以磺胺药物为阴离子的离子液体合成及其抑菌性能.pdf

?文章编号:1673?5196(2010)04?0061?05以磺胺药物为阴离子的离子液体合成及其抑菌性能郭?术1,朱春节2,兰国强1,吴秀勇1(1.海南师范大学 化学与化工学院,海南 海口?571158;2.海南师范大学 生命科学学院,海南 海口?571158)摘要:以磺胺醋酰药物为阴离子,合成 7种离子液体,以1H NMR 和 IR 确证其结构;低温差示扫描量热(DSC)测定熔点或玻璃化转变温度,结果较相应钠盐有较大程度降低;离子液体对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性比较发现,大肠杆菌敏感度强于金黄色葡萄球菌,并且此类离子液体抑菌性主要由季铵阳离子种类决定,吡啶离子液体的抑菌力强于甲基咪唑,长链离子液体优于短链离子液体.关键词:磺胺醋酰;离子液体;合成;表征;抑菌性能中图分类号:O622?文献标识码:ASynthesis of ionic liquids with sulfacetamide asanions and their antimicrobial activityGUO Shu1,ZHU Chun?jie2,LAN Guo?qiang1,WU Xiu?yong1(1.College of Chemistry and Chemical Engineering,Hainan Normal U niversity,Haikou?571158,China;2.College of Life Science,HainanNormal University,Haikou?571158,China)Abstract:Seven different ionic liquids(ILs)were synthesized with sulfacetamide as anions and their struc?tures were characterized with1H NMR and IR.The results of differential scanning calorimetry(DSC)showed that sulfacetamide ionic liquids(SAILs)exhibited lower melting points(Tm)or glass transitiontemperatures(Tg)than that of sodium?ionized liquid to some extent.T heir antimicrobial activity againstEscherichia coli and staphylococcus aurous were studied and it was found that the former exhibited highersensitivity to SAILs than the latter,and the anti?microbial activity of the series of SAILs was determinedmainly by the kinds of positive ions of ammonium.T he antimicrobial efficacy of pyridinium ILs was stron?ger than that of imidazolium ILs,and long?chain SAILS was superior to short?chain ones in antimicrobialactivity.Key words:sulfacetamide;ionic liquids;synthesis;characterization;antimicrobial activity?季铵盐类抗菌剂是研究较多的一类有机抗菌剂,自 1935 年德国人 G.Domark 发现烷基二甲基氯化铵的杀菌作用并利用其处理军服以防止伤口感染以来,季铵盐类抗菌剂的研究一直是研究者关注的重点,目前该类抗菌剂已经发展到第五代 1.按离子液体定义,熔点低于 100?下的有机盐就是离子液体(RTILs)2,因此离子液体的抗菌能力已有研究.Pernak 等 3发现侧链为长链烷氧基的1?甲基咪唑离子液体有较强抗菌能力,阴离子对抑?收稿日期:2010?01?07?基金项目:国家自然科学基金(20863002),海南省自然科学基金(807053),海南 省教育 厅高等 学校科研 项目(HJ200792)?作者简介:郭?术(1968?),男,山西原平人,博士,副教授.