一种吡啶季铵盐类化合物及其制备方法和应用与流程

本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种吡啶季铵盐类化合物及其制备方法和应用。

背景技术：

在许多天然药物和化学药物中，结构不同的吡啶盐是很常见的结构。众所周知，吡啶盐类化合物具有抑制各种微生物(例如细菌，病毒和真菌)的生长的作用，因此在我们的日常生活中以各种方式被用作抗菌剂。在s.sowmiah,j.m.s.s.l.p.n.rebelo&c.a.m.afonso(2018).organicchemistryfrontiers,5(3),

453–493.报道中，吡啶季铵盐用于对外科器械进行消毒、在乳制品工业中用作消毒剂、用于治疗泌尿系统感染。灰黄霉素是用吡啶盐配制的药物，用于皮肤病治疗和控制牙龈上菌斑和牙龈炎。例如12-甲基丙烯酰氧基十二烷基吡啶鎓溴化物(mdpb)和十六烷基氯化吡啶鎓(cpc)被广泛用于治疗口腔感染。吡啶盐类化合物还通过抑制几种引起炎症的基质金属蛋白酶蛋白表现出抗炎活性。而且，它们已成为化妆品如护肤霜，润肤露和护发素中的重要成分。

吡啶盐的最常见合成方法是吡啶与烷基卤的sn2反应。吡啶盐类化合物具有抗微生物作用在文献t.zhaoandg.sun(2008)j.appl.microbiol.,104,824-830具有报道。其中化合物1和2的合成如下所示：

1.将溶于50毫升氯仿中的0.05摩尔4-氨基吡啶(4-ap)冷却至0-5℃，并将溶于60毫升氯仿中的0.06摩尔的苯甲酰氯或1-萘甲酰基在剧烈搅拌下缓慢加入。将反应混合物在0-5℃下进一步搅拌1小时，然后过滤。固体用丙酮洗涤，干燥并称重。

2.将产物溶于100毫升n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，并与0.04摩尔的1-溴十二烷混合。将混合物在95℃加热4小时。减压除去dmf后，从乙醚中纯化产物，然后在水中重结晶两次。将产物在真空下干燥24小时。

该操作中所用原料较为昂贵，反应溶剂的除去需要较高温度，纯化过程较为复杂，不适合工业化生产。原料为链状烷烃，其水溶性差。

因此亟需一种制备原料商业化程度高、便宜易得，制备路线短、方法简便，生产成本低的方法，以为临床抗微生物治疗提供更多高效、安全的候选药物。

技术实现要素：

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种制备原料商业化程度高、便宜易得，制备路线短、方法简便、生产成本低的方法，以为临床抗微生物治疗提供更多高效、安全的候选药物。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种吡啶季铵盐类化合物，结构如通式i所示：

其中r为氢、羟基、氨基、巯基、取代或未取代的c1-c6烷基、取代或未取代的c6-c12芳基、取代或未取代的c1-c6烷氧基、c1-c6烷氨基、c1-c6烷硫基、c1-c6烷氧基甲酰基、c6-c12芳醚基、c6-c12芳氨基、c6-c12芳硫基、c1-c6酰胺基、硝基或卤素；x^-为卤素离子或者酸根离子。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的吡啶季铵盐类化合物进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述x^-为氯离子、溴离子、碘离子、高氯酸根离子、硫酸根离子、苯甲酸根离子、枸橼酸根离子、乳酸根离子、苹果酸根离子、硝酸根离子、碳酸根离子、磷酸根离子、醋酸根离子、甲磺酸根离子、三氟甲磺酸根离子、对甲苯磺酸根离子或者苯磺酸根离子。

作为上述技术方案的改进，所述吡啶季铵盐类化合物的化学式具体为化学式i、ii或iii。

一种如上所述的吡啶季铵盐类化合物的制备方法，按照如下化学反应通式进行反应：

其中所述r为氢、羟基、氨基、巯基、取代或未取代的c1-c6烷基、取代或未取代的c6-c12芳基、取代或未取代的c1-c6烷氧基、c1-c6烷氨基、c1-c6烷硫基、c1-c6烷氧基甲酰基、c6-c12芳醚基、c6-c12芳氨基、c6-c12芳硫基、c1-c6酰胺基、硝基或卤素；x^-为卤素离子或者酸根离子。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的吡啶季铵盐类化合物的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述x^-为氯离子、溴离子、碘离子、高氯酸根离子、硫酸根离子、苯甲酸根离子、枸橼酸根离子、乳酸根离子、苹果酸根离子、硝酸根离子、碳酸根离子、磷酸根离子、醋酸根离子、甲磺酸根离子、三氟甲磺酸根离子、对甲苯磺酸根离子或者苯磺酸根离子。

