含稠雜環(huán)結(jié)構(gòu)的螺環(huán)丁烯內(nèi)酯類化合物的合成及殺菌活性

李益豪, 許磊川, 張 倩, 馬好運, 安鑫鯤, 王明安

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)系 農(nóng)藥創(chuàng)新研究中心，北京 100193)

多樣性導(dǎo)向合成是在當(dāng)今藥物化學(xué)、生物化學(xué)以及組合化學(xué)共同發(fā)展下所孕育出的新興領(lǐng)域，其主要作用在于能夠利用強有力的合成手段來設(shè)計合成結(jié)構(gòu)多樣的小分子化合物庫，繼而通過生物活性測試發(fā)現(xiàn)高活性候選化合物[1-3]。相較于傳統(tǒng)合成方法，多樣性導(dǎo)向合成可以構(gòu)建具有結(jié)構(gòu)多樣性的化合物庫，由于其囊括所有可能的分子，因而可能發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)合成方法無法觸及的新穎結(jié)構(gòu)，這對發(fā)現(xiàn)具有全新結(jié)構(gòu)和全新作用機理的先導(dǎo)化合物具有重大意義[4-5]。

螺環(huán)丁烯內(nèi)酯作為廣泛存在于天然產(chǎn)物中的活性結(jié)構(gòu)片段，具有多種優(yōu)良的生物活性，例如：lambertellol A 對褐腐病菌Monilinia fructigena的孢子萌發(fā)具有顯著的抑制作用[6]；yaoshanenolides A 和yaoshanenolides B 對人體肺癌細(xì)胞(A549)具有顯著的細(xì)胞毒性，IC50值為5.1～6.6 μmol/L[7]，ramariolide A 對包括結(jié)核分枝桿菌在內(nèi)的多種致病菌都具有較高的抑制活性[8]。相關(guān)結(jié)構(gòu)式見圖式1。從已商品化的螺環(huán)丁烯內(nèi)酯類農(nóng)藥品種——螺螨酯(spirodiclofen)、螺甲螨酯(spiromesifen)、螺蟲乙酯(spirotetramat)和甲氧哌啶乙酯(spiropidion)[9-12](圖式1)的結(jié)構(gòu)可以看出，螺環(huán)丁烯內(nèi)酯是一個值得深入研究的優(yōu)異藥效團。

圖式1 典型的5,5-螺環(huán)丁烯內(nèi)酯類天然產(chǎn)物和殺蟲劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)Scheme 1 The structures of typical 5,5- spirocyclic butenolides natural products and insecticides

本課題組以多樣性導(dǎo)向合成為基本策略，以螺環(huán)丁烯內(nèi)酯為導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，設(shè)計并合成了大量具有多官能團且結(jié)構(gòu)新穎的化合物，生物活性評價顯示，部分化合物具有優(yōu)良的殺菌、殺蟲活性，具有進一步研究的價值[13-23]。在已構(gòu)建的化合物庫中，具有咪唑啉酮環(huán)的化合物對辣椒疫霉等多種植物病原菌具有良好的抑制活性[14-15,23]。本研究以其為先導(dǎo)化合物，以關(guān)鍵中間體4 為原料，通過與雙鹵代烷烴或1,3-二氯丙酮進行環(huán)化反應(yīng)，合成了一系列未見文獻報道的含稠雜環(huán)的螺環(huán)丁烯內(nèi)酯類化合物(圖式2 和圖式3)，對其結(jié)構(gòu)進行表征并評價其殺菌活性，以期獲得更好殺菌活性的化合物。

圖式2 含稠雜環(huán)結(jié)構(gòu)螺環(huán)丁烯內(nèi)酯化合物的設(shè)計策略Scheme 2 The design strategy of spirocyclic butenolides containing fused heterocycles

圖式3 目標(biāo)化合物的合成路線Scheme 3 Synthetic route of target compounds

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑和藥劑

Bruker DPX 300 MHz, 400 MHz 和Ascend 500 MHz 核磁共振儀(以CDCl3或者DMSO-d6為溶劑，TMS 為內(nèi)標(biāo))；WRX-4 顯微熔點儀(上海易測儀器設(shè)備有限公司，溫度未校正)；Thermo Fisher MSQ-Plus 型高分辨質(zhì)譜儀，電離源為ESI；SHBIII 循環(huán)式真空泵(鄭州恒巖儀器有限公司)；EYELA N-1 100 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(北京天林恒泰科技有限公司)；DF-101S 集熱式恒溫磁力攪拌器(鄭州長城科工貿(mào)有限公司)。

柱層析硅膠為青島海洋化工有限公司生產(chǎn)(75～48 μm, 200～300 目)；試劑均為國產(chǎn)或進口分析純，無水溶劑用常規(guī)方法干燥處理；98%多菌靈(carbendazim)原藥，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；98%咪唑菌酮(fenamidone)原藥，拜耳作物科學(xué)公司。

