7-(4-肟基-3-氨基-1-哌啶基)喹啉羧酸衍生物及其制备方法

专利名称：7-(4-肟基-3-氨基-1-哌啶基)喹啉羧酸衍生物及其制备方法
技术领域：
本发明属于医药化学领域，涉及具有优良抗菌活性的新喹啉羧酸衍生物及其制备方法，以及含有它们的抗菌药物组合物；具体地，本发明涉及7-(4-肟基-3-氨基-1-哌啶基)新喹啉羧酸衍生物。

背景技术：
喹诺酮类药物从1962年的萘啶酸(nalidixic acid，J.Med.Chem.1962，5，1063)发展到现在已经成为一类广谱、高效、低毒的抗感染化疗药物。由于它们被广泛地使用，甚至滥用，使其耐药菌迅速增加，特别是耐甲氧西林金葡菌(MRSA)，耐甲氧西林表葡菌(MRSE)和耐万古霉素肠球菌(VRE)感染的不断出现，已经成为临床医师面临的棘手问题之一，人们迫切需要寻找到抗菌谱更广，抗菌活性更强，尤其是对这些耐药菌活性更强的新喹诺酮类抗菌药，以对付这些日益增多的耐药菌感染。
1988年日本学者公开了7-位具有3-取代氨基-1-哌啶基的氟喹诺酮类化合物的合成与生物活性(JP122722/1988；JP310418/1988)，其中的优秀代表是已经开发成功并批准上市的巴洛沙星(balofloxacin)，它对包括MRSA在内的革兰氏阳性菌具有较好的活性。它的缺点是水溶性差，故只能做成口服制剂，从而限制了它的广泛应用。
1994年韩国学者公开了7-位具有3-肟基-4-氨甲基-1-吡咯烷基的氟喹诺酮类化合物的合成与生物活性(KR13604/1994；KR39915/1994；KR39930/1994；CN1114959A/1996)，其中的优秀代表是已经开发成功并被FDA批准在美国上市的吉米沙星(gemifloxacin)，它除了具有广谱活性外，其突出优点是对肺炎链球菌的活性优于已上市的其他喹诺酮类抗菌药，它的缺点是对临床上常见的金葡菌(包括日益增多的MRSA)活性不强，从而限制了它在临床上的应用范围。
2006年，杨玉社等学者公开了7-位具有7-[3-氨基(或氨甲基)-4-肟基-1-哌啶基]喹诺酮类化合物的合成与生物活性(CN1850823A)，并对其通式中的各取代基进行了广泛的定义，但是其中仅具体列举了1-位是环丙基的1，8-萘啶系化合物。
为了克服上述现有技术所存在的缺陷，本发明人进行了广泛的研究，通过在喹诺酮骨架的7-位引入具有不同取代的3-氨基(或3-氨甲基)-4-肟基哌啶-1-基的同时，变换喹诺酮骨架其他位置上的取代基(包括1-位是Et、CH2CH2F、2-氟苯基、2，4-二氟苯基、环丙基；5-位是H、NH2、Me；8-位是N、CH、CCl、CF、COMe、COCHF2、CMe或1-位和8-位相连为

等)，并测定所得化合物的药理活性。最终发现，只有不同于以往文献报道的1-位是环丙基，5-位是氢，8-位是甲氧基，7-位是3-氨基-4-肟基-1-哌啶基的新喹诺酮衍生物对广谱致病菌才具有意想不到的强抗菌活性，与已上市的喹诺酮类抗菌药物相比，其显著具有更加优越的抗革兰氏阳性菌活性和广谱活性，尤其是对包括MRSA和MRSE在内的金葡菌的活性是吉米沙星和巴罗沙星的4～32倍。


发明内容
本发明的目的在于提供一种新的由通式(I)表示的喹诺酮羧酸类化合物及其的药用盐、生理可水解酯、水合物或异构体，
其中 R1代表C1～C6的烷基或环烷基；或苄基或取代苄基；或苯基或取代苯基； R2，R3可以是相同的，也可以是不同的，各自代表H，C1-C6-烷基，氨基保护基等，这些氨基保护基有甲酰基、乙酰基、三氟乙酰基、取代或未取代苯甲酰基、对甲苯磺酰基、甲氧羰基、乙氧羰基、叔丁氧羰基、异丁氧羰基以及三氯乙氧羰基、芴基甲氧羰基、取代或未取代苄氧羰基、烷基酰氧甲基、取代或未取代苄基、三苯甲基、四氢呋喃基、5-甲基-2-氧代-1，3-氧杂环戊-4-烯甲基、α-氨基烷基酰基。
在本发明涉及的通式(I)化合物的哌啶烷基部分中，与氨基或氨甲基相连的碳原子是不对称碳原子，因此可以R或S或R和S混合的形式存在，本发明包括所有这些异构体和混合物。
对本发明的通式(I)化合物而言，由于哌啶烷基部分中4-位肟基的存在，因此通式(I)化合物可以E或Z或E和Z混合物的构型形式存在，本发明通式(I)化合物包括所有这些异构体和混合物。其中，优选E式构型。
本发明的式(I)化合物在药学上可接受的非毒性盐。包括与无机酸，如盐酸、氢溴酸、磷酸、硫酸等形成的盐，与有机酸，如乙酸、三氟乙酸、柠檬酸、马来酸、草酸、琥珀酸、苯甲酸、酒石酸、富马酸、扁桃酸、抗坏血酸或苹果酸等形成的盐，以及丙氨酸、天冬氨酸、赖氨酸等氨基酸形成的盐或与磺酸，如甲磺酸、对甲苯磺酸等形成的盐。也可按常规转化方法制备它们的碱金属盐、碱土金属盐、银盐、钡盐等。
本发明的式(I)化合物的酯类不仅包括取代或未取代的脂肪酯，尤其1-6个碳原子，如甲酯等低烷基酯，而且也包括通过体内的化学水解或酶水解，至少能部分转化为式(I)化合物的酯类，如乙酰氧甲酯，新戊酰氧甲酯、乙氧甲酰氧乙酯、胆碱酯、氨基乙酯(如二甲氨乙酯或1-哌嗪基乙酯)、5-2，3-二氢化茚基酯、2-苯并[c]呋喃酮基酯和羟烷基酯(如2-羟乙酯或2，3-二羟丙酯)、5-甲基-2-氧代-1，3-二氧杂环戊-4-烯甲基酯。
本发明的式(I)化合物也可以溶剂化物(如水合物)的形式存在，因此，这些溶剂化物(如水合物)也包括在本发明化合物之内。