菌活性影响很小,而烷氧基链长对的抑菌活性具有重要影响.Docherty 等 4研究咪唑和吡啶 ILs 对不同微生物的毒性.Seddon 小组 5考察一系列烷基三己基季胺类 ILs 对球菌、棒菌、真菌和细菌的抑菌活性.还有人合成基于抗生药物 miconazole 的离子液体的 6,国内也有人合成离子液体抑菌剂并据此申请专利 7?8.磺胺类药物临床应用已有几十年的历史,它具有较广的抗菌谱,而且疗效确切、性质稳定、使用简便、价格便宜,又便于长期保存,目前仍是仅次于抗生素的一大类兽用药物.磺胺类药物能抑制革兰氏阳性菌及一些阴性菌,对其高度敏感的细菌有链球菌、肺炎球菌、沙门氏菌、化脓棒状杆菌、大肠杆菌.对葡萄球菌、肺炎杆菌、巴氏杆菌、炭疽杆菌、志贺氏第 36 卷第 4 期2010 年 8 月兰?州?理?工?大?学?学?报Journal of Lanzhou University of TechnologyVol.36No.4Aug.2010杆菌、亚利桑那菌等有抑制作用,其中磺胺醋酰钠(sodium sulfacetamide,NaSA),现在仍然作为治疗沙眼、结膜炎等眼部感染的有效药物.经过人们系统的研究发现,对氨基苯磺酰胺基团为磺胺药物的活性基团.本文以磺胺醋酰(SA)或乙酰化磺胺醋酰(Ace?SA)为阴离子,结合氯化胆碱、吡啶和甲基咪唑衍生物等 5种季铵盐为阳离子合成的 7 种新颖的功能化磺胺醋酰离子液体(SAILs)和乙酰化磺胺醋酰离子液体(Ace?SAILs).用1H NMR、IR等手段对合成的化合物结构进行表征.由于此离子液体阴阳离子同时兼具抑菌性能,最后用抑菌环试验比较它们的抑菌性能.1?实验部分1.1?仪器和试剂大肠杆菌(ATCC25922)、金 黄色葡 萄球 菌(ATCC25923)购于广东省微生物菌种保藏中心,普通肉汤琼脂培养基 Nutrient agar 购于广东环凯微生物科技有限公司;N?甲基咪唑(浙江临海化工厂产品),使用前经重蒸;磺胺醋酰钠一水合物购于Sigma?Aldrich,纯度为 98%,其他试剂购于上海国药集团化学试剂有限公司,均为分析纯试剂.所用表征仪器为 Q100 差示扫描量热仪(T A 公司),Ava?tar360 FT?IR 光谱仪(Nicolet 公司),AV400 400MHz 核磁共振波谱仪(Bruker 公司).1.2?离子液体的制备合成步骤如图 1所示,磺胺醋酰钠一水合物(1)5.08 g(0.02 mol)或乙酰基磺胺醋酰钠(3)5.56 g(0.02 mol)溶于 20 mL 蒸馏水中,室温搅拌下加入20 mL 蒸馏水溶解 3.57 g(0.021 mol)硝酸银水溶液,立即出现磺胺醋酰银或乙酰基磺胺醋酰银白色沉淀.室温搅拌 10 min,抽滤,所得沉淀用 60 mL 蒸馏水洗涤三遍,洗掉硝酸钠和过量硝酸银,直到洗液用 0.1 mol/L 氯化钠水溶液检验无银离子存在.将准备好的各种氯代盐(0.018 mol)溶解于 40 mL 蒸馏水,加入上面制备好的磺胺醋酰银白色沉淀.搅拌20 min,然后在 50?水浴中继续加热搅拌 30 min,得到的氯化银沉淀抽滤除去.滤液在旋转蒸发仪上蒸出大部分水份,剩余微量水在 90?,20 mmHg,抽真空 8 h 下除去.图 1?SAILs 和 Ace?SAILs 的合成步骤Fig.1?Synthesis procedure of SAILs and Ace?SAILs 62?兰州理工大学学报?第 36卷1.3?1H NMR 和 FT?IR 数据1?甲基?3?丁基咪唑?磺胺醋酰盐(2a):白色晶体,产 率 95%,1H NMR(400 MHz,DMSO?d6)?0.90(t,J=7.2 Hz,!CH2CH2CH2CH3,3H),1.26(m,!CH2CH2CH2CH3,2H),1.59(s,!COCH3,3H),1.75(m,!CH2CH2CH2CH3,2H),1.92(s,!COCH3,3H),3.86(s,!NCH3,3H),4.16(t,J=7.2 Hz,!CH2CH2CH2CH3,2H),5.34(s,!NH2,2H),6.43(m,phenyl,2H),7.37(m,phen?yl,2H),7.70(t,J=1.6 Hz,imidazole,1H),7.77(t,J=1.6 Hz,imidazole,1H),9.15(s,imidazole,1H);IR(KBr,film)537,680,1 090,1 132,1 322,1 368,1 502,1 595,1 640,3 380 cm-1.N?丁基吡啶?