超声波一锅法制备吡唑磺酰胺类钠、钾、钙金属配合物的方法及应用与流程

本发明涉及有机合成技术领域，尤其涉及一种超声波一锅法制备吡唑磺酰胺类钠、钾、钙金属配合物的方法及应用。

背景技术：

纵观生命体的新陈代谢过程，可以知道钾、钙、钠等金属离子在生命活动过程中起到了至关重要的作用，比如贯穿于细胞膜上的钠离子通道和钾泵可以影响生命体物质能量的新陈代谢以及神经信号的传递等各种生命活动，又比如在有些生命体中纤维素酶遇到Mn²⁺、Cu²⁺、Cr²⁺及Mo²⁺四种金属离子时其活性被抑制，遇到Fe²⁺、Se²⁺、Zn²⁺三种离子时其生物活性显著增强。众所周知生命体中有各种平衡机制和自我修复机制，生命体中的金属离子过少或过多都将使其不能处于生理平衡状态而导致紊乱，例如Fe²⁺、Ru²⁺、稀土等金属元素可以与核酸、蛋白质等生物大分子作用，且会对神经系统产生不良的影响，直接或间接地损伤DNA而引起细胞的变异。近几十年来，已有不少含金属离子的药物问世，它们对调节生命体的状态有很大的作用，正是看到金属配合物药物具有良好的发展前景，许多科学家投入大量人力、物力来研究金属在生命过程、医药学中的作用及其与人体相互的机制，例如2001年，美国NIH(健康研究所)专门设立了一个“金属在医药学中的应用(metal in medicine)”的课题，近年来有一些新型金属配合物或金属盐药物被合成出来，如一些过渡金属与喹诺酮类分子中的氧原子配位形成金属配合物、奥扎格雷钠可以用来治疗急性血栓性脑梗死和脑梗死所伴随的运动障碍、奥沙拉秦钠与奥沙拉秦钙能有效治疗溃疡性结肠炎和硫普罗宁的钠、钾、锌金属配合物药物能治疗肝炎等。

磺酰胺类化合物因其具有生物活性而被广泛应用于医药、农药等领域。Domagk于1932年发现百浪多息具有一定的抗菌作用，近年来随着化学研究的不断深入，磺胺类药物不仅在抗菌方面获得了突破性的发展，磺酰胺类化合物的其它生物活性也相继被发现，目前已有众多含有磺酰胺结构的药物用于临床治疗多种疾病，如抗菌药磺胺嘧啶和磺胺甲噁唑等、抗病毒药安普那韦和替拉那韦、抗寄生虫药黄草消、肠炎药物柳氮磺胺吡啶、碳酸酐酶抑制剂乙酰唑胺和醋甲唑胺等、抗肿瘤药E7070、降血糖药格列本脲和氯磺丙脲片等。磺酰胺类化合物还可以抑制乙酸乳酸合成酶从而阻断支链氨基酸的合成，可用于除草、杀虫、抗病毒等。近年对磺胺类化合物的研究越来越受到人们的关注，现在对该类化合物的研究主要集中在对已有药物进行结构改造和合成新的结构并通过药物筛选以获得活性较好的磺酰胺类化合物，但磺酰胺类钠、钾、钙等金属配合物药物至今仍无文献报道。

超声波可以加速化学反应这一现象于上世纪20年代被美国科学家Richard和Loomis首先发现，近年来在化学工业中的应用迅速发展，并产生了新的交叉学科——声化学。超声波在媒质中传播能引起媒质分子间剧烈摩擦和热量耗散，从而产生各种次级超声波效应：热效应、化学效应及其它物理效应等。超声波由于声空化作用可以在极短时间内在空化泡周围产生5000K的高温及5×10⁴kPa的高压，使一般条件下难以实现或者不可能实现的化学反应得以进行，而且反应条件温和，可以缩短反应时间，提高反应产率。超声辐射对反应物产生的“空化作用”和次级效应，可产生足以引发化学反应的瞬时高温高压，形成了局部的高能中心，促使反应液剧烈搅拌，全方位混合均匀，已被广泛应用于氧化反应、还原反应、加成反应、取代反应、缩合反应、水解反应等。虽然超声波技术几乎涉及有机化学的各个领域，但是超声波应用于合成金属配合物的文献却鲜有报道。

