吳程宇，李 健

(西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

隨著石化等不可再生資源的日益枯竭和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，為滿足人類可持續(xù)發(fā)展的需求，對(duì)可再生的綠色天然產(chǎn)物松香進(jìn)行深加工利用，正引起人們更廣泛的關(guān)注。特別是通過(guò)對(duì)天然產(chǎn)物松香進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的化學(xué)修飾，來(lái)制備高附加值的化工產(chǎn)品已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一[1-4]。

松香是一種從松樹(shù)中獲得的天然可再生資源，化學(xué)組成復(fù)雜，主要成分是三環(huán)二萜結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂酸(由分子式C19H29COOH表示)，另含有少量的脂肪酸和中性物質(zhì)。松香樹(shù)脂酸具有獨(dú)特的三元菲環(huán)結(jié)構(gòu)和多個(gè)手性中心，可合成應(yīng)用廣泛的松香基化工產(chǎn)品。以松香為原料的化工產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于助焊劑[5]、涂料[6]、膠黏劑[7]、油墨[8]、表面活性劑[9]等領(lǐng)域，而在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域亦有潛在的應(yīng)用價(jià)值，主要表現(xiàn)在殺蟲(chóng)、除草、抑菌等生物活性。

1 松香衍生物的農(nóng)用生物活性

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用速效價(jià)廉的化學(xué)合成農(nóng)藥，雖然帶來(lái)了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[10]，但其弊端也不斷突顯出來(lái)，使農(nóng)業(yè)害物大規(guī)模產(chǎn)生抗藥性，甚至?xí)茐纳鷳B(tài)平衡[11]，而以植物源農(nóng)藥為主要代表的綠色農(nóng)藥[12-13]正越來(lái)越引起人們的重視。由于植物源農(nóng)藥具有源于自然、易降解、不易產(chǎn)生抗藥性、對(duì)人畜安全等特點(diǎn)，使其較傳統(tǒng)化學(xué)合成農(nóng)藥具有更好的應(yīng)用前景。而從豐富的天然資源松香中篩選高活性松香衍生物作為原料，通過(guò)對(duì)其三元菲環(huán)骨架和羧基官能團(tuán)化學(xué)改性及修飾結(jié)構(gòu)，可設(shè)計(jì)合成新型植物源農(nóng)藥乃至發(fā)現(xiàn)新的作用靶標(biāo)，也成為現(xiàn)代農(nóng)藥研究與開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)之一[14]。因此，對(duì)于我國(guó)嚴(yán)峻的農(nóng)業(yè)環(huán)境，開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)新穎、農(nóng)用生物活性高、環(huán)境友好的綠色植物源農(nóng)藥就變得非常緊迫。

1.1 殺蟲(chóng)活性

研究發(fā)現(xiàn)，松香衍生物對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)具有一定的防治效果[15-16]。因此，設(shè)計(jì)制備綠色植物源松香基農(nóng)藥有望減少農(nóng)作物的損失，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，并為開(kāi)發(fā)高效低毒的新型殺蟲(chóng)劑提供研究思路。

劉宇宏[17]以歧化松香為原料，經(jīng)氯化和銅鹽化反應(yīng)合成氯化松香基銅鹽，通過(guò)浸蟲(chóng)法研究殺蟲(chóng)活性，結(jié)果表明：該類化合物對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)甜菜夜蛾具有良好的防治效果，死亡率可達(dá)98.3%以上。Klejdysz等[18]合成出具備拒食活性和抗氧化活性的雙功能松香離子液體，對(duì)米象蟲(chóng)、赤擬谷盜蟲(chóng)和谷斑皮蠹等農(nóng)作物害蟲(chóng)具有較強(qiáng)的拒食效果的同時(shí)，也對(duì)長(zhǎng)期儲(chǔ)存的作物有一定抗氧化能力，在倉(cāng)儲(chǔ)作物保護(hù)領(lǐng)域提供了新的研究思路，具有一定研究潛力。Liu[19]分別用脫氫樅酸和馬來(lái)海松酸合成了系列松香酯衍生物，通過(guò)葉板法檢測(cè)了它們對(duì)粘蟲(chóng)的拒食活性。拒食結(jié)果表明：大多數(shù)松香酯類化合物在0.01 g/mL濃度下表現(xiàn)出顯著的拒食活性，24 h后拒食率均超過(guò)70%；松香酯的拒食活性隨著醇鏈長(zhǎng)度的增加而增大，并推測(cè)松香酯類化合物對(duì)粘蟲(chóng)具有一定胃毒作用。許吉[20]研究了松香多元酸對(duì)4齡小地老虎的拒食活性，結(jié)果顯示：質(zhì)量濃度為1 g/L 時(shí)，丙烯海松酸、馬來(lái)海松酸和富馬海松酸對(duì)4齡小地老虎幼蟲(chóng)的24 h拒食率分別為78. 41%、13. 41%和79. 94%，其中丙烯海松酸及富馬海松酸對(duì)小地老虎的拒食活性較高，較強(qiáng)地抑制了小地老虎幼蟲(chóng)的進(jìn)食。而松香基席夫堿、噻二唑、硫脲和酰胺類化合物的殺蟲(chóng)活性研究報(bào)道較多，對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)取得良好的拒食活性和滅殺活性。