磺胺醋酰盐(2b):棕色透明液体,产率 95%,1H NMR(400 MHz,DMSO?d6)?0.86(t,J=7.2 Hz,!CH2CH2CH2CH3,3H),1.23(m,!CH2CH2CH2CH3,2H),1.58(s,!COCH3,3H),1.85(m,!CH2CH2CH2CH3,2H),4.59(t,J=7.2 Hz,!CH2CH2CH2CH3,2H),5.37(s,!NH2,2H),6.42(m,phenyl,2H),7.36(m,phen?yl,2H),8.11(t,J=7.2 Hz,pyridine,2H),8.58(t,J=7.6 Hz,pyridine,1H),9.12(d,J=5.6 H z,pyr?idine,2H);IR(KBr,film)533,684,834,1 024,1 085,1 128,1 241,1 310,1 366,1 502,1 595,1 633,3 341 cm-1.1?甲基?3?乙基?(2?羟基)咪唑-磺胺醋 酰盐(2c):白色晶体,产率 94%,1H NMR(400 MHz,DMSO?d6)?1.67(s,!COCH3,3H),3.72(t,J=4.8 Hz,!NCH2CH2OH,2H),3.83(s,!NCH3,3H),4.22(t,J=4.8 Hz,!NCH2CH2OH,2H),5.46(s,!NH2,2H),6.50(tt,J=8.5,2.6 Hz,phenyl,2H),7.41(dd,J=8.5,2.6 Hz,phenyl,2H),7.66(t,J=2.0 Hz,imidazole,1H),7.71(t,J=1.6 H z,imidazole,1H),9.16(s,imidazole,1H);IR(KBr,film)551,685,844,1 084,1 132,1 243,1 315,1 368,1 562,1 597,1 630,3 344cm-1.N?乙基?(2?羟基)吡啶?磺胺醋酰盐(2d):棕色透明液体,产率 92%,1H NMR(400 MHz,DMSO?d6)?1.69(s,!COCH3,3H),3.86(t,J=4.8Hz,!NCH2CH2OH,2H),4.67(t,J=4.8 Hz,!NCH2CH2OH,2H),5.46(s,!NH2,2H),6.47(m,phenyl,2H),7.42(m,phenyl,2H),8.15(t,J=6.8 Hz,pyridine,2H),8.61(tt,J=7.9,1.3Hz,pyridine,1H),9.02(dd,J=6.6,1.2 Hz,pyri?dine,2H);IR(KBr,film)551,684,837,1 082,1 129,1 243,1 309,1 368,1 495,1 592,1 630,3 344cm-1.2?羟乙基三甲胺?磺胺醋酰盐(2e):无色粘稠液体,产率 92%,1H NMR(400 MHz,DMSO?d6)?1.63(s,!COCH3,3H),3.10(s,3 !NCH3,9H),3.41(t,J=5.2 Hz,!NCH2CH2OH,2H),3.82(t,J=5.2 Hz,!NCH2CH2OH,2H),5.43(s,!NH2,2H),5.64(s,!CH2OH,1H),6.48(d,J=8.6 Hz,phenyl,1H),7.40(d,J=8.5 Hz,phenyl,2H);IR(KBr,film)533,687,842,1 085,1 130,1 241,1 313,1 370,1 502,1 596,3 235 cm-1.1?甲基?3?丁基咪唑?乙酰基磺胺醋酰盐(4a):无色 粘 稠 液体,产 率 92%,1H NMR(400 MHz,DMSO?d6)?0.90(t,J=7.4 Hz,!CH2CH2CH2CH3,3H),1.26(m,!CH2CH2CH2CH3,2H),1.62(s,!COCH3,3H),1.73(m,!CH2CH2CH2CH3,2H),2.06(s,!NHCOCH3,3H),3.84(s,!NCH3,3H),4.15(t,J=7.2 H z,!CH2CH2CH2CH3,2H),7.52(d,J=8.8 Hz,phenyl,2H),7.62(dt,J=8.8,2.0 Hz,phenyl,2H),7.70(t,J=2.0 Hz,imidazole,1H),7.77(t,J=1.6 Hz,imidazole,1H),9.14(s,imidazole,1H),10.06(s,!NHCOCH3,1H);IR(KBr,film)549,650,829,1 087,1 134,1 251,1 313,1 368,1 538,1 593,3 105 cm-1.N?丁基吡啶?