一系列新型二氢赤霉素衍生物及其制备方法与应用

摘要

本发明提供一系列新的二氢赤霉素衍生物，其结构式如式Ⅰ所示。R可为：C1‑C6烷基，C3‑C6环烷基、取代或未取代的芳基。上述式Ⅰ所示二氢赤霉素衍生物作为植物生长调节剂的应用也属于本发明的保护范围。本发明以便宜易得的赤霉酸为原料构建二氢赤霉素骨架，得到了一系列二氢赤霉素衍生物，并对这些化合物进行了初步的生测研究，筛选出了一些活性较好的化合物。

说明书

技术领域

本发明涉及植物生长调节剂领域，具体涉及一系列新型二氢赤霉素衍生物及其制备方法与应用。

背景技术

二氢赤霉素是由英文Dihydrogibberellin翻译而来，原意是指一系列C16位双键被还原的赤霉酸衍生物，后来中文特指外式-16,17-二氢-GA₅-13-乙酸酯。二氢赤霉素具有可降解、环境友好等诸多的优点，是目前已知的最有潜力的植物生长调节剂。二氢赤霉素在农业上可缩短节间长度起到抗倒伏的作用，或者用在草坪花卉上以起到控制生长的作用。二氢赤霉素类的化合物的作用机理主要是：与GA₉以及GA₂₀竞争性结合GA3ox(属于2-酮戊二酸依赖型双加氧酶类)，使得GA₉与GA₂₀不能顺利转变为活性赤霉素GA₄与GA₁，这一结果就导致植物内源活性赤霉素含量降低，植株生长受阻，主要表现为株高降低(Annual>

尽管如此，二氢赤霉素的合成方法以及成本仍然是制约它在农业中应用的最关键因素。因此，寻找活性更高的、成本更低的二氢赤霉素衍生物就变得非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一系列新的二氢赤霉素衍生物，其具有如下式Ⅰ所示的结构式：

式Ⅰ中，R可为：C1-C6烷基，C3-C6环烷基、取代或未取代的芳基。

所述取代的芳基中的取代基可选自：卤素、C1-C6烷氧基、硝基、C1-C6烷基、卤素取代的烷基中的一种或多种。

具体地，所述R可为：甲基、苯基、对氯苯基、环丙基、2,4-二氯苯基、2,4-二甲氧基苯基、3,6-二硝基苯基、对乙氧基苯基、正己基、对甲氧基苯基、α-萘甲基、正丙基、对硝基苯基、叔丁基或对三氟甲基苯基。

上述式Ⅰ所示二氢赤霉素衍生物是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

1)使得式II所示化合物与式III所示羧酸或式III’所示酰氯发生缩合酰化反应，得到式IV所示化合物；

上述式II中，R₁可为：2,4-二甲氧基苄基、对甲氧基苄基、2,3-二甲氧基苄基；

上述式III或式III’中，R可为：C1-C6烷基，C3-C6环烷基、取代或未取代的芳基；

所述取代的芳基中的取代基可选自：卤素、C1-C6烷氧基、硝基、C1-C6烷基、卤素取代的烷基中的一种或多种；

具体地，所述R可为：甲基、苯基、对氯苯基、环丙基、2,4-二氯苯基、2,4-二甲氧基苯基、3,6-二硝基苯基、对乙氧基苯基、正己基、对甲氧基苯基、α-萘甲基、正丙基、对硝基苯基、叔丁基或对三氟甲基苯基；

上述式IV中，R₁同式II中R₁；R同式III中R；

2)使得式IV所示化合物在路易斯酸的催化下发生水解反应，得到式Ⅰ所示二氢赤霉素衍生物。

上述方法步骤1)中，当采用羧酸与式II所示化合物发生缩合酰化时，所述缩合酰化为：在催化剂存在下，先将式III所示羧酸用酰氯化试剂活化；然后在有机碱作用下与式II所示化合物发生缩合反应，得到式IV所示化合物。