本发明具体包括以下化合物，以及它们的药用盐、生理可水解酯、水合物或异构体 1-环丙基-6-氟-7-(3-氨基-4-甲肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸； 1-环丙基-6-氟-7-(3-甲氨基-4-甲肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸； 1-环丙基-6-氟-7-(3-氨基-4-乙肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸； 1-环丙基-6-氟-7-(3-甲氨基-4-乙肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸； 本发明还涉及式(I)化合物的制备方法，如反应路线1所示，式(I)化合物可通过式(II)化合物与式(III)化合物或其盐反应来制备。
反应路线1
式(II)、(IV)化合物中R代表有或无杂原子取代的2-6个碳原子的脂肪族羧基，或为7-11个碳原子的芳香族羧基，式(II’)、(II)、(IV)、(I)化合物中的R1、R2、R3如前述的定义；X代表卤原子，优选为氟和氯。
本发明中将式(II’)化合物先转化为式(II)化合物的方法为已知方法，且按现有公开的方法可容易地实现转化(见EP0352123，CN1059527A等)。
通式(IV)的化合物可这样制备 使通式(II)所表示的化合物与通式(III)表示的化合物进行缩合。
在反应中，可通过在溶剂存在下并加入适当的碱，或不用溶剂，用过量的式(III)化合物来满足需要，在室温到200℃，有或无压力条件下搅拌反应式(II)化合物和式(III)化合物0.5-10小时，来制备式(IV)化合物。在此反应中可用游离混合物形式的式(III)化合物或其与如盐酸、氢溴酸或三氟乙酸所形成的盐。
作为上述反应的溶剂，可使用对反应无不良影响的任何溶剂。优选使用乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、吡啶或六甲基磷酸酰胺。
该反应一般在酸接受体存在下进行。在此情形下，为了提高较贵的反应底物式(II)化合物的反应效率，使用过量的反应物式(III)化合物，例如，对相对起始物为等摩尔到10倍摩尔量，优选等摩尔量到5倍摩尔量。当使用过量反应物式(III)化合物时，反应后留下的未反应的式(III)化合物可回收并重新用于反应。优选用于该反应的酸接受体包括无机碱，如碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、氢化钠、氟化钾等，有机碱，如三乙胺、二异丙基乙胺、吡啶、N，N-二甲氨基吡啶、N，N-二甲氨基苯胺、1，8-二氮杂双环[5，4，0]十一碳-7-烯(DBU)、1，4-二氮杂双环[2，2，2]辛烷(DABCO)等。
通式(IV)化合物去除氨基保护基的同时可以水解硼酸酯，以此来制备式(I)化合物。通常水解在碱性溶剂中(例如，三乙胺、氨水、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾等在甲醇、乙醇、四氢呋喃、二噁烷或水中的溶液)，或在酸性溶液中(例如，三氟乙酸、盐酸、硫酸、醋酸、氢溴酸等在水、醇、四氢呋喃、二氧六环、氯仿、二氯甲烷中的溶液)于0-150℃下反应0.5-10个小时来实现。
常规用于有机化学领域中的并在反应后易于除去的而不分解目标化合物结构的任何保护基，可用作式(III)化合物中适宜的氨基保护基。可用于此目的的保护基的具体例子包括甲酰基、乙酰基、三氟乙酰基、取代或未取代苯甲酰基、对甲苯磺酰基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、异丁氧羰基、叔丁氧羰基、芴基甲氧羰基、取代或未取代苄氧羰基、取代或未取代苄基、三苯甲基、四氢吡喃基、5-甲基-2-氧代-1，3-氧杂环戊-4-烯甲基、烷酰氧甲基、α-氨基烷基酰基等。
反应完成后，形成的式(I)化合物中若存在有氨基保护基，可根据保护基的相关性质，通过水解、溶剂解或还原除去。例如，式(IV)化合物在溶剂中在有机酸或无机酸或碱存在下在0～150℃温度下处理脱去保护基的同时硼酯水解而得式(I)化合物。可用于此目的的酸可涉及无机酸，如盐酸、氢溴酸、磷酸等，有机酸，如乙酸、三氟乙酸、甲酸、甲苯磺酸等。或lewis酸，如三溴化硼、氧化铝等。用于该目的的碱，可使用碱金属或碱土金属的氢氧化物，如氢氧化钠、氢氧化钡等。碱金属碳酸盐，如碳酸钠、碳酸钙等。碱金属醇盐，如甲醇钠、乙醇钠等，或乙酸钠等。反应可在溶剂中进行，例如水或有机溶剂，如乙醇、四氢呋喃、二恶烷、乙二醇、乙酸等，或这种有机溶剂与水的混合物、如需要，该反应还可在无任何溶剂条件下进行。
另外，当保护基为对甲苯磺酰基、苄基、三苯甲基、对甲氧基苄基、苄氧基羰基、对甲氧基苄氧基羰基、三氯乙氧基羰基、β-碘代乙氧基羰基等时，这些基团可通过还原来有效地除去。虽然除去保护基的还原反应条件随着相关保护基的性质而变化，但此还原一般用氢气流，在惰性溶剂中，在催化剂如铂、钯、Raney镍等存在下于10-150℃温度下进行，或用金属钠或金属锂在氨水中于-50℃至-10℃温度下进行。
在本发明中用作起始物的式(II/)化合物为已知化合物，并按现有出版物中已知的方法可容易地制得(EP 230295；EP 241206；J.Med.Chem.1995，38(22)4478)。
按照下述反应路线2所示的方法，可制备本发明的另一起始物的式(III)化合物。
反应路线2 其中所得化合物(10)、(11)、(12)、(13)为式(III)化合物。

P代表氨基保护基。R1、R2和保护基的定义如上所述。
以下具体解释反应路线中所示的方法。
