蒎烯基生物活性化合物研究進展

張明光，李明新，王忠龍，王石發(fā)*

(1. 江蘇醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院，鹽城 224005； 2. 南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，林業(yè)資源高效加工利用協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210037)

松節(jié)油是松脂經(jīng)分離得到的揮發(fā)性液體，主要由α-蒎烯、β-蒎烯、莰烯、月桂烯、Δ3-蒈烯等單萜烯烴和長葉烯、石竹烯等倍半萜烯烴組成的復(fù)雜混合物，其中又以α-蒎烯和β-蒎烯為主要成分[1]。根據(jù)不同來源，松節(jié)油可分為由松脂經(jīng)水蒸氣蒸餾得到的脂松節(jié)油、硫酸鹽制漿回收得到的硫酸鹽松節(jié)油以及由松根明子經(jīng)溶劑浸提得到的木松節(jié)油。我國松節(jié)油資源豐富，其中脂松節(jié)油年產(chǎn)量8萬～10萬t，居世界第二位。蒎烯具有資源豐富、毒性低、生物相容性好等諸多優(yōu)勢，其衍生物廣泛應(yīng)用于香料、香精、農(nóng)藥和維生素合成等領(lǐng)域[2-3]，例如用于合成樟腦醌、紫蘇醛、萜品烯、薄荷酸、松油醇、驅(qū)蟲劑等，同時在抑菌、抗腫瘤、抗病毒和抗炎活性等方面也表現(xiàn)出良好的活性[4-5]。

現(xiàn)有研究結(jié)果表明，蒎烷基結(jié)構(gòu)單元具有脂溶性高、生物相容性好、毒性低、滲透性強、分子剛性強等特點。利用蒎烯雙鍵或橋頭碳原子反應(yīng)活性，通過合成手段，對蒎烯雙環(huán)結(jié)構(gòu)進行修飾，引入嘧啶環(huán)、吡唑環(huán)、酰胺基、肼基、縮脲等活性基團，可以合成得到蒎烯基嘧啶類、蒎烯基咪唑類、蒎烷基酰肼類等多種新型蒎烯基衍生物。以蒎烯為原料，開發(fā)具有抑菌、殺蟲、抗腫瘤、除草、消炎和降糖等活性化合物，不僅具有原料可再生易得、脂溶性好、生物相容性好等優(yōu)點，還可克服傳統(tǒng)有機磷和有機氯類的抑菌劑、殺蟲劑、除草劑等所存在的致癌風險高、環(huán)境污染大、生物相容性差、毒性高等缺點。

1 蒎烯的生物活性及化學(xué)性質(zhì)

1.1 蒎烯的生物活性

近年來，蒎烯的生物活性研究取得了很大的進展。研究表明，蒎烯在單獨存在的條件下依然表現(xiàn)出良好的生物活性。α-蒎烯對白色念珠菌、新孢子蟲、米曲霉以及金黃色葡萄球菌有著良好的抗菌活性[6]，對肝癌BEL-7402細胞具有良好的抗腫瘤活性[7-8]，能夠激活NK細胞并增加其細胞毒性，是一種潛在的癌癥免疫治療物[9]。此外，α-蒎烯還可以通過抑制小鼠腹膜巨噬細胞中的促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)和核因子-κB(NF-κB)途徑表現(xiàn)出抗炎活性[10]，對乙醇和吲哚美辛誘導(dǎo)的小鼠胃潰瘍的保護作用，具有顯著的抗?jié)兓钚訹11]。β-蒎烯可與游離的病毒直接相互作用而表現(xiàn)出高抗HSV-1活性[12]，通過與單胺能系統(tǒng)相互作用產(chǎn)生抗抑郁功能[13]，對多種念珠菌具有抗生物膜活性[14]。此外，(-)-β-蒎烯對沙門氏菌具有良好的抑制活性(MIC為20 mL/L)，能夠破壞細胞形態(tài)和結(jié)構(gòu)，降低細菌細胞中的ATP水平，具有食品防腐的潛在用途[15]。

1.2 蒎烯的化學(xué)性質(zhì)