其中，所述催化剂具体可为DMF。

所述酰氯化试剂具体可为草酰氯。

所述有机碱可为：DMAP、三乙胺或者N，N-二异丙基乙胺中的一种或多种。

所述羧酸与酰氯化试剂、催化剂以及有机碱的摩尔比可为：1：1.1-1.5:0.01-0.1:1.2-3.0。

式II所示化合物与羧酸的摩尔比为1.05:1-1.2:1。

所述活化的温度可为-5～5度，时间可为1～3小时。

所述缩合反应的温度可为-5～5度，时间可为3～6小时。

当采用酰氯与式II所示化合物发生缩合酰化时，不需加催化剂，所述酰氯与有机碱的摩尔比可为：1:1.1-3.0。

式II所示化合物与酰氯的摩尔比可为1.05:1-1.2:1。

所述缩合酰化的温度可为-5～5度，时间可为1～3小时。

所述缩合酰化反应可在有机溶剂中进行，所述有机溶剂具体可为二氯甲烷。

式II所示化合物可通过下述方法进行制备：

以赤霉酸为起始原料进行C3与C13的全乙酰化反应，对得到的产物进行C6位羧基苄基化反应，对得到的产物中的双键加氢还原，进行选择性脱乙酰基反应脱去C3的乙酰基，使得到的产物的C3的羟基与可提供离去基团的酰氯试剂(如对甲苯磺酰氯或者甲磺酰氯)反应，使得到的产物的C3位叠氮化，而后将叠氮基还原成氨基，即可式II所示化合物。

上述方法步骤2)中，所述路易斯酸可为：三氯化铁、氯化锌、三氯化铝和三氟化硼中的一种或多种。

式IV所示化合物与路易斯酸的摩尔比可为1:1.2-1：3。

所述水解反应可在有机溶剂中进行，所述有机溶剂具体可为二氯甲烷。

上述式Ⅰ所示二氢赤霉素衍生物作为植物生长调节剂的应用也属于本发明的保护范围。

本发明还提供一种植物生长调节剂，其活性成分包括式Ⅰ所示二氢赤霉素衍生物。

所述植物生长调节剂可用于调节植物的下述至少一种性能：

1)延缓植物生长；

2)抑制茎杆伸长；

3)缩短植物节间；

4)促进花芽分化；

5)促进叶片生长；

6)提高植物抗逆性能；

7)提高植物产量；

所述植物为单子叶植物或双子叶植物；具体可为拟南芥、水稻、玉米或者小麦等。

本发明以便宜易得的赤霉酸为原料构建二氢赤霉素骨架，得到了一系列二氢赤霉素衍生物，并对这些化合物进行了初步的生测研究，筛选出了一些活性较好的化合物。

附图说明

图1为本发明实施例1中化合物2的合成路线图。

图2为本发明实施例1中化合物4、5的合成路线图。

图3为本发明实施例1中化合物6的合成路线图。

图4为本发明实施例1中化合物8的合成路线图。

图5为本发明实施例1中化合物9的合成路线图。

图6为本发明实施例1中化合物10的合成路线图。

图7为本发明实施例2中化合物11的合成路线图。

图8为本发明实施例3中化合物13的合成路线图。

图9为本发明实施例4中化合物15的合成路线图。

图10为本发明实施例1中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振氢谱图。

图11为本发明实施例1中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振碳谱图。

图12为本发明实施例1所得二氢赤霉素衍生物的高分辨质谱图。

图13为本发明实施例2中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振氢谱图。

图14为本发明实施例2中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振碳谱图。

图15为本发明实施例2所得二氢赤霉素衍生物的高分辨质谱图。

图16为本发明实施例3中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振氢谱图。

图17为本发明实施例3中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振碳谱图。

图18为本发明实施例3所得二氢赤霉素衍生物的高分辨质谱图。

图19为本发明实施例4中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振氢谱图。

图20为本发明实施例4中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振碳谱图。

图21为本发明实施例4所得二氢赤霉素衍生物的高分辨质谱图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、式Ⅰ中R为甲基的产物的合成

1、化合物2的合成

在500ml的圆底烧瓶中加入赤霉酸(10g，28.9mmol)，无水吡啶150ml溶解，在冰浴和氮气保护条件下，缓慢加入40ml乙酸酐以及催化量的4-二甲氨基吡啶，继续反应12h，TLC检测反应完全之后用甲醇猝灭反应，减压蒸馏出大部分吡啶，用二氯甲烷萃取，3N的稀盐酸水溶液100ml×3，饱和食盐水溶液100ml×3洗涤有机相，无水硫酸钠干燥后减压浓缩除去二氯甲烷，石油醚乙酸乙酯中重结晶得到白色固体12.3g，产率99％。

取上述所得的产物3,13-乙酰基赤霉素(8.61g，20mmol)，EDCI(8.63g，30mmol)，DMAP(0.12g，1mmol)，依次放入500ml的圆底烧瓶中，150ml无水二氯甲烷溶解，氮气保护，冰浴下搅拌15min，缓慢滴加溶于20ml二氯甲烷的对甲氧基苄醇(2.76g，20mmol)，滴完之后撤掉冰浴，反应3h。反应完成之后加水猝灭，1N稀盐酸洗涤，二氯甲烷100ml×3，饱和食盐水洗涤100ml×2，无水硫酸钠干燥，减压除去二氯甲烷，浓缩。甲醇中重结晶得到白色固体9.91g，产率90％。