首先将1-苄基-4-氧代-哌啶-3-羧酸乙酯盐酸盐在溶剂如乙醇中加入有机碱如三乙胺使反应体系呈弱碱性，然后用还原剂如硼氢化钾进行还原反应得(1)。所形成的(1)，在室温下与氨水反应得酰胺(2)，化合物(2)在碱如氢氧化钠存在下与次氯酸钠经Hofmann重排反应制备成胺(3)，然后与氨基保护基反应得到(4)，所得(4)经5％Pd/C还原脱去苄基制得(5)。然后再与氨基保护基试剂反应得到(6)。化合物(6)用氧化剂如三氧化铬-硫酸(Jones’试剂)进行氧化得羰基物(7)。所得(7)与烷氧胺盐酸盐如甲氧胺盐酸盐、乙氧胺盐酸盐等反应生成肟化物(8)。化合物(8)在碱的存在下与烷化剂如硫酸二甲酯或碘甲烷进行烷基化反应得化合物(9)。化合物(8)和(9)，根据保护基性质的不同，既可选择性地脱去1-位保护基，分别得到化合物(12)和(10)。也可两个保护基同时脱去，则分别得到化合物(13)和(11)。
本发明还提供含有如上所定义的式(I)化合物，或其药效学上可接受的盐作为活性成分的抗菌组合物。药物组合物含有的喹诺酮羧酸类衍生物在组合物中的重量比为0.1-99.9％，药物可接受的载体在组合物中的重量比为0.1-99.9％。药物组合物以适合药用的制剂形式存在。药用的制剂为片剂、糖衣片剂、薄膜衣片剂、肠溶衣片剂、缓释片剂、胶囊剂、硬胶囊剂、软胶囊剂、缓释胶囊剂、口服液、合剂、口含剂、颗粒剂、冲剂、丸剂、散剂、膏剂、丹剂、混悬剂、溶液剂、注射剂、粉针剂、冻干粉针剂、栓剂、软膏剂、硬膏剂、霜剂、喷雾剂、气雾剂、滴剂、贴剂。
本发明的药物组合物，作为制剂形式，每剂中含有的发明化合物的有效量为0.1mg-1000mg，所述每剂指的是，每一制剂单位，如片剂的每片，胶囊的每粒，也可指每次服用剂量，如每次服用100mg。
本发明的药物组合物在制备成粉剂、片剂、可分散粉剂、胶囊、扁囊剂、栓剂和软膏形式的固体或半固体药物制剂时，可使用固体载体。可使用的固体载体优选为选自稀释剂、调味剂、增溶剂、润滑剂、悬浮剂、粘合剂、膨胀剂等中的一种或多种物质，或可为包封物质。在粉状制剂中，在载体中含有5％到70％的微粒化活性成分。适宜的固体载体包括碳酸镁、硬脂酸镁、滑石粉、蔗糖、乳糖、果胶、糊精、淀粉、明胶、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、低沸点蜡、可可脂等。由于它们易于给药，片剂，粉剂、扁囊剂和胶囊代表最有利的口服固体制剂。
本发明的液体制剂包括溶液、悬液和乳液。例如，非胃肠道给药的注射制剂可为水或水-丙二醇溶液形式，调节其等渗度，pH等使适于活体的生理条件。液体制剂还可制成在聚乙二醇、水溶液中的溶液形式。可通过将活性成分溶解在水中，再加入适量的着色剂、调味剂、稳定剂和增稠剂，来制备口服水溶液。可将微粒化的活性成分分散在粘性物质如天然和合成胶、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠和其它已知悬浮剂中制备适于口服的水悬液。
为了易于给药及剂量均一，将上述药物制剂配制成剂量单位形式是特别有利的。制剂的剂量单位形式指适于作为单一剂量的物理分离单位，每个单位含有产生所期望的治疗效果的计算好的预定量的活性成分。这种剂量单位形式可为包装形式，如片剂、胶囊或装在小管或小瓶中的粉剂，或装在管或瓶中的软膏、凝胶或霜剂。
虽然剂量单位形式中所含活性成分的量可以变化，但一般根据所选择活性成分的效力，调节在1-800mg范围内。
当本发明的式(I)活性化合物用作治疗细菌感染的药物时，优选在第一阶段给以6-14mg/kg体重的量。但给药剂量可随着病人的需要、欲治疗的感染的严重性、所选化合物等而变化。
本领域技术人员可按常规方法确定适于某种情况的优选剂量。一般，开始治疗的量低于活性成分的最佳剂量，然后逐渐增加给药剂量，直到达到最佳治疗效果。为方便起见，总的日剂量可分为几部分，分数次给药。
如上所述，本发明化合物对包括革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的各种致病微生物有更强的抗菌活性和宽的抗菌谱。本发明化合物对革兰氏阳性菌株，尤其对包括MRSA、MRSE在内的葡萄球菌属的抗菌活性远高于最近上市的喹诺酮类抗菌剂吉米沙星(gemifloxacin)和巴罗沙星(balofloxacin)。
本发明化合物的抗菌活性是通过测定其所对标准菌株，临床分离的菌株和对一些抗菌剂的耐受菌株的最小抑制浓度(MIC，mg/L)来测定的。在该实验中最近新上市的两个喹诺酮类抗菌药吉米沙星和巴罗沙星以及CN1850823A中二个结构近似的代表性化合物作对照药。最小抑菌浓度按如下方法测定采用平皿二倍稀释法和Denlay多点接种器进行药敏实验，实验菌用营养肉汤及恼心浸液增菌；药物溶解后用MH肉汤二倍稀释成各种所需浓度，分别加适量到平皿中，MH琼脂培养基溶化后定量注入含药液平皿内混匀，药物的终浓度分别为0.03、0.06、0.125……128cg/ml，平皿中培养基凝固后用多点接种器接种实验菌(105cfu/点)，置35℃恒温培养18小时后观察结果，无菌生长的平皿中所含药物最小的浓度即为最低抑菌浓度(MIC)。
表1列出了本申请的式(I)化合物中四个代表化合物对各种革兰氏阳性菌株的体外抗菌活性，并与最近新上市的两个喹诺酮类抗菌药吉米沙星和巴罗沙星以及CN1850823A中二个结构近似的代表性化合物进行比较。由表1可见，本申请式(I)化合物对这些革兰氏阳性菌的体外活性是近年新批准上市的喹诺酮类抗菌药吉米沙星和巴罗沙星的2-32倍，是CN1850823A中二个结构近似的代表性化合物8-128倍。特别出人意料的是，本申请的式(I)化合物对临床上日益增多的MRSA和MRSE也表现出比吉米沙星和巴罗沙星优秀很多的活性。
