一种抗菌剂及其合成方法与应用与流程

本发明涉及生物技术领域，且特别涉及一种抗菌剂及其合成方法与应用。

背景技术：

抗菌剂在临床治疗中发挥着重要作用，但由于抗菌剂的广泛和不合理应用，多种病原菌对各种抗菌剂日益耐受。目前，病原菌对抗菌剂的耐药性问题严重威胁人类健康，已成为全球范围的严峻挑战。据世界卫生组织统计，每年约有五万人死于感染性疾病，且耐药菌数量仍在不断增长。因而，细菌耐药性问题亟待解决，开发新型、高效的抗菌剂尤为重要。

黄酮类化合物是指两个苯环(a环与b环)通过中央三碳链相互连接，形成一类以1,3-二苯丙烷(c6-c3-c6)为基本碳架的化合物。黄酮类化合物广泛存在于水果和蔬菜等植物中，具有多种生物活性和药理活性，具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤、抗炎、抗病毒、免疫调节、解毒护肝和细胞保护作用。近年来，黄酮类化合物对微生物的抑制作用受到科学研究者的广泛关注。大量研究表明，黄酮类化合物对大肠埃希氏杆菌、副溶血弧菌、沙门氏菌和枯草杆菌等多种致病菌具有显著的抑制作用。然而，大多数黄酮类化合物在植物中含量低，且提取纯化工艺复杂，生产成本高，不能满足社会需求。因此，人工合成黄酮类化合物对其在抗菌剂领域的广泛应用具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种抗菌剂，该抗菌剂为3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮，为首次合成的新型抗菌剂。

本发明的第二目的在于提供一种上述抗菌剂的合成方法，该合成方法工艺简单，产物纯度和合成产率均较高。

本发明的第三目的在于提供一种上述抗菌剂在抑制细菌中的应用，尤其是对金黄色葡萄球菌的抑菌作用较强。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明提出一种抗菌剂，为3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮，该抗菌剂的化学结构式为：

本发明还提出了一种上述抗菌剂的合成方法，包括以下步骤：

将2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮、3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛和无水乙醇于冰水浴中混合，然后于氮气气氛中加入48～52wt％koh水溶液，反应72～78h，萃取，干燥有机层，得2’,3,4,5,6’-五甲氧甲氧基查尔酮粗品。

将2’,3,4,5,6’-五甲氧甲氧基查尔酮粗品、甲醇、浓度为1.8～2.2mol/l的naoh水溶液和28～32wt％h2o2混合，反应10～14h；萃取，干燥有机层，得环氧化物粗品。

混合环氧化物粗品、甲醇和11～13wt％氯化氢甲醇溶液，于48～52℃的条件下反应28～32min，除去溶剂，得3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮。

本发明还提出了一种上述抗菌剂在抑制细菌中的应用。

本发明实施例的抗菌剂及其合成方法与应用的有益效果是：

该合成方法以2,6-二羟基苯乙酮和3,4,5-三羟基苯甲醛为起始原料，通过羟醛缩合反应生成查尔酮，双键过氧化成环氧键，并在酸性条件下开环与酚羟基反应生成醚，得到3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮。该合成方法工艺简单，设备简单，操作方便，产物纯度高，产物得率较高。且该物质为首次合成得到，未见相关专利或文献报道。该抗菌剂可用于抑菌，尤其是对金黄色葡萄球菌具有很强的抑菌活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例合成的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮的质谱图；

图2为本发明实施例合成的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮的氢谱图；

图3为本发明实施例合成的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮的碳谱图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的抗菌剂及其合成方法与应用进行具体说明。

本实施例的抗菌剂的合成方法可以包括以下步骤：将2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮、3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛和无水乙醇加入至圆底烧瓶，于冰水浴中混合，得第一混合液。混合过程中可加以搅拌以使圆底烧瓶中的各物质混合均匀。