2、化合物4、5的合成

在250ml圆底烧瓶中加入化合物2(8.26g，15mmol)，用100ml乙酸乙酯溶解，加入0.8g Rh-Al₂O₃，在常压氢气条件下反应过夜。反应完成之后用硅藻土过滤除去Rh-Al₂O₃(可回收使用)，减压蒸馏除掉溶剂，不进行进一步纯化，得到发泡状固体6.9g，产率83％。

在250ml圆底烧瓶中加入加氢还原产物4(6.66g，12mmol)，加入甲醇100ml，逐滴加入饱和碳酸钾水溶液，直到pH在9到10之间。继续搅拌30min，加入1N的稀盐酸调pH为7。二氯甲烷60ml×3萃取，饱和食盐水100ml×2洗涤，无水硫酸钠干燥，减压除去二氯甲烷，得到白色固体6.09g，不进行进一步纯化，产率99％。

3、化合物6的合成

在200ml的圆底烧瓶中加入化合物5(5.13g，10mmol)，加入80ml无水吡啶，氮气保护，冰浴下滴加用少量二氯甲烷稀释的甲磺酰氯(1.26g，11mmol)，滴加完毕之后撤去冰浴，反应12h。加水猝灭反应，2N稀盐酸洗涤反应体系，二氯甲烷80ml×3，饱和食盐水80ml×2，无水硫酸钠干燥，减压除去二氯甲烷，柱层析得到白色固体5.85g，产率99％。

4、化合物8的合成

在200ml的圆底烧瓶中加入化合物6(5.9g，10mmol)，加入80mlN，N-二甲基甲酰胺，加入叠氮钠(1.95g，30mmol)，将温度升至100度，反应12h。加水猝灭反应，加入乙酸乙酯萃取80ml×3，饱和食盐水80ml×2，无水硫酸钠干燥，减压除去乙酸乙酯，柱层析得到白色固体4.09g，产率76％。

5、化合物9的合成

在250ml圆底烧瓶中加入化合物8(8.06g，15mmol)，用100ml乙酸乙酯溶解，加入0.8g Pd/C，在常压氢气条件下反应过夜。反应完成之后用硅藻土过滤除去Pd/C，减压蒸馏除掉溶剂，不进行进一步纯化，得到发泡状固体6.6g，产率86％。

6、化合物10的合成

在100ml圆底烧瓶中加入化合物9(2.56g，5mmol)，用30ml二氯甲烷溶解，滴入三乙胺(1.52g，15mmol)，冰浴下滴加乙酰氯(0.47g，6mmol)，氮气保护，滴加完毕之后撤去冰浴，反应1h。加水淬灭反应。二氯甲烷80ml×3，饱和食盐水80ml×2，无水硫酸钠干燥，减压除去二氯甲烷，柱层析得到白色固体2.52g，产率91％。

7、目标产物的合成

在100ml圆底烧瓶中加入化合物10(2.77g，5mmol)，用30ml三氯甲烷溶解，加入氯化锌(1.02g，7.5mmol)，室温下反应1小时。硅藻土过滤，甲醇洗涤滤渣，柱层析得到白色固体1.97g，产率91％。

图10为实施例1所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振氢谱图。

图11为实施例1所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振碳谱图。

图12为实施例1所得二氢赤霉素衍生物的高分辨质谱图。

实施例2、式Ⅰ中R为对三氟甲基苯基的产物的合成

1、参照实施例1中的制备方法制备化合物9。

2、化合物11的合成

在100ml圆底烧瓶中加入对三氟甲基苯甲酸(1.14g，6mmol)，用30ml二氯甲烷溶解，加入一滴DMF，冰浴下滴加草酰氯(0.84g，6.6mmol)，氮气保护下反应1小时，减压除去溶剂。加入干燥的二氯甲烷溶解，冰浴下滴加溶于二氯甲烷的化合物9(2.56g，5mmol)与三乙胺(1.52g，15mmol)的混合溶液，氮气保护，滴加完毕之后反应3小时，加入水淬灭反应。二氯甲烷80ml×3，饱和食盐水80ml×2，无水硫酸钠干燥，减压除去二氯甲烷，柱层析得到白色固体3.11g，产率91％。

3、目标产物的合成

在100ml圆底烧瓶中加入化合物11(3.42g，5mmol)，用30ml三氯甲烷溶解，加入氯化锌(1.02g，7.5mmol)，室温下反应1小时。硅藻土过滤，甲醇洗涤滤渣，柱层析得到白色固体2.51g，产率89％。