表1 A*为CN1850823A中的实施例41化合物，7-(3-氨基-4-甲肟基-1-哌啶基)-6-氟-1-环丙基-1，4-二氢-4-氧代-1，8-萘啶-3-羧酸； B*为CN1850823A中的实施例1化合物，7-(3-甲氨基-4-甲肟基-1-哌啶基)-6-氟-l-环丙基-1，4-二氢-4-氧代-1，8-萘啶-3-羧酸。
药代动力学性能方面，与已知的喹诺酮化合物相比，本发明化合物具有适宜的水溶性，因此在体内能够被良好地吸收，表现非常高的生物利用度，适宜用作抗菌剂。
表2给出了本申请式(I)化合物中选择出的代表物实施例17的水中溶解性，并与最近新批准上市的喹诺酮类药物巴罗沙星做比较。由表2可见，本发明的化合物的水溶性是巴罗沙星的6倍。因此，它们不仅可做成口服制剂，还可方便地做成注射剂用于感染症的治疗。
表2 口服急性毒性实验 为测定本发明化合物的口服急性毒性，对实施例十八和十九化合物进行了急性毒性实验，将含不同浓度的实施例十八和十九化合物的溶液口服给于雄性小鼠，剂量为0.1ml/10g体重，7日后分别记数死鼠量，用Bliss程序计算各化合物的半数致死量(LD50)。结果列于表3中。
表3实验化合物的小鼠口服急性毒性 实验结果表明，这些化合物毒性很低，非常适合药用。
由于本发明化合物中7-位取代基中存在肟基，故分子的构型存在Z型或E型两种可能性，将7-位侧链化合物做单晶X-衍射分析表明，本发明的7-(4-肟基-3-氨基-1-哌啶基)喹诺酮类化合物是以E式构型存在。以下为实施例十化合物的单晶X-射线衍射分析数据 单晶结构分析 一、衍射实验 样品晶体呈无色透明柱状，衍射分析所用晶体大小为0.10×0.10×1.0mm，属单斜晶系，空间群为P21/n，晶胞参数a＝13.058(3)，b＝10.916(2)，c＝17.000(3)，D＝99.08(3)°。晶胞体积V＝2392.8(8)3，晶胞内分子数Z＝8。
用MAC DIP-2030K面探测仪收集衍射强度数据，MoKα辐射，石墨单色器，准直管ф＝0.90mm，晶体与IP板距离为100mm，管压50kV，管流80mA，ω扫描，最大2θ角为50.0°，扫描范围为0-180°，回摆角度为6°，间隔为6°，扫描速度为0.9°/min，每个画面扫描1次，总计摄取30幅图象，独立衍射点为3649个，可观察点(|F|2≥2σ|F|2)为2870个。
二、结构计算 在微机上用直接法(shelxs-97)解析晶体结构，从E图上获得18个非氢原子位置，交迭使用最小二乘法和差值Fourier法获得其它非氢原子位置，以最小二乘法修正结构参数和判别原子种类，用几何计算法和差值Fourier法获得全部氢原子位置，最终可靠因子R1＝0.0804，wR2＝0.2304，S＝1.066。最终确定不对称单位化学计量式为[C7H17N3O1·(HCl)2]2，计算单个分子的分子量为230.14，计算晶体密度1.278g/cm3。


图1所示为化合物单分子的相对构型图，图2为双分子叠合图，图3为A、B分子的椭球图，图4为分子沿a轴方向的晶胞堆积图。表4为原子坐标参数及等价温度因子，表5为成键原子间的键长及键角值。
三、结果分析 结果表明样品为哌啶肟类化合物，图1所示分子的系统命名为4-甲肟基-3-甲氨基哌啶二盐酸盐。六元哌啶环呈椅式构象，环外C＝N键呈E式构型，两个盐酸分别与分子中的N3和N1形成盐键。晶胞内一个不对称单位中含有两个构象相同的分子A、B。晶态下分子排列属第二类空间群，故应不具有旋光活性。分子内存在盐键联系N1A…Cl1A3.135，N3A…Cl2A3.127，N1B…Cl1B3.172，N3B…Cl2B3.094，平均盐键值为3.132。晶态下分子以盐键和范德华力维系其在空间的稳定排列。
表4原子坐标及等价温度因子表 表5键长值及键角值表 附图的简要说明 图1为本申请实施例10化合物的单分子(A)相对构型图 图2为本申请实施例10化合物的双分子(A、B)叠合图 图3a为本申请实施例10化合物的A分子椭球图 图3b为本申请实施例10化合物的B分子椭球图 图4为本申请实施例10化合物的分子沿a轴方向的晶胞堆积图
具体实施例方式 在下列实施例中，将更加具体地解释本发明。但应理解，下列实施例旨在说明本发明而不对本发明的范围构成任何限制。
实施例1、4-羟基-1-苄基-哌啶-3-羧酸乙酯 冰浴冷却下向1-苄基-4-氧代-哌啶-3-羧酸乙酯(6.0g，20mmol)和95％的乙醇(20ml)的溶液中滴加三乙胺(1.4ml)，然后分批加入硼氢化钾(1.7g，27mmol)，反应2h后倾入水中，二氯甲烷萃取，水洗，干燥，减压浓缩得淡黄色油状物3.1g，产率58.4％。
1H NMR(300MHz，CDCl3+D2O)δppm1.298(3H，s，CH3)，1.782～1.915(2H，m，C5-2H)，2.357～2.791(5H，m，C2-2H，C3-1H，C6-2H)，3.727～4.391(5H，m，phCH2，C4-1H，CH2CH3)，7.132～7.268(5H，m，ph-5H)。
MS(FAB，m/z)264(M++1)。
实施例2、4-羟基-1-苄基-哌啶-3-甲酰胺 实施例1化合物(5.5g，13.8mmol)加入氨水(20ml)，室温搅拌12h，减压浓缩后，氯仿溶解，水洗，无水硫酸镁干燥，过滤，减压浓缩，得无色油状产物4.8g，产率65.4％。
1HNMR(300MHz，DMSO+D2O)δppm1.592～1.599(2H，s，C5-2H)，2.343～2.523(5H，m，C2-2H，C3-1H，C6-2H)，3.436～3.499(2H，m，ph CH2)，4.020(1H，s，C4-1H)，4.821(1H，s，OH)，6.953(1H，s，NH)，7.222～7.331(5H，m，ph-5H)，7.382(1H，s，NH)。