蒎烯具有獨特的雙環(huán)結(jié)構(gòu)和碳碳雙鍵，因而化學(xué)性質(zhì)特別活潑，可通過異構(gòu)化、酯化、氫化、水合、氧化等反應(yīng)合成多種功能性化學(xué)品[16-18]。α-蒎烯經(jīng)高錳酸鉀或臭氧氧化反應(yīng)可以合成2,3-環(huán)氧蒎烷、蒎酮醛、蒎酮酸或馬鞭草烯酮等化合物；以酸為催化劑，通過異構(gòu)化反應(yīng)可以得到β-蒎烯、莰烯、別羅勒烯和香茅烯等；經(jīng)氫化或硼氫化還原反應(yīng)得到蒎烷或3-羥基蒎烷；經(jīng)與水或馬來酸酐加成反應(yīng)可以得到水合萜二醇或蒎烷基馬來酸酐；經(jīng)酯化可以得到冰片；經(jīng)聚合反應(yīng)可以得到萜烯樹脂。β-蒎烯經(jīng)氧化反應(yīng)可以引入羧基、酮基、酸酐結(jié)構(gòu)，如經(jīng)高錳酸鉀氧化可得到諾蒎酸、經(jīng)臭氧氧化可以得到諾蒎酮、經(jīng)環(huán)氧化得到迭迭香醚和經(jīng)二氧化硒氧化得到3-羥基蒎烯醇；與多聚甲醛經(jīng)Prins縮合反應(yīng)可以制備諾卜醇，經(jīng)催化異構(gòu)化可以制得月桂烯、松油烯和α-蒎烯；經(jīng)催化氫化得到蒎烷；經(jīng)與水或馬來酸酐加成反應(yīng)可以得到水合萜二醇或蒎烷基馬來酸酐。

此外，許多α-蒎烯和β-蒎烯初級衍生物含有不飽和雙鍵和酮羰基，仍然具有良好的反應(yīng)活性，是優(yōu)良的合成中間體，可進一步用于制備蒎烯衍生物。例如，α-蒎烯初級加成產(chǎn)物水合萜二醇經(jīng)脫水后可生成松油醇；氧化產(chǎn)物蒎酮酸可以進一步氧化得到蒎酸、低蒎酸；2,3-環(huán)氧蒎烷可以異構(gòu)化得到龍腦烯醛；桃金娘烯醛進一步異構(gòu)化得到紫蘇醛。β-蒎烯初級衍生物諾蒎酸進一步異構(gòu)化可以制備二氫枯銘酸，迭迭香醚開環(huán)可以得到蒎烷醇化合物，氧化產(chǎn)物諾蒎酮經(jīng)羰基還原后可以得到諾蒎醇，羰基α-位可以進行取代與縮合反應(yīng)構(gòu)建新型蒎烷基衍生物；Prins縮合產(chǎn)物諾卜醇的雙鍵和羥基可以發(fā)生加成、消除、取代、酯化、氧化等反應(yīng)，制備氫化諾卜醇、諾卜二烯、諾卜基醚、諾卜醇酯、諾卜醛等。

關(guān)于松節(jié)油分離純化提取α-蒎烯與β-蒎烯技術(shù)方法，以及蒎烯的異構(gòu)化反應(yīng)或加成反應(yīng)用于松節(jié)油深加工利用的研究報道很多，主要集中在蒎烯席夫堿與蒎烷基手性配體在有機合成方面的應(yīng)用研究[19-21]、蒎烷基芳香化合物在熒光材料方面的應(yīng)用研究[22-24]以及蒎烷基雜環(huán)化合物在農(nóng)藥與醫(yī)藥方面的生物活性研究[25-26]。筆者綜述了近年來以蒎烯為起始原料，基于諾蒎烷基骨架的蒎烷基衍生物的設(shè)計、合成以及生物活性新進展，并對存在的問題以及今后發(fā)展方向進行了討論和展望。

2 蒎烯基雙環(huán)衍生物活性研究

保留α-蒎烯和β-蒎烯雙環(huán)結(jié)構(gòu)，利用烯烴雙鍵或環(huán)外甲基，通過氧化、加成以及取代等反應(yīng)引入新的官能團，進而構(gòu)建新的蒎烷基雜環(huán)衍生物，是以蒎烯設(shè)計、合成蒎烷基活性化合物的主要方法。諾蒎酮是一種單萜烯類化合物，天然存在量較少，僅存在于一些植物的次生代謝中，已發(fā)現(xiàn)存在于滑葉山姜果揮發(fā)油中和藍布正揮發(fā)油中，但含量較低(<15%)且提取困難。目前，天然產(chǎn)物合成研究所需要的諾蒎酮主要通過β-蒎烯經(jīng)臭氧、高錳酸鉀或重鉻酸吡啶氧化制得[27]。諾蒎酮分子中含有環(huán)外不飽和羰基，因此具有較高的反應(yīng)活性，可用于合成多種含氮、含氧的雜環(huán)化合物，是良好的反應(yīng)中間體，已被廣泛用于蒎烷基生物活性物質(zhì)合成研究[28-29]。

