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苯并噻唑类衍生物的合成

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第35卷第4期 2013年O4月 武汉工程大学学报 Vo1.35 NO.4 Apr. 2O13 J. Wuhan Inst.Tech. 文章编号:1674—2869(2013)04—0011—03 苯并噻唑类衍生物的合成 巨修练,杨诗宏 (武汉工程大学化工与制药学院,绿色化工过程教育部重点实验室,湖北武汉430074) 摘 要:由于杂环化合物具有广泛的生物活性,且具低毒、高效、对环境友好、结构多样化等多种优点,已成为 当今药物开发的热点.以烟碱乙酰胆碱受体拮抗剂5一氯一2一苯并嗯唑酮(商品名氯唑杀宗,chlorzoxazone)为先 导,依据电子等排原理,将5一氯一2一苯并嗯唑酮变换为以5一氯一2一苯并噻唑酮,设计了一系列5一氯一2一苯并噻唑酮 衍生物,以期开发具有新型结构的烟碱乙酰胆碱受体拮抗剂.在合成方面,以4一氯一2一氨基苯硫醇为起始原料 与脲素在酸性条件下闭环反应生成中间体5一氯一2一苯并噻唑酮,该中间体经重结晶纯化后,在碱性条件下,与 一系列带有良好生物活性基团的卤代烃发生亲核取代,合成了六个未见文献报道的苯并噻唑衍生物,所有化 合物均经过MS、[ H]NMR进行了结构表征,其生物活性有待研究. 关键词:苯并噻唑酮;衍生物;亲核取代;结构表征 中图分类号:TQ457.2 9 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1674—2869.2O13.04.003 0 引 言 农业是国民生产与生活的基础,而农药则是 杀菌性能,渐渐的该类化合物就引起化学界学者 的广泛兴趣,从而不断合成出结构更加多样、更加 复杂的噻唑啉酮化合物[g_1o].到六十年代后期,随 着人们对该类化合物认识的不断深化,很多该类 化合物已经实现工业化并得到广泛应用[1 .然而 农业健康发展的保障I】].由于病虫菌抗药性的增 强,传统农药的杀虫灭菌效果已经不那么明显,加 之其毒性大,在生物体内代谢时间长等缺点,已经 被越来越多的国家所淘汰,因此,为保证农业的丰 直到如今,关于苯并噻唑啉酮及其衍生物的研究 依然不够成熟. 产,必须开发出多种新型农药.当前,杂环化合物 由于具有广泛的生物活性,及具有高效、低毒、结 构多样化、和环境友好型等优点,已经成为新型农 本研究依据活性基团拼接原理,通过亲核取 代反应将活性基团引入苯并噻唑酮分子中,合成 了一系列苯并噻唑衍生物L】 .下一步工作将对目 标化合物进行杀虫和杀菌活性测试,以期发现具 有杀虫或杀菌作用的农药化合物.本实验以4一氯一 2一氨基苯硫酚(1)为原料,将之与脲进行闭环反应 药开发的热点、焦点[2 ].最近在对杂环类化合物 的研究中发现,苯并噻唑及其衍生物在很多方面 都具有广泛而极高的生物活性L4].在农业应用方 面,它不但具有传统的杀虫灭菌等特点,而且还可 作为植物生长调节剂,例如德国科学家拜耳在 生成5一氯一2一苯并噻唑酮(2),在噻唑酮环3位置引 入活性基团,合成了6个苯并噻唑酮类的衍生物, 1987年开发出的苯噻草胺,不仅对稻田稗草及其 他类杂草如泽泻、瓜皮草、牛毛毡、水莎草、眼子菜 等有很高的防效,更大的优点在于它在除草的同 合成路线如图1所示,所有目标化合物均通 过 HNMR和MS表征确认. SH .O 时对水稻具有优异的选择性[5 ].在医药应用方 面,苯并噻唑及其衍生物不但能够消炎止痛,而且 具有抗肿瘤、治疗白血病、艾滋病以及心脑血管疾 c “ 。。 R、 病等作用l_7_8].对苯并噻唑酮类化合物的研究最早 可以追朔到二十世纪五十年代未,当时就发现了 一图1 目标化合物的合成方法 Fig.1 The synthetic routes of target compounds 注:R:benzoyl(3a),6-heptenyl(3b),benzyl(3c), 4-fluorine benzyl(3d),4-nitro phenyl(3e),ethylene(3f) 些结构简单的噻唑啉酮化合物有明显的防霉、 收稿日期:2012-11-20 基金项目:湖北省教育厅科学技术研究计划优秀中青年人才项目(Q20091505) 作者简介:巨修练(1959一),男,陕西乾县人,教授,博士,博士研究生导师.研究方向:计算机药物辅助设计、新农药研 发、生物活性测试. 12 武汉工程大学学报 第35卷 1 实验部分 1.1仪器与试剂 后,再加入0.45 g(2.5 retoo1)7一溴一1一庚烯,搅拌下 加入0.3 g碳酸钾,加热至160℃回流,TLC监测 反应进程,反应过程中溶液由灰白色变成黄色, RY一1G型熔点仪;Varian Mercury—VX 300 型核磁共振仪(CDCl3,DMSO为溶剂,TMS为内 标);TRACEMS 2000型质谱仪. 4一氯邻氨基苯硫醇购自武汉格奥化学试剂有 限公司;其他试剂均为国产分析纯或者化学纯.反 应过程采用的TLC薄层硅胶板和柱层析所用的 硅胶,由青岛海洋硅胶干燥剂厂生产. 1.2化合物合成 1.2.1 5一氯一2一苯并噻唑啉酮2的合成 在 4 h后反应完毕,用乙酸乙酯一水萃取两次.取出有 机相减压旋蒸除去溶剂得粗品,将粗品柱层析[洗 脱剂V(石油醚):V(乙酸乙酯)一10:1],得白色 固体物0.251 g.收率为44.5 ,m.P.203~ 206℃, HNMR(400 MHz,DMSO) :7.0~7.6 (in,3H,ArH),4.9~5.2(m,3H,CH2一CH— CH2),1.5~3.0(1TI,10H,CH2);MS(ESI):281 (M+1) . 