MS(FAB，m/z)235(M++1)。
实施例3、3-氨基-4-羟基-1-苄基-哌啶 方法一在冰浴冷却下向12％的次氯酸钠(25.9ml)和水(5ml)的混合溶液中分批加入氢氧化钠(6.8g，0.17mol)，10min后加入实施例2化合物(3.0g，12.9mmol)，室温搅拌反应半小时，升温至70℃反应3h，降至室温，调pH＝9左右，二氯甲烷萃取，水洗，干燥，蒸干溶剂得无色油状物1.33g，收率50％。
方法二实施例2化合物(3.0g，12.9mmol)溶于6％的NaOH溶液中(10ml)，在冰浴冷却条件下滴加12％的次氯酸钠(25.9ml)，室温搅拌0.5h，加热到70℃反应3h，降至室温，调pH＝9左右，二氯甲烷萃取，水洗，干燥，蒸干溶剂得无色油状物1.38g。收率52％。
1H NMR(300MHz，CDCl3+D2O)δppm1.671～1.699(2H，m，C5-2H)，2.453～2.749(5H，m，C2-2H，C3-1H，C6-2H)，3.436～3.690(3H，m，ph CH2，C4-1H)，7.297～7.427(5H，m，ph-5H)。
MS(ESI，m/z)207(M++1)。
实施例4、4-羟基-3-(N-叔丁氧羰基)氨基-1-苄基-哌啶 实施例3化合物(7.0g，34.0mmol)溶于水(15ml)中，用氢氧化钠调pH为8.5左右，加入二噁烷(20ml)，分批加入二叔丁基焦碳酸酯(BOC2O)(19.0g)，维持pH为8.5左右，60℃反应1h，减压浓缩，加水(30ml)，二氯甲烷(3×20ml)萃取，无水硫酸镁干燥，过滤，减压蒸去溶剂，得无色油状产物8.6g，产率80％。
1H NMR(300MHz，CDCl3+D2O)δppm1.424(9H，s，BOC)，1.615～2.180(5H，m，NH-BOC，C5-2H，C6-2H，)，2.648～2.887(2H，m，C2-2H)，3.441～3.544(4H，m，C3-1H，C4-1H，ph CH2)，7.257～7.315(5H，m，ph-5H)。
MS(ESI，m/z)319(M++1)。
实施例5、4-羟基-3-(N-叔丁氧羰基)氨基-哌啶 实施例4化合物(0.50g，1.6mmol)，5％Pd/C(1g)，无水乙醇(50ml)常压氢化反应3h，过滤，减压浓缩，得无色油状产物0.32g，产率91％。
1H NMR(300MHz，CDCl3+D2O)δppm1.430(9H，s，BOC)，1.665～1.700(2H，m，C5-2H)，2.732～3.076(4H，m，C6-2H，C2-2H)，3.721～4.087(2H，m，C3-1H，C4-1H)，7.241～7.374(5H，m，ph-5H)。MS(ESI，m/z)217(M++1)。
实施例6、4-羟基-3-(N-叔丁氧羰基)氨基-1-叔丁氧羰基哌啶 实施例5化合物(5.2g，24mmol)溶于水(15ml)中，用氢氧化钠调pH为8.5左右，加入二噁烷(20ml)，分批加入BOC2O(7.0g)，维持pH为8.5左右，60℃反应1h，减压浓缩，加水(40ml)，二氯甲烷(3×20ml)萃取，无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩后加入石油醚，析出白色固体产物6.5g，产率85.5％，mp113～116℃。
1H NMR(300MHz，CDCl3+D2O)δppm1.445～1.786(20H，m，2×BOC，C5-2H)，3.24～3.96(6H，m，C2-2H，C3-1H，C4-2H，C6-2H)，4.931～4.954(1H，m，NH-BOC)。
MS(FAB，m/z)317(M++1)。
实施例7、3-(N-叔丁氧羰基)氨基-1-叔丁氧羰基-4-哌啶酮 冰浴冷却下向实施例6化合物(4.1g，13.0mmol)的丙酮溶液中逐滴滴加Jones试剂(9.9ml)，滴毕，同温下继续搅拌0.5小时以完成反应。向反应液中加入适量的甲醇，待溶液的颜色由红色转为绿色后，过滤，滤液减压蒸去溶剂，残余液以氯仿溶解，饱和食盐水洗至水层没有明显绿色为止。无水硫酸镁干燥有机相，过滤，蒸去溶剂得产物粗品，VLC法(以乙酸乙酯和石油醚梯度洗脱)分离得到白色固体产物3.5g，收率85.6％，mp114～117℃。
1H NMR(300MHz，CDCl3+D2O)δppm1.377～1.504(18H，m，2×BOC)，2.451～3.062(4H，m，C4-2H，C6-2H)，4.271～4.762(3H，m，C2-2H，C3-1H)，5.389(1H，br，NH)。
MS(FAB，m/z)314(M+)。
实施例8、3-(N-叔丁氧羰基)氨基-1-叔丁氧羰基-4-甲肟基哌啶 实施例7化合物(0.5g，1.59mmol)与甲氧基胺盐酸盐(0.4g，4.78mmol)在吡啶中于70℃反应3h，蒸去溶剂，以乙酸乙酯溶解残余液，依次以1M的盐酸、饱和NaHCO3水溶液和水洗，无水硫酸镁干燥有机相，过滤，蒸去溶剂得粗产品，VLC法(以乙酸乙酯和石油醚梯度洗脱)分离得到白色固体产物0.53g，收率97％。mp114～116℃。
1H NMR(300MHz，CDCl3)δppm1.441～1.527(18H，s，2×BOC)，1.632～3.075(5H，m，C3-1H，C5-2H，C6-2H)，3.866(3H，s，OCH3)，4.185～4.311(2H，m，C2-2H)，5.347～5.363(1H，m，NH-BOC)。MS(EI，m/z)343(M+)。