饒小平[21]以松香衍生物為原料經(jīng)化學(xué)修飾合成了席夫堿、金屬配合物、胺基磷酸酯、酰胺、異氰酸酯和?；螂宓攘惞?8個(gè)化合物，并通過(guò)用IR、UV-Vis、NMR、MS等化學(xué)光譜對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。以家蠅、斜紋夜蛾、蚜蟲(chóng)為實(shí)驗(yàn)昆蟲(chóng)，研究了松香衍生物對(duì)昆蟲(chóng)的取食活性規(guī)律。結(jié)果顯示：脫氫樅基席夫堿和脫氫樅基酰胺都對(duì)斜紋夜蛾有較強(qiáng)的誘食活性，也對(duì)粘蟲(chóng)有很強(qiáng)的拒食活性，拒食率可達(dá)90%～100%，而對(duì)家蠅取食影響較小。翟兆蘭[22]合成了四種松香含氮衍生物，分別是脫氫樅酸基酰胺類、脫氫樅胺基席夫堿類、脫氫樅酸?；螂孱惡投錁核狨；螂孱愌苌?。采用葉碟法研究了這四類松香含氮衍生物對(duì)小地老虎4齡幼蟲(chóng)的拒食活性，結(jié)果顯示:脫氫樅胺席夫堿和二氫樅酸?；螂暹@兩類衍生物對(duì)小地老虎具有較強(qiáng)的拒食活性，24 h后拒食率分別可達(dá)86.12%和85.13%。

韓春蕊[23]以樅酸為原料合成了酰肼、噻二唑等系列衍生物，通過(guò)葉碟法測(cè)試了部分化合物對(duì)家蠅的拒食活性，研究發(fā)現(xiàn)：脫氫樅基酰肼和噻二唑官能團(tuán)對(duì)家蠅拒食活性影響不大，而化合物取代基的改變對(duì)拒食活性影響較大。Gao[24]以脫氫樅酸為原料，合成了37種含有噻二唑基團(tuán)的松香酰胺類衍生物，以粘蟲(chóng)和小菜蛾為試受害蟲(chóng)，研究了化合物殺蟲(chóng)活性并建立定量構(gòu)效關(guān)系(QSAR)模型研究其定量構(gòu)效關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)：目標(biāo)化合物對(duì)小菜蛾有良好的滅殺活性，其中最優(yōu)化合物殺蟲(chóng)活性(LC50=0.0214 g/mL)較優(yōu)于商業(yè)殺蟲(chóng)劑氟苯蟲(chóng)胺(LC50=0.0222 g/mL)；定量構(gòu)效結(jié)果表明：該類化合物的電子和空間效應(yīng)對(duì)殺蟲(chóng)活性有一定的影響。Mo等[25]以脫氫樅酸為原料合成11種脫氫樅基噻二唑硫脲類化合物，通過(guò)對(duì)棉鈴蟲(chóng)、玉米螟和小菜蛾的殺蟲(chóng)活性測(cè)試，同時(shí)建立初步構(gòu)效關(guān)系(SAR)，研究發(fā)現(xiàn)：在200 mg/L濃度下，其中最優(yōu)化合物N-(5-脫氫樅基-1,3,4-噻二唑-2-基-)-N′-苯基硫脲(圖13a)對(duì)棉鈴蟲(chóng)具有良好的殺蟲(chóng)活性，防效率高達(dá)93.3%；而對(duì)玉米螟殺蟲(chóng)活性最高的化合物N-(5-去氫樅基-1,3,4-噻二唑-2-基-) -N′-對(duì)甲基苯基硫脲(圖13d)，防效率為73.3%；并且構(gòu)效關(guān)系表明：化合物苯環(huán)上4位取代基對(duì)棉鈴蟲(chóng)和玉米螟的防效率具有一定影響。