1.2.4 同样的方法分别与苄溴,对氟苄溴,对硝 基氯苯,1,2一二溴乙烷合成化合物3c ̄3f 目标 100 mL三口烧瓶中依次加入4一氯一2一氨基苯硫醇 4.82 g(27.5 mmo]),尿素5.186 g(86 mmo1), 2O mL正丁醇,滴加2 mL摩尔浓度为2 mol/L的 硫酸,升温至130℃回流,每间隔1 h测量溶液 pH值,如果反应液显碱性的话补加几滴2 mol/L 硫酸至酸性,持续反应7 h,TLC监测无原料点,加 入70 mL水回流30 rain,过滤,滤饼继续用大量清 化合物3一苄基一5一氯苯并噻唑酮3c:灰黑色固体,收 率58.6 ,m.P.148~150 ℃, HNMR (400 MHz,DMSO)艿:6.8~7.5(1TI,8H,ArH), 4.22(S,2H,CH2);MS(ESI):276(M+1) . 目标化合物3一(4一氟苄基)-5-氯苯并噻唑酮 3d:浅灰色固体,收率5O.7 ,In.P.221~ 225。C, HNMR(400 MHz,DMSO)艿:6.8~7.5 水冲洗,直至滤液成中性为止.将滤饼取出用乙醇 和水重结晶,过滤干燥后得4.856 g绿灰色固体, (m,7H,ArH),4.12(s,2H,CH2),MS(ESI):293 (M+1) . 收率95.4%,m.P.233 ̄235℃(文献[8]值:235~ 236℃), HNMR(400 MHz,CDC13)8:7.603(d, 1H,ArH),7.203(d,1H,ArH),7.119(d,1H, ArH),12.046(s,1H,NH);MS(ESI):185(M+1) . 目标化合物3一(4一硝基苯基)-5一氯苯并噻唑酮 3e:棕黄色固体,收率30.2 ,rn.P.211~ 214℃, HNMR(400 MHz,DMSO)8:6.9~7.6 (1TI,7H,ArH);MS(ESI):306(M+1) . 1.2.2 目标化合物3一(苯甲酰基)一5一氯苯并噻唑 酮3a的合成 在50 mL的圆底烧瓶中加入 目标化合物1,2一二(7一氯一2一苯并噻唑酮基)乙 烷3f:橙色固体,收率78.4 ,m.P.142~144℃, HNMR(400 MHz,DMSO)艿:7.0~7.5(rrl,6H, 0.61 g(3.3 mmo|)中间体a,15 mL二氯甲烷, 0.6 g(6 retoo1)三乙胺,边搅拌边缓慢滴加0.5 g (3.5 retoo1)苯甲酰氯,常温下反应,TLC监测反 应进程.反应完毕后,减压蒸去溶剂,用乙酸乙酯一 水混合液进行萃取,取有机相旋蒸脱去溶剂得粗 品.将粗品柱层析[洗脱剂 (石油醚): (乙酸乙 酯)一15:1],得黄色固体0.26 g,收率27.2%, rn.P.178~181℃,测得数据 HNMR(400 MHz, CDC1 ): HNMR(400 MHz,DMSo) :7.1~7.6 ArH),3.1~3.3(m,4H,CH2);MS(ESI):397 (M+1) . 2结果与讨论 本实验在以4一氯一2一氨基苯硫醇为起始原料与 脲闭环合成中间体5一氯一2一苯并噻唑酮的过程中, 考虑了不同溶剂和酸(催化剂)对反应收率的影 响,实验结果如表1所示.如表1所示,当选用正 (rrl,8H,ArH);MS(ESI):289(M+1) . 1.2.3 目标化合物3-(6一庚烯基)一5一氯苯并噻唑 酮3b的合成 在25 mL三口烧瓶中加入 丁醇做溶剂,硫酸做催化剂时收率每次都在93 以上,效果最佳. 0.38 g(2 mmo1)中间体a,加入6 mLDMF溶解 表1不同溶剂和酸对中间体2合成收率的影响 Table 1 Effects of solvents and acid on yeild Of compound 2 同时,本实验在做中间体2与1,2一二溴乙烷 反应时,期望因投料比的不同而产生不同的产物, 第4期 巨修练,等:苯并噻唑类衍生物的合成 13 可是结果是在投料比分别为中间体2:1,2一二溴 乙烷一2:1,1:1,1:2的情况下,都只生成一种 crystalline benzothiazole based derivatives:A study of there optical and electrical properties[J].Organic Electronics,2010,11(1):1—9. 产物1,2一二(7一氯一2一苯并噻唑酮基)乙烷. [4] Mahran M A,E1一nassry S M F,Allam S R.Synthe- sis of some new benzothiazole derivatives as potential 3 结 语 基于计算机辅助药物设计理论依据,参考国 内外文献报告,本实验设计在5一氯苯并噻唑酮的3 号位N上引入具有良好生物活性的基团,对其进 antimicrobial and antiparasitic agents[J].Pharma— zie,2003,58(8):527—530. [5] 王常清.高立体选择性地合成环丙基杂环化合物方 法的研究[D].上海:上海大学,2006. l R D,Caravella J A,et a1. [6] Bass J Y,CaldwelSubstituted isoxazole analogs of farnesoid X receptor 行结构修饰合成新的化合物,以期发现生物活性 更好,杀虫灭菌能力更强同时副作用更小的噻唑 类衍生物.