1.2 目標(biāo)化合物的合成

1.2.1 化合物1 和2 的合成 化合物1 和2 的合成參照文獻方法[14,24-28]進行，其熔點和1H NMR 數(shù)據(jù)與文獻值[14,24-28]一致。

1.2.2 化合物3 的合成 化合物3 的合成參照前文方法[14-15]進行，以化合物3a 的合成為例：在250 mL 三口瓶中，加入2a (1.42 g, 10 mmol)、50 mL 甲苯和1 mL 三乙胺，60 ℃油浴攪拌下，緩慢滴加2 eq 的雙乙烯酮(1.68 g, 20 mmol)，滴畢，將反應(yīng)體系升溫至70 ℃，攪拌反應(yīng)6 h。薄層色譜(TLC，V乙酸乙酯:V石油醚= 1 : 4)監(jiān)測至反應(yīng)完成。將反應(yīng)液冷卻至室溫，減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去甲苯，粗產(chǎn)物經(jīng)硅膠柱層析(V乙酸乙酯:V石油醚=1 : 5)分離，得到1.64 g 白色固體3a，收率79%。采用類似的方法合成了3b～3f，其中化合物3a 和3b 的熔點及1H NMR 數(shù)據(jù)與前文[14-15]一致。

3-乙酰基-4-(4-氟苯基)-1-氧雜螺[4,5] 癸-3-烯-2-酮(3c)：淡黃色固體，產(chǎn)率85%，m.p. 89～90 ℃.1H NMR(400 MHz, CDCl3),δ: 7.19～7.10 (m, 4H), 2.40 (s, 3H),1.86～1.64 (m, 9H), 1.18～1.04 (m, 1H).13C NMR (101 MHz,CDCl3),δ: 194.28, 176.00, 168.77, 163.45 (1JCF= 251.4 Hz),129.04 (3JCF= 8.4 Hz), 127.18 (4JCF= 3.6 Hz), 127.10, 116.02(2JCF= 22.0 Hz), 88.08, 33.15, 30.52, 24.32, 21.81; HR-ESIMS: C17H18FO3[M + H]+, 計算值289.123 5, 測試值289.123 8.

3-乙?；?4-(3-氟苯基)-1-氧雜螺[4,5] 癸-3-烯-2-酮(3d)：淡黃色固體，產(chǎn)率86%，m.p. 105～107 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.43 (q,J= 7.9 Hz, 1H), 7.15 (td,J=8.5, 2.4 Hz, 1H), 6.92 (d,J= 7.7 Hz, 1H), 6.87 (d,J= 9.1 Hz,1H), 2.42 (s, 3H), 1.87～1.65 (m, 9H), 1.20～1.04 (m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ: 193.98, 175.42, 168.63, 163.56(1JCF= 227.3 Hz), 133.32 (3JCF= 7.9 Hz), 130.59 (3JCF=8.6 Hz), 127.10, 122.73 (4JCF= 3.3 Hz), 116.61 (2JCF=20.4 Hz), 114.22 (2JCF= 23.5 Hz), 88.02, 33.13, 30.48, 24.28,21.79. HR-ESI-MS: C17H18FO3[M + H]+, 計算值289.123 5,測試值289.123 9.

3-乙?；?4-(3-氯苯基)-1-氧雜螺[4,5] 癸-3-烯-2-酮(3e)：白色固體，產(chǎn)率71%，m.p. 127～129 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.41 (t,J= 8.1 Hz, 1H), 7.38 (t,J=7.6 Hz, 1H), 7.13 (s, 1H), 7.02 (d,J= 7.4 Hz, 1H), 2.42 (s,3H), 1.87～1.58 (m, 9H), 1.20～1.02 (m, 1H).13C NMR(125 MHz, CDCl3),δ: 193.90, 175.41, 168.61, 134.76, 133.08,130.05, 129.69, 127.05, 126.65, 125.15, 87.98, 33.05, 30.48,24.22, 21.74; HR-ESI-MS: C17H18ClO3[M + H]+, 計算值305.094 4, 測試值305.094 7.

3-乙酰基-4-(4-叔丁基苯基)-1-氧雜螺[4,5]癸-3-烯-2-酮(3f)：淡黃色固體，收率83%，m.p. 127～129 ℃.1H NMR(400 MHz, CDCl3),δ: 7.44 (d,J= 8.3 Hz, 2H), 7.10 (d,J=8.3 Hz, 2H), 2.34 (s, 3H), 1.90～1.66 (m, 9H), 1.33 (s, 9H),1.16～1.10 (m, 1H).13C NMR (101 MHz, CDCl3),δ: 194.77,176.84, 168.96, 152.95, 128.24, 126.73, 125.64, 88.21, 34.90,33.18, 31.28, 30.58, 24.23, 21.86. HR-ESI-MS: C21H27O3[M +H]+, 計算值 327.195 6, 測試值 327.195 2.

