林桂汕，阮戰(zhàn)輝，段文貴*，劉陸智，楊章旗

(1.廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，南寧530004;2.廣西林業(yè)科學(xué)研究院，南寧530002)

新型丙烯海松酸基雙酰胺-噻二唑化合物的合成及生物活性研究

林桂汕1，阮戰(zhàn)輝1，段文貴1*，劉陸智1，楊章旗2

(1.廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，南寧530004;2.廣西林業(yè)科學(xué)研究院，南寧530002)

松香是來自松樹的非木質(zhì)林產(chǎn)品，是我國的再生性天然優(yōu)勢生物質(zhì)資源，主要成分為樹脂酸。為拓展松香在生物活性方面的應(yīng)用途徑，以松香為原料，與丙烯酸Diels-Alder加成反應(yīng)制備丙烯海松酸(1)，再與氨基硫脲反應(yīng)獲得丙烯海松酸基雙噻二唑(2)，最后與系列取代苯甲酰氯進行N-?；磻?yīng)，合成得到7個新型丙烯海松酸基雙酰胺-噻二唑化合物(3a～3g)。采用FTIR、1H NMR、13C NMR、ESI-MS等技術(shù)手段對目標(biāo)化合物進行結(jié)構(gòu)表征；分別采用稗草小杯法和油菜平皿法測試目標(biāo)化合物對稗草(Echinochloacrusgalli)株高生長和油菜(Brassicacampestris)胚根生長的抑制活性。結(jié)果表明，在100 μg/mL質(zhì)量濃度下，目標(biāo)化合物對油菜胚根生長的抑制活性較強，化合物3e(R=p-Br)的抑制率高達(dá)92.4%(活性級別為A級)，化合物3b (R=p-CH3)和3d (R=p-Cl)的抑制率分別為77.4%和73.2%(活性級別均為B級)。采用離體法(即瓊脂稀釋法)測試目標(biāo)化合物對蘋果輪紋病菌(Physalosporapiricola)、黃瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporumf. sp.cucumerinum)、番茄早疫病菌(Alternariasolani)、小麥赤霉病菌(Gibberellazeae)和花生褐斑病菌(Cercosporaarachidicola)的抑菌活性。結(jié)果表明，目標(biāo)化合物在50 μg/mL質(zhì)量濃度下對所測5種植物病原菌表現(xiàn)出一定抑制效果。目標(biāo)化合物3e對油菜胚根生長具有較好的抑制活性，值得進一步研究。

松香；丙烯海松酸；雙酰胺-噻二唑；除草活性；抑菌活性

松香是來自松樹的非木質(zhì)林產(chǎn)品，是我國的再生性天然優(yōu)勢生物質(zhì)資源，其主要成分是三環(huán)二萜類樹脂酸。通過松香中的左旋海松酸與丙烯酸進行Diels-Alder加成反應(yīng)可獲得松香基二元酸丙烯海松酸(acrylpimaric acid)。利用其具有的稠合多脂環(huán)的剛性及二元酸的結(jié)構(gòu)特性，丙烯海松酸已廣泛應(yīng)用于表面活性劑[1]、涂料[2]和膠黏劑[3]等領(lǐng)域。另外，由于丙烯海松酸具有氫化的菲環(huán)骨架、手性碳以及多種官能團，其衍生物顯示多種生物活性，如丙烯海松酸噻二唑衍生物、丙烯海松雙?；螂逖苌?、丙烯海松酰胺衍生物對大腸桿菌(Escherichiacoli)顯示出較好的抑制活性[4-6]。本課題組曾設(shè)計合成丙烯海松酸基雙酰胺類化合物和丙烯酸海松酸基雙磺酰胺-噻二唑類化合物，研究發(fā)現(xiàn)它們分別具有一定的抗真菌和除草活性[7-8]。以上研究結(jié)果表明，通過對丙烯海松酸的化學(xué)改性，融合1,3,4-噻二唑基團、磺酰胺基團、硫脲基團、酰胺基團等生物活性亞結(jié)構(gòu)，可獲得新型的丙烯海松酸基生物活性化合物。另一方面，有研究發(fā)現(xiàn)，取代酰胺基1,3,4-噻二唑衍生物表現(xiàn)出抗腫瘤[9-10]、人腺苷A3受體拮抗[11]、抗真菌[12]、殺蟲[13-14]、除草[15]和殺蚊幼蟲[16]等生物活性。本文以松香為原料，與丙烯酸進行Diels-Alder加成反應(yīng)制備得到丙烯海松酸，然后通過對其羧基進行衍生化化學(xué)改性，將1,3,4-噻二唑雜環(huán)結(jié)構(gòu)融合到其骨架中，制備得到丙烯海松酸基雙噻二唑，最后與取代苯甲酰氯發(fā)生N-?；磻?yīng)，合成得到融合酰胺和1,3,4-噻二唑兩個活性單元的新型丙烯海松酸基雙酰胺-噻二唑化合物，表征其結(jié)構(gòu)，并測試其除草及抗真菌活性，旨在為我國可再生性天然優(yōu)勢資源松香產(chǎn)品的深加工提供新途徑。合成路線如圖1所示。