通过文献调研，我们发现虽然用于疾病治疗的金属盐药物较多，但是金属配合物的药物却较少。通过超声波一锅法直接合成金属配合物至今仍无报道。钠、钾、钙等主族金属离子引入具有杀虫抗菌活性的磺酰胺类结构中合成的金属配合物至今仍没有被发现。通过考察国内外金属配合物的研究现状可知，用超声波一锅法在具有杀虫抗菌活性的吡唑磺酰胺结构中引入钠、钾、钙等金属离子具有广阔的研究与应用前景。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明设计并提供了一类结构新颖的化合物—基于吡唑骨架的磺酰胺类金属配合物。通过对吡唑环的氨基进行结构修饰、溶剂的参与，利用超声波一锅法合成了一系列吡唑磺酰胺类钠、钾、钙等金属配合物。钠、钾、钙等金属配位方式多样变化，不仅与磺酰胺上的氮原子和氧原子配位，而且也同溶剂上的氧原子配位，钾配合物上的金属还与取代基上的卤原子配位。在磺酰胺结构中引入钠、钾、钙等金属离子形成磺酰胺类金属配合物后，其对生命体内离子浓度依赖型靶点会有干扰作用，起到很好的效果；另一方面，形成金属配合物后极大地改变了其水溶性，可以进一步影响药物在体内运输到靶点的过程，有望是一类具有优良活性的药物。基于以上考虑我们设计了本发明的内容——选择对甲基苯磺酰氯和吡唑胺类化合物在碱的作用下反应，形成极具配位能力的磺酰胺结构，碱在激活反应的过程中，其金属离子部分可以参与配位形成金属配合物，这样磺酰胺的形成和金属离子的配位是一锅形成，同步协同进行，相比其他配合物的两步法，更加简便和实用。另外将超声波辐射法应用到磺酰胺类钠、钾、钙等金属配合物的合成中，超声波的空化作用使得S-Cl键等特定振动频率的化学键更容易断裂，从而使得反应产率大大提高，开辟了一种新型的制备磺酰胺类金属配合物的方法。

基于以上考虑，本发明的两个发明目的为：

第一个目的：提供一种制备简便、节能环保、产率较高的基于吡唑骨架的磺酰胺类金属配合物的合成方法。

一种吡唑骨架的钠、钾、钙金属配合物合成方法：通过加入不同的碱和溶剂在超声波辐射的条件下反应，对5-氨基-3-氰基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)吡唑进行磺酰化的同时引入钠、钾、钙金属离子，形成一系列基于吡唑骨架的磺酰胺类金属配合物。

更具体的，所述吡唑骨架的钠、钾、钙金属配合物的合成方法为：向反应容器中加入5-氨基-3-氰基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)吡唑、无机碱和溶剂，然后将反应容器置于超声波反应器中反应，在超声条件下向反应容器中滴加对甲基苯磺酰氯，加完后继续超声反应1～4小时(优选1～2h)，用水萃取，去除无机盐，收集有机层，将有机层干燥后采用硅胶柱层析分离纯化后得产物。

所述无机碱选自氢化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙中的任意一种；

所述溶剂为乙酸乙酯，或者，所述溶剂为乙酸乙酯和水混合溶剂；

优选的，所述无机碱为氢化钠、氢氧化钾或氢氧化钙。

优选的，所述超声条件的超声波辐射功率为100～150W；

优选的，所述5-氨基-3-氰基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)吡唑、对甲基苯磺酰氯和无机碱的摩尔比为1：1：1.5；

第二个目的：提供一种[5-对甲基苯磺酰胺基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)-3-氰基-吡唑]-乙酸乙酯-钠配合物，一种[5-对甲基苯磺酰胺基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)-3-氰基-吡唑]-钾配合物，一种5水合[5-对甲基苯磺酰胺基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)-3-氰基-吡唑]-双乙酸乙酯-钙金属配合物，所述磺酰类钠配合物的化学式为NaLX，所述磺酰类钾配合物的化学式为KL，所述磺酰胺类钙配合物的化学式为CaLX₂·5H₂O，其中X为乙酸乙酯，L的名称为5-对甲基苯磺酰胺基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)-3-氰基-吡唑，L结构式为：