圖1 脫氫樅基噻二唑硫脲化合物(3a～3k)合成路線圖Fig.1 Synthesis route of dehydroabietic thiadiazole thiourea compounds (3a～3k)

盡管上述文獻(xiàn)報(bào)道合成的松香衍生物對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)表現(xiàn)出良好的生物活性，但其相關(guān)研究均缺乏對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)作用機(jī)制的研究和田間試驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)也應(yīng)該加強(qiáng)研究其毒性機(jī)理和農(nóng)藥環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而為松香基殺蟲(chóng)劑的商業(yè)化開(kāi)發(fā)提供理論指導(dǎo)。

1.2 除草活性

松香衍生物[26]不僅對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)具有一定的防治效果，同樣也對(duì)一些農(nóng)業(yè)植物雜草具有抑制作用，在除草劑領(lǐng)域有研究潛力，可開(kāi)發(fā)為一種潛在的植物生長(zhǎng)抑制劑。較多文獻(xiàn)以稗草幼苗和油菜胎根為除草活性試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，研究了松香基硫脲、酰胺、噻二唑和三唑類化合物的除草活性，其中酰胺類和噻二唑類化合物對(duì)稗草和油菜的抑制率較高，除草活性強(qiáng)。

閔方倩等[27]合成的脫氫樅酸基磺酰胺衍生物，均對(duì)油菜胚胎根生長(zhǎng)有一定抑制作用，其中化合物去氫樅酸基對(duì)甲氧基苯磺酰胺的除草活性最優(yōu)，抑制率為57.1%。Gao等[28]合成了33種丙烯海松基衍生物，主要包括了丙烯海松基?；螂濉⒈┖Ｋ苫０?、丙烯海松基席夫堿三類化合物。研究了丙烯海松基衍生物對(duì)稗草、莧菜、油菜的除草活性，結(jié)果表明：丙烯海松基?；螂孱惢衔飳?duì)稗草有良好的抑制率，其中最優(yōu)化合物(EC50=13.191 g ai/ha)除草活性優(yōu)于商業(yè)除草劑磺草胺(EC50=15.606 g ai/ha)；并且定量關(guān)系表明：氮原子上的取代基和空間結(jié)構(gòu)對(duì)除草活性有一定影響。Xu[29]以馬來(lái)松香酸為原料，經(jīng)過(guò)酰氯化和N-?；磻?yīng)，合成了9個(gè)新型馬來(lái)松香酸基酰胺化合物并測(cè)試其除草活性。研究發(fā)現(xiàn)：所有目標(biāo)化合物均對(duì)油菜的胚根生長(zhǎng)有一定抑制作用，而對(duì)稗草幼苗生長(zhǎng)的抑制作用較弱。其中目標(biāo)化合物在100 μg/mL質(zhì)量濃度下，最佳化合物(圖23d)的除草抑制率為66.1%。

林桂汕[30]以松香為原料，合成了7種新型丙烯海松基雙酰胺-噻二唑化合物。通過(guò)稗草小杯法和油菜平皿法測(cè)試抑制活性，結(jié)果表明：在100 μg/mL濃度下，目標(biāo)化合物對(duì)油菜的抑制作用較強(qiáng)，而對(duì)稗草表現(xiàn)出較弱的抑制活性，其中最優(yōu)化合物對(duì)油菜抑制率高達(dá)92.4%。楊小洪等[31]以松香衍生物為原料，合成了系列脫氫松香基噻二唑類衍生物，使用油菜平皿法和稗草小杯法測(cè)定目標(biāo)化合物除草活性。研究發(fā)現(xiàn)：脫氫松香基噻二唑類衍生物均表現(xiàn)出一定的除草活性，當(dāng)苯環(huán)上有鹵素原子取代時(shí)，目標(biāo)化合物的除草活性增強(qiáng)，其中最優(yōu)化合物(圖35d)在100 μg/mL濃度下，抑制率可達(dá)68.9%。

圖2 馬來(lái)松香基酰胺化合物(3a～3i)合成路線圖Fig.2 Synthesis route of maleated rosin-based amide compounds (3a～3i)

史伯安等[32]合成了6個(gè)脫氫松香基-1,2,4-三氮唑類化合物，通過(guò)FTIR、1HNMR、MS和元素分析等手段確定產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，并研究了其對(duì)油菜和稗草的除草活性。研究發(fā)現(xiàn)：目標(biāo)化合物對(duì)油菜胚根和稗菜幼苗具有一定的抑制活性。在100 μg/mL濃度下，抑制作用明顯，對(duì)油菜胚根和稗菜幼苗的抑制率達(dá)到20%以上。研究還發(fā)現(xiàn)了當(dāng)目標(biāo)化合物苯環(huán)上引入鹵素原子時(shí)，可有效促進(jìn)除草活性。