实施例9、3-(N-甲基-N-叔丁氧羰基)氨基-1-叔丁氧羰基-4-甲肟基哌啶 在干燥的三口瓶中加入NaH(0.14g，5.83mmol)，冰浴冷却下滴加四氢呋喃(THF)(10ml)，然后滴加实施例8化合物(1.00g，2.9mmol)溶于THF(10ml)的溶液。维持温度10℃以下反应0.5h，然后滴加碘甲烷(0.82g，5.8mmol)溶于THF(5ml)的溶液。反应3h后向体系中滴加甲醇，至无气泡产生，加水(50ml)，二氯甲烷(3×20ml)萃取，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥。减压浓缩后得粗产品，VLC法(以乙酸乙酯和石油醚梯度洗脱)分离得白色固体产物，产率98％。mp112～113℃。
1H NMR(300MHz，CDCl3+D2O)δppm1.359(18H，s，2×BOC)，1.579(1H，s，C4-1H)，2.165(1H，s，C4-1H)，2.885(3H，s，NHCH3)，2.964～3.385(3H，m，C6-2H，C3-1H)，3.832(3H，s，OCH3)，3.894～4.009(2H，m，C2-2H)。
MS(EI，m/z)357(M+)。
实施例10、3-甲氨基-4-甲肟基哌啶盐酸盐 在冰浴冷却下将乙酰氯(5ml)缓慢加入甲醇(10ml)中，半小时后，加入实施例9化合物(1.0g，2.9mmol)，室温反应1h，减压蒸除溶剂，加乙酸乙酯(10ml)，搅拌0.5小时后过滤，干燥，得白色固体产物，产率90％。mp198～200℃。
1H NMR(300MHz，D2O)δppm2.396～2.484(1H，m，C3-1H)，2.899(3H，s，NHCH3)，3.180～3.255(1H，m，C3-1H)，3.329～3.390(1H，m，C2-1H)，3.518～3.575(1H，m，C6-1H)，3.639～3.686(1H，m，C2-1H)，4.991(3H，s，OCH3)，4.413(1H，dd，J＝4.8Hz，12.8Hz，C6-1H)，4.456～4.500(1H，m，C3-1H)。
MS(FAB，m/z)158(M++1)。
实施例11、3-氨基-4-甲肟基哌啶盐酸盐 在冰浴冷却下将乙酰氯(5ml)缓慢加入甲醇(10ml)中，半小时后，加入实施例8化合物(1.0g，4.6mmol)，室温反应1h，减压蒸除溶剂，加乙酸乙酯(10ml)，搅拌0.5小时后过滤，干燥，得0.53g，产率84％。mp178～181℃。
1H NMR(300MHz，D2O)δppm2.373～2.461(1H，m，C3-1H)，3.158～3.234(1H，m，C3-1H)，3.281～3.342(1H，m，C2-1H)，3.535～3.591(1H，m，C6-1H)，3.653～3.701(1H，m，C2-1H)，4.002(3H，s，OCH3)，4.010(1H，d，J＝4.2Hz，C6-1H)，4.478(1H，dd，J＝5.6Hz，12Hz，C3-1H)。
MS(FAB，m/z)144(M++1)。
实施例12、3-(N-叔丁氧羰基)氨基-1-叔丁氧羰基-4-乙肟基哌啶 实施例7化合物(1.00g，3.18mmol)同乙氧基胺盐酸盐(0.31g，3.20mmol)在吡啶中于70℃反应3h，操作同实施例八化合物的制备，得白色固体产物，产率92％。mp74～75.5℃。
1H NMR(400MHz，CDCl3+D2O)δppm1.227～1.262(3H，m，CH2CH3)，1.532(18H，s，2×BOC)，2.141(1H，br，C5-1H)，2.810(1H，br，C5-1H)，3.012～3.045(2H，m，C6-1H)，3.863～3.895(1H，br，C3-1H)，4.080～4.167(2H，m，CH2CH3)，4.294～4.311(2H，br，C2-1H)。
MS(ESI，m/z)358(M++1)。
实施例13、3-(N-甲基-N-叔丁氧羰基)氨基-1-叔丁氧羰基-4-乙肟基哌啶 同实施例9化合物的方法，用实施例12化合物同碘甲烷反应，得油状产物，产率93.40％。
1H NMR(400MHz，CDCl3+D2O)δ，ppm1.157～1.196(3H，m，CH2CH3)，1.451(18H，s，2×BOC)，2.141～2.510(2H，m，C5-2H)，2.740(3H，m，NHCH3)，3.002～3.079(2H，m，C6-1H)，3.698～3.734(1H，m，C3-1H)，3，971～4.042(2H，m，CH2CH3)，4.184～4.217(2H，m，C2-1H)。
MS(ESI，m/z)372(M++1)。
实施例14、3-甲氨基-4-乙肟基哌啶盐酸盐 同实施例10化合物的方法，用实施例13化合物同乙酰氯/甲醇反应，得白色固体产物，产率95.10％。mp198～199℃。
1H NMR(400MHz，D2O)δ，ppm1.299(3H，t，J＝6.8Hz，CH2CH3)，2.870～2.878(3H，m，NHCH3)，4.258(3H，q，J＝10.8Hz，CH2CH3)，2.395～4.345(7H，m，C2-2H，C3-1H，C5-2H，C6-2H)。
MS(ESI，m/z)172(M++1)。
实施例15、3-氨基-4-乙肟基哌啶盐酸盐 同实施例10化合物的方法，用实施例12化合物同乙酰氯/甲醇反应，得白色固体产物，产率94.37％。mp192℃升华。