于氮气气氛中，向第一混合液中加入48～52wt％koh水溶液反应72～78h，较佳地，koh水溶液加入的速度不宜过快，以使反应物充分接触反应。具体地，加入koh水溶液后，将整个体系于冰水浴中反应2～4h后，然后转移至20～25℃的条件下继续反应70～74h，得到第二混合液。

向第二混合液中加入冰水和用于调节第二混合液的ph至1～2的酸，然后经乙酸乙酯萃取，干燥有机层，也即合并有机层并干燥，得2’,3,4,5,6’-五甲氧甲氧基查尔酮粗品。作为可选地，上述酸可以是盐酸，其浓度可以为2.5～3.5mol/l。

较佳地，上述2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮、3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛、无水乙醇和koh水溶液的添加比例为1g：0.5～0.6g：20～25ml：4～4.5ml。

进一步地，将上述2’,3,4,5,6’-五甲氧甲氧基查尔酮粗品、甲醇、浓度为1.8～2.2mol/l的naoh水溶液和28-32wt％h2o2混合，并于20～25℃的条件下搅拌反应10～14h。除去溶剂，加冰水和乙酸乙酯萃取，合并有机层，干燥，得环氧化物粗品。

较佳地，在上述合成环氧化物粗品的过程中，2’,3,4,5,6’-五甲氧甲氧基查尔酮粗品、甲醇、naoh水溶液和h2o2的添加比例为1g：16～17ml：1.6～1.7ml：1.2～1.4ml。

进一步地，将上述环氧化物粗品、甲醇和11-13wt％氯化氢甲醇溶液混合并于48～52℃的条件下反应28～32min，除去溶剂，得3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮。

较佳地，在上述3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮的过程中，环氧化物粗品、甲醇和氯化氢甲醇溶液的添加比例为1g：3～4ml：5～7ml。

作为可选地，本实施例中的2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮和3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛均可自行合成。其中，2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮可以经以下步骤得到：

将nah和无水dmf加入圆底烧瓶，于冰水浴中混合搅拌，得第三混合液。于氮气气氛中，向第三混合液中依次缓慢加入溶于无水dmf的2,6-二羟基苯乙酮和氯甲基甲醚。然后于20～25℃的条件下反应5～7h后加入冰水和乙酸乙酯萃取，合并有机层，干燥，得2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮粗品。

较佳地，上述2,6-二羟基苯乙酮、nah、总无水dmf和氯甲基甲醚的添加比例为1g：1.5～2g：35～40ml：4～6ml。

3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛可经以下步骤得到：

将3,4,5-三羟基苯甲醛、无水k2co3和丙酮加入圆底烧瓶，于冰水浴中混合搅拌，得第四混合液。在氮气气氛中，于30min内向第四混合液中缓慢加入氯甲基甲醚；搅拌回流7～9h，过滤，除去溶剂，得3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛粗品。其中，氯甲基甲醚于30min内加入，可有效避免反应剧烈产生大量热，同时，缓慢加入可以让反应物充分接触反应。超过30min过长加入氯甲基甲醚，会增加反应时长，降低生产效率。

较佳地，上述3,4,5-三羟基苯甲醛、无水k2co3、丙酮和氯甲基甲醚的添加比例为1g：8～10g：100～200ml：5～6ml。

承上，在2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮和3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛的合成过程中均加入了氯甲基甲醚，其目的是对2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮和3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛所具有所有羟基均进行保护，避免在发生羟醛缩合反应前发生其它反应。

鉴于经上述合成方法得到的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮中含有部分杂质，为了提高3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮的纯度，本实施例的合成方法中还可包括对3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮进行纯化。较佳地，例如可用制备型高效液相色谱仪进行纯化。

纯化条件如下：ods-3色谱柱(5μm)；流速，18.9ml/min；柱温，25℃；检测波长，280nm；洗脱液，35wt％甲醇-水溶液；收集28min的色谱峰，除去溶剂。

对最终合成所得的物质进行电喷雾电离质谱法(esi-ms)和核磁共振(nmr)检测，其结果分别如图1至图3所示。

其中，图1所示的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮化合物的电喷雾电离质谱(esi-ms)图表明该化合物的分子量为m/z303.31[m-h]^-。