雖然較多文獻(xiàn)報(bào)道了松香衍生物對(duì)油菜和稗草表現(xiàn)出良好的除草活性，但研究對(duì)象種類單一，缺乏對(duì)其它田間雜草的活性測(cè)試分析和作用機(jī)制研究。為開(kāi)發(fā)出高效、低毒、廣譜的松香基除草劑，應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)除草活性試驗(yàn)規(guī)模、增加試驗(yàn)種類，深入地研究除草機(jī)理和除草劑對(duì)生態(tài)環(huán)境影響等。

1.3 抑菌活性

松香衍生物在抑菌活性也有較多的研究報(bào)道，尤其對(duì)農(nóng)業(yè)有害微生物具有顯著抑制作用，主要體現(xiàn)在：木材木腐菌和植物病原菌。

(1)木材木腐菌

松香基季銨鹽和酰胺類化合物對(duì)木腐菌有良好的抑菌效果，在木材防腐劑領(lǐng)域?yàn)樗上闵疃乳_(kāi)發(fā)利用提供了新的研究途徑[33-34]。

圖4 松香季銨鹽衍生物化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.4 Chemical structural of rosin quaternary ammonium salt derivatives

Liang[35]以松香為原料合成了脫氫松香基單季銨鹽、氫化松香基單季銨鹽和丙烯海松基雙季銨鹽三類衍生物，通過(guò)濾紙片法對(duì)木材腐爛真菌彩絨革蓋菌和密粘褶菌測(cè)試抑菌活性，結(jié)果顯示：在0.025 mmol/mL濃度時(shí)，所有的測(cè)試化合物均變現(xiàn)出良好的抑菌活性，其中丙烯海松基雙季銨鹽(圖4c)的抑菌活性優(yōu)于脫氫松香基單季銨鹽(圖4a)和氫化松香基單季銨鹽(圖4b)，且對(duì)彩絨革蓋菌具有較優(yōu)的抑菌活性，較接近于市售季銨鹽殺菌劑十二烷基二甲基芐基氯化銨的抑菌活性。金燕[36]以松香為原料，合成了N-(3-松香酰氧-2-羥)丙基-N,N-二甲基氯化銨，測(cè)定了目標(biāo)化合物對(duì)四種木材腐朽菌綿腐臥孔菌、彩絨革蓋菌、密粘褶菌、乳白耙菌的抑菌活性，研究發(fā)現(xiàn)目標(biāo)化合物對(duì)四種木腐菌均有抑制效果，尤其是對(duì)密黏褶菌的抑制效果最好，在藥劑濃度為32 mg/mL時(shí)，可對(duì)密黏褶菌達(dá)到Ⅰ級(jí)防腐。

李雙月[37]將改性松香經(jīng)化學(xué)修飾合成了丙烯海松酰胺，以黑曲霉、宛氏擬青霉、白腐菌為試驗(yàn)菌種，測(cè)定了丙烯海松酰胺的抑菌性能。發(fā)現(xiàn)對(duì)四種木腐菌均有抑制效果，尤其對(duì)宛氏擬青霉抑制效果最優(yōu)。在濃度為32 mg/mL時(shí)，抑菌環(huán)直徑可達(dá)16 mm，并對(duì)彩絨革蓋菌和密黏褶菌達(dá)到Ⅰ級(jí)防腐效果。

(2)植物病原菌

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，植物病菌嚴(yán)重威脅農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量[38]。研究發(fā)現(xiàn)，松香基酰胺類、噻唑類以及硫脲類化合物對(duì)部分植物病原菌具有良好的抑菌活性，其中主要包括：黃瓜枯萎病菌、蘋(píng)果輪紋病菌、番茄早疫病菌、花生褐斑病菌和小麥赤霉病菌等植物病原菌。

