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N雜環卡賓的金屬絡合物.pdf

關 鍵 詞:
雜環卡賓 金屬 絡合物
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摘要
申請專利號:

CN201180059866.4

申請日:

20110216

公開號:

CN103327816A

公開日:

20130925

當前法律狀態:

有效性:

失效

法律詳情:
IPC分類號: A01N55/02,A61K31/28 主分類號: A01N55/02,A61K31/28
申請人: 阿克倫大學
發明人: W.J.楊斯,M.J.潘茲納,C.L.肯農
地址: 美國俄亥俄州
優先權: 12/902807,13/021337
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司 代理人: 林毅斌;林森
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201180059866.4

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明一般涉及N-雜環卡賓的金屬絡合物,其中含有一種或多種另外的活性部分和/或基團。在一個實施方案中,本發明涉及N-雜環卡賓的金屬絡合物,其含有抗真菌和/或抗微生物部分和/或基團,該部分和/或基團組合一種或多種選自以下的另外的活性部分和/或基團:氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或者C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。

權利要求書

1.一種用于治療泌尿道感染的方法,其包含步驟:給予有效量的至少一種N-雜環卡賓化合物的銀絡合物。2.權利要求1的方法,其中N-雜環卡賓的銀絡合物選自下式代表的化合物:。3.權利要求1的方法,其中N-雜環卡賓的銀絡合物是:。4.權利要求1的方法,其中N-雜環卡賓的銀絡合物由以下所示任一式的化合物代表:,或其中R、R、R、R、R和R,如果存在,各自獨立選自氫;羥基;C-C烷基;C-C取代的烷基;C-C環烷基;C-C取代的環烷基;C-C烯基;C-C環烯基;C-C取代的環烯基;C-C炔基;C-C芳基;C-C取代的芳基;C-C芳基烷基;C-C烷基芳基;C-C雜環;C-C取代的雜環;C-C烷氧基;C-C醇;C-C羧基;聯苯基;C-C烷基聯苯基;C-C烯基聯苯基;C-C炔基聯苯基;或者鹵素,其中R選自氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或C-C烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。5.一種N-雜環卡賓化合物的銀絡合物,其用于治療泌尿道感染。6.權利要求6的化合物,其中N-雜環卡賓的銀絡合物選自下式代表的化合物:。7.權利要求6的化合物,其中N-雜環卡賓的銀絡合物是:。8.權利要求6的化合物,其中N-雜環卡賓的銀絡合物由以下所示任一式的化合物代表:,或,其中R、R、R、R、R和R,如果存在,各自獨立選自氫;羥基;C-C烷基;C-C取代的烷基;C-C環烷基;C-C取代的環烷基;C-C烯基;C-C環烯基;C-C取代的環烯基;C-C炔基;C-C芳基;C-C取代的芳基;C-C芳基烷基;C-C烷基芳基;C-C雜環;C-C取代的雜環;C-C烷氧基;C-C醇;C-C羧基;聯苯基;C-C烷基聯苯基;C-C烯基聯苯基;C-C炔基聯苯基;或者鹵素,其中R選自氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或C-C烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。9.一種N-雜環卡賓化合物的銀絡合物,其中N-雜環卡賓的銀絡合物由以下所示任一式的化合物或其中兩種或多種的合適混合物代表:,,,其中R、R、R、R、R和R,如果存在,各自獨立選自氫;羥基;C-C烷基;C-C取代的烷基;C-C環烷基;C-C取代的環烷基;C-C烯基;C-C環烯基;C-C取代的環烯基;C-C炔基;C-C芳基;C-C取代的芳基;C-C芳基烷基;C-C烷基芳基;C-C雜環;C-C取代的雜環;C-C烷氧基;C-C醇;C-C羧基;聯苯基;C-C烷基聯苯基;C-C烯基聯苯基;C-C炔基聯苯基;或者鹵素,其中R選自氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或C-C烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。

說明書

本發明在由授予號NIH?R15?CA?96739-01和授予號NSF?CHE-0116041支持的研究過程中產生。美國政府可對本文的一項或多項發明具有某些權利。

相關申請數據

本申請要求2011年2月4日提交的美國專利申請號13/021,337,題為“Metal?Complexes?of?N-Heterocyclic?Carbenes?(N-雜環卡賓的金屬絡合物)”的優先權,其內容通過引用完全結合到本文中。

本申請還要求2010年10月12日提交的美國專利申請號12/902,807,題為“Metal?Complexes?of?N-Heterocyclic?Carbenes?(N-雜環卡賓的金屬絡合物)”的優先權,其內容通過引用完全結合到本文中。

發明領域

本發明一般涉及N-雜環卡賓的金屬絡合物,其中含有一種或多種另外的活性部分和/或基團。在一個實施方案中,本發明涉及N-雜環卡賓的金屬絡合物,其含有抗真菌和/或抗微生物部分和/或基團,該部分和/或基團組合一種或多種選自以下的另外的活性部分和/或基團:氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或者C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。在另一個實施方案中,本發明涉及N-雜環卡賓的金屬絡合物,其含有抗真菌和/或抗微生物部分和/或基團,該部分和/或基團組合兩種或多種選自以下的另外的活性部分和/或基團:氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或者C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。

發明背景

銀因為其抗微生物性質而得到長期使用。這種使用先于其機制的科學或醫學理解。例如,古代希臘人和羅馬人用銀幣維持水的純凈。今天銀仍由NASA在其宇宙飛船上用于相同目的。在1800年之前用硝酸銀治療多種疾病。今天仍將1%硝酸銀溶液廣泛用于分娩后的嬰兒以預防淋病性眼炎。至少從19世紀后期以來,已應用多種不同形式的銀以治療和預防多種類型的細菌相關性病痛。

其它治療,比如將銀箔施于術后傷口以預防感染作為醫療實踐在進入20世紀80年代的歐洲還存在,并且硝酸銀仍用作局部抗微生物劑。在20世紀60年代研制出非常成功的燒傷治療銀絡合物,磺胺嘧啶銀,在下式1中顯示。商業上稱為Silvadene?(燒傷寧)霜(1%)該絡合物依然是預防二和三度燒傷感染最有效的治療之一。磺胺嘧啶銀已顯示具有良好的抗多種革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌的抗微生物性質。據信銀在淺表傷口區域的緩慢釋放是造成愈合過程的原因。對手術創傷大鼠的研究已顯示硝酸銀和磺胺嘧啶銀兩者幫助愈合過程的有效性。雖然通過使用這些常見的銀抗微生物劑,減輕傷口的炎癥和肉芽發生,但不了解這些現象的全部機制。

近期研制的銀涂層技術已產生稱為Acticoat的燒傷創面敷料。這種敷料的目的是在避免粘連于傷口的同時提供抗感染的屏障。一些臨床試驗也已證實,與用硝酸銀處理的常規傷口敷料大不相同,該敷料容易除去。Acticoat已顯示抗細菌功能的增加,超過硝酸銀和磺胺嘧啶銀。Acticoat由納米結晶銀顆粒組成。很少出現對硝酸銀和磺胺嘧啶銀兩者耐藥但對納米結晶銀不耐藥的抗生素耐藥菌株。納米結晶銀更廣的活性范圍顯然是因為釋放銀陽離子和不帶電的銀物質兩者。因為病原體的抗生素耐藥菌株不斷出現,所以需要新的抗生素。

金屬化合物在其它治療應用中也已發揮顯著作用。金屬有用性的一個實例可見于放射性藥物領域。眾所周知放療破壞腫瘤細胞的用途,但在治療后腫瘤可再發。腫瘤內的低氧細胞對X射線輻射的耐受性是其它腫瘤細胞的2.5-3倍。因為這種原因,這些細胞更可能在放療或化療后存活,導致腫瘤再發。將放射性核素靶向低氧細胞將用作使它們顯像的方法。

γ-射線發射體比如99Tc的絡合物作為顯像劑非常有用,并且治療放射性藥物如89Sr、153Sm、186Re和166Ho在治療骨腫瘤時很重要。bRh-105發出319?keV?(19%)的γ射線,這將允許體內示蹤和劑量學計算。通過使用整個周期表可駕馭許多更大放射性的核以構建診斷劑或治療劑。

泌尿道感染(UTI)代表在美國第二位最常見的感染性疾病,伴隨重大的發病率和醫療費用。這些感染,包括膀胱炎和腎盂腎炎,最常見由尿道致病性大腸桿菌(UPEC)引起。具有神經源性膀胱、留置導尿管或膀胱輸尿管反流的患者,以及其它健康女性,出現復發;反復泌尿道感染可導致腎瘢痕化和慢性腎病(CKD)。目前的預防和治療策略不能解決復發UTI的問題。以鼠類膀胱炎模型的近期工作已揭示關于UTI發病機理的新模式。長期被認為是嚴格的細胞外病原體,UPEC已顯示侵入膀胱內層的淺表上皮細胞,并在這些細胞內引起大量聚集,稱為細胞內菌群(IBC)。從那里,UPEC在膀胱組織內形成靜止貯庫,隔絕宿主防御,耐抗生素治療,并可充當復發的病灶。

病原菌株抗微生物耐藥率的迅速上升使對UTI的治療和預防方案越來越困難。由于這種原因,期望探詢卡賓銀作為泌尿道內新的抗微生物劑的效用。銀的抗微生物性質得到公認已有幾個世紀,最近這種金屬作為生物殺傷劑再次引起人們的興趣。雖然銀浸漬的導尿管已減少某些人群(如具有留置導尿管的患者)的UTI發病率,但需要新策略預防其他患者(如健康女性和泌尿道功能異常和解剖學異常的患者)的UTI復發。已設計和合成銀與N-雜環卡賓(NHC)的有機金屬絡合物。這些卡賓銀(SC)超過現有銀化合物的主要優點是其穩定性和水溶性。

放射性金屬絡合物的有用性極大地取決于螯合配體的性質。成功的金屬藥物必須既靶向具體組織或器官還從其它組織迅速清除。此外,對于顯像和腫瘤治療兩者,靶器官或組織必須對放射性藥物有最佳的暴露。因此,需要設計用于結合放射性金屬的新的配體系統。