图13为实施例2中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振氢谱图。

图14为实施例2中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振碳谱图。

图15为实施例2所得二氢赤霉素衍生物的高分辨质谱图。

实施例3、式Ⅰ中R为苯基的产物的合成

1、参照实施例1中的制备方法制备化合物9。

2、化合物12的合成

在100ml圆底烧瓶中加入化合物9(2.56g，5mmol)，用30ml二氯甲烷溶解，滴入三乙胺(1.52g，15mmol)，冰浴下滴加苯甲酰氯(0.84g，6mmol)，氮气保护，滴加完毕之后撤去冰浴，反应1h。加水淬灭反应。二氯甲烷80ml×3，饱和食盐水80ml×2，无水硫酸钠干燥，减压除去二氯甲烷，柱层析得到白色固体2.77g，产率90％。

3、化合物13的合成

在100ml圆底烧瓶中加入化合物12(3.08g，5mmol)，用30ml三氯甲烷溶解，加入氯化锌(1.02g，7.5mmol)，室温下反应1小时。硅藻土过滤，甲醇洗涤滤渣，柱层析得到白色固体2.35g，产率95％。

图16为实施例3中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振氢谱图。

图17为实施例3中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振碳谱图。

图18为实施例3所得二氢赤霉素衍生物的高分辨质谱图。

实施例4、式Ⅰ中R为对氯苯基的产物的合成

1、参照实施例1中的制备方法制备化合物9。

2、化合物14的合成

在100ml圆底烧瓶中加入对氯苯甲酸(0.94g，6mmol)，用30ml二氯甲烷溶解，加入一滴DMF，冰浴下滴加草酰氯(0.84g，6.6mmol)，氮气保护下反应1小时，减压除去溶剂。加入干燥的二氯甲烷溶解，冰浴下滴加溶于二氯甲烷的化合物9(2.56g，5mmol)与三乙胺(1.52g，15mmol)的混合溶液，氮气保护，滴加完毕之后反应3小时，加入水淬灭反应。二氯甲烷80ml×3，饱和食盐水80ml×2，无水硫酸钠干燥，减压除去二氯甲烷，柱层析得到白色固体2.80g，产率86％。

3、化合物15的合成

在100ml圆底烧瓶中加入化合物14(3.4g，5mmol)，用30ml三氯甲烷溶解，加入氯化锌(1.02g，7.5mmol)，室温下反应1小时。硅藻土过滤，甲醇洗涤滤渣，柱层析得到白色固体2.39g，产率90％。

图19为实施例4中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振氢谱图。

图20为实施例4中所得二氢赤霉素衍生物的核磁共振碳谱图。

图21为实施例4所得二氢赤霉素衍生物的高分辨质谱图。

实施例5、

下述化合物a～o依次为式Ⅰ所示化合物中R基团依次为：甲基、苯基、对氯苯基、环丙基、2,4-二氯苯基、2,4-二甲氧基苯基、2,4-二硝基苯基、对乙氧基苯基、正己基、对甲氧基苯基、萘乙基、正丙基、对硝基苯基、叔丁基、三氟甲基苯基。

应用实施例

本发明所制备的二氢赤霉素衍生物具有一定的延缓植物生长的效果，有一些化合物具有与二氢赤霉素相当的活性，个别化合物甚至高于其活性。

应用例1

将通式为化合物Ⅰ的一系列化合物应用于拟南芥下胚轴伸长的测定中。测定方法：以拟南芥下胚轴黑暗条件下生长长度为指标。拟南芥品种为哥伦比亚野生型(Arabidopsisthaliana(ecotype Columbia))。将一定浓度的药液与融化的1/2MS培养基混合，将拟南芥种子点在培养基表面，黑暗下培养7天，测量下胚轴长度。通式为Ⅰ的化合物的抑制下胚轴长度的活性数据见表1。

表1通式为Ⅰ的一系列化合物100μmol/L浓度下对拟南芥下胚轴生长的抑制率(％)

化合物抑制率(％)化合物抑制率(％)a12j20b22k26c33l31d13m32e13n14f30o78g11Dihydrogibberellin36h46GA₃-14i30DMSO1.2

应用例2

将通式为化合物Ⅰ的一系列化合物应用于水稻株高的测定中。测定方法：以水稻株高为抑制指标。水稻品种为日本晴(Oryza.Sativa)。将一定浓度的药液与融化的琼脂培养基混合，将催好芽的水稻种子点在培养基表面，光周期16/8，培养一周，测量水稻生理株高。通式为Ⅰ的化合物的抑制株高的活性数据见表2。

表2通式为Ⅰ的一系列化合物100μmol/L浓度下对水稻株高的抑制率(％)

化合物抑制率(％)化合物抑制率(％)a23j16b28k19c30l13d30m22e11n20f16o27g30二氢赤霉素23h12GA₃-111i11DMSO3.6

本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或表更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。