作为上述技术方案的改进，所述的吡啶季铵盐类化合物的制备方法包含如下步骤：

1)如上所述将a和对甲苯磺酸一水合物溶解于水中，然后加入吡啶反应24小时，冷却至室温；

2)减压下除去水，加入二氯甲烷(dcm)在常温下搅拌，逐渐有固体析出，半个小时后抽滤，烘干，然后用乙酸乙酯(ea)或二氯甲烷(dcm)在常温下搅拌除去杂质即得产品。

作为上述技术方案的改进，对甲苯磺酸一水合物与a的摩尔比为0.2-1；反应温度在80-150℃之间；b与a的摩尔比为1-10；反应溶剂可以是水、有机溶剂和原料b本身。

一种如上任一项所述的吡啶季铵盐类化合物的应用，所述吡啶季铵盐类化合物作为抗肿瘤药物或者抗细菌药物。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

本发明的吡啶季铵盐类化合物具有抗微生物活性，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌都有一定的抑制活性，用于制备抗细菌和/或抗真菌药物，还可以与药剂中的辅料组合制成单方或复方制剂。并且本发明公开的化合物所涉及的制备原料商业化程度高、便宜易得，制备路线短、方法简便、生产成本低，可为临床抗微生物治疗提供更多高效、安全的候选药物。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单的介绍。

图1是本发明实施例1制备的吡啶季铵盐类化合物的¹h-nmr图；

图2是本发明实施例1制备的吡啶季铵盐类化合物的¹³c-nmr图；

图3是本发明实施例1制备的吡啶季铵盐类化合物的质谱图；

图4是本发明实施例2制备的吡啶季铵盐类化合物的¹h-nmr图；

图5是本发明实施例2制备的吡啶季铵盐类化合物的¹³c-nmr图；

图6是本发明实施例2制备的吡啶季铵盐类化合物的质谱图；

图7是本发明实施例3的吡啶季铵盐类化合物的¹h-nmr图；

图8是本发明实施例3的吡啶季铵盐类化合物的¹³c-nmr图；

图9是本发明实施例3制备的吡啶季铵盐类化合物的质谱图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理。本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。

实施例1：

如图所示，本发明提供了化合物1的合成方法，反应物配比如表1，具体步骤如下：

表1实施例1反应物配比

将1克2-氯烟酸和0.4克对甲苯磺酸一水合物溶解于5毫升水中，然后加入5毫升吡啶在100℃回流反应24小时。反应完毕后冷却至室温，减压下除去水，加入10毫升dcm在常温下搅拌。逐渐有白色固体析出，半个小时后抽滤，烘干，然后用ea或dcm在常温下搅拌除去多余的吡啶即得0.6克白色固体化合物1。¹hnmr(500mhz,dmso-d6)δppm9.49(d,j＝6.0hz,2h),8.97–8.86(m,2h),8.71(dd,j＝7.8,1.8hz,1h),8.37(t,j＝7.0hz,2h),8.01(dd,j＝7.9,4.8hz,1h).¹³cnmr(126mhz,dmso-d6)δppm163.9,152.9,152.2,148.9,145.7,142.74,128.2,128.0,123.1.ms(ei)m/z:201[m+h]⁺.mp:215-220℃.

实施例2：

如图所示，本发明提供了化合物2的合成方法，反应物配比如表2，具体步骤如下：

表2、实施例2反应物配比

将0.5克2-氯烟酸和0.18克对甲苯磺酸一水合物溶解于1毫升4-甲基吡啶中，然后加入2毫升水在100℃回流反应24小时。反应完毕后体系澄清，然后冷却至室温，在减压下除去水，剩余物呈油状。加入10毫升dcm在常温下搅拌。逐渐有浅红色固体析出，半个小时后抽滤，烘干，然后用ea或dcm在常温下搅拌除去多余的吡啶即得0.15克化合物2。¹hnmr(400mhz,dmso-d6)δppm9.29(d,j＝6.7hz,2h),8.91(dd,j＝4.8,1.7hz,1h),8.72(dd,j＝7.9,1.7hz,1h),8.19(d,j＝6.5hz,2h),7.99(dd,j＝7.9,4.8hz,1h),2.76(s,3h).¹³cnmr(126mhz,dmso-d6)δppm163.6,161.6,150.1,148.9,141.0,140.7,125.8,125.5,121.0,19.8.ms(ei)m/z:215.08[m+h]⁺.mp:233℃.