图2所示的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮化合物的氢谱图的结果显示：¹h-nmrδ(600hz,dmso-d4)ppm(jinhz)：4.54(1h,dd,j＝11.2,6.2,3-h),4.99(1h,d,j＝11.2,2-h),5.82(1h,d,j＝6.2,3-oh),6.41(2h,s,2’,6’-oh),6.45(1h,d,j＝8.3,6-h),6.50(1h,d,j＝8.3,8-h),7.44(1h,t,j＝8.3,7-h),8.17(1h,s,4’-oh),8.85(2h,s,3’,5’-oh),11.49(1h,s,5-oh)。

图3所示的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮化合物的碳谱图的结果显示：¹³c-nmrδ(dmso-d4)ppm：72.66(c-3),83.72(c-2),107.14(c-10),107.49(c-2’and6’),107.86(c-6),109.15(c-8),127.40(c-1’),134.00(c-4’),138.82(c-7),146.17(c-3’and5’),161.52(c-5and9),200.85(c-4)。

承上，证实该物质的确为3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮。

承上所述，本实施例中的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮合成方法是以2,6-二羟基苯乙酮和3,4,5-三羟基苯甲醛为起始原料，先用氯甲基甲醚将2,6-二羟基苯乙酮和3,4,5-三羟基苯甲醛的所有羟基进行保护，再通过羟醛缩合反应生成查尔酮，双键过氧化成环氧键，并在酸性条件下开环与酚羟基反应生成醚，最后采用制备型高效液相色谱分离纯化得到高纯度的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮。其具体合成路线如下：

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

(1)在200ml圆底烧瓶中加入10ml无水dmf，于冰水浴中搅拌加入1.5gnah，得第三混合液。取1g的2,6-二羟基苯乙酮溶于20ml无水dmf，在氮气气氛中，于30min内缓慢加入上述第三混合液；然后取4ml氯甲基甲醚溶于5ml无水dmf，继续缓慢加入上述反应混合液。接着，于20℃的条件下搅拌反应6h，加入100ml冰水，用450ml乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，并用无水na2so4干燥，减压除去溶剂，得1.4g的2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮粗品。

(2)在500ml圆底烧瓶中依次加入0.5g的3,4,5-三羟基苯甲醛、4.5g无水k2co3和100ml丙酮，置于冰水浴中搅拌，得第四混合液。在氮气气氛中，于30min内向上述第四混合液中加入2.5ml氯甲基甲醚；搅拌回流反应8h，过滤，减压除去溶剂，得0.8g的3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛粗品。

(3)在200ml圆底烧瓶中依次加入1.4g步骤(1)中得到的2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮粗品、0.8g步骤(2)中得到的3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛以及30ml无水乙醇，置于冰水浴中混合搅拌，得第一混合液。在氮气气氛中，向第一混合液中缓慢加入6ml50wt％koh水溶液，于冰水浴中搅拌反应3h后，转移至20℃的条件下继续反应72h，得到第二混合液。向第二混合液中加入40ml冰水，并3mol/l的hcl水溶液调节第二混合液的ph至1，然后用200ml乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，无水na2so4干燥，减压除去溶剂，得1.2g的2’,3,4,5,6’-五甲氧甲氧基查尔酮粗品。

(4)在100ml圆底烧瓶中依次加入步骤(3)中得到的1.2g2’,3,4,5,6’-五甲氧甲氧基查尔酮粗品以及20ml甲醇、2ml2mol/l的naoh水溶液和1.5ml30wt％h2o2，于20℃的条件下反应12h。减压除去溶剂，加入30ml冰水，用100ml乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，无水na2so4干燥，得0.8g环氧化物粗品。

(5)在50ml圆底烧瓶中依次加入步骤(4)中得到的0.8g环氧化物粗品以及3ml甲醇和5ml12wt％氯化氢甲醇溶液，于50℃搅拌反应30min，减压除去溶剂，得0.35g的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮粗品。