1.2.3 化合物4 的合成 參照前文方法[14-15]進行，以化合物4a 的合成為例：在250 mL 圓底瓶中，加入3a (1.04 g, 5 mmol)、2-硫代乙內(nèi)酰脲(0.64 g, 5.5 mmol)和100 mL 乙醇，緩慢加入0.46 g(7.5 mmol) 乙醇胺，回流攪拌反應(yīng)12 h。TLC(V乙酸乙酯:V石油醚= 1 : 4)監(jiān)測反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)液冷卻至室溫，減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去乙醇，粗產(chǎn)物經(jīng)硅膠柱層析(V乙酸乙酯:V石油醚= 1 : 4)分離，得到1.15 g 白色固體4a，收率75%。采用類似的方法合成4b～4f，其中4a、4b 的熔點和1H NMR 數(shù)據(jù)與前文[14-15]一致。

(E)-5-(4-(4-氟苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-亞乙基)-2-硫代-2,4-咪唑二酮(4c): 黃色固體，收率70%，m.p. 214～216 ℃.1H NMR (400 MHz, DMSO-d6),δ: 12.19(s,1H), 11.95 (s, 1H), 7.38～7.21 (m, 4H), 1.89～1.44 (m, 9H),1.76 (s, 3H), 1.20～1.03 (m, 1H).13C NMR (101 MHz, DMSOd6),δ: 177.50, 168.62, 165.52, 162.50 (1JCF= 245.6 Hz),162.97, 130.08, 129.71 (3JCF= 8.5 Hz), 127.69 (4JCF= 3.2 Hz),127.61, 116.92 (2JCF= 21.7 Hz), 114.98, 87.61, 32.96, 32.39,23.88, 21.82, 21.76, 18.35. HR-ESI-MS: C20H20FN2O3S [M +H]+, 計算值 387.117 3, 測試值 387.117 8.

(E)-5-(4-(3-氟苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-亞乙基)-2-硫代-2,4-咪唑二酮(4d): 黃色固體，收率70%，m.p. 289～291 ℃.1H NMR (500 MHz, DMSO-d6),δ: 12.22 (s,1H), 11.96 (s, 1H), 7.51 (q,J= 8.0 Hz, 1H), 7.30 (td,J= 8.7,2.6 Hz, 1H), 7.06 (d,J= 9.4 Hz, 1H), 7.02 (d,J= 7.7 Hz, 1H),1.86～1.46 (m, 9H), 1.78 (s, 3H), 1.21～1.06 (m, 1H).13C NMR(125 MHz, DMSO-d6),δ: 177.56, 168.59, 165.13, 163.03,161.81 (1JCF= 243.9 Hz), 133.57 (3JCF= 8.0 Hz), 131.10(3JCF= 8.8 Hz), 130.06, 127.83, 123.71 (4JCF= 2.4 Hz), 116.29(2JCF= 21.1 Hz), 114.71, 114.21 (2JCF= 22.4 Hz), 87.66,32.90, 32.33, 23.84, 21.82, 21.74, 18.40. HR-ESI-MS:C20H20FN2O3S [M + H]+, 計算值 387.117 3, 測試值 387.116 8.

(E)-5-(4-(3-氯苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-亞乙基)-2-硫代-2,4-咪唑二酮(4e): 淡黃色固體，收率60%，m.p. 302～304 ℃.1H NMR (500 MHz, DMSO-d6),δ: 12.23 (s,1H), 11.97 (s, 1H), 7.55～7.46 (m, 2H), 7.24 (s, 1H), 7.14 (d,J= 7.2 Hz, 1H), 1.88～1.46 (m, 9H), 1.78 (s, 3H), 1.18～1.05(m, 1H).13C NMR (125 MHz, DMSO-d6),δ: 177.56, 168.57,165.05, 163.05, 133.50, 133.34, 130.83, 130.04, 129.32,127.95, 126.69, 126.21, 114.66, 87.66, 32.83, 32.23, 23.82,21.81, 21.71, 18.47. HR-ESI-MS: C20H20ClN2O3S [M + H]+,計算值 403.088 3, 測試值 403.088 7.

