V ol . 22N o . 1第22卷 第1期天津师范大学学报(自然科学版)
2002年3月Journal of T ianjin N or m al U niversity (N atural Science Editi on ) M ar . 2002
文章编号:167121114(2002) 0120006205
磺酰胺类化合物的抑菌活性和量子化学计算
丁 峰1, 张姝明1, 王瑾玲1, 1, Ξ
(1. 天津师范大学化学与生命学院, 天津300074; 2. , )
摘 要:利用单片纸碟法测定了4, 测定结果与抑制AL S . , 讨论了前线轨道能量、, . 抑菌活性; 量子化学计算:. 15, S 482. 4 文献标识码:A
0 引言
稠杂磺酰胺类除草剂是由美国陶氏益公司发现的以乙酰乳酸合成酶为靶标的涉及丙酮酸与T T P 的混合型抑制剂. 它对酶的结合点是竞争, 而对基质或辅因子, 不产生竞争作用, 通过对乙酰乳酸合成酶的抑制, 阻碍植物体内支链氨基酸的生物合成, 最终导致杂草死亡[1]. 文献[2]已报道了磺酰胺类化合物对AL S 的
抑制活性, 本文报道利用M O PA C 程序对4种磺酰胺类化合物(结构式如图1) 进行量化计算, 以及利用单片纸碟法测定它们对革兰氏阳性和阴性菌的抑制活性.
A 苯磺酰2(2, 42二氯) 苯胺
B 苯磺酰邻苯二甲酰亚胺C 对甲苯磺酰(1, 52二甲基222D 苯磺酰(1, 52二甲基22232
苯基232吡唑啉酮242) 胺吡唑啉酮242) 胺
图1 4种磺酰胺类化合物的结构式
1 实验部分
1. 1 试剂及仪器
药品:琼脂、牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、氢氧化钠、蒸馏水. 化合物A , B , C , D 的合成按文献[2]进行. 仪器:小型灭菌高压锅; 保温箱; 高150mm 、直径20mm 试管100支; 9c m 培养皿100套; 镍丝接种环一支; 接种架一套; 酒精灯; 超净台. 1. 2 抑菌活性测定步骤
所有步骤均在超净台上或灭菌室中完成.
(1) 制备琼脂培养基、琼脂培养液、血平皿、药皿片.
(2) 将革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S tap hy lococcus au reus ) 和革兰氏阴性菌大肠杆菌(E scherich ia coli )
Ξ收稿日期:2001210216
3基金项目:天津市21世纪青年基金(003700711) , 天津市自然科学基金资助项目(003601711) .
作者简介:丁峰(19772) , 女, 江苏扬州人, 硕士研究生, 研究方向:物理化学.
第22卷 第1期 丁峰, 等:磺酰胺类化合物的抑菌活性和量子化学计算・7・
两种菌种接种, 活化3次后接于琼脂培养液中, 于37±1℃保温箱中放置16h 后取用.
(3) 将化合物配制成不同质量浓度的溶液(溶剂:DM F ) , 取溶液0. 2mL 于20个药皿片中(平均每片占有药液0. 01mL ) 于37±1℃保温箱中放置48h 后取用.
(4) 将药皿片平铺于血平皿上, 平行3次, 倒置血平皿于37±1℃保温箱中放置24h (抑菌环为琼脂培养基上透明的圆环, 未生长细菌) .
2 结果与讨论
2. 1 活性测定结果
(1) 化合物A , B , C 和D (A , B, C, D ) 质量浓度对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌环直径(单位:mm )
Θ(样品) (g ・L -1) 15. 10. 7. 5. 0 0 5 0 A 9. 8. 7. 8. 0580B 9. 11. 8. 7.
0277
C 7. 9. 7. 9. 7803D 8. 9. 11. 8.
72332
2～12看, 4
和金黄色葡萄球菌方面效果比较好, 但化合物的抑菌效果并不随着浓度的增大而加强, 而是在一定浓度范围内有一个最佳抑
A 8. 6. 9. 8. 8053B 9. 9. 8. 7. 0788C 7. 8. 9. 7. 8377
D 8. 7. 7. 7. 5877菌浓度, 这时抑菌效果最好, 抑菌环最大
(化合物A 对大肠杆菌抑菌效果及化合物D 对金黄色葡萄球菌抑菌效果除外) .