董淑求等[39]以馬來(lái)松酸為原料，設(shè)計(jì)合成了7個(gè)新型馬來(lái)松香基雙酰胺類化合物。抑菌活性測(cè)試結(jié)果表明：目標(biāo)化合物對(duì)上述五種植物病原菌均具有抗菌活性，尤其是對(duì)蘋(píng)果輪紋病菌抑制效果較優(yōu)，其中大部分馬來(lái)松香基雙酰胺類化合物抑制率均高于50%。閔方倩等[40]研究了脫氫樅基磺酰胺類化合物的抗菌活性，在50 μg/mL質(zhì)量濃度下，目標(biāo)化合物也對(duì)上述五種植物病原菌均具有一定的抑菌活性，其中化合物脫氫樅酸間甲基苯磺酰胺對(duì)番茄早疫病菌的殺菌活性最佳，抑制率可達(dá)73.6%。Shi等[41]以馬來(lái)松香為原料，合成了14個(gè)新型馬來(lái)松香雙磺酰胺類化合物。采用瓊脂稀釋法測(cè)試其抑菌活性，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：目標(biāo)化合物也對(duì)五種植物病菌均有一定的抑菌效果，在50 mg/L質(zhì)量濃度下，其中最優(yōu)化合物馬來(lái)松香雙鄰氟苯基磺酰胺對(duì)蘋(píng)果輪紋病菌的抑制效果較好，抑制率為66.8%。

Chen等[42]合成脫氫樅基噻唑類化合物，通過(guò)瓊脂稀釋法測(cè)試抗真菌活性，結(jié)果表明：目標(biāo)化合物在50 μg/mL質(zhì)量濃度下，大部分化合物對(duì)玉米赤霉菌具有較好的抑菌效果，抑制率最高可達(dá)91.3%，接近于商業(yè)抗菌劑嘧菌酯。岑波等[43-44]以松香為原料，經(jīng)加成、?；确磻?yīng)合成了8個(gè)的丙烯海松酸基雙噻二唑類化合物。通過(guò)抑菌活性測(cè)試，結(jié)果表明：當(dāng)目標(biāo)化合物在50 μg/mL質(zhì)量濃度下時(shí)，對(duì)蘋(píng)果輪紋病菌抑制效果較好，抑制率均超過(guò)60%。之后還合成了10個(gè)馬來(lái)松香基雙硫脲-酰胺類化合物，研究發(fā)現(xiàn)：在50 μg/mL質(zhì)量濃度下，最優(yōu)化合物馬來(lái)松香基雙對(duì)氯苯基硫脲-酰胺對(duì)蘋(píng)果輪紋病菌的抑制活性最強(qiáng)，其抑制率可達(dá)71.4%，達(dá)到B級(jí)活性水平，提高了對(duì)蘋(píng)果輪紋病菌的抑制率。陳乃源等[45]設(shè)計(jì)合成了20個(gè)新型脫氫樅基B環(huán)并噻唑-酰胺化合物。抑菌活性測(cè)試結(jié)果表明：在50 mg/L質(zhì)量濃度下，其中目標(biāo)化合物脫氫樅基B環(huán)并噻唑-苯甲酰胺和脫氫樅基B環(huán)并噻唑-胺對(duì)蘋(píng)果輪紋病菌的抑制率分別高達(dá)90.0%和92.4%，達(dá)到A級(jí)活性水平，進(jìn)一步提高了對(duì)蘋(píng)果輪紋病菌的抑制率，具有一定的研究潛力。

松香衍生物具有良好的抑菌活性，特別是對(duì)農(nóng)業(yè)病原菌表現(xiàn)出良好的抑制作用。但絕大多數(shù)抑菌活性研究還停留在活性篩選，缺乏后續(xù)抗菌機(jī)理研究和田間實(shí)驗(yàn)，需要進(jìn)一步研究其抑菌作用機(jī)理和擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模。

2 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)松香資源豐富，年產(chǎn)量超過(guò)50萬(wàn)噸。而以天然產(chǎn)物松香為原料，設(shè)計(jì)制備高附加值的農(nóng)化產(chǎn)品將為我國(guó)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要介紹了松香衍生物的農(nóng)用生物活性，涉及到殺蟲(chóng)、除草、抑菌等多個(gè)領(lǐng)域。盡管大量文獻(xiàn)報(bào)道了松香衍生物的合成工藝、高活性化合物篩選以及建立定量構(gòu)效關(guān)系模型，并揭示了其構(gòu)效關(guān)系，為合成高活性松香衍生物提供理論基礎(chǔ)。但缺乏對(duì)其作用機(jī)理研究以及相關(guān)的田間試驗(yàn)，使其難以開(kāi)發(fā)為市售農(nóng)藥產(chǎn)品。需要進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)用活性機(jī)理、尋找作用靶點(diǎn)、環(huán)境生態(tài)影響等研究工作。因此，以松香為原料設(shè)計(jì)合成的松香衍生物，將為對(duì)農(nóng)用害物高效、對(duì)非靶標(biāo)生物及環(huán)境安全的新型植物源農(nóng)藥提供了重要研究思路。