1H NMR(400MHz，D2O)δ，ppm1.297(3H，t，J＝6.8Hz，CH2CH3)，2.374～2.463(1H，m，C3-1H)，3.150～3.226(1H，m，C3-1H)，3.297(1H，t，J＝12Hz，C3-1H)，3.562～3.698(2H，m，C6-2H)，3.989(1H，dd，J＝5.2Hz，12Hz，C2-1H)，4.249(2H，q，J＝3.4Hz，CH2CH3)，4.466(1H，dd，J＝5.2Hz，12.8Hz，C2-1H)。
MS(ESI，m/z)156(M++1)。
实施例16、1-环丙基-6-氟-7-(3-氨基-4-甲肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸 硼酸(1.5g，24.2mmol)，乙酸酐(11ml，84.9mmol)，于100℃搅拌反应15min，再于160℃下反应0.5h，降至110℃，加入1-环丙基-6，7-二氟-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸乙酯(0.50g，1.55mmol)，反应3h，降至室温，倾入冰水中，过滤，乙醇洗，真空干燥，得淡黄色固体产物。取所得固体(0.50g，1.08mmol)与实施例11化合物(0.50g，2.34mmol)，在乙腈(15ml)中于室温下反应2天，减压蒸除溶剂，于6％的氢氧化钠水溶液(15ml)中60℃反应0.5h，过滤，用30％的醋酸调pH至中性，继续搅拌30min，过滤，水洗，干燥后用DMF/EtOH重结晶，得产物0.27g，产率60.0％，mp＞280℃。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δppm1.011～1.244(4H，m，环丙基CH2CH2)，2.418～4.023(15H，m，2×OCH3，2’-2H，3’-1H，5’-2H，6’-2H，环丙基1H)，7.847(1H，d，J＝11.6Hz，5-H)，8.822(1H，s，2-H)。
MS(ESI，m/z)419(M++1)。
实施例17、1-环丙基-6-氟-7-(3-甲氨基-4-甲肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸 同实施例十六化合物的制备方法，先把1-环丙基-6，7-二氟-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸转化为硼酯螯合物再与实施例十化合物反应，得产物，产率36％，mp179～181℃。
1H NMR(400MHz，CDCl3+D2O)δppm0.946～1.059(4H，m，环丙基CH2CH2)，2.437(3H，s，NHCH3)，2.711～2.897(2H，m，5’-2H)，3.246～3.732(8H，m，2’-2H，6’-2H，OCH3，环丙基1H)，3.856～4.016(4H，m，NOCH3，3’-1H)，7.909(1H，d，J＝12Hz，5-H)，8.822(1H，s，2-H)。
MS(ESI，m/z)433(M++1)。
实施例18、1-环丙基-6-氟-7-(3-氨基-4-乙肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢4-氧代喹啉-3-羧酸 同实施例十六化合物的制备方法，先将1-环丙基-6，7-二氟-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸乙酯转化为硼酯的螯合物再与实施例十五化合物反应，得产物，产率57.17％，mp179～181℃。
1H NMR(400MHz，CDCl3+D2O)δppm0.993～1.235(4H，m，环丙基CH2CH2)，1.283(3H，t，J＝10.6Hz，OCH2CH3)，2.476～3.698(7H，m，环丙基1H，2’-2H，5’-2H，6’-2H)，3.745(3H，s，OCH3)，3.992～4.027(1H，m，3’-1H)，4.088(2H，q，J＝17.7Hz，OCH2CH3)，7.911(1H，d，J＝11.6Hz，5-H)，8.824(1H，s，2-H)。
MS(ESI，m/z)433(M++1)。
实施例19、1-环丙基-6-氟-7-(3-甲氨基-4-乙肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸和它的盐酸盐 同实施例16化合物的制备方法，先将1-环丙基-6，7-二氟-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸乙酯转化为硼酯的螯合物再与实施例十四化合物反应，只是后处理时，中和后过滤的固体不用DMF/EtOH重结晶，而是采用再溶于6％NaOH水溶液中，过滤，滤液用醋酸中和，滤出固体，干燥，即得产物的一水合物，产率40.68％，mp188～189.5℃。
1H NMR(400MHz，CDCl3+D2O)δppm0.948～1.308(7H，m，环丙基CH2CH2，OCH2CH3)，2.437(3H，s，NHCH3)，2.728～2.916(2H，m，5’-2H)，3.287～4.132(11H，m，2’-2H，OCH2CH3，6’-2H，3’-1H，OCH3，环丙基1H)，7.913(1H，d，J＝11.8Hz，5-H)，8.822(1H，s，2-H)。
MS(ESI，m/z)447(M++1)。
将此产物(3.50g，7.5mmoL)，50％乙醇(10mL)，浓盐酸(0.5mL)一起搅拌回流0.5h，放冷后置于冰箱中过夜，滤出固体，乙醇洗，干燥，得此产物的盐酸盐。
类似地也可制得它的甲磺酸盐、乳酸盐。
