本发明涉及杂环化合物的合成领域，具体涉及一种螺靛红硫脲衍生物及其合成方法和应用。
背景技术：
靛红，是构造含氮杂螺环化合物的重要骨架。靛红螺杂环类化合物中存在着特殊结构的杂环，并且在抑制细胞生长、抗癌、抗焦虑、消炎、镇痛及降压和杀虫等医药方面具有许多重要的生理活性。因此，合成和研究靛红螺杂环类化合物具有重要的意义。靛红的结构式如下：
最近有几种合成螺靛红硫脲衍生物的方法：
(1)2012年，化学家首次报道了以席夫碱为催化剂，四氢呋喃为溶剂，取代靛红异硫氰酸酯和磷酰亚胺发生串联反应，获得了螺靛红硫脲衍生物(Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,7007–7010)。
(2)2014年，化学家则报道了取代靛红异硫氰酸酯在Takemoto催化剂的催化下，与对家苯磺酰胺发生反应，获得了螺靛红硫脲衍生物(Chem.Commun.,2014,50,14771-14774)。
(3)2015年，袁又报道了取代靛红异硫氰酸酯和对甲苯磺酰亚胺以奎宁为催化剂，在甲苯中反应获得了螺靛红硫脲衍生物(Tetrahedron 71(2015)949-955)。
此外还有一些其他方法，但是步骤比以上三种更繁琐，在此不一一列举。这些方法合成了一系列螺靛红硫脲衍生物，但是并没有研究该类化合物的抗菌性，此外，反应使用的溶剂也不是很理想，为毒性比较大的溶剂，对环境污染大。
因此，需要开发一种新的螺靛红硫脲衍生物及其新的合成方法，并研究它们的抗真菌活性。
本发明通过合成得到一种新的螺靛红硫脲衍生物，并对其抗菌活性进行了研究。
技术实现要素：
本发明提供了一种抗菌良好的螺靛红硫脲衍生物。
本发明还提供了一种原料易得，同时操作简便和对环境友好的螺靛红硫脲衍生物的合成方法。
一种螺靛红硫脲衍生物，结构如式(I)所示：
R1独立地选自H、卤素、CF3和甲氧基；
R2为C1～C3烷基。
作为优选，所述的螺靛红硫脲衍生物为以下化合物中的一种：
本发明还提供了一种所述的螺靛红硫脲衍生物的合成方法，包括步骤：
无催化剂条件下，将取代靛红异硫氰酸酯与双亚胺衍生物在醇类溶剂中进行反应，经处理后得到螺靛红硫脲衍生物。
所述的取代靛红异硫氰酸酯的结构式如下：
所述的双亚胺衍生物的结构式如下：
本发明的作用机制如下：第一、发生曼尼希反应，第二、关环，质子迁移。
所述的醇类溶剂为乙醇。
所述的反应温度为25～30℃，反应时间为1～5小时。
所述的后处理可采用合成领域常用的后处理方法，如采用重结晶或柱层析进行提纯，后处理可包括：除去溶剂后用有机溶剂重结晶。
所述的有机溶剂可选用乙酸乙酯、石油醚中的一种或者两种。
或者，所述的后处理包括：减压除去溶剂，再经柱层析。所述的柱层析的淋洗液选用石油醚和乙酸乙酯的混合液。
所述的螺靛红硫脲衍生物可作为抗菌剂使用，4种常见的菌株大肠杆菌(ATCC 8739)，枯草芽孢杆菌(ATCC 6633)，白色念珠菌(ATCC 10231)，沙门氏菌(CMCC(B)50115)进行了测试，该类化合物具有一定的抗菌活性。
作为优选，当所述的螺靛红硫脲衍生物为3ae时，所述的抗菌剂用于抑制沙门氏菌；
当所述的螺靛红硫脲衍生物为3bj或3bk时，所述的抗菌剂用于抑制枯草芽孢杆菌。
以溶剂存在条件为例，本发明各种原料间的反应方程式如下：
反应式(1)-(4)
R1选自氢、甲氧基、溴、氯、三氟甲基。
本发明中反应原料取代靛红异硫氰酸酯与双亚胺衍生物的用量并没有严格的限定，一般按照化学反应计量比进行反应，也可以是其中一种化合物过量进行反应。
本发明中反应溶剂用量并没有严格的限定，可根据反应原料的用量调整：反应原料较多增加反应溶剂的用量，反应原料较少减少反应溶剂的用量。
本发明具有如下优点：
本发明螺靛红硫脲衍生物的合成方法，其技术关键是取代靛红异硫氰酸酯与双亚胺衍生物为原料，不需要催化剂，并且选用廉价的反应溶剂，一锅法直接合成螺靛红硫脲衍生物；具有反应时间灵活，收率较高，溶剂廉价易得，操作简便，适用范围广等众多优点，适宜于工业化生产。