(2) 化合物A 对大肠杆菌的抑菌环直径随着化合物质量浓度的增加而减小, 到达最小后抑菌效果又有所增强, 形成了波谷; 化合物D 对金黄色葡萄球菌抑菌效果并不明显.
(3表示12小时抑菌作用抑菌环大小, —表示无抑菌作用)
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(3) 间位二氯取代芳环类的磺酰胺的抑菌效果最好, 最大抑菌环直径达到14. 0mm (质量浓度在2. 5g L 时) , 杂环类的次之(化合物B 在10g L 时抑菌环直径11. 2mm , 化合物C 在10g L 时抑菌环直径9. 8mm , 化合物D 在7. 5g L 时抑菌环直径11. 3mm ) . 当苯磺酰基对位有甲基取代时, 不能显著提高活
性. 因此, 这4种化合物的抑菌活性大小顺序为A >B >D >C , 这与它们的油菜试法和抑制AL S 活性大小顺序保持一致[2], 同时也进一步证实了可以通过简单的对大肠杆菌的生物活性测试来预示化合物抑制AL S 活性的大小顺序[3]. 2. 2 量子化学计算
利用Sybyl 6. 3程序的Build . 再用Edit 建立4种化合物结构式, 进行分子力学优化得到最低能量构像分子轨道能量、原子净电荷等. 化合物原子M O PA C 下的P M 3软件进行量子化学计算, 得到分子轨道系数、编号如图3所示
.
图3 4个磺酰胺类化合物的结构式及原子编号
表2列出了各原子在轨道中所占百分比(%) 及前线轨道能量, 表3列出了化合物各原子净电荷.
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表2 各原子在轨道中所占百分比(%) 及前线轨道能量
原子轨道名称
HOM O 21
A C 15 17. C 16 6. C 17 3. C 18 28. C 19 7. C l 25 9. C l 27 .
[***********][1**********]6 B C 10 8. C 11 6. C 12 34. C 13 . C 1531. 25 1.
[**************] C 35. 118. 9. C 1327. C 146. 157. O 22 1.
[1**********]1
921170
D 101113C 1427. 26. 22.
542467
88355149
C 1 10. C 2 24. N 8 26. N 9 1. O 22 6. N 25 26.
[***********]
[1**********]0
HOM O 13 6. C 18. C 16 12. C 17 13. C 19 10. C l 25 17. C l 27 15.
[***********]
[1**********]863
C 10 C 11 C 13 C 14
26. 23. 26. 23.
[1**********]3
20637675
C 1 10. C 2 24. N 8 26. N 9 1. O 22 7. N 25 26.
[***********]
[1**********]9
C 1 10. C 3 11. C 5 11. C 6 11. C 8 16. O 18 9. O 22 9.
[***********]355
[1**********]820
LUM O C 2 8. C 3 16. C 4 8. C 6 17. C 14 9. C 17 7. S 20 7.
[***********]725
[1**********]396
C 4 28. C 5 14. C 6 2. C 7 27. N 8 3. C 26 9. C 27 6.
[***********]897
[1**********]301
C 4 28. C 5 14. C 7 27. N 8 3. C 26 9. C 27 6.
[***********]
[1**********]9
LUM O +1C 3 12. C 6 12. C 14 17. C 16 9. C 17 16. C 19 11.
[***********]
[1**********]9
C 1 7. N 2 19. C 3 6. C 12 7. S 2325. O 24 6.
[***********]
[1**********]1
C 11 11. C 12 22. C 13 7. C 14 6. C 15 24. S 18 9. N 25 6.
[***********]620
[1**********]272
C 11 11. C 12 22. C 13 7. C 14 5. C 15 22. S 18 9. N 25 6.