(6)收集步骤(5)中得到的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮粗品，用制备型高效液相色谱纯化。制备色谱的分离条件如下：ods-3色谱柱(5μm)；流速，18.9ml/min；柱温，25℃；检测波长，280nm；洗脱液，35wt％甲醇-水溶液；收集28min的色谱峰，减压除去溶剂，得0.12g的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮纯品。

实施例2

(1)在500ml圆底烧瓶中加入20ml无水dmf，于冰水浴中搅拌加入4gnah，得第三混合液。取2g2,6-二羟基苯乙酮溶于40ml无水dmf，在氮气气氛中，于30min内缓慢加入上述第三混合液；然后取12ml氯甲基甲醚溶于20ml无水dmf，继续缓慢加入上述反应混合液。接着，于25℃的条件下搅拌反应5h，加入200ml冰水，用800ml乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，并用无水na2so4干燥，减压除去溶剂，得3g的2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮粗品。

(2)在500ml圆底烧瓶中依次加入1g的3,4,5-三羟基苯甲醛、8g无水k2co3和100ml丙酮，置于冰水浴中搅拌，得第四混合液。在氮气气氛中，于30min内向上述第四混合液中加入6ml氯甲基甲醚；搅拌回流反应7h，过滤，减压除去溶剂，得1.7g的3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛粗品。

(3)在500ml圆底烧瓶中依次加入3g步骤(1)中得到的2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮粗品、1.8g步骤(2)中得到的3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛以及60ml无水乙醇，置于冰水浴中混合搅拌，得第一混合液。在氮气气氛中，向第一混合液中缓慢加入12ml48wt％koh水溶液，于冰水浴中搅拌反应2h后，转移至25℃的条件下继续反应70h，得到第二混合液。向第二混合液中加入80ml冰水，并2.5mol/l的hcl水溶液调节第二混合液的ph至2，然后用400ml乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，无水na2so4干燥，减压除去溶剂，得2.5g的2’,3,4,5,6’-五甲氧甲氧基查尔酮粗品。

(4)在200ml圆底烧瓶中依次加入步骤(3)中得到的2.5g2’,3,4,5,6’-五甲氧甲氧基查尔酮粗品以及40ml甲醇、4ml1.8mol/l的naoh水溶液和3ml28wt％h2o2，于25℃的条件下反应10h。减压除去溶剂，加入50ml冰水，用200ml乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，无水na2so4干燥，得1.8g环氧化物粗品。

(5)在100ml圆底烧瓶中依次加入步骤(4)中得到的1.8g环氧化物粗品以及5.4ml甲醇和9ml11wt％氯化氢甲醇溶液，于48℃搅拌反应28min，减压除去溶剂，得0.8g的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮粗品。

(6)收集步骤(5)中得到的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮粗品，用制备型高效液相色谱纯化。制备色谱的分离条件如下：ods-3色谱柱(5μm)；流速，18.9ml/min；柱温，25℃；检测波长，280nm；洗脱液，35wt％甲醇-水溶液；收集28min的色谱峰，减压除去溶剂，得0.28g的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮纯品。

实施例3

(1)在200ml圆底烧瓶中加入15ml无水dmf，于冰水浴中搅拌加入2.6gnah，得第三混合液。取1.5g2,6-二羟基苯乙酮溶于30ml无水dmf，在氮气气氛中，于30min内缓慢加入上述第三混合液；然后取7.5ml氯甲基甲醚溶于11.25ml无水dmf，继续缓慢加入上述反应混合液。接着，于22.5℃的条件下搅拌反应7h，加入150ml冰水，用650ml乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，并用无水na2so4干燥，减压除去溶剂，得2g的2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮粗品。