附圖簡述

圖1a和1b是如式9a和9b所示水溶性銀二聚體的陽離子部分的熱橢圓體圖(thermal?ellipsoid?plot);

圖2是如式13所示水溶性二醇的熱橢圓體圖;

圖3是如式17所示卡賓銀絡合物的熱橢圓體圖;

圖4是如式20a所示溴化物鹽的熱橢圓體圖;

圖5是如式23所示化合物的熱橢圓體圖;

圖6是如式26所示5,6,7,8-四氫-5-氧代咪唑并[1,5-c]嘧啶的熱橢圓體圖;

圖7是如式27所示化合物的熱橢圓體圖;

圖8是如式29b所示化合物的熱橢圓體圖;

圖9是如式30b所示碘化物鹽化合物的熱橢圓體圖;

圖10是式36的?[PF6-]鹽的熱橢圓體圖;

圖11是如式37所示二卡賓銀二聚體的熱橢圓體圖;

圖12是式38?[PF6]4的四陽離子部分的熱橢圓體圖;

圖13是如式39b所示化合物的熱橢圓體圖;

圖14是式40?[PF6]4的四陽離子部分的熱橢圓體圖;

圖15是如式41所示化合物的熱橢圓體圖;

圖16是如式43所示二溴化物鹽的熱橢圓體圖;

圖17是如式8c所示化合物的熱橢圓體圖;

圖18是如式8d所示化合物的熱橢圓體圖;

圖19是如式8e所示卡賓銠的熱橢圓體圖;

圖20是如式96b所示化合物的熱橢圓體圖;

圖21是如式97b所示化合物的熱橢圓體圖;

圖22是如式98所示化合物的熱橢圓體圖;

圖23是如式100所示化合物的熱橢圓體圖;

圖24是如式108所示鹽的熱橢圓體圖,以50%概率水平畫出熱橢圓體(為清楚起見省略反陰離子);

圖25是絡合物106的熱橢圓體圖,以50%概率水平畫出熱橢圓體(為清楚起見省略反陰離子);

圖26a和26b是用重量比為25:75的絡合物106和Tecophilic?混合物制備的靜電紡成(electrospun)纖維,其中圖26a詳解了初紡(as-spun)纖維,圖26b詳解了通過將初紡纖維暴露于水形成的銀顆粒;

圖27a和27b是TEM圖像,其顯示通過將絡合物106和Tecophilic??(重量比50:50)的纖維暴露于水蒸氣環境而釋放銀顆粒;圖27a詳解了初紡纖維,圖27b詳解了在水蒸氣環境中65小時的纖維;

圖28a、28b和28c是包裹絡合物106的纖維墊的藥敏試驗圖像,并且殺菌活性與純Tecophilic?纖維墊相比較,圖28a是絡合物106/Tecophilic??(重量比25:75)的圖像,圖28b是純Tecophilic?的圖像,圖28c是絡合物106/Tecophilic??(重量比75:25)的圖像;

圖29是顯示在金黃色葡萄球菌上銀化合物的CFU?(集落形成單位)與時間(小時)圖,表達各被測銀化合物的殺菌活性動力學;

圖30a、30b、30c和30d是在LB肉湯培養基中的抗微生物活動2周后,來自絡合物106和Tecophilic??(重量比75:25)的electrospun纖維的圖像,圖30a是纖維片段的立體圖像,圖30b是包裹在Tecophilic?纖維中的大型聚集物(400?nm)銀顆粒的圖像,圖30c是在Tecophilic?基質中銀聚集物(200?nm-300?nm直徑)和銀顆粒(10?nm-20?nm直徑)的圖像,圖30d是具有銀顆粒聚集物的纖維墊的頂視圖;和

圖31是本發明另一個實施方案的N-雜環卡賓化合物的熱橢圓體圖。

發明概述

本發明一般涉及N-雜環卡賓的金屬絡合物,其中含有一種或多種另外的活性部分和/或基團。在一個實施方案中,本發明涉及N-雜環卡賓的金屬絡合物,其含有抗真菌和/或抗微生物部分和/或基團,該部分和/或基團組合一種或多種選自以下的另外的活性部分和/或基團:氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或者C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。在另一個實施方案中,本發明涉及N-雜環卡賓的金屬絡合物,其含有抗真菌和/或抗微生物部分和/或基團,該部分和/或基團組合兩種或多種選自以下的另外的活性部分和/或基團:氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或者C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。

在一個實施方案中,本發明涉及使用和/或給予N-雜環卡賓的銀絡合物的方法,所述絡合物由以下所示的任一式化合物表示。在另一個實施方案中,本發明涉及由以下所示的式代表的N-雜環卡賓的任一銀絡合物,或其中兩種或多種的合適混合物:

其中R1、R2、R3、R4、R6和R7,如果存在,各自獨立選自氫;羥基;C1-C12烷基;C1-C12取代的烷基;C3-C12環烷基;C3-C12取代的環烷基;C2-C12烯基;C3-C12環烯基;C3-C12取代的環烯基;C2-C12炔基;C6-C12芳基;C5-C12取代的芳基;C6-C12芳基烷基;C6-C12烷基芳基;C3-C12雜環;C3-C12取代的雜環;C1-C12烷氧基;C1-C12醇;C1-C12羧基;聯苯基;C1-C6烷基聯苯基;C2-C6烯基聯苯基;C2-C6炔基聯苯基;或者鹵素(如氯、氟、溴等),其中R5選自氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或者C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。

發明詳述

在本說明書和附屬權利要求中,單數形式“a”、“an”和“the”包括復數涉及物,除非上下文另外清楚地指示。除非另外限定,本文使用的所有技術和科學術語具有本發明所屬領域普通技術人員通常理解的相同含義。

本發明包括N-雜環卡賓的金屬絡合物、其制備方法,和使用方法。幾種普通類型的N-雜環卡賓配體可用作金屬比如銀的配體。這些包括比如式2代表的單齒卡賓,比如式3至5代表的雙齒卡賓,和比如式6和7代表的雙齒大環卡賓。除了單齒卡賓以外,這些配體類型各自具有,作為其基本的構分,通過亞甲基(如在式3)、二甲基吡啶基(如在式4)和二甲基吡咯基(如在式5)中的任一橋接或作為環的部分(如在式6和7)的兩個N-雜環卡賓單元。通過R1和R2的改變可更改這些N-雜環卡賓的銀絡合物的水溶性、穩定性、電荷和親脂性。每個R1和R2,單獨或組合,可選自氫、C1-C12烷基、C1-C12取代的烷基、C1-C12環烷基、C1-C12取代的環烷基、C1-C12烯基、C1-C12環烯基、C1-C12取代的環烯基、C1-C12炔基、C1-C12芳基、C1-C12取代的芳基、C1-C12芳基烷基、C1-C12烷基芳基、C1-C12雜環、C1-C12取代的雜環和C1-C12烷氧基。對于至少一些藥物應用,特別期望選擇R1和R2以便所得金屬/N-雜環卡賓絡合物在水溶液中可溶解和穩定。

在一個實施例中,N-雜環卡賓是由式4或5表示的雙齒卡賓,其中R1是C1-C6烷基或C1-C6羥基烷基,R2是氫原子。在一個特定實施例中,N-雜環卡賓由式4或5表示,其中R1是C2-C3羥基烷基,R2是氫原子。在另一個實施例中,N-雜環卡賓由式4表示,每個相鄰的R1和R2一起形成取代的烷基。

如上所述,在一個實施方案中本發明還提供由以下所示的式表示的新的N-雜環卡賓:

其中Z是雜環基團,R1和R2是,獨立或組合,氫或選自以下的C1-C12有機基團:烷基、取代的烷基、環烷基、取代的環烷基、烯基、環烯基、取代的環烯基、炔基、芳基、取代的芳基、芳基烷基、烷基芳基、雜環、取代的雜環和烷氧基。在一個實施例中,Z是吡啶或吡咯。在另一個實施例中,Z是二甲基吡啶或二甲基吡咯。

一般,咪唑鹽是N-雜環卡賓的直接前體(immediate?precursor)。幾種程序可用于將咪唑鹽轉化為相應的N-雜環卡賓。N-雜環卡賓可由咪唑鹽通過用堿比如KOtBu、KH和NaH在溶劑比如THF和液氨中去質子化而產生。可分離的N-雜環卡賓可置換多種過渡金屬絡合物上的雙電子供體(比如四氫呋喃、一氧化碳、腈、膦和吡啶)以得到N-雜環卡賓過渡金屬絡合物。但是分離卡賓不一定實用。

N-雜環卡賓絡合物還可在合適過渡金屬絡合物的存在下通過相應咪唑鹽的去質子化原位產生N-雜環卡賓而獲得。金屬絡合物上的堿性配體,比如氫化物、醇鹽或乙酸鹽可使咪唑鹽去質子以形成容易結合金屬上的空配位點的N-雜環卡賓。例如Pd(OAc)2已顯示與多種咪唑鹽反應以形成鈀-卡賓絡合物。

還可將咪唑鹽用無機或有機堿處理以產生卡賓。咪唑鹽與含有堿性取代基的金屬的反應已顯示對合成卡賓的過渡金屬絡合物很有用。堿性氧化物、Ag2O與咪唑鹽的組合可用于產生銀-卡賓絡合物。銀-卡賓絡合物作為卡賓轉移劑的用途已用于提供金(I)和鈀(II)的卡賓絡合物。已通過這種方式采用銀-卡賓絡合物以提供具有Pd-卡賓和Cu-卡賓鍵的絡合物。用卡賓轉移劑形成過渡金屬-卡賓鍵在許多情況下有利,因為這些反應在溫和條件下進行且不使用強堿。例如,2當量正丁基咪唑或甲基咪唑與1當量二碘甲烷在回流THF中的縮合以高收率得到如式8a或8b所示的咪唑鹽。式8a或8b所示物與Ag2O在水中組合分別形成水溶性銀二聚體9a和9b。