本发明的最后一个目的在于提供螺靛红硫脲衍生物作为抗菌剂的应用。
经过大量的抑菌实验证明，本发明的螺靛红硫脲衍生物可作为抗菌剂使用，尤其是对沙门氏菌、枯草芽孢杆菌等有一定的抑制作用。
具体实施方式
实施例1
在50毫升反应瓶中，加入乙醇10毫升、取代靛红异硫氰酸酯1a(232mg,1mmol，1.0eq)与双亚胺衍生物2a(208mg,1mmol，1.0eq)在25℃下搅拌1h。随后减压除去溶剂，以石油醚和乙酸乙酯(石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1)的混合液为淋洗液进行柱层析得到结构式如3aa的螺靛红硫脲衍生物3aa(400mg,产率91％)。反应方程式如下：
将上述得到的螺靛红硫脲衍生物3aa的结构经过核磁共振及高分辨质谱进行鉴定，1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.97(s,1H),7.72(d,J＝7.3Hz,1H),7.60–7.54(m,3H),7.40(t,J＝7.7Hz,1H),7.34–7.26(m,3H),7.22–7.17(m,3H),6.97(d,J＝7.3Hz,2H),6.75(d,J＝7.9Hz,1H),5.57(s,1H),3.51–3.44(m,1H),3.04–2.98(m,1H),1.17–1.09(m,1H),1.01–0.93(m,1H),0.54(t,J＝7.4Hz,3H).13C NMR(150MHz,CDCl3)δ183.5,172.1,151.1,143.6,133.7,131.3,131.0,130.4,129.0,128.5,127.8,127.1,126.6,124.8,123.4,108.8,74.1,68.6,41.7,20.3,11.1.ESI-HRMS:calcd for C26H24N4OS+H 441.1749,found 441.1740.表明得到的螺靛红硫脲衍生物具有结构式3aa所示的结构。
实施例2
在50毫升反应瓶中，加入乙醇10毫升、取代靛红异硫氰酸酯1a(232mg,1mmol，1.0eq)与双亚胺衍生物2a(276mg,1mmol，1.0eq)在25℃下搅拌1h。随后减压除去溶剂，以石油醚和乙酸乙酯(石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1)的混合液为淋洗液进行柱层析得到结构式如3ab的螺靛红硫脲衍生物3ab(472mg,产率93％)。反应方程式如下：
将上述得到的螺靛红硫脲衍生物3ab的结构经过核磁共振及高分辨质谱进行鉴定，1H NMR(600MHz,DMSO)δ9.83(s,1H),7.81(s,1H),7.70(d,J＝7.3Hz,1H),7.58(d,J＝8.5Hz,2H),7.47–7.41(m,3H),7.32(d,J＝8.5Hz,2H),7.21(t,J＝7.5Hz,1H),7.03(d,J＝7.9Hz,1H),6.89(d,J＝8.4Hz,2H),5.90(s,1H),3.22–3.16(m,1H),1.17–1.11(m,2H),1.09–1.02(m,1H),0.51(t,J＝7.4Hz,3H).13C NMR(150MHz,DMSO)δ182.9,172.2,147.5,143.7,135.1,133.8,133.2,131.2,131.0,129.5,129.1,128.8,127.2,125.2,123.5,109.5,71.2,68.4,41.3,20.5,11.1.ESI-HRMS:calcd for C26H22Cl2N4OS+H 509.0970,found 509.0966.表明得到的螺靛红硫脲衍生物具有结构式3ab所示的结构。
实施例3