[***********]956
[1**********]919
表3 化合物各原子净电荷
化合物
A
化合物各原子静电荷
C 1 -0. 1319 C 3 -0. 5876 C 5 -0. 1321 C 6 -0. 0438 N 13 -0. 4121 C 17 -0. 1015C 19 -0. 1330 S 20 2. 2846 O 21 -0. 8661 O 22 -0. 8350
C 1 0. 3232 N 2 -0. 4445 C 3 0. 3388 C 8 -0. 1570 C 9 -0. 1548 C 10 -0. 1245 C 12 -0. 6005C 14 -0. 1258 O 18 -0. 2606 O 22 -0. 2900 S 23 2. 3522 O 24 -0. 8326 O 25 -0. 8091
C 1 -0. 1467 C 2 -0. 2754 C 3 0. 2538 C 4 -0. 1134 C 10 -0. 1345 C 12 -0. 5585 C 14 -0. 1292S 18 2. 2852 O 22 -0. 3286 O 23 -0. 8186 O 24 -0. 8448 N 25 -0. 3470 C 26 -0. 1004
C 1 -0. 1463 C 2 -0. 2759 C 3 0. 2541 C 4 -0. 1135 C 10 -0. 1326 C 12 -0. 5505 C 14 -0. 1278S 18 2. 2825 O 22 -0. 3300 O 23 -0. 8169 O 24 -0. 8435 N 25 -0. 3462 C 26 -0. 1003
B
C
D
由表2和3的结果可以看出:
(1) 由于化合物的生物活性与分子的前线轨道及附近轨道的性质有关, HOM O 与LUM O 的能级差能够决定化合物反应活性的高低[4], 具有较大的∃%时电子不容易发生跃迁, 活性相应也就弱. 从表3可以看出化合物∃%的顺序为A
・10・天津师范大学学报(自然科学版) 2002年3月
(2) 由表2可以看出, 抑菌活性较高的化合物A 的2, 42二氯苯胺基团在HOM O , HOM O 21轨道中占主要成分(N 13, C 15, C 16, C 17, C 18, C l 25和C l 27所占总比例不少于90%) . 可以推测N 13, C 15, C 16, C 17, C 18, C l 25和C l 27
为此化合物的活性部分. 而B , C , D 均有此类现象(只是基团不同:B 为苯环, C 和D 为吡唑啉环) . 而D 的活性远大于C , 可能与C 和D 的LUM O 轨道有关:C 占主要成分的是对甲基苯磺酰基(C 4, C 5, 6, C 7, C 26, C 27) , 而D 则是与吡唑啉环连接的苯环.
(3) 由表3可见, 化合物A 在2, 42(N 0. :-0. 1015, C 19:-0. 1330) , 有提供电子的能力, HOM O 、HOM O 2, 而在LUM O 中占很大比例的C 3(16. 97107%) 和C 6(17. 55%(3:-0. 5876, C 6:-0. 0438) . 因此推断化合物A 2, 42, 这与前沿轨道的分析结果是一致的. (N 2:-0. 4445,
. 化合物C 、C 8:-0. 0. 18:0. 2606, O 22:-0. 2900) , 可以推断活性部分为苯环D 同理. 参考文献:
[1] 苏少泉. 新的乙酰乳酸合成酶抑制剂2磺酰胺类除草剂[J ]. 农药译丛, 1997, 19(5) :18～23.
[2] 李永红, 翟秀红, 邓金杰, 等. 新型磺酰胺类除草剂的设计、合成和生物活性[J ]. 南开大学学报(自然科学版) , 2000, 33(4) :77～81. [3] Baczinski , Peter . Target assay mod . H erbic [M ]. L everkusen :Relat Phytotoxic Compd . 1993. 123～9. [4] R ichardsW G . Q uantum phar m acol ogy [M ]2nd Edn . N e w York :Butter worth Co L d , 1983. 153.
An ti bacter i a l Acti v ity and Quan tu m Che m istry
Ca lcula ti on of Benzenylsulfonylam i de Herbi c i des
D IN G F eng , ZH A N G S hu 2m ing , W A N G J in 2ling , M IA O F ang 2m ing , L I A i 2x iu
(Colledge of Che m istry and L ife Science, T ianjin N or m alU niversity, T ianjin 300074, China; 2. M edical College of Chinese Peop le’sA r m ed Police Forces , T ianjin , 300162, China )
1
1
1
1
2
Abstract :In th is paper , the bacteri ostatic activity tests on E scherich ia coli and Staphyl ococcus aureus of 4k inds of benzenylsulfonyla m ide compounds w ere carried out . HOM O -1, HOM O , LUM O , LUM O +1and their en 2ergy w ere calculated on the SG I Indigo 2wo rk stati on . T he quantum che m istry calculati on data indicated that
the relati onsh i p s betw een the quantum che m istry para m eters (o rbital energy , atom ic net charges and s o on ) and their activities are in agree m ent w ith the results of AL S . Po ssible A ctive of the compounds w ere deter m ined . Key words :benzenylsulfonyla m ide compounds ; bacteri o static activity ; quantum che m istry calculati on