2當量1-碘乙醇(式12)與雙咪唑(式11)在回流丁醇中組合得到如式13顯示的水溶性二醇。已將該化合物用NMR和X-射線晶體學表征。

用1,2-二溴乙烷(式14)與雙咪唑進行類似反應以形成式15表示的卡賓。式13的醇基和式15的溴化物提供用于摻入增溶部分的功能化位點。

鉗狀配體2,6-雙-(正丁基咪唑甲基)吡啶二鹵化物(式16a和16b)很容易通過正丁基咪唑與2,6-雙(鹵素甲基)吡啶以2:1的摩爾比反應分別獲得。配體16a容易與Ag2O在CH2Cl2中反應以得到卡賓銀絡合物17。絡合物17在空氣和光中穩定。

具有吡啶作為橋接單元的鉗狀N-雜環卡賓的一般合成在下文顯示。2當量咪唑鉀與2,6-雙(溴甲基)吡啶反應以70%收率得到式19。式18代表的化合物與2-溴乙醇或3-溴丙醇組合分別得到式19a和19b。式19a或19b的Br-鹽與等摩爾量的Ag2O組合分別得到雙卡賓銀聚合物20a和20b。已在晶體學上表征式20a。式20a和20b代表的溴化物鹽在水中極易溶解和緩慢分解,在裝有任一化合物的燒瓶側得到銀鏡。式20a及其丙醇類似物式20b是有效的抗微生物劑。可合成這些絡合物的衍生物,使用如下文列出的組氨酸作為實例前體,以改善它們的抗微生物性質。

在酵母和真菌(Candida?albicans?(白色念珠菌),?Aspergillus?niger?(黑曲霉菌),?Mucorales?(毛霉菌),?Saccharomyces?cerevisiae?(釀酒酵母))上,用LB肉湯稀釋技術,和臨床上重要的細菌(E.?coli?(大腸桿菌),?S.?aureus?(金黃色葡萄球菌),?P.?aeruginosa?(銅綠假單胞菌)),參考硝酸銀,研究水溶性銀(I)?N-雜環卡賓20a的抗微生物活性。通過將銀化合物溶液浸漬的濾紙圓盤放在瓊脂平板的生物體菌苔上,測量生長抑制帶,使用Kirby-Bauer瓊脂擴散(濾紙圓盤)程序對銀化合物進行藥敏試驗,顯示銀(I)?N-雜環卡賓對所有細菌表現與硝酸銀同樣有效的抗微生物活性。檢查含有各種濃度的銀化合物和細菌或真菌的過夜培養基的生長。對于各種生物體,將含有最小抑制濃度(MIC)的各種銀化合物的管用于接種瓊脂平板以證實在該培養基中不存在活生物體。式20a在較低濃度對細菌和真菌有效,在7天實驗過程中銀活性期比硝酸銀更長。對大鼠的毒性研究已顯示配體19a——20a的前體和在20a降解時形成的材料,毒性低,在2天內通過腎臟清除,如通過尿液的質譜確定。

2當量咪唑鉀(式21)與2,5-雙(三甲基氨基甲基)吡咯二碘化物(式22)在THF中組合得到式23。已在晶體學上表征式23,其熱橢圓體圖如圖5顯示。將2當量丁基溴加至式23以高收率得到式24。

二鹽酸組胺(式25)與羰二咪唑在DMF中反應以40%收率得到5,6,7,8-四氫-5-氧代咪唑并[1,5-c]嘧啶(式26)。已在晶體學上表征式26化合物(見圖6的熱橢圓體圖)。2當量式26與1當量2,6-雙(溴甲基)吡啶在乙腈中組合以非常高的收率導致形成式27。

甲基化組胺和組氨酸預期也具有低的毒性,因為組胺和組氨酸在體內天然存在。L-組氨酸甲酯二鹽酸鹽式28與羰二咪唑在DMF中反應得到式29。3當量碘甲烷與式29在回流乙腈中組合得到式30。使式30的碘化物鹽與甲醇在N,N-二異丙基乙胺的存在下回流反應3天以獲得1-甲基-L-組氨酸式31。3當量碘甲烷與式31在回流乙腈中組合得到1,3-二甲基-L-組氨酸式32。式32與Ag2O在DMSO中組合形成卡賓銀絡合物33。通過Kirby-Bauer技術已顯示式33b具有顯著的抗金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌的抗微生物活性。

大環N-雜環卡賓可根據以下方法合成。2當量咪唑鉀與2,6-雙(溴甲基)吡啶(式34)反應以70%收率得到式35化合物。式35與式34化合物在DMSO中組合以80%收率得到式36化合物。式36的PF6-鹽與等摩爾量Ag2O組合以接近定量的收率得到雙卡賓銀二聚體(式37)。已在晶體學上表征式36和37,并分別在圖10和圖11中表示。式37的溴化物鹽(X?=?Br)在水中可溶解和穩定。在類似反應條件下,式36與4當量Ag2O組合得到雙卡賓四銀二聚體(未顯示,?但參考式38和圖12)。式36?(X-?=?Br-)與Ag2O在水中組合直接得到式37的溴化物鹽。式37的鹵化物鹽可在水中合成,并為水溶性。式37的溴化物和氯化物鹽為有效的抗微生物劑。

式22?(R=H或Me)所示吡咯與式18所示吡啶的3+1縮合得到式39?(R=H或Me)化合物。式39a與NH4+PF6-的陰離子交換得到式39b。式39b?(X=PF6-,?R?=?Me)與4當量Ag2O組合得到雙卡賓四銀二聚體,式40?(X=PF6-,?R=Me),其熱橢圓體圖在圖14中顯示。

將1當量式22加至式23以高收率和大規模得到式41的雙咪唑類卟啉(bisimidazolium?porphyrinoid)。已在晶體學上表征式41,式41的雙陽離子環的熱橢圓體圖如圖15顯示。式39?(R?=?H)和41與4當量Ag2O組合得到類似于式38和40的雙卡賓四銀二聚體。

式18與式42的雙(溴甲基)菲咯啉組合得到擴大的式43大環,為二溴化物鹽。

單齒N-雜環卡賓銀絡合物,比如式48代表的絡合物,可通過式44咪唑前體與氧化銀相互作用來合成。如上所述,可選擇側鏈R,以便更改絡合物的水溶性、親脂性及其它性質。例如,R可以是氫或者選自以下的C1-C12有機基團:烷基、環烷基、烯基、環烯基、炔基、芳基、芳基烷基、烷基芳基、雜環和烷氧基及其取代衍生物。可合成銀絡合物,比如分別由組胺和組氨酸合成的式46和47代表的銀絡合物,用作抗微生物化合物。因為組胺和組氨酸存在于體內,所以預期它們的衍生物用作局部抗微生物劑時皮膚刺激極小,并預期作為內部抗微生物劑產生非常有限的問題,具有優秀的毒理學性質。

下文提供鉗狀N-雜環卡賓的合成,其具有甲叉或亞甲基橋接兩個N-雜環卡賓(見式3)且有取代基連接。可選擇取代基以得到整個絡合物充分的溶解度、親脂性或其它性質。吡啶環和咪唑在下文討論的程序中用作基本構造單元。基于上文式8a和8b的合成,2當量式58將與二碘甲烷組合以形成式59化合物。用HCl打開式59將得到式60化合物。因為伯胺比咪唑氮更具反應性,1當量烷基鹵可輕易地加至式60的伯胺,以形成式61。將第二種烷基鹵加至式61的次級咪唑氮以形成雙咪唑陽離子,如式62顯示。雙咪唑陽離子62可與Ag2O組合以形成銀絡合物,如式63顯示,類似于上文式9a和9b。

可將式27用HCl處理以得到式64,然后可將其與含有增溶取代基的衍生烷基鹵接觸以得到式65。還可將式64用羧酸和二環己基碳二亞胺(DCC)衍生以形成酰胺鍵。在較高溫度下式65與類似含有增溶取代基的衍生烷基鹵組合將得到如式66顯示的咪唑雙陽離子,可使其進一步與金屬比如銠絡合。

銀-卡賓絡合物還可用作卡賓轉移劑以產生其它卡賓絡合物。用卡賓轉移劑形成過渡金屬-卡賓鍵在許多情況下有利,因為這些反應在溫和條件下進行且不使用強堿。例如,式8b與Pd(OAc)2在DMF中組合接著用NaI在乙腈中處理導致形成式8c代表的化合物。該化合物的熱橢圓體圖在下文顯示。類似地,式8b與PtCl2和乙酸鈉在DMSO中組合以50%收率得到式8d代表的化合物。

式8a代表的咪唑鹽與[(1,5-環辛二烯)RhCl]2在回流MeCN中在NaOAc和KI的存在下組合以80%收率得到式8e的卡賓銠。已通過1H和13C?NMR和X-射線晶體學表征該化合物。這種銠絡合物在延長的時間內對水穩定。已合成相關的螯合雙-卡賓銠絡合物,已顯示足夠穩定以便用于催化過程。

式17代表的N-雜環卡賓的銀絡合物可用作卡賓轉移劑。式17與(PhCN)2PdCl2在CH2Cl2中反應以接近定量的收率得到式67代表的卡賓鈀絡合物和2當量AgCl。

類似地,式20a代表的絡合物與(PhCN)2PdCl2在CH2Cl2中反應得到式68代表的卡賓鈀絡合物。

類似的合成途徑可用于由式19a代表的化合物合成式69代表的化合物。

關于合成吡咯橋接的鉗狀N-雜環卡賓,在甲基上有離去基團的2,5-雙二甲基吡咯特別可用于本發明的合成方法。二甲基氯化銨在水性甲醛和吡咯中的Mannich反應得到2,5-雙二甲基氨基甲基吡咯,由式70表示。在THF中將碘甲烷加至式70代表的吡咯得到2,5-雙(三甲基氨基甲基)吡咯二碘化物(式71)。