实施例3：

如图所示，本发明提供了化合物3的合成方法，反应物配比如表3，具体步骤如下：

表3、实施例3反应物配比

将0.5克2-氯烟酸和0.18克对甲苯磺酸一水合物溶解于1毫升3-氯吡啶中，然后加入2毫升水在100℃回流反应24小时。反应完毕后体系由澄清变为黑色，然后冷却至室温，在减压下除去水，剩余物呈黑色油状。在75℃下加入2毫升甲醇搅拌，使黑色油状液体溶解。然后再加入ea作为反溶剂使产物析出，抽滤烘干，加ea打浆除去残留杂质，得80毫克灰白色固体化合物3。¹hnmr(400mhz,d2o)δppm9.41(s,1h),9.12(d,j＝6.1hz,1h),8.86(d,j＝8.6hz,1h),8.79(dd,j＝4.9,1.7hz,1h),8.72(dd,j＝7.9,1.7hz,1h),8.23(dd,j＝8.6,6.2hz,1h),7.93(dd,j＝7.9,4.9hz,1h).¹³cnmr(126mhz,dmso-d6)δppm163.4,150.2,148.5,146.0,141.8,141.1,140.8,133.0,126.0,125.9,121.0.ms(ei)m/z:235.03[m+h]⁺.mp:80℃.

实施例4：

肿瘤细胞抑制实验

实验材料：dmem高糖细胞培养基(hyclone公司)，胎牛血清(fbs)，磷酸生理盐水缓冲液(pbs)购自gibco公司，celltiter-细胞活力检测试剂购自promega公司，胰酶以及二甲亚砜(dmso)为sigma公司产品。肝癌细胞(hepg2细胞)、人肺腺癌细胞系(a549细胞)、人乳腺癌细胞(mcf7)、人白血病细胞(k562)、卵巢癌细胞(skov3)、胃腺癌细胞(ags)、人子宫肉瘤细胞(mes-sa)和前列腺细胞(pc-3)均购自atcc公司。阳性对照化合物选择雷帕霉素。

实验方法：

以每孔5000个细胞的数量接种白壁底透96孔板(costar)，37℃5％co2条件下培养24小时。利用dmso将待测化合物溶解至100mm，作为化合物母液。

利用含有2％fbs的dmem培养液稀释化合物，浓度梯度为3，浓度范围为100μm～3nm。将各稀释度化合物加入培养好的96孔板细胞中，每孔100μl。37℃5％co2条件下培养72小时，弃去上清液后，进行细胞活力检测实验。

将cell的反应缓冲液以及底物进行等比混合后，加入96孔板中，每孔100μl。水平震荡4分钟以诱导细胞裂解。室温平衡15分钟，以稳定反应信号。利用化学发光检测仪检测96孔板中每孔的化学发光单位。

根据每孔的化学发光检测值，计算每个化合物各稀释度的抑制率，利用origin8.0软件对每个化合物的不同梯度进行s型曲线拟合，计算ic50值。结果见表4和表5。

表4实施例化合物对多种肿瘤细胞的体外增值抑制能力(ic50,μm)

实施例5：

抗菌实验

本实施例为所制得的化合物1-3对金黄色葡萄球菌(atcc6538)和大肠杆菌(atcc11229)的抗菌性能评价。

采用平板稀释计数法，将实施例1至实施例3所制备的化合物配制成25ppm的溶液，然后分别取出4.5毫升放入灭菌试管中，接着加入0.5毫升浓度为106cfu/ml的细菌悬液，将试管放入设置在37℃、200rpm的摇床中振荡，10分钟后取出0.5毫升的振荡培养液加入到4.5毫升的磷酸盐缓冲溶液中，做10倍梯度逐级稀释，然后取100μl稀释菌液均匀涂抹在营养琼脂培养平板上，每个稀释度做两个平板，放入培养箱中于37℃条件下培养24小时后记录细菌数量，通过与空白样对比，计算其杀菌率。表5为实施例1至实施例3所制备的水溶性小分子杀菌消毒剂分别对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌性能评价结果，由表5可以看出本发明提供的吡啶季铵盐类化合物具有良好的抗菌性能。

表5、实施例1至实施例3所制备的水溶性小分子杀菌消毒剂分别对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌性能评价结果

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。