所述钠配合物的结构式为：

所述钠配合物为无色块状晶体，为三斜晶系，空间群为P-1，晶胞参数为α/°＝105.602(3)，β/°＝100.485(3)，γ/°＝103.667(3)，

所述钠配合物中Na与L的磺酰胺上的N和O配位，与乙酸乙酯上的羰基上的O配位。

所述钾配合物的结构式为：

所述钾配合物为无色块状晶体，为三斜晶系，空间群为P-1，晶胞参数为α/°＝74.660(2)，β/°＝83.717(2)，γ/°＝86.649(2)，

所述钾配合物中L的一个氯原子与K配位。

所述钙配合物的结构式为：

所述钙配合物为无色块状晶体，为三斜晶系，空间群为P-1，晶胞参数为α/°＝96.2540(10)，β/°＝96.5130(10)，γ/°＝113.1640(10)，

所述钙配合物中Ca与两个乙酸乙酯的羰基上的O配位，与4个水分子上的O配位，还有一个水分子通过氢键的作用将L通过与磺基相连的N与一个同Ca配位的水分子相连。

所述所有配合物的晶体均通过溶剂挥发法生长，使用Bruker AXSMERCURY CCD单晶衍射仪对各配合物晶体进行测量，测量出的原始数据通过SHELXS(Sheldrick，2008)程序进行解析得到主要晶体数据、键长数据、键角数据和配合物的晶体图。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果如下：

本发明在超声波条件下将吡唑衍生物与磺酰氯、无机碱在溶剂中反应，在吡唑衍生物骨架中引入了磺酰胺结构并且引入不同的金属离子，合成了一系列基于吡唑骨架的磺酰胺金属配合物，实现了金属离子和吡唑磺酰胺结构的结合，提供一类结构新颖的金属配合物及其合成方法和应用；

在传统的磺酰胺金属配合中，金属离子一般为过渡金属元素，主族金属元素很少，其配位方式主要在氮原子上。在本发明所提供的配合物的结构上，钠、钾、钙金属不仅可以与磺酰胺上的氮原子、氧原子配位，而且溶剂中的氧原子参与配位。此类配位方式在文献中也鲜有报道。

在合成方法上，合成金属配合物的传统方法主要是通过调节配体分子和金属盐的比例在不同溶剂和温度条件下来合成，即先合成配体分子再形成金属配合物，而在本发明中配体分子和金属配合物的形成是同步协同进行的，大大简化了合成过程，另外本发明将超声波辐射法应用到基于吡唑骨架的磺酰胺类金属配合物的合成中，对反应产率有进一步的提高。

基于吡唑骨架的磺酰胺类金属配合物中的金属离子对具有浓度依赖型的离子通道具有干扰作用，并且金属离子的引入大大改变了其疏水性，进一步影响其在生命体内的转运过程，磺酰胺结构具有底物类似作用，吡唑环具有π-π堆积作用，这些具有生物活性的结构的协同作用使得本发明所合成的基于吡唑骨架的磺酰胺类金属配合物具有优良的生物活性，特别是在杀虫和抗菌方面表现出较高活性，因此基于吡唑骨架的磺酰胺类金属配合物具有非常大的研发与应用价值。

附图说明

图1为实施例1合成的钠配合物的晶体图；

图2为实施例2合成的钾配合物的晶体图；

图3为实施例3合成的钙配合物的晶体图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但这些具体实施例不以任何方式限制本发明的保护范围。

以下各实施例中所用的原料均为已知化合物，可在市场上购得，或可用本领域已知的方法合成。

实施例1、钠配合物的合成

向烧瓶中加入1mmol 5-氨基-3-氰基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)吡唑，再加入25mL乙酸乙酯，然后缓慢加入1.5mmol NaH，加完后继续搅拌0.5h，随后滴加1mmol对甲基苯磺酰氯，放入超声波反应器反应，调节超声波反应器功率为100W，1h后，用水萃取，去除无机盐，收集有机层，加入无水硫酸镁干燥过夜，经柱层析得到白色粉末产物。产率：86.3％.¹H-NMR(400MHz,DMSO-d₆)4.01(q,2H),1.97(s,3H),1.16(t,3H),2.66～2.71(q,2H),1.04～1.08(t,3H)；IRν(cm^-1):2252(ν_C≡N),元素分析：按理论结构式C₂₃H₁₈Cl₂F₆N₄NaO₅S₂，计算值：C,39.38；H,2.44；N,7.99％，实测值：C,39.79；H,2.66；N,8.15％。

