粉唑醇的化學(xué)改性及其衍生物的抑菌活性1)

王 麗 何深遠(yuǎn) 程康華 王 蓓 張麗麗 馬耀進(jìn)

(南京林業(yè)大學(xué)，南京，210037)

粉唑醇的化學(xué)改性及其衍生物的抑菌活性1)

王 麗 何深遠(yuǎn) 程康華 王 蓓 張麗麗 馬耀進(jìn)

(南京林業(yè)大學(xué)，南京，210037)

為了提高粉唑醇的殺菌廣譜性以及對木材腐朽菌和綠色木霉等霉菌的殺菌活性，對其進(jìn)行化學(xué)改性，經(jīng)傅克反應(yīng)、羰基環(huán)氧化反應(yīng)、開環(huán)反應(yīng)得到5種化合物，所有化合物均經(jīng)質(zhì)譜(MS)和核磁共振氫譜(1H NMR)確證。抑菌實驗表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5%～2%范圍內(nèi)，相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，α-(2,4-二氯苯基)-α-(4-氯苯基)-1-氫-1,2,4-三唑-乙醇(3b)和α-(2,4-二氯苯基)-α-(4-甲苯基)-1-氫-1,2,4-三唑-乙醇(3d)對綠色木霉的抑菌效果均優(yōu)于粉唑醇，3b對彩絨革蓋菌、密粘褶菌的抑菌效果與粉唑醇相當(dāng)。

粉唑醇；化學(xué)改性；抑菌效果

對木材進(jìn)行防腐處理能延長木材的使用壽命，是節(jié)約木材的有效辦法[1]。常見的木材防腐劑季銨銅(ACQ)、銅鉻砷(CCA)都含有金屬離子，容易對環(huán)境造成污染，因此，一些科學(xué)工作者把研究重點(diǎn)放到了水載型有機(jī)木材防腐劑上[2-3]。與ACQ、CCA相比，水載型有機(jī)防腐劑具有對環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)。在水載型有機(jī)木材防腐劑開發(fā)過程中，常常借鑒一些農(nóng)藥中的殺菌劑。三唑類化合物是農(nóng)藥中常用的殺菌劑，它除了對鞭毛菌亞門中卵菌無活性外，對擔(dān)子菌亞門、子囊菌亞門和半知菌亞門的病原菌均有活性，作用機(jī)理為抑制麥角甾醇類生物的合成，使得菌體細(xì)胞膜功能受到破壞[4-6]。目前應(yīng)用到木材防腐上的三唑類殺菌劑主要有丙環(huán)唑(Propiconazole)、戊唑醇(Tebuconazole)和環(huán)丙唑醇(Cyproconazole)，其品種較少，限制了三唑類殺菌劑在木材防腐領(lǐng)域的發(fā)展[7-8]。粉唑醇作為三唑類殺菌劑的一種，一經(jīng)上市就以其殺菌的廣譜性和有效性受到好評，近年來銷售量逐步增加[9]，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5%～2%范圍內(nèi)[8，10]，對木材腐朽菌和霉菌，如彩絨革蓋菌、密粘褶菌、黑曲霉均表現(xiàn)出良好的抑菌活性，但對其它一些霉菌，如綠色木霉沒有抑菌活性。三唑類殺菌劑結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系[11-12]：①分子中的三唑環(huán)為必須基團(tuán)，其中4位N原子必須有一定程度的裸露，該N原子與血紅素輔基Fe原子形成配位鍵，競爭性抑制靶酶活性，當(dāng)有其它基團(tuán)取代時，其抗真菌活性消失；②三唑環(huán)上的取代基必須與1位N原子相連，否則活性喪失；③三唑環(huán)上的1位N原子與中央C原子相連或相隔一個亞甲基，增加亞甲基間隔單位，抗真菌活性降低或喪失；④苯環(huán)上2位有電負(fù)性取代基，4位有一定體積或電負(fù)性取代基時，對抗真菌活性有利，一般以2,4-二氟和2,4-二氯取代為最佳；⑤分子中的醇羥基可能通過靶酶活性位點(diǎn)的保守結(jié)晶水與活性位點(diǎn)殘基H310形成氫鍵，從而增加抗真菌活性，應(yīng)給予保留。為了提高它的殺菌廣譜性以及對木材腐朽菌和綠色木霉等霉菌的殺菌活性，筆者參照上述關(guān)系，對粉唑醇進(jìn)行化學(xué)改性，得到5種化合物。對常用的木材腐朽菌和霉菌進(jìn)行抑菌實驗，并與粉唑醇進(jìn)行了抑菌活性的比較，得到了比較好的效果，有望在開發(fā)木材保護(hù)劑方面提供一些經(jīng)驗。