本实验经过多次工艺优化,最终确定出 4一氯一2一氨基苯硫醇为起始原料与脲闭环合成中间 体5一氯一2一苯并噻唑酮的最优方法,然后再与一系 (FXR)agonist GW4064[J].Bioorganic&Medici- nal Chemistry Letters,2009,19(11):2969—2973. [73 宇,李江胜,刘卫东,等.苯并噻唑类杂环合成最 新进展[J].精细化工中间体,2011,41(4):8-11. [8] 李炎,王玉炉.2一取代本并噻唑的合成进展[J].有机 化学,2006,26(6):878—884. 列具有良好生物活性的卤代烃发生亲核取代,合 成了六个3a~3f未见文献报道的苯并噻唑衍生 物,所有化合物均经过质谱和核磁共振的结构 表征. -I9] 于良伟,姜晓辉,董磊,等.异噻唑啉酮类化合物及其 在海洋防污涂料中的应用[J].涂料工业,2004,34 (5):43—47. 致谢 感谢湖北省教育厅对本研究的资助. 参考文献: E1] 贺伟华,黄长干.生物农药对我国农业发展的影响 tz A B.Efficient conversion of ,110] Jordan A D,Luo C,Reisubstituted aryl thioureas to 2-aminobenzothiazoles using benzyltrimethyl ammonium tribromideVJ].J Org chem 2003,68(22):8693-8696. ley N K,Jackson Y A.Iodine-mediated ,111] Downer-Ricyclization of thiobenzamides to produce benzothiaz— 及对策分析[J].农业考古,2007(6):315—317. [2] 洪艳平,宋宝安,吴平,等.苯并噻唑类农药生物活性 oles and benzoxazoles[J].Tetrahedron,2007,63 (41):10276-10281. 研究进展[J].安徽农业科学,2005,33(7): 1254—1257. ,112 ̄ 冯磊,张天畅,巨修练.苯并恶唑类衍生物的合成 EJ].武汉工程大学学报,201i,33(5):12—14. E3] Dutta G K,Guha S,Patial S.Synthesis of liquid Synthesis of benzothiazole derivatives ju Xiu-lian,YANG Shi—hong (Key Laboratory for Green Chemical Process of Ministry of Eduction, School of Chemical Engineering and Pharmacy,Wuhan Institute of Technology,Wuhan 430074,China) Abstract:Heterocyclic compounds are becoming a research focus in drug development field with wide range of biological activity,low toxicity,high efficiency,environmental friendship and diverse structures. 5-chloro一2一benzoxazole ketone(chlorzoxazone)which is a nicotinic acetylcholine receptor antagonist was appliecl as a lead.The oxygen atom of the structure of 5-ch1oro一2一benzOxazole ketone was replaced by sulfur atom.Then a series of 5一chloro一2一benzothiazole derivatives were designed by the principle of bioisosterism and new structure of nicotinic aeetylcholine receptor antagonists was developed.5一chloro一2一benzothiazole ketones were synthesized by the reaction of 4-chloride一2一amino benzene mercaptan and urea,finally six phenylethanolamine benzothiazole derivatives were prepared followed by nucleophilic substitution with a series of halogenated hydrocarbon.All target compounds were characterized by HNMR,MS spectra.The biological activities of these compounds need further investigation. Key words:benzothiazonle;derivatives;nucleophilic substitution;structure characterization 本文编辑:张瑞 

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