(2)在500ml圆底烧瓶中依次加入0.75g的3,4,5-三羟基苯甲醛、7.5g无水k2co3和112.5ml丙酮，置于冰水浴中搅拌，得第四混合液。在氮气气氛中，于30min内向上述第四混合液中加入4ml氯甲基甲醚；搅拌回流反应9h，过滤，减压除去溶剂，得1.2g的3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛粗品。

(3)在200ml圆底烧瓶中依次加入2g步骤(1)中得到的2,6-二甲氧甲氧基苯乙酮粗品、1g步骤(2)中得到的3,4,5-三甲氧甲氧基苯甲醛以及50ml无水乙醇，置于冰水浴中混合搅拌，得第一混合液。在氮气气氛中，向第一混合液中缓慢加入9ml52wt％koh水溶液，于冰水浴中搅拌反应4h后，转移至22.5℃的条件下继续反应74h，得到第二混合液。向第二混合液中加入60ml冰水，并3.5mol/l的hcl水溶液调节第二混合液的ph至1.5，然后用300ml乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，无水na2so4干燥，减压除去溶剂，得1.8g的2’,3,4,5,6’-五甲氧甲氧基查尔酮粗品。

(4)在100ml圆底烧瓶中依次加入步骤(3)中得到的1.8g的2’,3,4,5,6’-五甲氧甲氧基查尔酮粗品以及30.6ml甲醇、3.6ml的2.2mol/l的naoh水溶液和2.52ml32wt％h2o2，于22.5℃的条件下反应14h。减压除去溶剂，加入45ml冰水，用150ml乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，无水na2so4干燥，得1.2g环氧化物粗品。

(5)在50ml圆底烧瓶中依次加入步骤(4)中得到的1.2g环氧化物粗品以及4.8ml甲醇和8.4ml13wt％氯化氢甲醇溶液，于52℃搅拌反应33min，减压除去溶剂，得0.5g的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮粗品。

(6)收集步骤(5)中得到的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮粗品，用制备型高效液相色谱纯化。制备色谱的分离条件如下：ods-3色谱柱(5μm)；流速，18.9ml/min；柱温，25℃；检测波长，280nm；洗脱液，35wt％甲醇-水溶液；收集28min的色谱峰，减压除去溶剂，得0.18g的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮纯品。

应用例1

以上述实施例1中合成的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮对细菌中的金黄色葡萄球菌进行最小抑菌浓度测定，测定方法及结果如下：

(1)将金黄色葡萄球菌接种至营养肉汤，于37℃及120rpm的条件下培养8h，获得对数生长期菌株，用新鲜营养肉汤稀释，得到含菌量约1×10⁶cfu/ml的接种菌液。

(2)用二甲基亚砜将3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮溶解至100mg/ml，并用营养肉汤稀释至2mg/ml，再依次对倍稀释，得到2、1、0.5、0.25、0.125、0.0625、0.0313、0.0156、0.0078、0.0039和0.0020mg/ml共11个梯度浓度。取100μl上述不同浓度的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮依次加入无菌96孔板1～11号孔内，每个浓度做3个平行，第12孔加入100μl营养肉汤作为生长对照孔。

(3)取100μl上述接种菌液至1～12号孔内，即最终接种菌浓为5×10⁵cfu/ml，药物受试浓度为1～0.0010mg/ml。将96孔板置于37℃培养箱中培养24h后观察结果。

培养24h后肉眼观察，1～4号孔澄清透明，无菌生长；5～12孔均浑浊，有菌生长；故3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮对金黄色葡萄球菌最小抑菌浓度为0.125mg/ml。

此外，将实施例2和实施例3所合成的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮按照上述方法对金黄色葡萄球菌进行最小抑菌浓度测定，其结果均与实施例1所得结果一致。

承上，由本发明实施例所合成的3,3’,4’,5,5’-五羟基黄烷酮对金黄色葡萄球菌具有很强的抑制作用。

综上所述，本发明实施例的抗菌剂的合成方法工艺简单，设备简单，操作方便，产物纯度高，产物得率较高。该物质可用于抑菌，尤其是对金黄色葡萄球菌具有很强的抑菌活性。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。