3a. R=H; 3b. R=p-CH3; 3c. R=p-F; 3d. R=p-Cl; 3e. R=p-Br; 3f. R=p-NO2; 3g. R=o-Cl圖1 丙烯海松酸基雙酰胺-噻二唑化合物的合成路線Fig. 1 Synthetic route of acrylpimaric acid-based diamide-thiadiazole compounds

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

試劑：脂松香(特級，酸值177 mg/g，廣西梧州松脂股份有限公司)；丙烯酸(CP，成都科龍化工試劑廠)；氨基硫脲(AR，成都科龍化工試劑廠)；三氯氧磷、苯甲酰氯及其衍生物(AR，上海阿拉丁試劑公司)；其他試劑均為市售分析純試劑；試劑未經(jīng)處理直接使用。

儀器：AVANCE AV 600MHz 超導(dǎo)核磁共振儀(瑞士Bruker公司)；TSQ Quantum Access MAX 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Thermo Scientific公司)；Nicolet Nexus 470 FTIR紅外光譜儀(美國Nicolet公司)；X-4數(shù)字顯示顯微熔點測定儀(北京泰克儀器有限公司)。

1.2 中間體丙烯海松酸(1)的制備

丙烯海松酸(1)參照文獻[8]進行制備。

1.3 中間體丙烯海松酸基雙噻二唑(2)的制備

丙烯海松酸基雙噻二唑(2)參照文獻[7]進行制備。

1.4 目標(biāo)化合物丙烯海松酸基雙酰胺-噻二唑(3a～3g)的合成

以合成目標(biāo)化合物3a為例，在100 mL圓底瓶中加入丙烯海松酸基雙噻二唑(2)1.00 g(2.06 mmol)、三乙胺1 mL、四氫呋喃15 mL。攪拌均勻，在冰水浴條件下緩慢滴加溶于5 mL二氯甲烷的苯甲酰氯0.58 g (4.12 mmol)，0.5 h內(nèi)滴完。緩慢升溫至75℃，TLC跟蹤至苯甲酰氯點消失。停止反應(yīng)后將溶劑減壓蒸干，并且用去離子水洗滌3～4次，抽濾、干燥得粗品。以乙酸乙酯和石油醚[V(乙酸乙酯)∶V(石油醚) = 1∶30]為洗脫劑進行柱層析提純，得到目標(biāo)產(chǎn)物3a。同法合成其他目標(biāo)產(chǎn)物3b～3g。

1.5 目標(biāo)化合物丙烯海松酸基雙酰胺-噻二唑(3a～3g)的結(jié)構(gòu)表征

1.6 生物活性測試

1.6.1 除草活性測試

參照文獻[17]中所述方法進行除草活性測試。供測植物油菜(Brassicacampestris)和稗草(Echinochloacrusgalli)均由南開大學(xué)元素有機化學(xué)研究所生測室提供。

油菜平皿法：將一張直徑為5.6 cm的濾紙鋪在直徑為6 cm的培養(yǎng)皿中，然后準(zhǔn)確加入2 mL一定濃度的供試化合物溶液。播種浸種4 h的10粒油菜種子，然后在溫度(28±1)℃及黑暗條件下培養(yǎng)72 h后，測量其胚根的長度。測試濃度分別為10 μg/mL和100 μg/mL，重復(fù)測試兩次，用蒸餾水作空白對照。根據(jù)公式(1)計算出黑暗條件下供試化合物對油菜胚根伸長的相對抑制率(%)?；钚苑旨壷笜?biāo)為A級≥80%，B級60%～79%，C級40%～59%，D級≤39%。