(E)-5-(4-(4-叔丁基苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-亞乙基)-2-硫代-2,4-咪唑二酮(4f): 淡綠色固體，收率66%，m.p. 263～265 ℃.1H NMR (400 MHz, DMSO-d6),δ:12.19 (s, 1H), 11.95 (s, 1H), 7.47 (d,J= 8.4 Hz, 1H), 7.17 (d,J= 8.4 Hz, 1H), 1.99～1.52 (m, 9H), 1.75 (s, 3H), 1.26 (s, 9H),1.18～1.04 (m, 1H).13C NMR (101 MHz, DMSO-d6),δ:177.45, 168.74, 166.20, 162.93, 151.90, 129.96, 128.44,127.07, 127.00, 125.58, 115.51, 87.60, 34.46, 33.10, 32.62,30.91, 30.88, 30.84, 23.90, 21.82, 18.46. HR-ESI-MS:C24H29N2O3S [M + H]+, 計算值 425.189 9, 測試值 425.189 5.

1.2.4 化合物5～7 的合成 化合物5 和6 的合成參照文獻方法[29-31]進行，以化合物5d 的合成為例：在50 mL 圓底瓶中，加入化合物4d (193 mg,0.50 mmol)、碳酸鉀 (104 mg, 0.75 mmol)、芐基三乙基氯化銨 (TEBAC, 171 mg, 0.75 mmol)和20 mL丙酮，冰浴攪拌下緩慢滴加5 mL 含1,2-二溴乙烷(141 mg, 0.75 mmol)的丙酮溶液，室溫反應(yīng)6 h。TLC (V乙酸乙酯:V石油醚= 1 : 2)監(jiān)測反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)液冷卻至室溫，減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去丙酮，粗產(chǎn)物經(jīng)硅膠柱層析(V乙酸乙酯:V石油醚= 1 : 2)分離，得到167 mg 黃色固體5d，收率81%。采用類似的方法合成5a～5c、5e、5f 和6a～6f，以氫氧化鈉代替碳酸鉀作堿，采用相同的反應(yīng)條件合成化合物7a～7f。

(E)-6-(1-(4-甲基-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)四氫咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5a): 白色固體，收率78%，m.p. 163～165 ℃.1H NMR (300 MHz,CDCl3),δ: 3.89～3.80 (m, 2H), 3.76～3.66 (m, 2H), 2.30 (s,3H), 1.88 (s, 3H), 1.84～1.66 (m, 9H), 1.38～1.16 (m, 1H).13C NMR (75 MHz, CDCl3),δ: 170.56, 168.01, 167.61, 163.25,145.62, 131.71, 124.52, 88.15, 40.83, 34.24, 33.60, 33.23,24.81, 22.10, 22.06, 19.32, 12.53. HR-ESI-MS: C17H23N2O3S[M + H]+, 計算值 335.142 9, 測試值 335.143 4.

(E)-6-(1-(4-甲基-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基) 亞乙基) 四氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3] 噻嗪-3(2H)-烷酮(6a): 白色固體，收率83%，m.p. 182～184 ℃.1H NMR(300 MHz, CDCl3),δ: 3.67～3.51 (m, 2H), 3.07 (t,J= 5.0 Hz,2H), 2.30 (s, 3H), 2.27～2.15 (m, 2H), 1.86 (s, 3H), 1.84～1.57(m, 9H), 1.32～1.15 (m, 1H).13C NMR (75 MHz, CDCl3),δ:170.55, 167.96, 165.23, 157.95, 138.80, 131.33, 124.85, 39.79,33.66, 33.24, 26.05, 24.80, 22.99, 22.09, 22.05, 19.24, 12.53.HR-ESI-MS: C18H25N2O3S [M + H]+, 計算值 349.158 6, 測試值 349.158 8.

(E)-2-(1-(4-甲基-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)二氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7a): 白色固體，收率71%，m.p. 189～191 ℃.1H NMR(300 MHz, CDCl3),δ: 4.42～3.48 (m, 4H), 2.29, 2.26 (s, 3H),1.88, 1.87 (s, 3H), 1.84～1.53 (m, 10H). HR-ESI-MS:C18H23N2O4S [M + H]+, 計算值 363.137 9, 測試值 363.137 5.

(E)-6-(1-(4-苯基-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)四氫咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5b): 黃色固體，收率82%，m.p. 183～185 ℃.1H NMR (300 MHz,CDCl3),δ: 7.41～7.33 (m, 3H), 7.21～7.13 (m, 2H), 3.95～3.78(m, 2H), 3.77～3.62 (m, 2H), 1.98 (s, 3H), 1.95～1.65 (m, 9H),1.20～1.02 (m, 1H).13C NMR (75 MHz, CDCl3),δ: 233.63,169.77, 168.20, 167.67, 163.64, 146.34, 132.06, 130.72,129.29, 128.74, 128.52, 127.49, 127.38, 88.66, 40.84, 34.29,33.78, 33.13, 24.63, 24.55, 22.27, 22.21, 19.54, 1.12. HR-ESIMS: C22H25N2O3S [M + H]+, 計算值 397.158 6, 測試值 397.158 2.