含有2-硝基咪唑基的分子據信靶向低氧細胞。這些化合物在硝基咪唑基處還原,并截留在具有低氧環境的細胞內。2-硝基咪唑基連接于鉗狀N-雜環卡賓以形成式73代表的化合物可如下完成。式72代表的化合物與雙咪唑以2:1比率縮合預期得到式73代表的化合物。可類似地合成具有各種連接片段的2-硝基咪唑的其它衍生物。連接基團包括聚氧乙烯(PEO)的多樣性,將允許相對于靶基團定位該螯合劑的靈活性,以及允許該化合物的辛醇/水分配系數的變更,這與通過腎臟清除率有關。還設想形成類似于式73的銠絡合物。類似程序可用于合成含有硝基咪唑和增溶取代基的式75和76代表的衍生物。

本文指出的作為N-雜環卡賓絡合物組分的金屬同位素可用于形成放射性藥物。例如,105Rh可代替Rh使用。105Rh具有方便的1.5天半衰期,還發射相對低水平的γ-輻射。這種銠同位素通過β發射分解至一種穩定的天然存在的鈀同位素,105Pd。其它可采用的同位素可選自過渡金屬、鑭系元素和錒系元素。優選同位素是Ag、Rh、Ga和Tc。

如上所述,本發明包括可用幾種N-雜環卡賓前體——咪唑鹽制備的金屬N-雜環卡賓絡合物。由生物學類似物比如嘌呤堿(其包括黃嘌呤、次黃嘌呤、腺嘌呤、鳥嘌呤及其衍生物)獲得的咪唑鹽,可以容易地與氧化銀(I)在合適溶劑中反應以獲得銀-N-雜環卡賓絡合物。咪唑陽離子可以容易地分類為比如式77至81代表的單-咪唑陽離子,比如下列式之一代表的雙-咪唑陽離子:

優選的單-咪唑陽離子包括式48至52代表的那些:

其可用于形成優選的單齒N-雜環卡賓銀絡合物,比如分別具有式53至57的絡合物。式53至57顯示的卡賓銀絡合物可通過氧化銀分別與咪唑前體48至52相互作用來合成:

類似地,本發明的多-咪唑陽離子包括式82至90代表的那些:

橋接的雙-咪唑陽離子可用Z表示,其中Z可以是亞甲基、雜環基、二甲基雜環基、二甲基環烷基、二甲基取代的雜環基、芳基、二甲基取代的芳基。雙-咪唑陽離子可通過Z1和Z2橋接以形成環(環芳,cyclophane),其中Z1和Z2可各自分離或組合,并可選自雜環、C1-C12取代的雜環、芳基、C1-C12取代的芳基、C3-C12取代的酮和C1-C12烯基。可更改每個R基團;R1、R2、R3和R4的官能度,和咪唑鹽的反陰離子X,以改善化合物的親脂性。X-反陰離子可來自鹵化物、碳酸鹽、乙酸鹽、磷酸鹽、六氟磷酸鹽、四氟硼酸鹽、硝酸鹽、甲基硫酸鹽、氫氧化物和硫酸鹽。每個R基團(R1、R2、R3和R4),單獨或組合,可選自氫、C1-C12烷基、C1-C12取代的烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12環烷基、C1-C12取代的C1-C12環烷基、C1-C12烯基、C1-C12環烯基、C1-C12取代的環烯基、C1-C12炔基、C1-C12芳基、C1-C12取代的芳基、C1-C12芳基烷基、C1-C12烷基胺、C1-C12取代的烷基胺、C1-C12烷基戊糖磷酸酯(鹽)、C1-C12酚和C1-C12酯。在一些藥物應用中期望選擇R1、R2、R3和R4官能度。

還檢查了嘌呤作為卡賓前體用于攜帶銀。特別關注的是鳥嘌呤,在DNA中的核堿基之一。鳥嘌呤91具有類似于式95代表的咖啡因化合物的環系統。因為鳥嘌呤無毒,所以7,9-二甲基鳥嘌呤具有低毒性看來是合理的。這使二甲基鳥嘌呤配體用于囊性纖維化研究非常有吸引力,因為我們尋求無毒并且小的配體以用作銀陽離子的載體。

用硫酸二甲基酯使鳥嘌呤(見式91)二甲基化,接著用氫氧化銨處理,得到式92代表的水不溶性7,9-二甲基鳥嘌呤兩性離子化合物。將HBr加至式92代表的兩性離子化合物得到式93的溴化物鹽。溴化物鹽溶于水,用THF沉淀出。通過使溴化物鹽懸浮于DMSO,將Ag2O加入溶液內并在60℃-80℃加熱約6小時形成銀絡合物。

多年來已將黃嘌呤作為支氣管擴張劑用于治療囊性纖維化患者的氣道阻塞。因為黃嘌呤含有咪唑環,所以我們假定應當能使它們烷基化以形成咪唑陽離子和最終形成卡賓銀絡合物。因為它們作為支氣管擴張劑的用途,我們還假定它們的甲基化衍生物將相對無毒。可能最熟知的黃嘌呤是式95代表的咖啡因化合物。我們已研究使咖啡因烷基化以形成甲基化咖啡因和用咖啡因作為卡賓前體形成卡賓銀絡合物。甲基化咖啡因已證明比咖啡因甚至毒性更小。

甲基化咖啡因的甲基硫酸鹽,式96a代表的1,3,7,9-四甲基黃嘌呤?(xanthanium),通過式95代表的咖啡因化合物與硫酸二甲酯在硝基苯中反應制備。用NH4PF6在水中陰離子交換得到式96b代表的化合物。

配體96a可溶于水,與Ag2O在水中反應以得到式97a代表的絡合物。式97a在水中穩定5天。缺乏C-107Ag和C-109Ag偶聯提示在13C?NMR時標上的流變(fluxional)行為,如用許多銀(I)絡合物觀察到的。類似地,式96b與Ag2O在DMSO中反應以形成式97b代表的化合物,已將其通過X-射線晶體學在結構上表征。下文顯示式96b和97b陽離子部分的熱橢圓體圖(TEP)。

咖啡因——1,3,7-三甲基黃嘌呤,是在醫學上常用作利尿劑、中樞神經系統興奮劑和環磷酸腺苷(c-AMP)磷酸二酯酶抑制劑的黃嘌呤衍生物之一。將1,3,7,9-四甲基黃嘌呤碘化物(甲基化咖啡因),一種咪唑鹽,用經修改的文獻程序合成,并通過1H、13C?NMR、質譜和X-射線晶體學表征。

2當量1,3,7,9-四甲基黃嘌呤碘化物與3當量氧化銀(I)在甲醇中在室溫下反應得到式99代表的化合物。

使式99代表的化合物在甲醇和乙酸乙酯的混合物中結晶,得到式100代表的化合物,一種無色晶體,可溶于水,在空氣中穩定。將式99和100代表的化合物用1H、13C?NMR和質譜表征。用X-射線晶體學證實具有上文顯示的熱橢圓體圖的式100代表化合物的分子結構。已用濾盤試驗和標準MIC技術兩者評價式100代表化合物的抗微生物性質。發現式100代表化合物對金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和大腸桿菌具有有效的抗微生物活性。對式98代表化合物評估劑量-反應作用以確定該化合物對大鼠的毒性。毒性研究,是用于確定殺死一半動物(大鼠)需要的致死劑量(LD50)的標準方案。對式98代表化合物評估的LD?50是2.37克每千克大鼠。用于本研究的方案得到Institutional?Animal?Care?and?Use?Committee?(IACUC),?University?of?Akron批準。

給予有效量N-雜環卡賓的過渡金屬絡合物用于體外和體內醫療應用的遞藥方法由以下方法組成:氣霧劑、生物可降解聚合物、聚合物膠束、水凝膠類型材料、樹枝狀高分子和改性C-60富勒烯。

顯示得到式202代表的卡賓銀絡合物的反應在性質上類似于式100代表的卡賓銀絡合物。式202代表的化合物是另外的黃嘌呤衍生物銀絡合物,即7-(2,3-二羥基丙基)茶堿銀(I)絡合物。式202代表的化合物是與Ag?(I)絡合的茶堿的衍生物,具有82?mg/mL的Ksp?(歸因于羥基),以固體形式穩定幾個月的時期。式202代表的化合物的合成適合大規模生產。

式201代表的咪唑鹽1,3,9-三甲基-7-(2,3-二羥基丙基)黃嘌呤碘化物通過使7-(2,3-二羥基丙基)茶堿(式200)與甲基碘在二甲基甲酰胺中反應獲得。使式201代表的咪唑鹽與乙酸銀在甲醇中反應以得到N-雜環卡賓銀(I)乙酸鹽絡合物(式202),這是白色固體,收率34%?(通過X-射線晶體學證實結構)。式202代表的化合物為水溶性(Ksp?=?82?mg/mL),通過NMR證實在水中穩定至少7天。隨著式202代表的化合物分解以釋放Ag+從而產生式201化合物的陽離子部分。在預研究中式201代表化合物的咪唑陽離子部分在大鼠中具有>?2.0?g/kg的LD50。

式202代表的化合物在室溫具有幾個月的貯存壽命。可將各部分式202代表的化合物容易地在無菌水中重構以形成濃度為10?mg/mL的澄清、無色溶液。

除了已轉化為用于結合金屬的卡賓的咪唑環部分以外,式100、202代表的化合物與一般形式56共同的特征是在咪唑-卡賓部分的“背側”存在雙-酰胺環。這種雙-酰胺環吸電子。在環中不含有吸電子基團的乙酸銀卡賓絡合物在水中不如式100和202代表的化合物穩定。