乙酰基磺胺醋酰盐(4b):无色粘稠液体,产率 92%,1H NMR(400 MHz,DMSO?d6)?0.91(t,J=7.2 Hz,!CH2CH2CH2CH3,3H),1.29(m,!CH2CH2CH2CH3,2H),1.63(s,!COCH3,3H),1.89(m,!CH2CH2CH2CH3,2H),2.04(s,!NHCOCH3,3H),4.60(t,J=7.4Hz,!CH2CH2CH2CH3,2H),7.52(d,J=8.8Hz,phenyl,2H),7.63(dt,J=8.8,2.0 Hz,phen?yl,2H),7.64(m,phenyl,1H),8.16(t,J=7.0Hz,pyridine,2H),8.60(t,J=7.8 Hz,pyridine,1H),9.11(d,J=5.6 Hz,pyridine,2H),10.05(s,!NHCOCH3,1H);IR(KBr,film)551,651,831,1 088,1 135,1 254,1 315,1 370,1 536,1 593cm-1.1.4?抑菌环实验参照中华人民共和国卫生部 2002 版#消毒技术规范,第 二部分%消毒产 品检验技 术规范&中%2.1.8.2 抑菌环试验&进行.1.4.1?抑菌溶液配制1 为市售磺胺醋酰钠滴眼液水溶液(NaSA)(湖 63 第 4 期?郭?术等:以磺胺药物为阴离子的离子液体合成及其抑菌性能?北潜江制药股份公司),含量为 15%(150 mg/mL,5.9 mmol/10 mL);其他抑菌试样配制为称取相应的离子液体 0.59 mmol 溶于无菌蒸馏水配制而成.1.4.2?抑菌环实验步骤抑菌剂载体为直径 6 mm 无菌并干燥的滤纸片,经压力灭菌后,120?烘干 2 h 备用.抑菌载体滴加 20?L 离子液体,平放于无菌平皿中,37?烘干后,分别贴放于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌染菌平板中,每个平板贴放 4 片试验样片,中间 1 片阴性对照样片,共 5 片.各样片中心之间相距 25 mm 以上,与平板的周缘相距 15 mm 以上.置 37?温箱,培养18 h 观察结果.选均匀而完全无菌生长的抑菌环,用卡尺测量抑菌环的直径.2?结果与讨论2.1?1H NMR 分析如图 2 所示,由 SA 阴离子组成的 5 个离子液体氢谱中,化学位移?在 6.41 6.50 之间有两对双多重峰,分别对应着苯环上的四个氢;而在 2 个乙酰基磺胺醋酰(ace?SA)阴离子离子液体中,上述苯环上的氢化学位移?在 7.50 7.64 之间,显示由于苯环胺基乙酰化导致极性增加,去屏蔽效应增大,?向低场位移.同时?在 5.34 左右的苯胺氢消失,在低场 10.0 出现酰胺的信号.图 2?SAILs和 Ace?SAILs的1H NMR低场化学位移比较Fig.2?Comparison of chemical shift of1H NMR in low fieldbetween SAILs and Ace?SAILs2.2?FT?IR 分析如图 3 所示,红外吸收峰 1 080 cm-1对应SO 键的伸缩振动,1 130 cm-1和 1 310 cm-1对应着 SO2对称伸缩和不对称伸缩振动;1 241 cm-1为苯环的 C!N 伸缩振动,酰胺化后移到 1 251cm-1;1 370 cm-1为甲基 C!H 弯曲振动;1 630cm-1左右对应 CO 双键伸缩振动;1 500、1 600cm-1左右为苯环骨架伸缩振动;3 341 cm-1为苯胺N!H 伸缩振动,在酰胺化后消失,同时在 1 537cm-1出现酰胺基团 N!H 弯曲振动峰;1 683 cm-1处出现酰胺基团CO的伸缩振动吸收峰.图 3?BPy?SA(上)和 Ace?BPy?SA(下)的 FT?IRFig.3?FT?IR of BPy?SA(top)and Ace?BPy?SA(bottom)2.3?熔点 Tm或玻璃化转变温度 Tg磺胺醋酰钠为白色结晶粉末,熔点 179 184?.经有机铵盐取代 Na 后,熔点大幅下降,其中有两种为白色结晶,BMIM?SA(m.p.129?)和 EMI?MOH?SA(m.p.107?),从表 1 看出,吡啶环的要比甲基 咪唑环的低,BPy?SA(Tg-16.6?)和EPyOH?SA(Tg,-21.5?)其余离子液体玻璃化转变温度 Tg均在0?以下.胆碱阳离子作为脂肪族化合物有适中的Tg(-27.5?).经乙酰化后,BMIM?SA表 1?磺胺醋酰离子液体的玻璃转化温度及抑菌圈直径Tab.1?Glass transition temperature Tmor Tgand diameter ofbacteristatic ring of SAILs and Ace?SAILs序号化合物Tm或 Tg/?