实施例20、包衣片 片芯处方 实施例16化合物10.0g 乳糖 50.0g 淀粉 40.0g 羟丙纤维素4.0g 10％聚维酮适量 硬脂酸镁 0.5g 取上述成分混合均匀，制粒后过筛整粒，干燥、压片制成100片片芯。
包衣液处方 欧巴代(Opadry)5g，80％乙醇适量包衣。
实施例21、胶囊 处方 实施例17化合物 100g 淀粉10g 羧甲基淀粉钠20g 低取代羟丙基纤维素 10g 吐温80 适量 聚乙烯吡咯烷酮5％乙醇液 适量 十二烷基硫酸钠 8g 0号胃溶胶囊 1000粒 制成1000粒 胶囊 制备方法 取处方量原辅料，分别过筛，加入5％聚乙烯吡咯烷酮醇液和吐温80制软材，用20筛制粒，在室温15℃下晾干，加入十二烷基硫酸钠，混合均匀，按0.27g/S装入0号胃溶胶囊，取样化验，溶出限度为Q＝80％，含量应为标示量的90-110％。
实施例22、注射剂的制备 取1克实施例18化合物，加入适量注射用水使溶解，加入波洛沙姆10克，加入氯化钠4克，右旋糖苷10克，加入葡萄糖4克，甘露醇5克，混合均匀，加入注射用水至1000毫升，制成10瓶静脉注射剂。
权利要求
1.式(I)所示化合物及其药用盐、生理可水解酯、水合物或其异构体
式中
R1代表C1～C6的烷基或环烷基；苄基或取代苄基；苯基或取代苯基；
R2，R3可以是相同的，也可以是不同的，其各自代表H、C1-C6-烷基，氨基保护基等。
2.如权利要求1所述的式(I)所示化合物及其药用盐、生理可水解酯、水合物或其异构体，其特征在于，所述的氨基保护基包括甲酰基、乙酰基、三氟乙酰基、取代或未取代苯甲酰基、对甲苯磺酰基、甲氧羰基、乙氧羰基、叔丁氧羰基、异丁氧羰基、三氯乙氧羰基、芴基甲氧羰基、取代或未取代苄氧羰基，烷基酰氧甲基、取代或未取代苄基、三苯甲基、四氢呋喃基、5-甲基-2-氧代-1，3-氧杂环戊-4-烯甲基、α-氨基烷基酰基。
3.如权利要求1或2所述的式(I)所示化合物及其药用盐、生理可水解酯、水合物或其异构体，其为
1-环丙基-6-氟-7-(3-氨基-4-甲肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸；
1-环丙基-6-氟-7-(3-甲氨基-4-甲肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸；
1-环丙基-6-氟-7-(3-氨基-4-乙肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸；
1-环丙基-6-氟-7-(3-甲氨基-4-乙肟基)哌啶-1-基-8-甲氧基-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸。
4.如权利要求1或2所述的式(I)所示化合物及其药用盐、生理可水解酯、水合物或其异构体，其特征在于，其为E构型、Z构型或E和Z混合物的构型形式。
5.一种制备权利要求1所述的式(I)所示化合物及其药用盐、生理可水解酯、水合物或其异构体的方法，其包括如下步骤
(1)将式(II)化合物与式(III)化合物或它与酸形成的盐反应，
式中，X是卤原子，R表示有或无杂原子取代的2-6个碳原子的脂肪族羧基，或7-11个碳原子的芳香族羧基；
式中，R1、R2、R3定义同权利要求1；
(2)在溶剂中有酸接受体存在下，将式(II)化合物与式(III)化合物置于适当温度下反应，生成式(IV)化合物，
式中，R表示有或无杂原子取代的2-6个碳原子的脂肪族羧基，或7-11个碳原子的芳香族羧基，R1、R2和R3定义同权利要求1；
(3)在适当温度下，将式(IV)化合物置于碱性溶剂中，或在酸性溶剂中反应除去其含硼基团，得式(I)化合物，
(4)需要时，将获得的式(I)化合物转化为其药用盐、水合物或异构体。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的碱性溶剂为三乙胺、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液或醇溶液或醇水混合溶液。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述的酸性溶剂中为三氟乙酸、盐酸、硫酸、醋酸或氢溴酸的水溶液或醇水混合溶液。
8.含有权利要求1-4任一所述式(I)化合物或其药用盐、生理可水解酯、水合物或异构体的抗菌药物组合物。
9.如权利要求8所述的抗菌药物组合物，其特征在于，该组合物为可用于胃肠道或非胃肠道给药的抗菌药物组合物。
10.如权利要求8或9所述的抗菌药物组合物，其特征在于，该组合物为片剂、糖衣片剂、薄膜衣片剂、肠溶衣片剂、缓释片剂、胶囊剂、硬胶囊剂、软胶囊剂、缓释胶囊剂、颗粒剂、丸剂、散剂、膏剂、混悬剂、注射剂、粉针剂、冻干粉针剂、栓剂、霜剂、滴剂或贴剂。
全文摘要
本发明涉及7-(4-肟基-3-氨基-1-哌啶基)新喹啉羧酸衍生物，其制备方法和医药用途以及含有它们的抗菌剂和饲料添加剂，更具体地讲，本发明涉及一种新氟喹诺酮甲酸衍生物，该衍生物在喹诺酮核7-位是4-肟基-3-氨基-1-哌啶基，8-位是甲氧基，1-位是环丙基，其与现有的氟喹诺酮抗菌药物相比，具有更加优越的抗革兰氏阳性菌活性和广谱抗菌活性。
文档编号A61P31/04GK101117336SQ200710145608
公开日2008年2月6日 申请日期2007年9月3日 优先权日2007年9月3日
发明者郭慧元, 王秀云, 锦 蒋, 王玉成, 刘秉权, 刘明亮, 李春波 申请人:中国医学科学院医药生物技术研究所, 浙江医药股份有限公司新昌制药厂