確定式202代表的卡賓銀化合物對各種來源的大腸桿菌(大腸桿菌為泌尿道感染的主要原因)組的最小抑制濃度(MIC)。受影響的菌株包括經測序的膀胱炎菌株UTI89和腎盂腎炎菌株CFT073;經測序的實驗室大腸桿菌菌株MG1655;和來自急性或復發性UTI或無癥狀性菌尿患者的7種菌株。將這些菌株的過夜Luria肉湯(LB)培養基傳代培養1:100,生長2-3小時達到OD600nm?=?0.4,在新鮮LB中稀釋1000-倍。將100?μL各混懸液加入在96孔板的孔內的100?μL式202代表化合物的一定范圍稀釋物中。在37℃靜態培養16小時后,以肉眼和通過在600?nm下微型板讀數計中測量定量吸光度來評估MIC。式202代表的化合物對這組菌株的MIC一般為2-4?μg/mL,類似于在對銅綠假單胞菌和伯克氏菌(Burkholderia)種所見。

局部生物殺滅劑的必要條件是它提供對感興趣組織的可接受的毒性。已用膀胱癌-衍生T24上皮細胞系(ATCC?HTB-4)研究式202代表的化合物的體外毒性。使T24細胞在RPMI?1640培養基中生長,接種在24孔板中,用48小時生長至融合,該培養基得自Life?Technologies?(Carlsbad,?CA),用得自Sigma?(St.?Louis,?MO)的10%胎牛血清補充。用無菌磷酸鹽緩沖鹽水(PBS)洗滌細胞,加入新鮮加溫的培養基,單獨加入或含有濃度為5-50?μg/mL的式202代表的化合物(在實驗開始時加入培養基,以將式202代表化合物提前釋放Ag+減到最小限度)。在培養1-2小時后,將細胞通過用0.05%胰蛋白酶-0.02%?EDTA處理而釋放,懸浮于分選緩沖液中,用碘化丙錠染色,在得自Becton?Dickinson?(Piscataway,?NJ)的FACS?Calibur儀器上進行流式細胞術。我們最初實驗證明在用5?μg/mL?202處理1小時后成活力喪失~?5%,在這樣處理2小時后大約11%。

另外的工作研究將吸電子基團加在卡賓部分的“背側”,提供對鈉、氯離子及其它離子的增強的穩定性。用氫氧化鉀使式205代表的化合物去質子,接著用甲基碘雙甲基化,得到式206代表的N-雜環卡賓化合物。由式207代表的硝酸鹽化合物與過量氧化銀(I)在乙腈中反應,形成式208代表的雙(NHC)銀(I)絡合物。

將具有碘陰離子的雙(NHC)銀(I)絡合物,式210,加入0.9%氯化鈉溶液(等于生理血清Na+濃度)內。傾析溶液,使所得沉淀物溶于丙酮中。丙酮緩慢蒸發得到式211代表化合物的白色晶體,其顯示橋接的氯化物,銀NHC鍵仍然完整。式211代表的化合物對生理濃度氯化鈉空前穩定。除了使銀NHC對水穩定以外,在咪唑環上存在吸電子基團可以極大地提高它們對生理氯化鈉的穩定性。這種類型化學作用特別適合用于泌尿道,其中人的尿滲克分子濃度可在300-1200?mOsm/L改變。

如上所述,與早期銀化合物相比SC的主要優點是它們在水中的穩定性和溶解度。將吸電子基團加在卡賓組分的“背側”提供對比如可見于泌尿道的離子強度的增強的穩定性。

還研究了4,5-二鹵代咪唑,式215,形成穩定的銀NHC絡合物的能力。式216代表的咪唑鹽用適當的甲基化劑合成。檢查具有其它吸電子基團比如硝基和氰基的咪唑原料,式217。式217代表的化合物的二硝基和二氰基類似物可市售獲得,并已知氰基-硝基類似物的合成。這些化合物的咪唑鹽,式218,根據如上列出的一般程序合成。然后將式216和218代表的化合物與乙酸銀和氧化銀用上文討論的程序組合以形成新的卡賓銀。

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給予有效量N-雜環卡賓的銀絡合物用于體外和體內醫療應用的遞藥方法由以下方法組成(或包括):氣霧劑、生物可降解聚合物、聚合物膠束、水凝膠類型材料、樹枝狀高分子和改性C-60富勒烯。卡賓銀絡合物的用量為0.01?μg-600?mg。用卡賓銀絡合物治療泌尿道感染的優選遞藥方法包括使卡賓銀絡合物溶入流體比如但不限于水或鹽水中。優選水和鹽水,因為它們與人體可相容,但根據應用也可使用其它流體。將卡賓銀絡合物溶液通過器械比如但不限于導尿管滴注入膀胱內。成年人的正常大小膀胱是500-600?mL。用于治療泌尿道感染的優選流體量是1-600?mL,另一種優選范圍是25-450?mL,另一種優選范圍是80-300?mL。卡賓銀絡合物在流體中的優選濃度是0.01-1000?μg/mL,另一種優選范圍是0.5-100?μg/mL,另一種優選范圍是1-25?μg/mL。

關于泌尿道感染,術語治療(treating)和/或治療(treatment)包括解決現有泌尿道感染和/或預治療膀胱以預防泌尿道感染發病。此類預治療將有益于面臨泌尿道感染危險的患者。因泌尿道感染而預治療膀胱包括與治療相同的膀胱填充方法,但頻率較低。例如,實施清潔(clean)間斷導尿的患者將堅持定期方案,比如但不限于每月一次、每周一次或每天一次。

為了證明本發明的實施,合成由式101和102代表的兩種N-雜環卡賓,如下描述測試抗微生物性質。這些化合物可參考式4顯示:

其中R1是羥基乙基或羥基丙基,R2是氫原子。合成這些卡賓101和102是通過使2,6-雙-(咪唑甲基)吡啶與2-碘乙醇或3-溴丙醇反應以提供式101和102的化合物。

這些化合物的IR譜顯示O-H伸縮譜帶振動,3325?cm-1。在硝基芐基基質中獲得的這些化合物的FAB-MS譜顯示在m/z?456的[51][I]+?(C17H23N5O2I)和在m/z?436的[52][I]+?(C19H27N5O2Br)。這些化合物容易地與Ag2O反應,以高收率形成式103和104代表的銀-雙(卡賓)鉗狀絡合物。

式103和104代表的化合物的形成通過這些化合物的1H?NMR譜中9.13?ppm、9.36?ppm的咪唑質子的損失和這些化合物的13C?NMR譜中181?ppm出現的共振證實。化合物103的形成和結構的其它證據通過X-射線晶體學提供。

式103代表化合物的無色晶體通過緩慢蒸發式103代表化合物的甲醇溶液獲得。有趣的是,式103代表化合物在水性甲醇中發生完全陰離子交換,用氫氧化物陰離子置換碘陰離子。在固態,式103代表化合物作為如圖1顯示的一維線性聚合物存在。圖1是式103代表化合物的熱橢圓體圖,以30%概率水平畫出熱橢圓體。為清楚起見圖1已省略氫原子。

銀原子處的幾何形狀接近線性,C5-Ag1-C15鍵角為174.7(4)°,Ag1-C5和Ag1-C15鍵距分別為2.108(11)埃和2.060(13)埃。質譜提示在溶液和在氣相中式103代表化合物作為單體存在,而X-射線晶體學顯示式103代表化合物在晶體中是聚合物。

式103代表化合物與水性六氟磷酸銨的陰離子交換反應導致形成式105代表的化合物。在固態,式105代表的化合物作為二聚體存在,如圖2顯示。圖2是式105代表化合物的熱橢圓體圖,以30%概率水平畫出熱橢圓體。為清楚起見圖2已省略氫原子。銀原子的幾何形狀接近線性,具有C32-Ag1-C5?(175.7(4)°)、C22-Ag2-C17?(174.6(3)°)鍵角,和Ag1-C32?(2.070(9)埃)、Ag1-C5?(2.091(9)埃)、?Ag2-C22?(2.064(9)埃)、Ag2-C17?(2.074(8)埃)鍵長。陰離子的性質對式103代表化合物與式105代表化合物相比的結構改變很重要,陰離子的選擇對這些化合物的溶解度具有顯著影響。例如,式103代表的化合物可溶于水性介質,而式105代表的化合物則否。表1給出這兩種化合物晶體數據的總結。

表1:

經驗式 103, C17H22N5O3Ag 105, C34H42N10O4AgP2F12 式量 434.0735 868.1481 溫度(K) 100 100 波長(?) 0.71073 0.71073 晶系, 空間群, Z 正交晶, P2(1)2(1)2(1), 4 單斜晶, P2(1)/c, 8 晶胞尺度 ? ? a (?) 4.5586(17) 10.9448(14) b (?) 14.900(6) 22.885(3) c (?) 29.923(12) 17.729(2) α (o) 90 90 β (o) 90 92.196(2) γ (o) 90 90 V (?3) 2032.5(14) 4437.4(10) Dcalc (Mg/m3) 1.422 1.737 吸收系數(mm-1) 1.010 1.055 數據收集的θ范圍(o) 1.36-24.99 1.45-25.00 收集的反射/單值 6300/3506 [R(int) = 0.0650] 20811/7757 [R(int) = 0.0437] F2的擬合優度 1.034 1.058 最終R指數[I>2σ(I)] 0.0655 0.0956 R指數(所有數據) 0.1410 0.2491 最大差異峰和孔(e ?-3) 0.954和-0.875 2.069和-1.230

評價式103和55代表的化合物作為抗微生物劑的有用性。用標準瓊脂板覆蓋法獲得如表2呈現的藥敏數據。在該測試中,用20?μL已知濃度的銀化合物浸濕6?mm直徑的濾紙圓盤,置于瓊脂板中的生物體菌苔上。在過夜培養后測量其中生物體的生長被測試溶液抑制的區域的直徑,作為銀化合物的相對抗微生物活性的量度。測試生物體是大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌。使用的參考標準物是硝酸銀,而式101和102代表的化合物用作陰性對照。