1 材料與方法

1.1 材料

試劑。無水三氯化鋁、氯苯、甲苯、鄰氯苯甲酰氯、2,4-二氯苯甲酰氯、鄰氟苯甲酰氯、二氯甲烷、氫氧化鈉、無水硫酸鈉、三甲基碘化亞砜、NaH(60%石蠟油分散體)、石油醚、乙酸乙酯、氯化鈉、1,2,4-三氮唑、碳酸鉀、二甲基甲酰胺、甲醇，均為分析純。

供試菌種。白腐菌：彩絨革蓋菌(Coriolusversicolor)；褐腐菌：密粘褶菌(Gloeophyllumtrabeum)；霉菌：黑曲霉(Aspergillusniger)、綠色木霉(Trichodermaviride)，均由南京林業(yè)大學(xué)木材保護(hù)研究所提供。

儀器。DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；ZF-2型三用紫外儀，上海安亭電子儀器廠；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；1100ESI/MS型質(zhì)譜儀，Agilent公司；Bruker-AvanceAV-500/300核磁共振儀，Thermo Nicolet公司；X-6顯微熔點(diǎn)測定儀，北京泰克儀器有限公司。

1.2 合成路線

本實驗?zāi)繕?biāo)化合物的合成依次經(jīng)過傅克反應(yīng)、羰基環(huán)氧化反應(yīng)、開環(huán)加成反應(yīng)，合成路線如圖1所示。

圖1 目標(biāo)化合物的合成路線

1.3 合成方法

1.3.1 2,4′-二氯二苯酮(1a)的合成

依次將16 g(0.12 mol)研碎的無水三氯化鋁、100 mL干燥過的氯苯加入到250 mL三口燒瓶中。在攪拌條件下，逐滴滴加17.5 g(0.1 mol)鄰氯苯甲酰氯。滴加完畢后，回流加熱并攪拌3 h。反應(yīng)完畢后，將其傾入100 mL冰水中，二氯甲烷(每次100 mL)提取兩次，再依次用去離子水、10%氫氧化鈉水溶液和去離子水(每次100 mL)洗滌，無水硫酸鈉干燥過夜，過濾、脫溶后用石油醚/乙酸乙酯重結(jié)晶，得白色針狀晶體22.32 g[13-14]。1b—1e的合成方法同1a(1b: 2,4,2′—三氯二苯酮；1c：2-氯-4′-甲基二苯酮；1d：2,4-二氯-4′-甲基二苯酮；1e：2-氟-4′-甲基二苯酮)。

圖2 粉唑醇結(jié)構(gòu)式

1.3.2 1-(2-氯苯基)-1-(4-氯苯基)環(huán)氧乙烷(2a)的合成

在冰浴條件下，將23.47 g(0.107 mol)三甲基碘化亞砜、3.20 g(0.133 mol)NaH置于250 mL三口燒瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入80 mL二甲亞砜，攪拌直至無氣體產(chǎn)生。將22.32 g(0.089 mol)1a和60 mL二甲亞砜組成的溶液滴加到上述攪拌的溶液中，然后在50 ℃下攪拌3 h。 反應(yīng)完畢后過濾，依次用飽和食鹽水、去離子水洗滌(每次100 mL)，無水硫酸鈉干燥過夜，過濾、脫溶即得深棕色黏稠液體的粗產(chǎn)品22.63 g[14-17]。不提純直接做下一步。2b—2e的合成方法同2a(2b：1-(2,4-二氯苯基)-1-(4-氯苯基)環(huán)氧乙烷；2c：1-(2-氯苯基)-1-(4-甲苯基)環(huán)氧乙烷；2d：1-(2,4-二氯苯基)-1-(4-甲苯基)環(huán)氧乙烷；2e：1-(2-氟苯基)-1-(4-甲苯基)環(huán)氧乙烷)。