2.1 蒎烯基嘧啶類衍生物

嘧啶類化合物是一類含有兩個N原子的六元環(huán)化合物，嘧啶類衍生物具有抗微生物、抗病毒、抑菌、抗腫瘤等多種藥物活性，因其環(huán)上取代位點和取代基的多樣性變化，使得該類化合物結(jié)構(gòu)豐富、數(shù)量龐大，廣泛用于生物活性化合物開發(fā)研究。2013年，魏柏松等[30]以α-蒎烯為原料，經(jīng)氧化、縮合得到2-羥基-3-蒎酮的烯酮中間體，再與鹽酸胍在氫氧化鈉的醇溶液中回流反應(yīng)合成了新型蒎烷基-2-氨基嘧啶類化合物和蒎烷基異噁唑啉類化合物。其合成路線如圖1所示。抑菌活性研究結(jié)果表明，蒎烷基-2-氨基嘧啶類化合物對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌有很強的抑制作用。

圖1 蒎烷基-2-氨基嘧啶類化合物的合成Fig. 1 Synthesis of pinanyl-2-aminopyrimidine compounds

圖2 諾蒎酮基縮氨基硫脲類化合物的合成Fig. 2 Synthesis of nopinone-thiosemicarbazone derivatives

Wu等[31]以(-)-β-蒎烯為原料，經(jīng)諾蒎酮中間體，基于諾蒎酮羰基及羰基鄰位反應(yīng)活性，合成了一系列新的蒎烯-2-烷基氨基嘧啶衍生物，評估了目標化合物對白色念珠菌、黑曲霉、熱帶假絲酵母、大腸桿菌、沙門氏菌系的抑制活性。試驗結(jié)果表明，苯環(huán)上對位取代化合物(p-CH3,p-Cl)對白色念珠菌有很強的抑制作用，對黑曲霉(MIC=3.90 μg/mL)和熱帶念珠菌(MIC=7.81 μg/mL)都有很強的抑制活性。張齊等[32]以諾蒎酮為原料，同樣基于羰基鄰位反應(yīng)，制得新型吡啶取代的蒎烷基嘧啶類化合物，抑菌和殺蟲活性研究結(jié)果表明，4-吡啶基-2氨基嘧啶類化合物對枯草芽孢桿菌的抑制效果較為明顯，MIC為7.80 μg/mL，所有化合物對蚜蟲均表現(xiàn)出了較好的殺蟲活性。

2.2 蒎烯基硫脲類衍生物

硫脲類化合物是一類分子中含有—NH—CS—NH—官能團的化合物，許多硫脲類化合物具有抗菌、殺蟲、除草以及抗腫瘤等多種生物活性，其化學(xué)性質(zhì)活潑，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥和醫(yī)藥中間體合成研究[33-35]。Wang等[36]以諾蒎酮與取代苯甲醛反應(yīng)，制得蒎酮烯中間體，再與氨基硫脲縮合反應(yīng)，設(shè)計并合成了一系列諾蒎酮基氨基硫脲類衍生物(圖2)，得到8個化合物對3種人類癌細胞系(MDA-MB-231，SMMC-7721和Hela)都具有抗癌活性。其中，化合物1對3種癌細胞抑制活性最好，IC50值分別為(2.79 ± 0.38),(2.64 ± 0.17)和(3.64 ± 0.13) μmol/L。此外，細胞周期和凋亡實驗證明，化合物1能夠誘導(dǎo)MDA-MB-231細胞在G2/M期的細胞周期停滯，分子對接研究顯示該類化合物通過抑制微管蛋白聚合發(fā)揮作用。

2.3 蒎烯基噻唑類衍生物

噻唑類化合物是一類同時含有N、S兩種雜原子的五元雜環(huán)化合物，分子內(nèi)的雜原子可與蛋白氨基酸殘基分子形成氫鍵，與生物體金屬離子形成配位，具有廣泛的殺菌、除草、抗病毒、殺蟲等生物活性[37]。噻唑類化合物因具有低毒、優(yōu)良的生物活性和結(jié)構(gòu)變化多樣的特點，已成為綠色農(nóng)藥研究的一個熱點。2014年，鮑名凱等[38]以α-蒎烯為起始原料，經(jīng)硼氫化和PCC氧化后得到異松蒎酮，以甲基的鄰位羰基再與氨基硫脲縮合、鹵代酮環(huán)合反應(yīng)制得通式如2的一系列α-蒎烷基噻唑腙類化合物(圖3)。生物活性實驗表明，部分化合物對大腸桿菌(Escherichiacoli)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)有較好的抑菌活性。當噻唑環(huán)取代基含吸電子的芳環(huán)，化合物對兩株肝癌細胞(HepG2和SMMC-7721)表現(xiàn)出良好的體外抗腫瘤活性，R為4-苯腈時活性最好，IC50分別為15.30和10.41 μg/mL。