在50毫升反应瓶中，加入乙醇10毫升、取代靛红异硫氰酸酯1a(232mg,1mmol，1.0eq)与双亚胺衍生物2a(363mg,1mmol，1.0eq)在25℃下搅拌1h。随后减压除去溶剂，以石油醚和乙酸乙酯(石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1)的混合液为淋洗液进行柱层析得到结构式如3ad的螺靛红硫脲衍生物3ad(524mg,产率88％)。反应方程式如下：
将上述得到的螺靛红硫脲衍生物3ad的结构经过核磁共振及高分辨质谱进行鉴定，1H NMR(600MHz,DMSO)δ9.84(s,1H),7.80(s,1H),7.71(d,J＝7.4Hz,1H),7.60(d,J＝8.5,1.8Hz,2H),7.52(d,J＝8.5Hz,2H),7.48–7.41(m,3H),7.22(t,J＝7.5Hz,1H),7.05(d,J＝7.9Hz,1H),6.83(d,J＝8.4Hz,2H),5.89(s,1H),3.25–3.18(m,1H),1.20–1.11(m,2H),1.10–1.02(m,1H),0.53(t,J＝7.4Hz,3H).13C NMR(150MHz,DMSO)δ182.9,172.2,170.8,147.4,143.7,133.5,132.3,131.7,131.3,131.2,129.5,129.4,127.2,125.2,123.9,123.5,122.5,109.5,71.2,68.4,41.3,20.5,11.2.ESI-HRMS:calcd for C26H22Br2N4OS+H 596.9959,found 596.9974.表明得到的螺靛红硫脲衍生物具有结构式3ad所示的结构。
实施例4
在50毫升反应瓶中，加入乙醇10毫升、取代靛红异硫氰酸酯1a(232mg,1mmol，1.0eq)与双亚胺衍生物2a(344mg,1mmol，1.0eq)在25℃下搅拌1h。随后减压除去溶剂，以石油醚和乙酸乙酯(石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1)的混合液为淋洗液进行柱层析得到结构式如3ae的螺靛红硫脲衍生物3ae(374mg,产率65％)。反应方程式如下：
将上述得到的螺靛红硫脲衍生物3ae的结构经过核磁共振及高分辨质谱进行鉴定，1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.97(s,1H),7.72(d,J＝7.3Hz,1H),7.60–7.54(m,3H),7.40(t,J＝7.7Hz,1H),7.34–7.26(m,3H),7.22–7.17(m,3H),6.97(d,J＝7.3Hz,2H),6.75(d,J＝7.9Hz,1H),5.57(s,1H),3.51–3.44(m,1H),3.04–2.98(m,1H),1.17–1.09(m,1H),1.01–0.93(m,1H),0.54(t,J＝7.4Hz,3H).13C NMR(150MHz,CDCl3)δ183.5,172.1,151.1,143.6,133.7,131.3,131.0,130.4,129.0,128.5,127.8,127.1,126.6,124.8,123.4,108.8,74.1,68.6,41.7,20.3,11.1.ESI-HRMS:calcd for C26H24N4OS+H 441.1749,found 441.1740.表明得到的螺靛红硫脲衍生物具有结构式3ae所示的结构。
实施例5
在50毫升反应瓶中，加入乙醇10毫升、取代靛红异硫氰酸酯1a(232mg,1mmol，1.0eq)与双亚胺衍生物2a(268mg,1mmol，1.0eq)在25℃下搅拌1h。随后减压除去溶剂，以石油醚和乙酸乙酯(石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1)的混合液为淋洗液进行柱层析得到结构式如3af的螺靛红硫脲衍生物3af(350mg,产率70％)。反应方程式如下：