将白色粉末产物用乙酸乙酯溶解，然后经缓慢挥发析出无色块状晶体。使用Bruker AXS MERCURY CCD单晶衍射仪对钠配合物晶体进行测量，测量出的原始数据通过SHELXS(Sheldrick，2008)程序进行解析得到表1主要晶体数据、表2键长数据、表3键角数据和图1钠配合物的晶体图。

表1钠金属配合物的主要晶体数据

表2钠配合物晶体键长

表3钠配合物晶体键角

实施例2、钾配合物的合成

向烧瓶中加入1mmol 5-氨基-3-氰基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)吡唑，再加入25mL乙酸乙酯，然后缓慢加入1.5mmol KOH，加完后继续搅拌0.5h，随后滴加1mmol对甲基苯磺酰氯，放入超声波反应器反应，调节超声波反应器功率为100W，反应2h后，用水萃取，去除无机盐，收集有机层，加入无水硫酸镁干燥过夜，经柱层析得到白色粉末产物。产率：85.3％.¹H-NMR(400MHz,DMSO-d₆)7.90～7.93(m,4H),4.01(q,2H),1.97(s,3H),1.16(t,3H),2.66～2.71(q,2H),1.04～1.08(t,3H)；IRν(cm^-1):2252(ν_C≡N),元素分析：按理论结构式C₁₉H₉Cl₂F₆KN₄O₃S₂，计算值：C,37.22；H,2.03；N,8.68％，实测值：C,37.59；H,2.26；N,8.89％。

将白色粉末产物用乙酸乙酯溶解，然后经缓慢挥发析出无色块状晶体。使用Bruker AXS MERCURY CCD单晶衍射仪对钾配合物晶体进行测量，测量出的原始数据通过SHELXS(Sheldrick，2008)程序进行解析得到表4主要晶体数据、表5键长数据、表6键角数据和图2钾配合物的晶体图。

表4钾配合物主要晶体数据

表5钾配合物键长

表6钾配合物晶体键角

实施例3、钙配合物的合成

向烧瓶中加入1mmol 5-氨基-3-氰基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)吡唑，再加入20mL乙酸乙酯与5mL水，然后缓慢加入1.5mmol Ca(OH)₂，加完后继续搅拌0.5h，随后滴加1mmol对甲基苯磺酰氯，放入超声波反应器反应，调节超声波反应器功率为100W，反应2h后，用水萃取，去除无机盐，收集有机层，加入无水硫酸镁干燥过夜，经柱层析得到白色粉末产物。产率：79.6％.¹H-NMR(400MHz,DMSO-d₆)4.02(q,2H),1.98(s,3H),1.17(t,3H),2.62～2.75(q,2H),1.06～1.01(t,3H)；IRν(cm^-1):2254(ν_C≡N).元素分析：按理论结构式C₄₆H₄₆CaCl₄F₁₂N₈O₁₆S₄，计算值：C,36.25；H,3.72；N,6.26％，实测值：C,36.42；H,3.96；N,6.42％。

将白色粉末产物用乙酸乙酯溶解，然后经缓慢挥发析出无色块状晶体。使用Bruker AXS MERCURY CCD单晶衍射仪对钙配合物晶体进行测量，测量出的原始数据通过SHELXS(Sheldrick，2008)程序进行解析得到表7主要晶体数据、表8键长数据、表9键角数据和图3钙配合物的晶体图。

表7钙配合物主要晶体数据

表8钙配合物晶体键长

表9钙配合物晶体键角

实施例4、基于吡唑骨架的磺酰胺类金属配合物的水溶性

比较L与不同配合物在25℃，pH＝7.0时在水中的水溶性，结果如表10所示。

表10.L与不同配合物在水中的水溶性

从表10可以看出，各配合物的水溶性与化合物L相比均有所提升，由于钾配合物没有溶剂分子，其水溶性不太高，由于钙配合物中含有多个水分子，水分子间能形成氢键，所以其水溶性明显提升。