圖3 α-蒎烷基噻唑腙類化合物的合成Fig. 3 Synthesis of α-pinanyl thiazole hydrazone compounds

2016年，孫楠等[39]利用諾蒎酮的環(huán)外羰基，與氨基硫脲進行縮合反應(yīng)，得到諾蒎酮縮氨基硫脲，再與α-鹵代酮進行環(huán)化，得到新型蒎烷基噻唑衍生物。抑菌研究結(jié)果表明，該類化合物對紫薇蚜蟲具有一定殺蟲效果且總體呈現(xiàn)濃度效應(yīng)，殺蟲能力隨濃度的增大而增大。相比于細菌，化合物對真菌具有更好的抑制效果。2019年，匡紅波等[40]同樣以諾蒎酮為原料，同時在羰基和羰基鄰位通過羰基取代引入兩種不飽氮取代基，合成了取代蒎烷基噻唑腙衍生物(圖4)，考察了化合物對人肝癌細胞(HepG2)、人多發(fā)性骨髓瘤細胞(RPMI-8226)、人肺癌細胞(A549)和乳腺癌細胞(MDA-MB-231)的抗腫瘤活性。研究結(jié)果表明，化合物3和4對HepG2、RPMI-8226、A549和MDA-MB-231細胞具有較強抗腫瘤活性(IC50<10.6 μmol/L)。化合物4能夠誘導(dǎo)A549細胞凋亡，并將細胞有絲分裂周期阻滯在G2/M期。

同年，張強健等[41]以天然β-蒎烯衍生物諾蒎酮為原料，經(jīng)縮合、環(huán)化等反應(yīng)，合成了一系列諾蒎酮基噻唑腙類化合物，研究了噻唑腙類化合物抗糖尿病活性。結(jié)果表明，與陽性對照阿卡波糖的IC50值10.16 μmol/L相比，化合物對α-淀粉酶表現(xiàn)出優(yōu)良的抑制活性(IC50為4.11 μmol/L)。抑制動力學(xué)結(jié)果表明，化合物是針對α-淀粉酶的非競爭性抑制劑。

圖4 取代β-蒎烷基噻唑腙類化合物的合成Fig. 4 Synthesis of substituted β-pinanyl thiazole hydrazone compounds

2.4 蒎烯基吡唑酰胺衍生物

吡唑酰胺是一種重要的含氮雜環(huán)化合物，已上市的含有吡唑酰胺結(jié)構(gòu)的殺菌劑氟唑菌苯胺、殺蟲劑唑蟲酰胺等產(chǎn)品具有低毒、高效的特點，使得吡唑酰胺類化合物在農(nóng)藥和生物活性化合物中研究廣泛[42-43]。2017年，芮堅等[44]使用諾蒎酮為原料，經(jīng)過縮合、環(huán)化、脫氫芳構(gòu)化和?；磻?yīng)，最終得到7個新型諾蒎酮基吡唑酰胺類化合物(圖5)，并研究了化合物的殺蟲及抑菌活性。研究結(jié)果表明，此類化合物具有廣譜的抑菌活性，尤其是當化合物苯環(huán)上的取代基為甲基和氟時，該化合物具有較強的殺蟲活性。探討了化合物的抑菌活性和對蚜蟲的殺蟲活性，結(jié)果表明，以4-氟苯基取代的2-(6′,6′-二甲基-3′-(4′-氟苯基)-4′,5′,6′,7′-四氫-5′,7′-橋亞甲基-吲唑-1′-基)乙酰胺化合物5既具有較好的抑菌效果，同時對紫薇蚜蟲也表現(xiàn)出較好的殺蟲活性。

圖5 諾蒎酮基吡唑酰胺類化合物的合成Fig. 5 Synthesis of pinenyl pyrazole amide derivatives

2.5 蒎烯基磺酸衍生物

磺酸酯類化合物可直接與生物大分子(DNAs、RNAs和蛋白質(zhì))發(fā)生烷基化反應(yīng)，可能會導(dǎo)致DNA突變，具有潛在的細胞毒性。如甲磺酸酯類化合物屬于非氮芥類烷化劑。Yang等[45]以α-蒎烯為原料，基于雙環(huán)單萜結(jié)構(gòu)，通過對環(huán)外甲基進行氧化、還原后得到中間體桃金娘烯醇，再通過酯化反應(yīng)引入苯磺酸酯片段，合成了蒎烷基磺酸酯衍生物?？鼓[瘤活性研究表明，化合物對宮頸癌細胞(Hela)和肝癌細胞(HepG2)的抑制效果最為顯著，對甲苯磺酸酯產(chǎn)物對肝癌細胞系(BEL-7402)生長抑制作用最佳，作用24 h的IC50值為83.7 μmol/L[46]。磺胺類化合物是磺胺類藥物的關(guān)鍵中間體，可用于制造抗感染藥物、消毒劑和染料等[47-49]。Grebyonkina等[50]以β-蒎烯為原料，合成具有潛在生物活性的新型手性磺胺類衍生物，為進一步的生物活性研究提供了化合物基礎(chǔ)。