1.3.3 a-(2-氯苯基)-a-(4-氯苯基)-1-氫-1,2,4-三唑-乙醇(3a)的合成

依次將11.05 g(0.16 mol)1,2,4-三氮唑、22.11 g(0.16 mol)碳酸鉀、80 mL二甲基甲酰胺(DMF)置于250 mL三口燒瓶中，攪拌下，逐滴滴加22.63 g 2 a粗品和20 mL DMF組成的溶液，80 ℃下攪拌回流4 h。反應(yīng)完畢后，將其傾入400 mL冰水中，二氯甲烷萃取3次(每次100 mL)，依次用飽和食鹽水、去離子水洗滌(每次100 mL)，無水硫酸鈉干燥過夜，過濾、脫溶后用乙酸乙酯/甲醇重結(jié)晶，得白色晶體12.57 g[14]。3b—3e的合成方法同3a(3c：α-(2-氯苯基)-α-(4-甲苯基)-1-氫-1,2,4-三唑-乙醇；3e：α-(2-氟苯基)-α-(4-甲苯基)-1-氫-1,2,4-三唑-乙醇)。

1.4 目標(biāo)化合物的抑菌實驗

本實驗采用濾紙片法檢測目標(biāo)化合物3a—3e的抑菌效果，并以粉唑醇為對照試劑，比較不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)目標(biāo)化合物的抑菌活性，根據(jù)菌體生長狀況比較不同目標(biāo)化合物的抑菌效果。菌種生長直徑≥25 mm及抑菌圈直徑≤7 mm均表示無抑菌效果[18-19]。在化合物的抑菌作用下，彩絨革蓋菌、密粘褶菌、綠色木霉只在平板中間生長，無抑菌圈出現(xiàn)，故選擇菌種生長直徑表示抑菌作用強(qiáng)弱；而黑曲霉的生長能平鋪整個平板，有明顯的抑菌圈出現(xiàn)，故用抑菌圈直徑表示抑菌作用強(qiáng)弱。

2 結(jié)果與分析

2.1 目標(biāo)化合物的合成及結(jié)構(gòu)表征

合成的5種目標(biāo)化合物性質(zhì)穩(wěn)定，長期放置外觀無變化，其總收率和物理性質(zhì)見表1，1H NMR 和MS見表2，可以看出，所得5種化合物的結(jié)構(gòu)與預(yù)期結(jié)構(gòu)一致。

表1 目標(biāo)化合物的總收率及物理特性

表2 目標(biāo)化合物的1H NMR 和 MS

續(xù)(表2)

注： s表示單峰；d表示雙峰；m表示三重峰；dd表示受相鄰氫影響裂分成二重峰后，又受遠(yuǎn)程耦合影響，在二重峰的基礎(chǔ)上裂分成雙峰；td表示受相鄰氫影響裂分成三重峰后，又受遠(yuǎn)程耦合影響，在三重峰的基礎(chǔ)上裂分成雙峰；括號內(nèi)J表示耦合常數(shù)。

2.2 目標(biāo)化合物的抑菌效果

目標(biāo)化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5%～2%范圍內(nèi)[8，10]，對2種腐朽菌和2種霉菌進(jìn)行抑菌實驗，并以粉唑醇為對照試劑，抑菌實驗結(jié)果列于表3。