(1)

式中：C為空白對照的油菜胚根平均生長長度，mm；P為用供試化合物處理后的油菜胚根平均生長長度,mm。

稗草小杯法：將玻璃珠和濾紙鋪好在50 mL的小燒杯中，加入6 mL一定濃度的供試化合物溶液。播種10粒剛剛露白的稗草種子，在溫度(28±1)℃和光照條件下培養(yǎng)72 h，然后測量小苗高度。測試濃度分別為10 μg/mL和100 μg/mL，重復(fù)測試兩次，用蒸餾水作空白對照。根據(jù)公式(1)計算出供試化合物對株高生長的相對抑制率(%)?；钚苑旨壷笜?biāo)為A級≥80%，B級60%～79%，C級40%～59%，D級≤39%。

所有目標(biāo)化合物均采用油菜平皿法和稗草小杯法測試其對油菜的胚根及稗草的株高的相對抑制率。

1.6.2 抑菌活性測試

參照文獻[17]中所述方法進行抑菌活性測試。供試菌種蘋果輪紋病菌(Physalosporapiricola)、番茄早疫病菌(Alternariasolani)、黃瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporumf. sp.cucumerinum)、小麥赤霉病菌(Gibberellazeae)、花生褐斑病菌(Cercosporaarachidicola)均由南開大學(xué)元素有機化學(xué)研究所生測室提供。

離體法(即瓊脂稀釋法)：使用適量丙酮溶解供試藥劑，再用200 μg/mL sorporl-144的乳化劑稀釋藥液至濃度500 μg/mL。準(zhǔn)確量取藥液1 mL，注入培養(yǎng)皿內(nèi)，然后加入9 mL PSA培養(yǎng)基，最終制成濃度為50 μg/mL的含藥平板。用打孔器將培養(yǎng)好的供試菌打取直徑為5 mm的菌餅，置于含藥平板內(nèi)，每皿三塊呈等邊三角形擺放，于(24±1)℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)48 h，測量菌絲的擴展直徑，以不含藥劑作空白對照。根據(jù)公式(1)計算出相對抑制率(%)?；钚苑旨壷笜?biāo)為A級≥90%，B級70%～90%，C級50%～70%，D級<50%。

所有目標(biāo)化合物采用瓊脂稀釋法對供測菌進行相對抑制率測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 目標(biāo)化合物的合成分析

在進行丙烯海松酸基雙噻二唑(2)與取代苯甲酰氯反應(yīng)過程中，發(fā)現(xiàn)丙烯海松酸基雙噻二唑較難溶于二氯甲烷、四氫呋喃、苯、甲苯等非極性或弱極性非質(zhì)子溶劑中，不利于反應(yīng)順利進行。通過實驗發(fā)現(xiàn)，采用四氫呋喃和二氯甲烷(V四氫呋喃∶V二氯甲烷= 3∶1)混合溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，三乙胺作為縛酸劑，能夠使反應(yīng)順利進行且后處理簡單。

2.2 波譜解析

2.3 生物活性

2.3.1 除草活性

目標(biāo)化合物對油菜胚根及稗草株高的相對抑制率測試結(jié)果見表1。在100 μg/mL濃度下，目標(biāo)化合物3對稗草株高生長的抑制活性相對較弱，而對油菜胚根生長的抑制活性較強，其中化合物3e(R=p-Br)的抑制活性最好，抑制率高達(dá)92.4%(活性級別為A級)，化合物3b (R=p-CH3)和3d (R=p-Cl)的抑制率分別為77.4%和73.2%(活性級別均為B級)，值得進一步研究。