将上述得到的螺靛红硫脲衍生物3af的结构经过核磁共振及高分辨质谱进行鉴定，1H NMR(600MHz,DMSO)δ9.76(s,1H),7.87(s,1H),7.72(d,J＝7.3Hz,1H),7.43(td,J＝7.8,0.9Hz,1H),7.31(t,J＝7.9Hz,1H),7.22(t,J＝7.5Hz,1H),7.16–7.11(m,3H),7.03(d,J＝7.9Hz,1H),6.98(d,J＝8.2,2.2Hz,1H),6.82(d,J＝8.2,2.3Hz,1H),6.47(d,J＝7.7Hz,1H),6.39(s,1H),5.81(s,1H),3.75(s,3H),3.57(s,3H),3.23–3.14(m,1H),1.14–1.08(m,1H),1.06–1.00(m,1H),0.53(t,J＝7.4Hz,3H).13C NMR(150MHz,DMSO)δ183.2,172.3,159.9,159.4,149.5,143.9,135.7,133.56,131.1,130.3,129.8,127.3,125.2,123.4,120.5,119.6,116.6,114.2,113.0,112.0,109.3,72.1,68.6,55.6,55.3,41.2,20.5,11.2.ESI-HRMS:calcd for C28H28N4O3S+H501.1960,found 501.1963.表明得到的螺靛红硫脲衍生物具有结构式3af所示的结构。
实施例6
在50毫升反应瓶中，加入乙醇10毫升、取代靛红异硫氰酸酯1a(204mg,1mmol，1.0eq)与双亚胺衍生物2a(276mg,1mmol，1.0eq)在25℃下搅拌1h。随后减压除去溶剂，以石油醚和乙酸乙酯(石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1)的混合液为淋洗液进行柱层析得到结构式如3bi的螺靛红硫脲衍生物3bi(408mg,产率91％)。反应方程式如下：
将上述得到的螺靛红硫脲衍生物3bi的结构经过核磁共振及高分辨质谱进行鉴定，1H NMR(600MHz,DMSO)δ9.96(s,1H),7.97(d,J＝6.9Hz,1H),7.64(d,J＝7.4Hz,1H),7.58(s,1H),7.46–7.37(m,5H),7.35–7.30(m,2H),7.17(t,J＝11.0,4.1Hz,1H),7.06(m,J＝14.4,6.9,5.2Hz,2H),6.19(s,1H),2.91(s,3H).13C NMR(150MHz,DMSO)δ181.6,171.4,133.5,132.3,131.9,131.5,131.1,130.9,130.3,130.1,130.0,129.0,128.1,127.6,127.2,124.7,123.8,109.4,100.0,67.7,26.7.ESI-HRMS:calcd for C24H18Cl2N4OS+H 481.0657,found 481.0651.表明得到的螺靛红硫脲衍生物具有结构式3bi所示的结构。
实施例7
在50毫升反应瓶中，加入乙醇10毫升、取代靛红异硫氰酸酯1a(204mg,1mmol，1.0eq)与双亚胺衍生物2a(298mg,1mmol，1.0eq)在25℃下搅拌1h。随后减压除去溶剂，以石油醚和乙酸乙酯(石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1)的混合液为淋洗液进行柱层析得到结构式如3bj的螺靛红硫脲衍生物3bi(401mg,产率80％)。反应方程式如下：