(E)-6-(1-(4-苯基-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基) 亞乙基) 四氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3] 噻嗪-3(2H)-烷酮(6b): 黃色固體，收率85%，m.p. 202～203 ℃.1H NMR (300 MHz, CDCl3),δ: 7.39～7.32 (m, 3H), 7.19～7.12 (m, 2H),3.74～3.54 (m, 2H), 3.06 (t,J= 5.5 Hz, 2H), 2.28～2.15 (m,2H), 1.97 (s, 3H), 1.94～1.52 (m, 9H), 1.17～1.02 (m, 1H).13C NMR (75 MHz, CDCl3),δ: 169.66, 167.52, 165.65, 158.51,139.47, 132.05, 130.18, 129.20, 128.88, 128.66, 127.47, 88.50,39.80, 33.81, 33.13, 26.02, 24.58, 22.89, 22.25, 22.18, 19.42.HR-ESI-MS: C23H27N2O3S [M + H]+, 計算值 411.174 2, 測試值 411.174 6.

(E)-2-(1-(4-苯基-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)二氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7b): 黃色固體，收率69%，m.p. 199～201 ℃.1H NMR(300 MHz, CDCl3),δ: 7.44～7.31 (m, 3H), 7.22～7.09 (m, 2H),4.42～3.54 (m, 4H), 2.04, 1.97 (s, 3H), 1.99～1.48 (m, 9H),1.20-0.98 (m, 1H). HR-ESI-MS: C23H25N2O4S [M + H]+, 計算值 425.153 5, 測試值 425.153 2.

(E)-6-(1-(4-(4-氟苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)四氫咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5c): 黃色固體，收率79%，m.p. 183～185 ℃.1H NMR (500 MHz,CDCl3),δ: 7.21～7.13 (m, 2H), 7.06 (t,J= 8.6 Hz, 2H),3.91～3.79 (m, 2H), 3.75～3.62 (m, 2H), 1.98 (s, 3H), 1.94～1.48(m, 9H), 1.16～1.05 (m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ:169.59, 168.42, 166.62, 163.60, 163.23 (1JCF= 248.3 Hz),146.37, 130.33, 129.49 (3JCF= 8.8 Hz), 128.78, 127.93 (4JCF=4.3 Hz), 116.02 (2JCF= 22.1 Hz), 88.58, 40.81, 34.29, 33.76,33.15, 24.58, 22.22, 22.15, 19.46. HR-ESI-MS: C22H24FN2O3S[M + H]+, 計算值 415.149 2, 測試值 415.149 9.

(E)-6-(1-(4-(4-氟苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)四氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3(2H)-烷酮(6c): 黃色固體，收率84%，m.p. 202～204 ℃.1H NMR (500 MHz, CDCl3),δ: 7.20～7.13 (m,2H), 7.06 (t,J= 8.7 Hz, 2H),3.73～3.54 (m, 2H), 3.07 (t,J= 5.6 Hz, 2H), 2.27～2.17 (m,2H), 1.99 (s, 3H), 1.98～1.47 (m, 9H), 1.19～1.06 (m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ: 169.57, 166.55, 165.71, 163.23(1JCF= 248.3 Hz), 158.77, 139.57, 129.96, 129.55 (3JCF= 8.4 Hz), 129.22, 128.01 (4JCF= 3.2 Hz), 116.01 (2JCF= 21.4 Hz),88.50, 39.85, 33.88, 33.23, 26.06, 24.62, 22.92, 22.26, 22.18,19.42. HR-ESI-MS: C23H26FN2O3S [M + H]+, 計算值 429.164 8,測試值 429.165 7.

(E)-2-(1-(4-(4-氟苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)二氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7c): 黃色固體，收率70%，m.p. 211～213 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.23～7.01 (m, 4H), 4.43～3.77 (m, 3H),3.59～3.37 (m, 2H), 2.00, 1.98 (s, 3H), 1.96～1.45 (m, 9H),1.21～1.05 (m, 1H). HR-ESI-MS: C23H24FN2O4S [M + H]+, 計算值 443.144 1, 測試值 443.145 2.

(E)-6-(1-(4-(3-氟苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)四氫咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5d): 黃色固體，收率81%，m.p. 183～184.5 ℃.1H NMR (500 MHz,CDCl3),δ: 7.42～7.29, 7.19～7.14 (m, 2H), 7.12～6.85 (m, 2H),3.92～3.79 (m, 2H), 3.77～3.59 (m, 2H), 1.99, 1.97 (s, 3H),1.97～1.54 (m, 9H), 1.20～1.06 (m, 1H). HR-ESI-MS:C22H24FN2O3S [M + H]+, 計算值 415.149 2, 測試值 415.148 4.