表1 丙烯海松酸基雙酰胺-噻二唑化合物3a～3g的除草活性

2.3.2 抑菌活性

目標(biāo)化合物對供測菌的相對抑制率測試結(jié)果見表2。在50 μg/mL濃度下，所有目標(biāo)化合物丙烯海松酸基雙酰胺-噻二唑?qū)λ鶞y5種植物病菌均表現(xiàn)出一定的抑制活性，尤其對蘋果輪紋病菌的抑制效果較好，平均抑制率達(dá)51.3%，其中化合物3g (R=o-Cl)的抑制率最高，達(dá)60.0%(活性級別為C級)。通過對比各目標(biāo)化合物對所測植物病原菌的抑制率差異，未發(fā)現(xiàn)不同取代基對抑菌活性具有明顯影響。

表2 丙烯海松酸基雙酰胺-噻二唑化合物(3a～3g)的抑菌活性

3 結(jié) 論

本文以脂松香為原料，經(jīng)丙烯海松酸合成得到7個新型丙烯海松酸基雙酰胺-噻二唑化合物，采用FTIR、1H NMR、13C NMR、ESI-MS等技術(shù)手段對其結(jié)構(gòu)進行表征，初步測試目標(biāo)化合物的除草和抗菌活性。目標(biāo)化合物對油菜胚根生長的抑制活性較強，在100 μg/mL濃度下，化合物3e (R=p-Br)的抑制率高達(dá)92.4%(活性級別為A級)；目標(biāo)化合物對稗草株高的生長表現(xiàn)出較弱的抑制活性。在50 μg/mL濃度下，目標(biāo)化合物對所測5種植物病原菌均表現(xiàn)出一定的抑制作用，且對蘋果輪紋病菌的抑制效果較好。本研究所設(shè)計的目標(biāo)化合物3e對油菜胚根生長具有較好的抑制活性，在今后工作中，針對目標(biāo)化合物3e的制抑活性方面還需進一步展開研究。

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Synthesis and biological activity of novel acrylpimaric acid-baseddiamide-thiadiazole compounds

LIN Guishan1, RUAN Zhanhui1, DUAN Wengui1*, LIU Luzhi1, YANG Zhangqi2

(1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China; 2. Guangxi Academy of Forestry, Nanning 530002, China)

As a non-wood forest product obtained from pines and some other plants, rosin with its dominant component as resin acids is a renewable, natural and preponderant biomass resource of China. In an attempt to expand its utilization in biological activities, acrylpimaric acid (1) was prepared by the Diels-Alder cycloaddition reaction between rosin and acrylic acid. Then, acrylpimaric acid-based dithiadiazole (2) was prepared by the reaction of acrylpimaric acid with thiosemicarbazide. Seven novel acrylpimaric acid-based diamide-thiadiazole compounds (3a-3g) were synthetized followed byN-acylation reaction with a series of substituted benzoyl chlorides. The target compounds were characterized by means of FTIR,1H NMR,13C NMR, and ESI-MS. The herbicidal activity of the target compounds 3a-3g was preliminarily evaluated by the barnyard grass beaker method and the rape petri dish method against the seedling-growth of barnyard grass (Echinochloacrusgalli) and the root-growth of rape (Brassicacampestris), respectively. The results showed that some target compounds had good growth inhibitory activity against the root-growth of rape at a concentration of 100 μg/mL, in which compound 3e (R=p-Br) exhibited the highest inhibitory rate of 92.4% (A-class level), and compounds 3b (R=p-CH3) and 3b (R=p-Cl) displayed inhibitory rate of 77.4% (B-class level) and 73.2% (B-class level), respectively. The antifungal activity of the target compounds 3a-3g was also evaluated byinvitromethod (also known as the agar dilution method) againstPhysalosporapiricola,Fusariumoxysporumf. sp.cucumerinum,Alternariasolani,Gibberellazeae, andCercosporaarachidicolaat a concentration of 50 μg/mL. It was found that the title compounds3a-3g showed a certain antifungal activity against all the tested fungi. The target compound 3e with excellent herbicidal activity is a leading compound worthy of further research.

rosin; acrylpimaric acid; diamide-thiadiazole; herbicidal activity; antifungal activity

2016-09-10

2016-10-25

國家自然科學(xué)基金(31060100)；八桂學(xué)者專項。

林桂汕，男，副教授，研究方向為天然產(chǎn)物改性及有機合成。通信作者：段文貴，男，教授。E-mail:wgduan@gxu.edu.cn

TQ453.2

A

2096-1359(2017)02-0045-7