表3 粉唑醇和目標(biāo)化合物的抑菌實驗結(jié)果

注：“—”表示無抑菌效果。

可以看出，3b和3d對綠色木霉的抑菌效果優(yōu)于粉唑醇，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%時表現(xiàn)最佳，粉唑醇對綠色木霉沒有抑制作用，而在3b、3d的抑制作用下，綠色木霉的生長直徑分別為19.6、23.2 mm。3b對彩絨革蓋菌、密粘褶菌的抑菌效果與粉唑醇相當(dāng)，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%時抑菌效果最好，在3b、粉唑醇的抑制作用下，彩絨革蓋菌都表現(xiàn)未生長狀態(tài)，密粘褶菌生長直徑分別為13.8、13.2 mm。3b對黑曲霉的抑菌效果略低于粉唑醇，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%時表現(xiàn)最明顯，在3b、粉唑醇的抑制作用下，黑曲霉的抑菌圈直徑分別為23.3、38.2 mm，但3b對霉菌的總體抑菌效果高于粉唑醇；在實驗質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)，所合成的5種化合物中3b的抑菌效果最佳，并且高于粉唑醇。如圖3—圖5所示，3a、3c、3d、3e總體抑菌效果低于粉唑醇。

圖3 空白對照組

圖4 3b質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的抑菌效果圖

3 結(jié)論

所合成的5種化合物均經(jīng)1H NMR 和 MS表征確認(rèn)，化合物穩(wěn)定，長期放置外觀無變化。

質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5%～2.0%范圍內(nèi)，3b和3d對綠色木霉的抑菌效果高于粉唑醇；3b對黑曲霉的抑菌效果略低于粉唑醇，但3b對霉菌的總體抑菌效果高于粉唑醇；3b對腐朽菌(彩絨革蓋菌和密粘褶菌)的抑菌效果與粉唑醇相當(dāng)；所合成的5種化合物中，3b總體抑菌效果最佳，并且高于粉唑醇， 3a、3c、3d、3e總體抑菌效果低于粉唑醇。

圖5 粉唑醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的抑菌效果圖

從抑菌實驗結(jié)果可以看出，苯基具有2,4-二位鹵素取代的化合物殺菌活性較高；取代位相同時，基團(tuán)對抑菌活性的增強(qiáng)順序從大到小依次為F、Cl、CH3；這可能是因為苯基上取代基團(tuán)的誘導(dǎo)效應(yīng)，導(dǎo)致含氮雜環(huán)電子云密度改變，苯基上吸電子作用越強(qiáng)，含氮雜環(huán)電子云密度越低，從而有利于與菌中的鐵卟啉中心鐵實行原子配位來阻礙鐵氧絡(luò)合物的形成，從而抑制麥角甾醇的合成，達(dá)到殺菌的目的；而CH3是供電子基團(tuán)，故降低了苯基上為CH3取代化合物的抑菌活性；3b總體抑菌效果高于粉唑醇，這可能是因為3b中苯基2,4,4′-三氯取代的吸電子效應(yīng)大于粉唑醇中苯基2,4′-二氟取代的吸電子效應(yīng)。

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Chemical Modification of Flutriafol and Bacteriostasis of Its Ramifications/

Wang Li, He Shenyuan, Cheng Kanghua, Wang Bei, Zhang Lili, Ma Yaojin

(Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(8).-152～156

In order to improve the bactericidal broad-spectrum and antibacterial effects on wood decay fungi and mold, flutriafol was chemically modified by Friedel-Crafts acylation, Corey-Chaykovsky reaction and 1,2-Epoxide opening reaction. Five compounds were obtained which were confirmed by the means of MS and 1H NMR. Through bacteriostatic experimentation, in the range of 0.5%-2% and of the same mass fraction,α-(2,4-dichlorophenyl)-α-(4-chlorphenyl)-1-H-1, 2, 4-triazol-alcohol (3b) andα-(2,4-dichlorophenyl)-α-(4-tolyl)-1-H-1, 2, 4-triazol-alcohol (3d) had a stronger inhibitory effect onTrichodermaviridethan flutriafol. The inhibitory effect of 3b onCoriolusversicolorandGloeophyllumtrabeumwas comparable to that of flutriafol.

Flutriafol; Chemical modification; Antibacterial effect

王麗，女，1989年9月生，南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，碩士研究生。

程康華，南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，教授。E-mail:chengkh54@163.com。

2013年11月5日 。

S782.33

1) 林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201104032)。

責(zé)任編輯：戴芳天。