2.6 蒎烯基取代烷衍生物

Feng等[51]以氫壬基二乙基鹵化銨與β-蒎烯反應(yīng)，合成了N-烷基蒎烷胺鹵化銨鹽，并評估了化合物對植物病原真菌的抗真菌活性，得到部分化合物表現(xiàn)出中等至顯著的抗真菌活性。由N-烷基蒎烷胺鹵化銨鹽進一步與蒎烯縮合，制備了3種含雙水芹的β-蒎烯衍生物[52]，含有烷基和雙氫壬基混合物的衍生物對植物真菌病原體和細菌具有顯著的抑制活性，這些衍生物有望作為新的化學(xué)實體，用于新型農(nóng)藥開發(fā)。Wang等[53]以β-蒎烯為原料合成了一系列含有1,3,4-噻二唑硫醚結(jié)構(gòu)的新型諾蒎烷衍生物(圖6)，對包括黃瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporumf. sp.cucumerinum)在內(nèi)的8種受試植物病原體進行體外抗真菌活性研究，結(jié)果表明，在50 μg/mL的濃度下，目標化合物對8種受試真菌均表現(xiàn)出一定的抑制活性。苯環(huán)上取代基R=m—F時對蘋果輪紋病(Physalosporapiricola)的抑制率為88.9%，優(yōu)于陽性對照百菌清的抗真菌活性。同時，苯環(huán)上取代基R=p—Cl時，化合物對水稻紋枯病(Rhizoctoniasolani)顯示出80.7%的抗真菌活性。

圖6 1,3,4-噻二唑硫醚結(jié)構(gòu)諾蒎烷衍生物的合成Fig. 6 Synthesis of 1,3,4-thiadiazole sulfide structure nopinene derivatives

2.7 桃金娘烯醛衍生物

桃金娘烯醛是α-蒎烯的環(huán)外甲基氧化產(chǎn)物，與蒎烯具有同樣的雙環(huán)結(jié)構(gòu)。已有研究表明，桃金娘烯醛既是一種香料，也是一種重要的活性化合物，具有抗腫瘤、抑菌、消炎、殺蟲等多種生物活性[54-55]。Lin等[56]以α-蒎烯為起始物，經(jīng)二氧化硒氧化得到桃金娘烯醛，進一步與鹽酸羥胺反應(yīng)得到桃金娘肟中間體，再經(jīng)酰氯化反應(yīng)，設(shè)計并合成了18種新型桃金娘肟酯類化合物作為酮酸還原異構(gòu)酶抑制劑(圖7)，其中11種化合物對油菜根的抑制率優(yōu)于除草劑氟蟲嗪，7種化合物對稗草 (EchinochloacrusgalliL.) 的生產(chǎn)抑制率大于80.0%(100 μg/mL)。所有化合物均表現(xiàn)出一定的體外抗真菌作用，分子對接結(jié)果表明，桃金娘片段和肟基團為藥效團，因此，桃金娘肟酯化合物是潛在的KARI抑制劑合成前體。林桂汕等[57]以桃金娘烯醛與氨基硫脲經(jīng)縮合反應(yīng)得到了桃金娘烯醛縮氨基硫脲，進一步氧化環(huán)化得到了桃金娘烯醛基噻二唑，然后與系列酰氯化合物進行N-?；磻?yīng)得到桃金娘烯醛基噻二唑-酰胺化合物。所有化合物對蘋果輪紋病菌、黃瓜枯萎病菌、花生褐斑病菌、小麥赤霉病菌和番茄早疫病菌均顯示不同程度的抑菌活性，其中，桃金娘烯醛基噻二唑-正丙酰胺(6)對蘋果輪紋病菌的相對抑制率最高達98.2%，構(gòu)效分析表明，脂肪族取代基衍生物表現(xiàn)出更好的抑菌活性。

