以没食子酸为先导合成1,2,4-三唑衍生物及抗菌和抗病毒活性研究

摘要

近年来,为了发现新的具有更高生物活性的化合物,进而创制高效、广谱、低毒、对环境友好的绿色新农药,人们将研究重点放在杂环或含氟化合物,或二者相结合方面.杂环化合物在植物体内具有良好的内吸传导性能以及结构多样易于修饰,已经成为当今新农药研究的重要对象.在种类繁多的杂环化合物中,1,2,4-三唑占有重要地位,该类化合物因具有抗癌、植物生长调节、除草、抑菌、杀虫、抗病毒等生物活性而受到人们广泛关注.
　　为了获得结构新颖、活性高毒性低的先导化合物,寻找治疗植物病菌、病毒的新靶点,指导创制抗植物病菌、病毒的绿色新农药,结合课题组前期研究成果,以具有一定生物活性的贵州省林化工产品没食子酸(3,4,5-三羟基苯甲酸)为起始物,衍生合成了三类新型1,2,4-三唑化合物,结构通式见图1.
　　对目标化合物的合成方法、化合物的结构、生物活性进行了研究,总结了生物活性构效关系,初步研究了化合物抗烟草花叶病毒(TMV)作用机制.
　　1、目标化合物
　　以没食子酸为起始原料,采用硫酸二甲酯醚化,生成3,4,5-三甲氧基苯甲酸,然后与硫代卡巴肼在熔融条件下闭环,生成中间体4-氨基-5-(3,4,5-三甲氧基苯基)-1,2,4-三唑-3-硫酮M.以不同取代醛与中间体M缩合,脱水后生成13个第一类目标化合物1,2,4-三唑硫酮席夫碱I.将化合物I与不同卤代物进行烷基化反应,生成66个第二类目标化合物1,2,4-三唑硫醚席夫碱II.在还原剂硼氢化钠的作用下,13个化合物II还原后生成13个第三类目标化合物氨基1,2,4-三唑硫醚III.三类目标化合物共92个,结构经IR、MS、1H NMR、13C NMR和元素分析确证.
　　2、晶体结构表征
　　培养了四个化合物单晶,测定了晶体基本数据.晶体结构解析结果表明,席夫碱C=N双键及化合物环外C=C双键几何构型均为反式(E);同时也表明,在此反应条件下1,2,4-三唑硫酮席夫碱I与卤代物反应时,硫原子的亲核性大于氮,烷基化产物为硫醚II.四个化合物晶体结构解析结果如下.
　　化合物II54的晶体属单斜晶系,空间群P21/n.席夫碱C=N双键为反式构型,键长N4-C12=1.278(2)A,低于三唑环上两个C=N键[N2-C8=1.313(2)A,N1-C7=1.319(2)A].硫原子与三唑环之间存在p-π共轭,分子间存在C-H…π和C-H…N相互作用.
　　化合物II59的晶体属单斜晶系,空间群P21/c.席夫碱C=N双键为反式构型,键长N4-C10=1.252(3)A,低于三唑环上两个C=N键[N2-C9=1.299(3)A,N1-C17=1.306(3)A].硫原子与三唑环之间存在p-π共轭,分子间存在C-H…π、C-H…N和C-H…S相互作用.
　　化合物II7的晶体属单斜晶系,空间群C2/c.两个环外双键C=N和C=C均为反式构型,键长C14-N4=1.282(4)A,低于三唑环上两个C=N键[N2-C11=1.315(4)A,N1-C10=1.316(4)A].硫原子与三唑环之间存在p-π共轭,分子间存在C-H…π和C-H…N相互作用.
　　化合物II32的晶体属单斜晶系,空间群P21/c.席夫碱C=N双键为反式构型,键长C20-N6=1.272(5)A,低于三唑环上两个C=N键[N3-C9=1.331(5)A,N4-C10=1.325(5)A].硫原子与三唑环之间存在p-π共轭,分子间存在C-H…π、C-H…N相互作用.
　　3、反应条件筛选及优化
　　筛选了重要中间体4-氨基-5-(3,4,5-三甲氧基苯基)-1,2,4-三唑-3-硫酮的合成方法,在无溶剂条件下,将固体3,4,5-三甲氧基苯甲酸与硫代卡巴肼熔融反应,一步生成该中间体,减少了合成步骤,缩短了反应时间.改进了硫代卡巴肼和化合物III的后处理方式,提高了产物收率.
　　4、副产物结构和形成机理
　　研究了1,2,4-三唑硫酮席夫碱I烷基化反应副产物的结构和形成机理,发现化合物I又一种有意义的结构衍生方式.将I转化为II的过程中,当卤代物为氯乙酸乙酯或对硝基苄氯时,没有得到期望的目标化合物硫醚,而是生成了1,2,4-三唑并噻二嗪衍生物.这是一类具有多种生物活性的稠杂环化合物.可以利用该反应使1,2,4-三唑硫酮席夫碱I方便地转化为结构新颖的1,2,4-三唑并噻二嗪衍生物.推测其反应机理为:I与氯乙酸乙酯(对硝基苄氯)反应首先生成硫醚,继而在K2CO3催化下,分子内亚甲基(CH2)与相邻C=N双键加成,闭环生成1,2,4-三唑并噻二嗪.由此反应途径,获得3个1,2,4-三唑并噻二嗪化合物(编号:IV1、IV2、IV3),结构经IR、MS、1HNMR、13CNMR和元素分析确认.
　　5、抑菌活性
　　采用生长速率法,以小麦赤霉病菌(F.graminearum)、苹果腐烂病菌(C.mandshurica)、辣椒枯萎病菌(F.oxysporum)为测试对象,对目标化合物进行了初步抑菌活性筛选.结果表明,部分目标化合物具有一定的抑菌活性,如III13在50μg/mL浓度下对小麦赤霉病菌、苹果腐烂病菌、辣椒枯萎病菌的抑制率分别为43.9％、44.3％和42.3％,均接近对照药噁霉灵(53.9％,55.3％,54.1％).化合物III4、III8在50μg/mL浓度下对小麦赤霉病菌也表现出较高的抑制活性.
　　6、黄瓜花叶病毒(CMV)活体治疗活性
　　采用半叶法,在药剂质量浓度为500μg/mL时对部分化合物进行了黄瓜花叶病毒(CMV)活体治疗活性测试,结果表明,化合物对CMV普遍具有一定治疗作用,其中II7、II31、II30和II23对CMV治疗活性分别为48.6％、47.6％、48.9％和47.7％,接近商品药剂宁南霉素(66.5％).
　　7、抗烟草花叶病毒(TMV)活性
　　采用半叶法,在药剂质量浓度为500μg/mL时对部分化合物进行了抗烟草花叶病毒(TMV)生物活性测试,结果表明,化合物II2、II34、II48和II27对TMV的治疗活性分别为48.3％、43.2％、45.3％和43.2％,接近对照药剂宁南霉素(58.2％).
　　8、抗烟草花叶病毒(TMV)作用机制
　　研究了化合物作用下烟草叶片中三种防御酶苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)的变化趋势.结果表明,经化合物处理后烟草植株体内能产生与抗病机制的相关信号,从而启动植株体内一系列的抗病因子,促进烟草体内防御酶系的产生,增强了植物的系统抗病性而达到抗TMV效果.
　　目前,尚无含1,2,4-三唑杂环的抗植物病毒农药上市,这项工作为1,2,4-三唑衍生物在抗植物病毒方面的研究、应用奠定了一定基础.