表2:?銀化合物的抗微生物活性

數據證實化合物103和105具有與硝酸銀可相比水平的抗微生物性質,如表2顯示。發現鉗狀配體,化合物101和102,不具有抗微生物活性。

還根據最小抑制濃度測定法(MIC)測試銀化合物。MIC是用于評價抗微生物劑的細菌抑制活性的標準微生物學技術。在這種情況下,MIC基于可利用的銀總量而不是銀離子濃度。測試銀化合物103和105各自的0.5%?(w/v)溶液。使銀絡合物溶于培養基(LB肉湯)后,在所有樣品中都觀察到AgCl沉淀物。評價銀絡合物溶液上清液部分的稀釋系列的活性,每天加入恒定體積的新鮮生長的生物體(20?μL)。將大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌再次用作測試生物體。MIC通過肉眼檢查培養基的生長(+)或不生長(-)而獲得,如表3報道。在表3中,DF是稀釋因子。從結果可推斷化合物103和105比硝酸銀更少地與氯離子結合,這是因為Ag-C供體配體鍵的穩定性。因此,化合物103和105顯示比硝酸銀更好的抗微生物活性。當考慮體內應用銀化合物時,這是化合物103和105期望的性質。應注意,雖然使用相等重量的銀化合物,由化合物103和105釋放的銀離子量是由硝酸銀釋放的銀離子量的約2.7分之一。

表3:?銀化合物上清液(較少氯化銀)的MIC結果

雖然不希望基于任何特定理論達到專利性,據信化合物103和105的活性和穩定性,以及它們在水中的溶解度,可歸因于Ag-C供體配體鍵隨著時間推移相對緩慢地分解為銀金屬和銀離子。

當如上文描述但在不溶性氯化銀的存在下重復MIC試驗時,銀化合物的活性提高,硝酸銀更好地發揮功能,如表4顯示。先前已報道氯化物的存在促進生物體敏感菌株中的銀毒性。

表4:?氯化物(作為氯化銀)在銀化合物殺菌活性中的效應

確定最小致死濃度以評價式103和105代表化合物的殺菌性質。使用具有最低Ag化合物濃度的培養基的澄清(無生長)部分,通過用滅菌環將0.01?mL溶液劃在瓊脂板上接著在37℃培養24-48小時。對菌落肉眼計數,最小殺菌濃度(MBC)的端點是在瓊脂板上無生長。與至多到培養和MBC試驗的第7天的硝酸銀相比,測試化合物顯示改善的殺菌效應,在培養和測試銀化合物第10天后觀察到無生長。而不管事實是在培養期自始至終每天都將新鮮生長的生物體加入含有銀化合物的培養基中。103和105的殺菌和抑菌性質據信是因為Ag-C供體(卡賓)配體鍵隨時間推移緩慢分解為銀金屬、銀離子、AgCl,和因為它們在水中的溶解度。

式103和105代表的烷醇N-官能化卡賓銀絡合物可溶于水性介質。此外,已證明它們是有用的抗微生物劑,它們在水中的溶解度使其成為可用于體內應用的優秀的銀化合物。銀絡合物在氯化物溶液中的溶解度和穩定性是限制銀絡合物體內應用的關鍵因素。

根據本發明另一方面,合成銀(I)咪唑環芳偕二醇絡合物106?[Ag2C36N10O4]2+?2(x)-,其中x?=?OH-,CO32-。MIC試驗顯示水性形式106的抗微生物活性小至具有大約相同量銀的0.5%?AgNO3有效性的2分之一。當通過靜電紡紗(技術)包裹到Tecophilic?聚合物內以獲得用納米纖維制備的墊時,106的抗微生物活性提高。纖維墊釋放銀納米微粒聚集物,并在長時間段內維持墊的抗微生物活性。通過包裹極大地改善式106代表化合物的殺菌活性速率,且銀的用量減少很多。75%的式106代表化合物的纖維墊(106/tecophilic)含有2?mg?Ag,其為16?mg?(0.5?%)?AgNO3的8分之一低,為磺胺嘧啶銀霜1?%?(10mg)的5分之一低。發現纖維墊以與0.5%?AgNO3相同的速率殺死金黃色葡萄球菌,在瓊脂板上零菌落,比磺胺嘧啶銀霜快約6小時。被測試并發現有效的接種物是大腸桿菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、黑曲霉菌和釀酒酵母。使用透射電鏡和掃描電鏡表征纖維墊。通過靜脈內給予大鼠評估配體(咪唑環芳偕二醇二氯化物)的急性毒性,LD?50為100?mg/Kg大鼠。

本發明的靜電紡成纖維可包裹銀(I)?N-雜環卡賓絡合物。銀(I)-N-鉗狀2,6-雙(羥基乙基咪唑甲基)吡啶氫氧化物——水溶性銀(I)卡賓絡合物107,其對一些臨床上重要細菌的抗微生物活性在上文描述。化合物107是略溶于無水乙醇但完全溶于甲醇的化合物實例。1型銀(I)卡賓絡合物在乙醇中的溶解度,通過改變與雙(咪唑甲基)吡啶化合物親核端偶聯的官能化基團而得到改善。雖然其中m?=?2和m?=?3的實施方案顯示于式107,m可具有至少為1的任何正整數值,優選m具有約1-約4范圍內的數值。而且,在不脫離本發明范圍的情況下可用上文描述的備選原料或前體制備期望的銀(I)卡賓絡合物。下文說明和描述的具體實施方案用于描述本發明的說明性目的。

其中(a)?m?=?2和(b)?m?=?3。

靜電紡紗是用于制備具有幾納米至超過微米直徑的纖維的通用方法,其通過產生聚合物溶液或聚合物熔體的帶電射流,該聚合物溶液或聚合物熔體伸長和固化。所得纖維可用于濾器、涂層模板、防護服、生物醫學應用、傷口敷料、藥物遞送、太陽帆、太陽能電池、催化劑載體和復合材料用強化劑。

咪唑?(NHC)環芳偕-二醇鹽108可通過使2,6-雙(咪唑甲基)吡啶與1,3-二氯丙酮反應制備,如下文方程式2顯示。當存在吸電子基團時,不預期優先于羰基形式形成作為偕-二醇的式108代表的鹽化合物。盡管不受理論的約束,據信作為偕-二醇形成式108代表的鹽化合物通過酸催化過程進行,觀察到溶液具有5-6?pH范圍的微酸性。

1H?NMR譜顯示在7.65?ppm作為寬峰的偕O-H的存在,在13C?NMR和IR光譜中都觀察到在式108代表的鹽化合物中不存在C=O。觀察到O-H伸縮振動在3387?cm-1,而C-O伸縮在1171?cm-1、13C?NMR化學位移在91?ppm。x-射線晶體學進一步提供式108代表的化合物的證據和結構,如圖24顯示。

根據方程式3說明的反應流程,使氧化銀(I)與式108代表的鹽化合物在甲醇中組合,以高收率得到式106代表的絡合物,為空氣和光穩定的黃色固體,這通過在1H?NMR譜9.35?ppm處咪唑質子的丟失證實。式106代表的絡合化合物的質子NMR顯示具有不容易指定的復雜峰的寬信號。再一次地,盡管不受理論的約束,這可能因為化合物在NMR時標的流變行為。

咪唑碳(NCN)的共振信號從138?ppm位移至13C?NMR譜的低磁場184和186?ppm,顯示Ag-C鍵的罕見偶聯。觀察到的大數值Ag-C偶聯常數(JAgC?=?211?Hz)與報道的109Ag核偶聯的范圍204?Hz-220?Hz一致。通常觀察到109Ag偶聯,因為與107Ag相比其敏感性更高。x-射線晶體學證實絡合物106的結構,其顯示于圖25,鍵距Ag1-C15?=?2.085(5)埃,Ag1-C31?=?2.077(5)埃,Ag2-C5?=?2.073(5)埃和Ag2-C21?=?2.072埃。觀察到微弱的Ag1-Ag2相互作用,具有3.3751(10)埃鍵長,比通常報道的Ag-Ag鍵范圍2.853-3.290埃長,但比Ag-Ag的范德華半徑3.44埃短。在銀金屬中Ag-Ag鍵距已知是2.888埃。C-Ag-C鍵角接近線性,C15-Ag1-C31鍵角為175.20(18)°和C21-Ag2-C5鍵角為170.56(18)°。

通過透射電鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)表征來自Tecophilic?和銀絡合物的靜電紡成纖維。在初紡纖維中觀察不到明顯的相分離,顯示于圖26,表明Tecophilic?與銀絡合物大體均勻的混合。分別對純Tecophilic??(100微米)、25:75銀絡合物106/Tecophilic??(30微米)和75:25絡合物106/Tecophilic??(60微米)通過掃描電鏡(SEM)測量纖維墊的厚度。用聚合物包裹絡合物106妨礙銀絡合物在水性介質中快速分解為銀離子或顆粒。當靜電紡成纖維暴露于水時,在聚合物基質中已觀察到在納米尺度形成銀顆粒。透射電鏡研究顯示納米銀顆粒在纖維中的活化是經過一段時間逐漸發生的過程。通過將初紡纖維暴露于水,絡合物106分解并釋放銀離子,銀離子聚集成納米尺度度量的銀顆粒。在暴露于水蒸氣30分鐘內,已觀察到銀顆粒聚集物的形成(如圖27顯示)。銀離子在水的存在下聚集,并且聚集物吸附在纖維表面上,這被認為是一種簡化機制,通過這種機制纖維墊釋放活性形式的銀用于其抗微生物活性。絡合物106的纖維在光和空氣中穩定幾個月,但對非常高濕度的環境敏感。

殺菌效應:

使用改良的Kirby?Bauer技術,將包裹絡合物106的靜電紡成Tecophilic?纖維墊和作為對照的純靜電紡成Tecophilic?纖維置于瓊脂板的生物體菌苔上,在35℃培養過夜。使用的接種物是臨床上感興趣的革蘭氏陽性和革蘭氏陰性原核生物(大腸桿菌、銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌)。使用的真菌是白色念珠菌、黑曲霉菌和釀酒酵母。殺菌活性顯示在35℃瓊脂板培養過夜后在纖維墊內和周圍的抑制亮區。在25℃培養48小時后觀察到殺真菌活性。作為對照的純Tecophilic?纖維墊顯示無生長抑制(見圖28)。當纖維墊的組成從75%絡合物106和25%?Tecophilic?改為25%絡合物106和75%?Tecophilic?時,在纖維墊周圍的抑制亮區未觀察到直徑的明顯差異。75%?(絡合物106/Tecophilc?)纖維墊抑制區的直徑是4.00?mm,而25%?(絡合物106/Tecophilc?)的是2.00?mm。兩種類型纖維墊之間抑制區直徑的差異與兩種纖維墊中存在的銀量(3:1比率)無線性關系。這些結果進一步顯示Kirby?Bauer技術作為定量工具確定藥物的抗微生物活性的限制性。銀離子的擴散能力可能受次級銀化合物形成的限制。離子銀已知與生物配體比如核酸、蛋白質和細胞膜發生配體交換反應。

當將一片纖維墊置于5?mL蒸餾水中并暴露于光4天時,在試管底部觀察到一些銀顆粒的沉積。銀顆粒從纖維墊表面瀝濾到溶液中隨時間推移逐漸發生。納米-銀顆粒從絡合物106的初紡墊釋放入水性介質中,導致對絡合物106初紡纖維墊關于時間的殺滅動力學(殺菌活性)的研究,通過將其與硝酸銀和磺胺嘧啶銀1%霜或廣泛使用的臨床藥物燒傷寧(?SSD)比較。用于本研究的兩種類型纖維墊組成75:25?(Ag的量=?424?μg/mL)和25:75?(Ag的量=?140?μg/mL)都顯示比SSD?(Ag的量=?3020?μg/mL)更快的殺滅率。具有3176?μg/mL?Ag的硝酸銀(0.5%)顯示與銀濃度為硝酸銀8分之一的絡合物106/tecophilic?75:25?(Ag?=?424?μg/mL)大約相同的殺滅率(見圖29)。銀化合物的殺菌活性對銅綠假單胞菌比對金黃色葡萄球菌更快。纖維墊殺菌比燒傷寧更快和更好。

檢查作為接種生物體體積函數的絡合物106初紡墊的抑菌和殺菌活性的時間依賴性。?每天接種(25?μL)新鮮生長的生物體,經過1周絡合物106的纖維墊對銅綠假單胞菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌顯示有效的殺菌活性。這指示經過一段長時間初紡纖維墊維持連續釋放活性銀物質。作為對照的純Tecophilic?墊在培養24小時內顯示無抗微生物活性。在用超過200?μL?(2×107)新鮮生長的生物體接種后經過2周,具有75%絡合物106/tecophilic組成的絡合物106初紡墊對銅綠假單胞菌顯示比25%絡合物106/tecophilic更好的殺菌效應。在每天將LB肉湯溶液劃在瓊脂板上10天后對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌觀察到抑菌活性。肉眼檢查培養的溶液顯示無生物體生長。

用最小抑制濃度(MIC)試驗研究108、絡合物106和AgNO3在水性LB肉湯中的殺菌活性。在培養24小時后絡合物106和AgNO3的殺菌活性和MIC大體上無差異,如表5顯示。但是,在培養48小時后,硝酸銀在為絡合物106的2分之一的濃度(838?μg/mL)顯示更好的抗微生物活性。

表5:?比較AgNO3和絡合物106活性的MIC結果,兩種具有大約相同量的銀

DF是稀釋因子(1?mL);+?=生長;?-?=無生長。將每mL各化合物的銀量(μg)計算為(Ag分子質量/化合物的式量)×wt?%。

未測定磺胺嘧啶銀的MIC值,這是因為該溶液的渾濁性質,所用濃度的108顯示無抗微生物活性。在MIC試驗中觀察到具有最低濃度絡合物106?(209?μg/mL)和AgNO3?(216?μg/mL)的稀釋液顯示在培養24小時后瓊脂板上生長相同集落數目的金黃色葡萄球菌。25%絡合物106/tecophilic纖維墊具有最低濃度的Ag,140?μg/mL?(見表6),并維持釋放可生物利用的活性銀物質幾天。每天增加接種物的體積觀察到無生物體生長。

表6:?顯示用于動力學研究的銀化合物的細節

SSD:?1%磺胺嘧啶銀霜。

因此,在非常低濃度的Ag顆粒情況下,通過包裹在合適的聚合物纖維中,將絡合物106的抗微生物活性提高更長時間。具有424?μg/mL銀的纖維墊75%?(絡合物106/tecophilic)的殺菌活性,Ag濃度為AgNO3?(3176?μg/mL)?8分之一,不僅顯示與硝酸銀同樣快的殺滅率,還保持LB肉湯原來的顏色,澄清黃色溶液,與使LB肉湯染色變為暗褐色的硝酸銀不同。磺胺嘧啶銀霜不容易溶于水性LB肉湯,因此影響其殺菌活性速率。

包裹絡合物106的纖維墊的抗微生物活性可視為活性銀物質的組合,這些活性銀物質可包括AgCl2-離子、Ag+離子簇、AgCl和游離Ag+離子。理論上,活性銀顆粒在溶液中的緩慢釋放導致迅速形成氯化銀。更多氯陰離子作為主要反離子存在將進一步導致形成荷負電的[AgyClx]n-離子物質(其中y?=?1,?2,?3…等;?x?=?2,?3….(y+1);?n?=?x-1)。已形成[AgI3]2-,?[Ag2I4]2-,?[Ag4I8]4-和[Ag4I6]2-類型的陰離子銀絡合物。陰離子銀氯化物物質的形成可不限于在溶液中瀝濾的銀顆粒聚集物,還可見于纖維墊表面上,如圖30的SEM圖像顯示。已知陰離子銀二氯化物可溶于水性介質,因此可生物利用。已報道陰離子銀鹵化物對敏感菌株和耐藥菌株細菌都有毒性。活性銀物質吸附在墊中的纖維網絡上是纖維墊的優點,以增加活性銀物質的表面積,超過常規使用的水性銀離子。這種機制可能解釋纖維墊在水性介質中的有效殺菌活性,即使是在與無包裹形式的絡合物106相比這樣低濃度銀的情況下。雖然絡合物106略溶于水,但在水性介質中已觀察到其發生迅速分解。因此,絡合物106殺菌活性的下降歸因于活性銀物質在LB肉湯培養基中利用度差,這可能因為形成次級銀化合物尤其是AgCl。

急性毒性評估:

通過大鼠尾部靜脈內給予溶于緩沖鹽水溶液的108進行LD?50評估。使用平均重量500克的成年大鼠。每周遞增給予0.3?mL劑量(5?mg,?50?mg)。小心地檢查大鼠的劑量-反應作用。在給予50?mg?108后10分鐘發生死亡,此時50%大鼠顯示死亡前的強烈抽搐。尸檢報告顯示死亡大鼠肺出血和腦出血,診斷為中風。觀察到存活大鼠體重減輕,食欲明顯喪失,排尿少。發現LD?50評估為100?mg/Kg大鼠。

具有官能化基團的108的合成幫助定制銀(I)咪唑環芳偕二醇在納米纖維內的包裹。已顯示纖維墊改善銀(I)-n-雜環卡賓絡合物對接種物的抗微生物活性,以燒傷寧8分之一的濃度在LB肉湯培養基中具有快于燒傷寧的殺滅率。銀N-雜環卡賓絡合物的包裹增加活性銀物質的生物利用度,還減少銀的用量。比起供應水形式的銀,包裹在納米-纖維中的銀(I)卡賓絡合物已證明是將銀離子持續和有效遞送更長時間段的有希望的材料,具有最大的殺菌活性。相比未包裹形式,其經常涉及0.5%硝酸銀中的銀量,用這種包裹技術減少抗微生物活性需要的銀量。而且,纖維墊保持LB肉湯原來顏色的能力是主要的美容好處。評估配體對大鼠的急性毒性顯示LD50為100?mg/Kg大鼠,這是被視為中度毒性的數值。

除了有用的抗微生物或抗細菌性質以外,據信本發明可抑制真菌生長,還抑制病毒生長。本發明的物質組合物和方法還預期經過任何已知媒介將銀遞送至一定位置,包括但不限于通過肺吸入、將液體直接應用于眼睛,和直接應用于膀胱感染,或任何其它類型的局部應用。

一般實驗:

氧化銀(I)、磺胺嘧啶銀和1,3-二氯丙酮購自Aldrich。丙酮、乙腈、甲醇、乙醇、六氟磷酸銨和生物體:釀酒酵母(ATCC?2601)、白色念珠菌(ATCC?10231)、黑曲霉菌(ATCC?16404)、大腸桿菌(ATCC?8739)、銅綠假單胞菌(ATCC?9027)、金黃色葡萄球菌(ATCC?6538)購自Fisher。所有試劑都不進一步純化即使用。紅外光譜記錄在Nicolet?Nexus?870?FT-IR光譜儀上。1H和13C?NMR數據記錄在Varian?Gemini?300?MHz儀器上,獲得的光譜參比氘化溶劑。質譜數據記錄在具有陽離子極性的ESI-QIT?Esquire-LC上。TEM圖像在120?KV下記錄在FEI?TE?CNAI-12透射電鏡(TEM)上。

咪唑環芳偕-二醇二氯化物的合成:

將含有0.24克(1.0?mmol)?2,6-雙(咪唑甲基)吡啶和0.254克(2.0?mmol)?1,3-二氯丙酮在60?mL乙腈中的溶液在75℃攪拌8小時,過濾后獲得呈褐色固體的108。產量0.9?mmol,收率是89.6%。通過從乙腈/水中緩慢蒸發獲得108?PF6鹽的無色晶體。熔點是175-178℃。1H?NMR?(300?MHz,?DMSO-d6):?δ?4.68?(s,?4?H,?CH2C(OH)2CH2),?5.67?(s,?4?H,?CH2),?7.40,?(s,?2?H,?NC(H)CH),?7.47?(d,?2?H,?J?=?7.8?Hz,?m-pyr),?7.65?(s,?2?H,?C(OH)2),?7.89?(s,?2?H,?NCHC(H)),?7.94?(t,?1H,?J?=?7.8?Hz,?p-pyr),?9.34?(s,?2?H,?NC(H)N).?13C?NMR?(75?MHz,?DMSO-d6):?δ?51.8,?55.2,?91.1,?120.5,?122.0,?123.9,?138.0,?138.8,?152.6.?ESI-MS?m/z:?384?[M2+2Cl-],?348?[M2+Cl-].?FTIR?(Nujol,?cm-1):?3387,?3105,?1597,?1564,?1439,?1346,?1171,?1085,?996,?755.?分析計算值:?C,?48.54;?H,?4.41;?N,?16.94;?Cl,?17.13.?實測值:?C,?48.33;?H,?4.32;?N,?16.71;?Cl,?16.76。

兩核銀卡賓環芳偕-二醇氫氧化物的合成:

將0.232克(1.0?mmol)氧化銀(I)和0.366克(0.9?mmol)?108在70?mL甲醇中的組合在室溫攪拌50分鐘。濃縮濾液以獲得呈黃色固體的絡合物106。通過緩慢擴散,從含有碳酸鹽摻料的乙醇中獲得絡合物106的單晶。

產量:0.618克,?0.738?mmol,?82%。熔點是202-204℃。ESI-MS?m/z:?400[0.5M2+],?801[2M+],?837[2M+2OH-].?FTIR?(Nujol,?cm-1):?3415,?3105,?1596,?1564,?1439,?1344,?1169,?1084,?1028,?996,?758.?13C?NMR?(75?MHz,?DMSO-d6):?δ?48.6,?51.1,?53.8,?92.1,?119.9?(J?=?1.4?Hz),?121.6,?128.6,?137.8(J?=?2.4?Hz),?154.2,?184.9?(J卡賓-Ag?=?211?Hz).?分析計算值:?Ag,?24.54;?C,?43.79;?H,?4.20;?N,?15.24.?實測值:?C,?43.15;?H,?4.22;?N,?14.89。

靜電紡成纖維:

使Tecophilic?溶于9:1比率的乙醇和四氫呋喃混合物中。將絡合物106在乙醇中的溶液與Tecophilic?預制溶液混合。制備具有絡合物106與Tecophilic?之間不同重量比的溶液。比率為0/100、25/75和75/25。將絡合物106和Tecophilic?的溶液保持在移液管中。在溶液滴表面至接地集電極之間,大約20?cm的距離,施加15?KV電勢差。透射電鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)用于表征初紡纖維和暴露于水的纖維。

抗微生物試驗:

將無菌LB肉湯計量(5?mL)入無菌管內。將菌環量的靜止相培養的微生物(大腸桿菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌)引入裝有LB肉湯溶液的管內。將混合物在35℃在振蕩培養箱中培養過夜。用靜止相培養的真菌(白色念珠菌、釀酒酵母、黑曲霉菌)進行相同程序,在室溫不振蕩培養72小時。

纖維墊測試:

將恒定體積(25?μL)新鮮生長的生物體置于LB瓊脂板上和生長以獲得生物體菌苔。將絡合物106和純Tecophilic的纖維墊(2.0?cm×2.0?cm)置于LB瓊脂板的細菌(大腸桿菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌)菌苔上,在35℃培養過夜。通過肉眼檢查纖維墊區域內和周圍的生長和無生長來觀察殺菌活性。將大約相同尺寸的纖維墊置于真菌(白色念珠菌、釀酒酵母、黑曲霉菌)菌苔上,在室溫培養48小時。測量亮區的直徑。

最小抑制濃度(MIC)試驗:

通過將1?mL新鮮制備的銀化合物(具有等量銀顆粒)原液轉移入裝有2?mL?LB肉湯的無菌培養管內,標記為A,進行系列稀釋以獲得一定范圍的濃度。將1?mL充分混合的A溶液轉移至裝有LB肉湯的培養管B內。重復相同程序以獲得管C、D和E的稀釋溶液。通過肉眼檢查用25?μL生物體接種的、標記為A-E的上述濃度銀化合物的生長/無生長確定MIC。在35℃培養過夜后無生物體生長,第二天將另外80?μL新鮮生長的生物體加入各培養基并在相同溫度下培養。

殺菌活性的動力學試驗:

將相等體積(5?mL)?LB肉湯計量入無菌培養管內,將100?μL金黃色葡萄球菌接種入裝有硝酸銀(12.8?mg,?25?mg)、磺胺嘧啶銀(20?mg)、11.3?mg絡合物106/Tecophilic?(25:75)和11.4?mg絡合物106/Tecophilic?(75:25)纖維墊的各管內。在35℃培養混合物,通過將1菌環的各種混合物劃在瓊脂板上經過一段時間檢查殺菌活性。然后將瓊脂板在37℃培養過夜,對形成的生物體菌落數計數。用100?μL銅綠假單胞菌重復相同程序。

動物研究:

將得自Harlan?Sprague?Dawley?(Indianapolis,?IN)的雄性Sprague?Dawley成年大鼠(400-500克體重)圈養在Akron大學動物實驗室中。保持溫度和濕度恒定,光/暗周期是6.00?am-6.00?pm:光,?6.00?pm-6.00?am:暗。食物得自Lab?diet?5P00,?Prolab,?PMI?nutrition,?Intl.?(Bretwood,?Mo.),無限制提供水。用乙醚麻醉動物,以用27規格(gauge)注射針以0.3?mL無菌鹽水體積將化合物注入尾靜脈內。配體的劑量是5?mg和50?mg。在實驗的最后劑量給藥,處死動物,取出肝、肺、腎和心組織,在-70℃冷凍。每天收集尿液樣品用于后來檢查化合物分配。這些研究得到University?of?Akron?Institutional?Animal?Care?and?Use?Committee?(IACUC)批準。

X-射線晶體學結構確定:

晶體數據和結構精化參數包含在支持信息中。將108和絡合物106的晶體各自涂覆在石蠟油中,固定在kyro環上,在氮氣流下放在測角器上。用Mo?Kα輻射(λ?=?0.71073埃)在Brucker?Apex?CCD衍射儀上在100?K溫度下收集X-射線數據。用SAINT軟件對強度數據求積分,用SADABS應用經驗吸收校正。通過直接方法求解108和絡合物106的結構,用全矩陣最小二乘程序精化(refine)。所有非-氫原子都用各向異性置換(anisotropic?displacement)精化。

另外的實施方案:

在另一個實施方案中,本發明涉及N-雜環卡賓的金屬絡合物,其含有抗真菌和/或抗微生物部分和/或基團,該部分和/或基團組合一種或多種選自以下的另外的活性部分和/或基團:氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。在還有另一個實施方案中,本發明涉及N-雜環卡賓的金屬絡合物,其含有抗真菌和/或抗微生物部分和/或基團,該部分和/或基團組合兩種或多種選自以下的另外的活性部分和/或基團:氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。

此類雙、三或更高作用化合物可用下文顯示的式301-305代表的化合物代表:

其中R1、R2、R3、R4、R6和R7,如果存在,各自獨立選自氫;羥基;C1-C12烷基;C1-C12取代的烷基;C3-C12環烷基;C3-C12取代的環烷基;C2-C12烯基;C3-C12環烯基;C3-C12取代的環烯基;C2-C12炔基;C6-C12芳基;C5-C12取代的芳基;C6-C12芳基烷基;C6-C12烷基芳基;C3-C12雜環;C3-C12取代的雜環;C1-C12烷氧基;C1-C12醇;C1-C12羧基;聯苯基;C1-C6烷基聯苯基;C2-C6烯基聯苯基;C2-C6炔基聯苯基;或者鹵素(如氯、氟、溴等),其中R5選自氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。

在另一個實施方案中,本發明化合物是“三作用”化合物,因為包含兩種選自下列的活性取代基:氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。在本實施方案中,R1、R2、R3、R4、R6或R7其中之一選自氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N,其中其余R1、R2、R3、R4、R6和R7基團各自獨立選自氫;羥基;C1-C12烷基;C1-C12取代的烷基;C3-C12環烷基;C3-C12取代的環烷基;C2-C12烯基;C3-C12環烯基;C3-C12取代的環烯基;C2-C12炔基;C6-C12芳基;C5-C12取代的芳基;C6-C12芳基烷基;C6-C12烷基芳基;C3-C12雜環;C3-C12取代的雜環;C1-C12烷氧基;C1-C12醇;C1-C12羧基;聯苯基;C1-C6烷基聯苯基;C2-C6烯基聯苯基;C2-C6炔基聯苯基;或者鹵素(如氯、氟、溴等),其中R5選自氟喹諾酮化合物或其衍生物;類固醇或其衍生物;抗炎化合物或其衍生物;抗真菌化合物或其衍生物;抗細菌化合物或其衍生物;拮抗劑化合物或其衍生物;H2受體化合物或其衍生物;化療化合物或其衍生物;腫瘤抑制化合物或其衍生物;或C1-C16烷基雜原子基團,其中雜原子選自S、O或N。在本實施方案中,連接于化合物301至305的兩種活性取代基應當不同。

一種上述化合物的一個實例在圖31顯示,式301的多官能SCC,其中R1至R4由甲基構成,R5羧酸酯是布洛芬。通過用1當量1,3,7,9-四甲基黃嘌呤碘化物和2當量銀(I)布洛芬鹽在甲醇中攪拌實現SCCI?IBU的合成。在1.5小時后通過Celite?從反應混合物過濾黃色沉淀物。收集濾液,通過旋轉蒸發除去揮發物。將粗固體在乙醚中攪拌以得到呈白色固體的SCCI?IBU。

表7?-?功效數據

應當明白本發明通過給予N-官能化卡賓銀絡合物非常有效地提供抑制微生物生長的方法。因此,應理解任何變體顯然落在要求保護的發明范圍內,所以可在不脫離本文公開和描述的發明主題的情況下確定具體組成要素的選擇。

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