峰，副峰为离子碎片峰)

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

在带有氮气保护的反应瓶中，把3-胺基丙炔1.1g和苯并二氢呋喃酮1.5g一起加入到N,N-二甲基甲酰胺50mL中，搅拌完全溶解，再加入溴化亚铜0.15g，碳酸铯3.2g和邻菲罗啉0.36g，在氩气保护下加热至100℃，反应4.5h后倒入水70mL中，搅拌30min后过滤，再用二氯甲烷50mL萃取多次，合并有机相，因为可能有残留的N,N-二甲基甲酰胺，所以需要高真空浓缩，然后经硅胶柱层析分离得到炔基化合物1.58g；LC-MS(ESI):m/z186[M+H]

实施例2

在带有氮气保护反应瓶中，把炔基化合物18.5g加入到饱和氢氧化钠水溶液200mL和乙腈等200mL的混合溶液中，加热至60℃反应2h，然后在室温下用稀盐酸调节反应体系pH为4，用二氯甲烷200mL萃取多次，合并有机相，然后浓缩后加入四氢呋喃1000mL中，再加入N,N'-羰基二咪唑25g和氨基乙腈11g，搅拌加热至回流，全程氮气保护，通过分水器除去反应体系中的水分，回流反应3h，浓缩反应体系，然后加入乙酸乙酯500mL使浓缩物完全溶解，用饱和氯化钠溶液50mL洗涤多次，再用水50mL洗涤多次，用无水硫酸镁干燥后浓缩，经硅胶柱层析分离得到酰胺类化合物18.1g；LC-MS(ESI):m/z242[M+H]

实施例3

在带有氮气保护反应瓶中，把炔基化合物18.5g加入到饱和氢氧化钠水溶液200mL和乙腈等200mL的混合溶液中，加热至60℃反应2h，然后用稀盐酸调节反应体系pH为4，用二氯甲烷200mL萃取多次，合并有机相，然后浓缩后加入四氢呋喃1000mL中，再加入N,N'-羰基二咪唑16.5g和氨基乙腈11g，搅拌加热至回流，全程氮气保护，通过分水器除去反应体系中的水分，回流反应7h，浓缩反应体系，然后加入乙酸乙酯500mL使浓缩物完全溶解，用饱和氯化钠溶液50mL洗涤多次，再用水50mL洗涤多次，用无水硫酸镁干燥后浓缩，经硅胶柱层析分离得到酰胺类化合物12.9g；LC-MS(ESI):m/z 242[M+H]

实施例4

在反应瓶中，把四氯化碳30g和三苯基膦25g加入到乙腈500mL中，搅拌均匀后加入磷酸氢二铵2.7g，搅拌反应1.5h，然后再加入溶有酰胺类化合物24g的乙腈溶液300mL，加热至60℃反应3h，反应结束后浓缩反应液，然后加入二氯甲烷600mL，然后用饱和氯化钠溶液100mL洗涤多次，浓缩后经硅胶柱层析分离得到氯代化合物22.7g；LC-MS(ESI):m/z 260[M+H]

实施例5

在反应瓶中，把四氯化碳30g和三苯基膦25g加入到乙腈500mL中，搅拌均匀后加入磷酸氢二铵1.35g，搅拌反应6h，然后再加入溶有酰胺类化合物24g的乙腈溶液300mL，加热至75℃反应10h，反应结束后浓缩反应液，然后加入二氯甲烷600mL，然后用饱和氯化钠溶液100mL洗涤多次，浓缩后经硅胶柱层析分离得到氯代化合物24.2g；LC-MS(ESI):m/z 260[M+H]

实施例6

在带有搅拌的反应瓶中，把氯代化合物26g加入溶有多聚磷酸26g和三氯化硼2.4g的二甲基亚砜500mL，缓慢升温100℃，保持温度继续搅拌48h，TLC监控原料反应完全，冷却至室温，在搅拌情况下，加入水800mL，继续搅拌30min，然后加入活性炭20g，在50℃条件下搅拌30min，趁热过滤反应液，然后滤液放置0℃条件下搅拌，有大量固体析出，抽滤固体，滤饼用甲醇进行重结晶，烘干得到咪唑结构化合物21.5g；

实施例7

在氮气保护下，向溶有咪唑结构化合物26g的N,N二甲基甲酰胺500mL溶液中加入碘化钾9g和碳酸钾10g，搅拌均匀后再加入苯胺10g后加热至60℃反应20h，冷却至室温后，过滤反应液，向滤液中加入饱和的氯化钠溶液550mL，用稀盐酸调节反应液pH为中性，用氯仿100mL萃取多次，合并有机相，浓缩后经柱层析(洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝8:1)纯化得到苯胺基类化合物12.31g；LC-MS(ESI):m/z 317[M+H]

实施例8

在带有搅拌的反应瓶中，将咪唑结构化合物26g加入到四氢呋喃500mL中，再缓慢加入磷酸钾21g和4-三氟甲基苯硼酸21g的四氢呋喃1000mL，滴加完后，在氮气保护下加热至100℃，反应过夜，TLC监控原料反应完后，浓缩反应液，再加入乙酸乙酯800mL，用水200mL洗涤多次，再用无水硫酸镁干燥后，真空浓缩后经柱层析分离得到4-三氟甲基苯类化合物29.7g；LC-MS(ESI):m/z 370[M+H]

实施例9

在带有搅拌的反应瓶中，将咪唑结构化合物26g和氢氧化钡8.5g加入到N,N-二甲基甲酰胺300mL中，再缓慢加入溶有碘化钾3.2g和四氢吡咯14g的N,N-二甲基甲酰胺100mL，滴加完后，在氮气保护下加热至80℃，反应过夜，TLC监控原料反应完后，把反应液倒入水500mL，用稀盐酸调节pH为中性，再乙酸乙酯300mL萃取多次，合并有机相，用水100mL洗涤多次，再用无水硫酸镁干燥后，真空浓缩后柱层析分离得到四氢吡咯类化合物27.7g；LC-MS(ESI):m/z 295[M+H]

实施例10

本发明采用纸片扩散法测定合成的化合物对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径。培养基由水200mL，酪蛋白胰蛋白胨2g，酵母提取物粉末1g，营养琼脂4g和氯化钠2g等营养成分组成，通过高压灭菌30min。然后将培养基10mL加入无菌培养皿(90mm×15mm)中。用无菌棉签蘸取梅里埃电子比浊仪调整至0.5麦氏浊度得到的菌液(108cfu/mL)均匀涂于培养基上，用直径为7mm无菌滤纸浸渍在化合物浓度为1.2mg/mL的二甲基亚砜溶液中，因为实施例9的分子量为294，浓度为1.2mg/mL，摩尔浓度约为4mmol/L，因此选择该质量浓度，阳性对照为头孢哌酮。将含有样品的滤纸放在培养基中心位置上于37℃下孵育24h，纸张周围的透明区域就是需要测量的抑制细菌的区域。

通过三次实验，求平均值发现，实施例9所得到化合物对金黄色葡萄球菌表现出较强的敏感性(抑菌区＝25.82mm)；实施例7和实施例8所得到的化合物表现出一般敏感性(抑菌区为17.34mm和12.27mm)。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。