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中文摘要

英文摘要

第一章 前 言

第二章 1,2,4-三唑衍生物合成与生物活性研究进展

2.1 含三元杂环的 1,2,4-三唑化合物

2.2 含五元杂环的 1,2,4-三唑化合物

2.3 含六元杂环的 1,2,4-三唑化合物

2.4 连稠杂环的 1,2,4-三唑化合物

2.5 1,2,4-三唑稠杂环化合物

2.6 含磷 1,2,4-三唑化合物

2.7 含取代芳烃的 1,2,4-三唑化合物

2.8 结语

第三章 化合物设计思想和总体研究思路

3.1 目的和意义

3.2 化合物结构设计

3.3 总体研究思路

第四章 实验部分

4.1 仪器与试剂

4.2 中间体 4-氨基-5-(3,4,5-三甲氧基苯基)-1,2,4-三唑-3-硫酮 M

4.3 目标化合物的合成

4.4 化合物晶体结构

4.5 生物活性测定方法

第五章 结果与讨论

5.1 实验方法和合成条件

5.2 化合物谱图解析

5.3 化合物晶体结构解析

5.4 化合物生物活性测试结果与构效关系

第六章 结 论

致谢

参考文献

附 录

F-1 目标化合物结构

F-2 攻读博士期间发表的论文及申请专利

F-3 攻读博士期间获得的奖励

F-4 攻读博士期间参加的科研项目

F-5 部分化合物谱图

声明