圖7 桃金娘肟酯衍生物的合成Fig. 7 Synthesis of myridine oxime ester derivatives

2.8 馬鞭草烯酮衍生物

蒎烯環(huán)上雙鍵鄰位的亞甲基可以被氧化為酮羰基得到馬鞭草烯酮。Hu等[58]以叔丁基過氧化氫氧化α-蒎烯，得到馬鞭草烯酮，利用酮羰基與鹽酸羥胺反應(yīng)制得馬鞭草烯酮肟關(guān)鍵中間體，進一步酰氯化，得到馬鞭草酮肟酯(圖8)?？拐婢钚匝芯勘砻?，其中化合物7(E構(gòu)型)表現(xiàn)出優(yōu)異的抗真菌活性：對馬鈴薯早疫病菌(Alternariasolani)、蘋果輪紋病(P.piricola)和褐斑病菌(Cercosporaarachidicola)生長抑制率分別為92.2%，80.0%和76.3%(50 μg/mL)，優(yōu)于商業(yè)殺菌劑百菌清；對油菜根(Brassicacampestris)的生長抑制活性92.1%(100 μg/mL)，且E構(gòu)型活性優(yōu)于Z構(gòu)型。張瑞等[59]以馬鞭草烯酮肟與磺酰氯反應(yīng)得到馬鞭草酮磺酸肟酯衍生物，得到部分化合物對水稻紋枯病菌和小麥赤霉病菌具有良好的抑制活性。

圖8 馬鞭草烯酮衍生物的合成Fig. 8 Synthesis of verbenone derivatives

3 蒎烯基單環(huán)衍生物活性研究

蒎烯通過氧化或異構(gòu)化等化學(xué)方法，可以打開橋環(huán)分子結(jié)構(gòu)，形成六員單環(huán)化合物或四元單環(huán)化合物，易于引入活性基團，從而合成新型衍生化合物[60-61]。例如：α-蒎烯經(jīng)氧化反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化為四元單環(huán)的蒎酮酸，對羰基或羧基進一步衍生化可以合成多種四元環(huán)衍生物；β-蒎烯經(jīng)氧化反應(yīng)可以將轉(zhuǎn)化為六元單環(huán)的二氫枯茗酸，對羧基進一步衍生化可以合成多種六元環(huán)衍生物。

3.1 蒎酸衍生物

馬長花等[62]基于蒎酸四元環(huán)結(jié)構(gòu)，研究了蒎酸基雙硫脲和雙噻二唑化合物除草及殺菌活性。α-蒎烯經(jīng)高錳酸鉀氧化和溴仿反應(yīng)后生成蒎酸，羧基經(jīng)酰氯化后與硫氰化鉀反應(yīng)得到蒎酸基雙異硫氰酸酯，再與取代苯胺類化合物反應(yīng)合成蒎酸基雙硫脲化合物。蒎酸羧基與乙醇酯化得到蒎酸二乙酯，繼續(xù)與水合肼反應(yīng)得到蒎酸雙酰肼，最后與取代苯基異硫氰酸酯反應(yīng)，合成蒎酸基雙取代苯基酰胺(圖9)。除草活性試驗表明，100 μg/mL濃度下大部分蒎酸基雙硫脲和雙噻二唑化合物對油菜的胚根生長顯示一定的抑制活性。殺菌活性試驗表明，50 μg/mL濃度下化合物對蘋果輪紋病菌有一定的抑制活性，其中3-甲基取代的蒎酸基雙硫脲(8)和4-氯取代的蒎酸基雙酰肼(9)的抑制率分別為57.8%和74.7%。所有化合物中，只有3-甲基取代的蒎酸基雙硫脲對蘋果輪紋病菌、番茄早疫病菌和花生褐斑病菌的抑制作用均為最好。

圖9 蒎酸基雙硫脲8和雙噻二唑化合物9的合成路線Fig. 9 Synthesis route of pinic acid- dithiourea compounds 8 and dithiadiazole compounds 9

3.2 二氫枯茗酸衍生物

蒎烯經(jīng)異構(gòu)化反應(yīng)可以制備松油烯，進一步取代或加成反應(yīng)可以制備含六元環(huán)結(jié)構(gòu)衍生物。Gao等[63]以β-蒎烯為起始物，通過異構(gòu)反應(yīng)制備二氫枯茗酸，羧基進一步酯化和酰化等化學(xué)反應(yīng)合成了二氫枯茗酸酯、二氫枯茗酸?；螂?、二氫枯茗酸肟酯和二氫枯茗酸酰胺等4種衍生物(圖10)?？咕鷾y試結(jié)果表明，所合成的化合物普遍對大腸桿菌、肺炎克雷伯氏菌和金黃色葡萄球菌等細菌具有良好的抑制活性。體外抗腫瘤活性活性研究結(jié)果表明，部分化合物對人非小細胞肺癌細胞、人乳腺癌細胞、人肝癌細胞和人結(jié)腸癌細胞具有一定的抑制作用。其中，二氫枯茗酸?；螂孱愌苌飳w外培養(yǎng)的人乳腺癌和人結(jié)腸癌腫瘤細胞具有顯著生長抑制作用，得到活性良好化合物對人乳腺癌MCF-7腫瘤細胞和人結(jié)腸癌HCT116腫瘤細胞的半數(shù)抑制濃度均小于100 μg/mL。構(gòu)效關(guān)系研究結(jié)果顯示，二氫枯茗酸結(jié)構(gòu)是抑菌作用的活性基團，相同類型的二氫枯茗酸衍生物，通常分子量越小，含支鏈取代基越少，抑菌效果越理想[64]。