(E)-6-(1-(4-(3-氟苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)四氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3(2H)-烷酮(6d): 黃色固體，收率82%，m.p. 204～206 ℃.1H NMR (500 MHz, CDCl3),δ: 7.37～7.29 (m, 1H), 7.07 (td,J= 8.6, 2.6 Hz,1H), 6.93 (d,J= 7.6 Hz, 1H), 6.88 (d,J= 9.2 Hz, 1H),3.73～3.55 (m, 2H), 3.07 (t,J= 5.6 Hz, 2H), 2.28～2.15 (m,2H), 1.99 (s, 3H), 1.96～1.49 (m, 9H), 1.17～1.04 (m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ: 169.46, 165.99, 165.73, 162.59(1JCF= 247.1 Hz), 158.92, 139.57, 134.07 (3JCF= 7.9 Hz),130.55 (3JCF= 8.8 Hz), 129.55 (3JCF= 7.9 Hz), 123.46 (4JCF=3.3 Hz), 116.31 (2JCF= 20.3 Hz), 114.76 (2JCF= 22.5 Hz),88.49, 39.86, 33.80, 33.21, 26.07, 24.59, 22.91, 22.25, 22.17,19.48. HR-ESI-MS: C23H26FN2O3S [M + H]+, 計算值 429.164 8,測試值 429.165 9.

(E)-2-(1-(4-(3-氟苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)二氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7d): 黃色固體，收率66%，m.p. 209～211 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.58～7.48 (m, 1H), 7.36～7.21 (m, 2H),7.14～7.01 (m, 1H), 4.43～3.43 (m, 4H), 2.08, 2.00 (s, 3H),2.03～1.41 (m, 9H), 1.20～1.03 (m, 1H). HR-ESI-MS:C23H24FN2O4S [M + H]+, 計算值 443.144 1, 測試值 443.145 4.

(E)-6-(1-(4-(3-氯苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)四氫咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5e): 白色固體，收率84%，m.p. 193～195 ℃.1H NMR (500 MHz,CDCl3),δ: 7.36 (d,J= 8.3 Hz, 1H), 7.31 (t,J= 7.7 Hz, 1H),7.15 (s, 1H), 7.03 (d,J= 7.6 Hz, 1H), 3.94～3.80 (m, 2H),3.77～3.64 (m, 2H), 2.00 (s, 3H), 1.96～1.46 (m, 9H), 1.19～1.04(m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ: 169.44, 168.60,165.98, 163.61, 146.40, 134.75, 133.77, 130.14, 129.84,129.48, 129.15, 127.29, 125.86, 88.54, 40.82, 34.30, 33.64,33.11, 24.52, 22.19, 22.12, 19.59. HR-ESI-MS:C22H24ClN2O3S [M + H]+, 計算值 431.119 6, 測試值 431.118 5.

(E)-6-(1-(4-(3-氯苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)四氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3(2H)-烷酮(6e): 白色固體，收率86%，m.p. 205～207 ℃.1H NMR (500 MHz, CDCl3),δ: 7.34 (d,J= 8.1 Hz, 1H), 7.29 (t,J=7.7 Hz,1H), 7.15 (s, 1H), 7.02 (d,J= 7.5 Hz, 1H), 3.72～3.54 (m, 2H),3.07 (t,J=5.4 Hz, 1H), 2.29～2.15 (m, 2H), 1.99 (s, 3H),1.96～1.46 (m, 9H), 1.19～1.05 (m, 1H).13C NMR (125 MHz,CDCl3),δ: 169.40, 165.90, 165.68, 158.96, 139.55, 134.69,133.80, 130.10, 129.54, 129.42, 127.28, 125.89, 88.43, 39.82,33.70, 33.12, 26.03, 24.51, 22.86, 22.19, 22.11, 19.51. HRESI-MS: C23H26ClN2O3S [M + H]+, 計算值 445.135 3, 測試值445.136 5.

(E)-2-(1-(4-(3-氯苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)二氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7e): 白色固體，收率69%，m.p. 209～211 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.41～7.27 (m, 2H), 7.19～7.11 (m, 1H),7.09～6.98 (m, 1H), 4.44～3.43 (m, 4H), 2.01, 2.02 (s, 3H),2.02～1.47 (m, 9H), 1.20～1.02 (m, 1H). HR-ESI-MS:C23H24ClN2O4S [M + H]+, 計算值 459.114 5, 測試值 459.115 8.