对比例、钠配合物的合成

在室温条件下分别或同时改变实施例1的反应方式，制备钠配合物，制备结果与实施例1的结果同时列于下表11中：

表11不同反应条件下钠配合物的合成及其产率

从对比例可以看出，反应时间和超声与否对反应产率均有影响，其中，反应时间影响较小，主要是反应方式的影响。磁力搅拌产率极低，基本无法合成相对应的金属配合物。说明使用超声波辐射法对金属配合物的形成有决定作用。

实施例5、基于吡唑骨架的磺酰胺钠、钾、钙配合物与L溶液的制备

本实施例所制备的抗菌剂剂型为溶液剂，将供试化合物L、钠配合物(实施例1制备)、钾配合物(实施例2制备)、钙配合物(实施例3制备)分别溶于DMSO中，预配成10％(m/v，g/L)的浓度，然后用1％(m/v，g/mL)醋酸蒸馏水溶液稀释到10，1，0.1mg/L 3种浓度作为供试样品，空白对照组为1％(m/v，g/mL)醋酸溶液。

所制备的稀释溶液剂备用于以下各实施例。

实施例6、对大肠埃希氏菌的抗菌活性评价

对大肠埃希氏菌的抗菌活性评价采用平皿试验法测定，使用实施例5制备的各配合物的稀释溶液剂，以牛肉膏蛋白胨作为培养基，接种后于37℃培养24h，观察、记录抑菌圈大小，依此评价供试化合物的抑菌活性高低。试验结果见表12。

表12各配合物与L的抗大肠埃希氏菌活性

各配合物对大肠埃希氏菌的抑制率都有不错的活性。

实施例7、对普通变形杆菌的抗菌活性评价

对普通变形杆菌的抗菌活性评价采用平皿试验法测定，使用实施例5制备的各配合物的稀释溶液剂，以牛肉膏蛋白胨作为培养基，接种后于37℃培养24h，观察、记录抑菌圈大小，依此评价供试化合物的抑菌活性高低。试验结果见表13。

表13各配合物与L的抗普通变形杆菌活性

各配合物对普通变形杆菌的抑制率有不错的活性。

实施例8、各配合物与L悬浮剂的分别制备

本实施例所制备的农药剂型为悬浮剂，以下所称“总质量”指“所制备的各悬浮剂的总质量”。

先将10份占总质量5％的表面活性剂萘磺酸钠甲醛缩合物分别稀释于10份占总质量5％适宜的防冻剂乙二醇中，并分别向该溶液中缓缓加入占总质量25％的水，在快速搅拌下分别向10组溶液中依次加入占总质量25％的实施例1-3制备的各配合物与L及占总质量5％的适宜助剂(防腐剂苯甲酸、消泡剂有机硅和增稠剂黄原胶)，加完后对其进行研磨，最后加入占总质量35％的水。将制备得到的悬浮剂再加水稀释分别制备出各配合物与L所需浓度。所制备的稀释悬浮剂备用于以下各实施例。

实施例9、对粘虫的生物活性评价

按实施例8制备本发明提供的具有杀虫抗菌活性的基于吡唑骨架的磺酰胺类金属配合物的悬浮剂，用水稀释配成浓度100mg/L的农药溶液，选取20头3龄粘虫和10片一寸长的玉米叶片放于培养皿内进行定量喷洒，晾干后移入温室内正常饲养，24～72小时候统计存活和死亡数。实验重复3次，结果取平均值。活性相对于空白对照以百分比计，分为A、B、C、D四级，死亡率100％～90％为A级，死亡率90％～70％为B级，死亡率70％～50％为C级，死亡率0％～50％为D级。测试结果见表14。

表14各配合物与L在测试浓度为100mg/L时对粘虫的活性

实施例10：对尖音库蚊幼虫的生物活性评价

按实施例8制备本发明提供的具有杀虫抗菌活性的基于吡唑骨架的磺酰胺类金属配合物的悬浮剂，用水稀释配成浓度为80mg/L的农药溶液，再加入10mL含有10头4龄蚊幼虫的饲养水。每天添加少许饲料，直到蚊幼虫全部化蛹或死亡。随时将化的蛹吸走。实验重复3次。结果取平均值。活性相对于空白对照以百分比计，分为A、B、C、D四级，死亡率100％～90％为A级，死亡率90％～70％为B级，死亡率70％～50％为C级，死亡率0％～50％为D级。测试结果见表8。

表8各配合物与L在测试浓度为80mg/L时对尖音库蚊幼虫的活性