大肠杆菌抑菌圈直径/mm金黄色葡萄球菌抑菌圈直径/mm11(NaSA)!11!22a(Bmim?SA)12913832b(BPy?SA)-16.614842c(EmimOH?SA)1079852d(EPyOH?SA)-22.512!62e(Choline?SA)-27.510973(Ace?NaSA)!84a(Ace?Bmim?SA)-42.913894b(Ace?BPy?SA)-38.5139 64?兰州理工大学学报?第 36卷和 BPy?SA 的 Tg均有较大降低,分别为-42.9?和-38.5?,这可能是由于乙酰化后使苯胺氢键减弱,使其熔点降低.2.4?抑菌性实验结果分析抑菌圈实验结果见表 1.NaSA 对大肠杆菌(Escherichia coli,Ec)的抑菌圈直径为 11 mm,有较强的抑菌能力,而乙酰化后的Ace?NaSA 对 Ec 不敏感,这是由于对氨基苯磺酰胺基团为磺胺药物的基本活性基团所致.对 Ec 的抑菌效果以 BPy?SA 最佳(抑菌圈直径 14 mm),Bmim?SA(抑菌圈直径 13mm)次之,而其他三种短链离子液体抑菌能力有一定程度降低(EPyOH?SA,12 mm)、(EmimOH?SA,9 mm)(Choline?SA,10 mm),从中可以发现吡啶离子液体的抑菌力强于甲基咪唑,长链离子液体优于短链,这均跟文献报道符合 4.两种 Ace?SA 离子液体也有很好的抑菌性能(抑菌圈直径 13 mm),进一步表明此类离子液体的抑菌能力主要由阳离子所决定.对金黄色葡萄 球菌(Stap hylococcus aureus,Sa),NaSA 和 Ace?NaSA 均未观察到抑菌性,这可能为 Sa 对 NaSA 产生耐药性所致 9?10.各种离子液体的 Sa 的抑菌圈直径在 8 9 mm 之间,其中EPyOH?SA 对 Sa 不敏感,说明磺胺醋酰阴离子离子液体对 Sa 的敏感度不及 Ec.3?结论合成 7 种新颖的以磺胺醋酰药物及衍生物为阴离子的离子液体,并以1H NMR、IR 进行结构表征,低温差示扫描量热测试发现季铵盐离子液体熔点或玻璃化转变温度均较相应钠盐有较大程度降低,其中 5 种为液体.乙酰化的磺胺醋酰由于减小氢键的影响有更低的 Tg.对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性比较发现,离子液体对大肠杆菌抑菌能力强于金黄色葡萄球菌,并且此类离子液体抑菌性主要由季铵阳离子决定,吡啶离子液体的抑菌力强于甲基咪唑,长链离子液体优于短链.用于实验的菌株对此类离子液体的耐药性表现较明显,有待进一步研究.致谢:本文得到海南师范大学博士科研启动项目的资助,在此表示感谢.参考文献:1?FRANKLIN T J,SNOW G A.Biochemistryof antimicrobialaction M.L ondon:Chapman and Hall,1981.2?WELTON T.Room temperature ionic liquids synthesis and ca?taly sis J.Chem Rev,1999,99:2071?2102.3?PERNAK J,SOBASZKIEWICZ K,MIRSKA I.Anti?microbialactivities of ionic liquids J.Green Chemistry,2003,5:52?56.4?DOCHERTY K M,KU LPA C F.T oxicity and antimicrobialactivity of imidazolium and pyridinium ionic liquids J.GreenChem,2005,7:185?189.5?CIENIECKA?ROSLONKIEWICZ A,PERNAK J,SEDDON KR,et al.Synthesis,anti?microbial activities and anti?electrostat?ic properties of phosphonium?based ionic liquids J.GreenChem,2005,7:855?862.6?FORREST ER K J,M ERRIGAN T L,DAVIS J H.Novel or?ganic ionic liquids(OILs)incorporating cations derived fromthe antifungal drug miconazole J.Tetrahedron 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