同樣基于二氫枯銘酸結(jié)構(gòu)，Li等[65]合成了3個系列β-蒎烯衍生物，研究了化合物對立枯絲核菌、禾谷鐮刀菌和灰葡萄孢菌的殺菌活性，結(jié)果表明大多數(shù)合成的化合物表現(xiàn)出中等至顯著的殺真菌活性。其中，蒎烯?；螂逖苌镲@示出更好殺菌活性，活性化合物對立枯絲核菌表現(xiàn)出優(yōu)異的殺菌活性，IC50值為2.439和1.857 mg/mL，接近甚至優(yōu)于商業(yè)殺菌劑硫唑醇(1.945 mg/mL)。此外，SAR和QSAR研究表明，引入吸電子基團可以增加正電荷，有利于殺菌活性。

3.3 蒎酮酸衍生物

基于蒎酮酸的四元環(huán)結(jié)構(gòu)，尹延柏[66]通過羧基?；?、酮羰基羥醛縮合、羧基酯化、羰基加成等反應(yīng)合成了酰胺、α,β-不飽和羰基化合物、酯類、?；螂宓容逋榛苌?，研究了目標化合物抑菌、驅(qū)避、殺蟲等生物活性。試驗結(jié)果表明，蒎酮酸甲酯、蒎酮酸乙酯和蒎酮酸正戊酯對白紋伊蚊表現(xiàn)出較好的驅(qū)避活性，蒎烷基硫脲對對亞洲玉米螟表現(xiàn)出較好的殺蟲活性。構(gòu)效關(guān)系研究結(jié)果表明：?；螂褰Y(jié)構(gòu)和鹵代原子的引入能提高化合物的殺蟲活性，單?；螂褰Y(jié)構(gòu)和氯原子活性最好；分子結(jié)構(gòu)中苯環(huán)取代基影響化合物活性，含鄰位烷基取代或?qū)ξ畸u原子取代苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有利于提高化合物活性。

3.4 對孟烷胺衍生物

基于異構(gòu)化反應(yīng)后的水合萜二醇六元環(huán)結(jié)構(gòu)，Zhu等[67-68]研究了對孟胺類衍生物的抑菌活性、除草活性和細胞毒性。蒎烯經(jīng)異構(gòu)化后與乙腈通過Ritter反應(yīng)合成N,N′-二乙酰基-1,8-對孟烷二胺，進一步高溫水解脫乙?；蟮玫?-對孟烯-1-胺和順-1,8-對孟烷二胺，分別與羧酸、醛或硫脲反應(yīng)，合成了相應(yīng)的對孟烷酰胺類衍生物、席夫堿類衍生物及硫脲類衍生物(圖11)，部分對孟酰胺化合物對肺炎克雷伯氏菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌具有抑菌活性。N,N′-二(4-溴苯亞甲基)-1,8-對孟烷二胺(10)對1年生黑麥草根長和莖長的抑制活性是對照品草甘膦的3倍以上。構(gòu)效關(guān)系研究表明：3-對孟烯-1-胺的環(huán)內(nèi)雙鍵有助于提高除草活性；向含呋喃環(huán)和苯環(huán)的對孟胺席夫堿衍生物中引入氯元素或溴元素可顯著提高其除草活性。

圖11 對孟烯-3-胺和1,8-對孟烷二胺衍生物的合成路線Fig. 11 The synthetic route of p-menth-3-en-1-amine and p-menthane-1,8-diamine derivatives

3.5 松油烯馬來酸酐衍生物

蒎烯異構(gòu)化產(chǎn)物松油烯結(jié)構(gòu)中含有1,3-共軛雙鍵，可以與烯烴發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)，從而合成新型結(jié)構(gòu)化合物。李龍生等[69]以α-蒎烯為起始原料，合成α-蒎烯基苯基噻二唑和苯磺酰胺兩類化合物，研究了化合物抑菌活性。α-蒎烯經(jīng)酸性異構(gòu)化、馬來酸酐加成反應(yīng)得到松油烯馬來酸酐，再與甘氨酸胺化反應(yīng)、羧基酰氯化反應(yīng)和取代反應(yīng)，引入噻二唑和磺酰胺活性基團，合成路線如圖12所示。抑菌活性研究表明，3-氯取代噻二唑化合物11對蘋果輪紋病菌的抑制率達92.6%(A級活性水平)，4-氯取代苯磺酰胺化合物12對蘋果輪紋病菌的抑制率達83.9%(B級活性)。