将上述得到的螺靛红硫脲衍生物3bj的结构经过核磁共振及高分辨质谱进行鉴定，1H NMR(600MHz,DMSO)δ10.01(s,1H),8.40(s,1H),8.22–8.19(m,1H),8.17(d,J＝8.3,1.6Hz,1H),8.01(d,J＝7.9Hz,1H),7.92(s,1H),7.71(t,J＝6.5Hz,2H),7.61(t,J＝8.0Hz,1H),7.49(t,J＝11.3,4.3Hz,1H),7.36(d,J＝7.8Hz,1H),7.26(t,J＝7.5Hz,1H),7.06(d,J＝7.9Hz,1H),6.12(s,1H),2.79(s,3H).13C NMR(150MHz,DMSO)δ182.7,171.9,148.6,147.9,145.2,143.7,136.2,134.3,134.0,133.5,131.5,130.9,130.6,127.6,124.9,124.3,124.1,122.0,121.8,109.7,70.2,68.4,26.6.ESI-HRMS:calcd for C24H18N6O5S+H 503.1059,found 503.1119.表明得到的螺靛红硫脲衍生物具有结构式3bj所示的结构。
实施例8
在50毫升反应瓶中，加入乙醇10毫升、取代靛红异硫氰酸酯1a(204mg,1mmol，1.0eq)与双亚胺衍生物2a(298mg,1mmol，1.0eq)在25℃下搅拌1h。随后减压除去溶剂，以石油醚和乙酸乙酯(石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1)的混合液为淋洗液进行柱层析得到结构式如3bk的螺靛红硫脲衍生物3bk(386mg,产率77％)。反应方程式如下：
将上述得到的螺靛红硫脲衍生物3bk的结构经过核磁共振及高分辨质谱进行鉴定，1H NMR(600MHz,DMSO)δ10.03(s,1H),8.41(s,1H),8.20(dd,J＝23.6,8.3Hz,2H),8.03(d,J＝7.9Hz,1H),7.93(s,1H),7.74–7.67(m,3H),7.62(t,J＝8.0Hz,1H),7.51(t,J＝7.7Hz,1H),7.37(d,J＝7.7Hz,1H),7.27(t,J＝7.5Hz,1H),7.07(d,J＝7.9Hz,1H),6.13(s,1H),2.81(s,3H).13C NMR(150MHz,DMSO)δ182.7,171.9,148.6,147.9,145.3,143.7,136.2,134.3,134.0,133.5,131.5,130.9,130.6,127.6,124.9,124.3,124.1,122.0,121.8,109.7,68.4,26.6.ESI-HRMS:calcd for C24H18N6O5S+H 503.1059,found 503.1125.表明得到的螺靛红硫脲衍生物具有结构式3bk所示的结构。
实施例9：抑菌试验
1.实验菌株：本发明采用的是抑菌圈法定性的判定化合物的抗菌活性，采用滤纸片法对4种常见的菌株大肠杆菌(ATCC 8739)，枯草芽孢杆菌(ATCC 6633)，白色念珠菌(ATCC 10231)，沙门氏菌(CMCC(B)50115)进行了测试。
2.菌液制备：菌种在液体肉汤培养基(蛋白胨10g，牛肉膏3g，氯化钠5g，蒸馏水1L，PH 7.2～7.4)37℃，180r/min摇床培养12h，然后无菌移液枪移取200μL菌悬液(菌液浓度为1.0×105CFU/ml)于相应的培养基中，涂布均匀。
3.药液制备：受试化合物分别用进口DMSO溶解，配置浓度为50μg/μL。
4.检测：用移液枪移取2μL(2.5mg样品溶于50μL DMSO中)于无菌圆形滤纸片上(直径：5mm)，将其贴于平板，同时作阴性和阳性对照，再将平板置于37℃恒温培养箱中培养15h，用游标卡尺测量抑菌圈直径的大小，与阴性，阳性组对照，每个样品平行测试三次，取平均值。
5.结果：实验结果证明螺靛红硫脲衍生物对沙门氏菌、枯草芽孢杆菌具有一定的抑制作用，对大肠杆菌无活性，对白色念珠菌只有较弱的活性。化合物针对沙门氏菌、枯草芽孢杆菌的抗菌性能如表2-1所示：
表2-1化合物抗菌活性
由表可见所有测试化合物中，含有三氟甲基的3ae对沙门氏菌具有较强的活性，另外，还有硝基的3bj，3bk则对枯草芽孢杆菌也具有较强的活性。