(E)-6-(1-(4-(4-叔丁基苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)四氫咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5f): 白色固體，收率88%，m.p. 173～175 ℃.1H NMR (500 MHz,CDCl3),δ: 7.36 (d,J= 8.4 Hz, 2H), 7.11 (d,J= 8.4 Hz, 2H),3.94～3.82 (m, 2H), 3.76～3.65 (m, 2H), 1.98 (s, 3H), 1.96～1.53(m, 9H), 1.31 (s, 9H), 1.19～1.05 (m, 1H).13C NMR (125 MHz,CDCl3),δ: 169.93, 168.12, 167.80, 163.67, 152.52, 146.30,131.31, 128.92, 128.25, 127.29, 125.71, 88.76, 40.88, 34.86,34.33, 33.90, 33.19, 31.32, 24.65, 22.32, 22.27, 19.59. HRESI-MS: C26H33N2O3S [M + H]+, 計算值 453.221 2, 測試值453.222 2.

(E)-6-(1-(4-(4-叔丁基苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亞乙基)四氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3(2H)-烷酮(6f): 白色固體，收率87%，m.p. 199～201 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.34 (d,J= 8.5 Hz, 2H), 7.10 (d,J= 8.5 Hz, 2H), 3.73～3.57 (m, 2H), 3.07 (t,J= 5.5 Hz, 2H),2.27～2.17 (m, 2H), 1.97 (s, 3H), 1.96～1.53 (m, 9H), 1.30 (s,9H), 1.21～1.06 (m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ:169.84, 167.66, 165.70, 158.44, 152.44, 139.45, 130.82,128.93, 128.64, 127.31, 125.66, 88.62, 39.84, 33.95, 33.22,31.29, 26.08, 24.63, 22.95, 22.32, 22.26, 19.50. HR-ESI-MS:C27H35N2O3S [M + H]+, 計算值 467.236 8, 測試值 467.237 9.

(E)-2-(1-(4-(4-叔丁基苯基)-2-氧代-1-氧雜螺[4,5]-癸-3-烯-3-基) 亞乙基) 二氫-5H-咪唑[2,1-b][1,3] 噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7f): 白色固體，收率70%，m.p. 212～214 ℃.1H NMR (500 MHz, CDCl3),δ: 7.42～7.34 (m, 2H), 7.15～7.07(m, 2H), 4.44～3.83 (m, 3H), 3.51～3.38 (m, 1H), 2.01, 1.99 (s,3H), 1.31 (s, 9H), 1. 02～1.11 (m, 1H). HR-ESI-MS:C27H33N2O4S [M + H]+, 計算值 481.216 1, 測試值 481.217 5.

1.3 離體殺菌活性測試

供試菌株：棉花立枯絲核菌Rhizoctonia solani、番茄灰霉病菌Botrytis cinerea、辣椒疫霉Phytophthora capsici、油菜菌核病菌Sclerotinia sclerotiorum和小麥赤霉病菌Fusarium graminearum，均由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院植物病理系分離并保存，活性測試前進一步活化。

采用菌絲生長速率法[32]測定。稱取5.0 mg 待測樣品，先用200 μL 二甲基亞砜(DMSO) 溶解后，再用馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA)稀釋，制備成50 mg/L的含毒PDA 平板供試。從待測菌落邊緣打取直徑5 mm 的菌餅，菌絲面朝下接種于帶毒PDA 培養(yǎng)皿的中央，置于25 ℃培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng) 2～3 d，待空白對照中的菌落充分生長后，以十字交叉法測量各處理的菌落直徑。每個樣品平行測定3 次，結(jié)果取其平均值。以多菌靈和咪唑菌酮為對照藥劑。按 (1) 式計算菌絲生長抑制率。對于初篩抑制率在65%以上的化合物再進行精密毒力測定。

式中：I為菌絲生長抑制率，%；DCK為空白對照菌落直徑，mm；Dt為藥劑處理后菌落直徑，mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 化合物的合成以及結(jié)構(gòu)表征

化合物4a 和4b 的合成方法與前文[14-15]相同?；衔?c～2f 由1c～1f 通過堿性條件下的相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)合成[24-28]；參照前文[14-15]方法合成4c～4f；參照文獻方法[29-31]在相轉(zhuǎn)移催化劑芐基三乙基氯化銨(TEBAC) 的作用和堿性條件下，化合物4a～4f 與雙鹵代烷烴或1,3-二氯丙酮發(fā)生環(huán)化反應(yīng)，成功制備了目標(biāo)化合物5～7。采用碳酸鉀作堿時沒能合成化合物7，后續(xù)通過對堿的篩選，發(fā)現(xiàn)以氫氧化鈉作堿可以催化反應(yīng)，最終成功合成了化合物7a～7f。其結(jié)構(gòu)得到核磁共振氫譜(1H NMR)、碳譜(13C NMR)及高分辨質(zhì)譜(HRMS)的確證。