圖12 α-蒎烯基苯基噻二唑和苯磺酰胺衍生物的合成Fig. 12 Synthesis of α-pinenyl phenylthiadiazole and benzene sulfonamide derivatives

陳旭日等[70]研究了蒎烷基腙類和蒎烷基胺類化合物殺蟲活性，α-蒎烯經(jīng)加成反應(yīng)得到松油烯馬來酸酐中間體，再與醛基縮合反應(yīng)得到3-甲氧基-4-羥苯基-α-蒎烯馬來酰亞胺基酰腙；以α-蒎烯經(jīng)氧化合成馬鞭草烯酮，再與取代伯胺類化合物反應(yīng)，合成蒎烷基腙衍生物，進一步還原腙基雙鍵，得到蒎烷基胺衍生物。生物活性試驗表明，馬來酰亞胺基酰腙化合物和蒎烷基芳香腙衍生物對舞毒蛾3齡幼蟲的毒殺作用最為明顯，在濃度為100 mg/L時間為72 h處理條件下的舞毒蛾3齡幼蟲死亡率分別為70.92%和86.88%。

4 展 望

眾所周知，對活性天然產(chǎn)物進行化學(xué)修飾開發(fā)新型活性化合物是藥物研究與開發(fā)的一種重要方法。蒎烯來源于天然的松節(jié)油，因其來源廣泛，化學(xué)性質(zhì)活潑且安全無毒，使得它們在工業(yè)上得以廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為研究開發(fā)新型高效的抗病毒、抑菌劑的起始原料。但仍然存在一些有待研究的問題：

1)關(guān)于抑菌活性和殺蟲活性研究雖然已有大量報道，但是抑菌活性和廣譜性與已上市抑菌產(chǎn)品還有很大差距，個別活性較高的化合物缺乏進一步的劑型及給藥方式的研究；

2)關(guān)于抗腫瘤活性、細胞毒性的研究較少，化合物活性普遍不高，測試細胞種類主要集中在肝癌和乳腺癌細胞，缺少廣譜性篩選研究，有活性的化合物的結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系分析、化合物與激酶的作用方式和作用機制有待深入研究；

3)一些蒎烷基衍生物的合成方法仍然存在路線復(fù)雜、反應(yīng)條件苛刻、產(chǎn)品收率低、試劑毒性大等問題，如蒎烯氧化反應(yīng)產(chǎn)物復(fù)雜，單一產(chǎn)物收率不高，使用強腐蝕硫酸催化劑。

展望未來，蒎烯基生物活性化合物研究將有以下熱點和趨勢：

1)抑菌活性測試研究仍然是蒎烷基衍生物的主要應(yīng)用研究方向。在已有研究基礎(chǔ)上，改善新型蒎烷基化合物對大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌等細菌以及蘋果輪紋病菌、小麥赤霉病菌和黑曲霉菌等真菌的抑制活性，探索化合物對耐藥性真菌如白色念珠菌和酵母樣真菌性的抑菌效果。

2)持續(xù)探索蒎烷基雜環(huán)化合物抗腫瘤活性?；卩邕螂辍⒒撬狨ズ王０返然钚云?，設(shè)計新型蒎烷基雜環(huán)腙衍生物、蒎烷基磺酸酯衍生物和二氫枯銘酸硫脲衍生物，研究化合物對人乳腺癌細胞和人肝癌細胞的抑制活性和選擇性。

3)蒎烯衍生物的合成方法研究將更加深入。隨著離子液體、微波反應(yīng)和酶催化反應(yīng)等有機反應(yīng)新技術(shù)應(yīng)用于蒎烷基衍生物的制備，合成工藝將會更加簡便和清潔。此外，蒎烷基結(jié)構(gòu)具有天然低毒、生物兼容性好等優(yōu)點，在藥物設(shè)計中以蒎烷基替換先導(dǎo)化合物藥物分子中疏水基團，改善化合物成藥性，也是蒎烷基衍生物未來研究的重點。隨著活性-結(jié)構(gòu)關(guān)系研究的不斷深入，蒎烷基化合物與生物體的作用機制將進一步明確，以蒎烯為起始原料，合成具有高效的抗菌、殺蟲和抗腫瘤等生物活性的蒎烷基衍生物，不僅具有原料天然可再生的特點，而且可進一步推動松節(jié)油在化工醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。