化合物4a～4f 與雙鹵代烷烴反應(yīng)后得到化合物5 和6，其四氫噻唑(噻嗪)環(huán)上的亞甲基由于多個氫原子的相互偶合而裂分成多重峰，而在δ2.00附近的甲基信號是一個單峰(圖1)，13C NMR 也證明化合物5 和6 是單一結(jié)構(gòu)的化合物，表明它們不再具有互變異構(gòu)現(xiàn)象；而與1,3-二氯丙酮反應(yīng)后得到的化合物7，從核磁共振氫譜上甲基信號在δ2.00 附近出現(xiàn)兩個化學(xué)位移相近的單峰，而噻嗪酮環(huán)羰基兩側(cè)的兩組亞甲基在δ4.50～3.30 范圍內(nèi)出現(xiàn)了復(fù)雜的偶合裂分(圖1)，推測化合物7 可能是噻嗪酮環(huán)羰基取向差異產(chǎn)生的兩種穩(wěn)定構(gòu)象的平衡混合物。

圖1 幾個目標(biāo)化合物 1H NMR 的局部特征峰Fig. 1 The local characteristic 1H NMR peaks of several target compounds

在前期工作中[14-15,21-23]，化合物4 的構(gòu)型主要是通過后續(xù)衍生物的晶體結(jié)構(gòu)和量化計算證明其構(gòu)型為E-式。本研究采用與前期相同的方法合成了化合物4a～4f，它們的構(gòu)型應(yīng)該保持不變，在后續(xù)的衍生化反應(yīng)中，本研究使用的是堿性條件，并不存在如前文[23]部分構(gòu)型翻轉(zhuǎn)所需要的酸性條件，由此推斷化合物5～7 應(yīng)該都保持了化合物4 的E-式構(gòu)型。

2.2 離體殺菌活性

測試結(jié)果(表1)表明，在50 mg/L 質(zhì)量濃度下，部分化合物對辣椒疫霉和油菜菌核病菌的殺菌活性較好，其中化合物7b 和7e 對辣椒疫霉的抑制率大于70%，5f 和6f 對油菜菌核病菌的抑制率大于65%，略好于商品化藥劑咪唑菌酮。精密毒力測試結(jié)果(表2)表明，化合物5f 和6f 對油菜菌核病菌的EC50值分別為33.2 和29.8 mg/L，優(yōu)于咪唑菌酮(46.8 mg/L)，化合物7b 和7e 對辣椒疫霉的EC50值分別為45.8 和43.5 mg/L，亦優(yōu)于咪唑菌酮(50.7 mg/L)。

表1 目標(biāo)化合物5a～5f、6a～6f 和7a～7f 的離體殺菌活性(抑制率/%, 50 mg/L)Table 1 The in vitro fungicidal activity of compounds 5a-5f, 6a-6f and 7a-7f (inhibition rate/%, 50 mg/L)

表2 部分化合物對供試病原真菌的EC50 值Table 2 EC50 values of some compounds against tested pathogenic fungi

對于化合物5～7，螺環(huán)丁烯內(nèi)酯4-位取代基的差異對化合物的殺菌活性有較大影響：當(dāng)取代基是苯基或取代苯基時，化合物的活性明顯好于取代基是甲基的活性，該現(xiàn)象在對辣椒疫霉的殺菌活性中尤其明顯；而當(dāng)螺環(huán)丁烯內(nèi)酯4-位為對叔丁基苯基取代時，化合物5f 和6f 對油菜菌核病菌的殺菌活性明顯好于其他化合物，證明具有更大空間位阻的取代苯基有利于該類化合物殺菌活性的提高。

化合物7 對辣椒疫霉的殺菌活性明顯好于化合物5 和6，證明所引入雜環(huán)上的羰基對該類型化合物的殺菌活性有重要影響，而化合物5 和6 的殺菌活性無明顯差異，說明引入雜環(huán)的大小對殺菌活性的影響不大，后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)關(guān)注在雜環(huán)上活性官能團的引入，而不應(yīng)過度關(guān)注雜環(huán)的大小。

本課題組之前[14-15]將關(guān)鍵中間體4a 和4b 與碘甲烷進行甲基化反應(yīng)，得到化合物X1和X2(圖式2，YR1= SCH3)，殺菌活性測試結(jié)果表明，X1和X2的殺菌活性很差，在50 mg/L 下對油菜菌核病菌的抑制活性小于20%，對辣椒疫霉病菌的抑制活性小于60%。與單甲硫基化合物X1和X2相比，化合物5～7 的殺菌活性更好，說明稠雜環(huán)的引入可以顯著提高該類型化合物的殺菌活性，而X1和X2與各種取代芳香胺進行衍生化反應(yīng)生成2-氨基咪唑啉酮衍生物(圖式2，YR1=NHAr)，其殺菌活性明顯高于化合物5～7 的殺菌活性，說明芳香胺中NH 的存在對于提高該類化合物的殺菌活性具有重要影響。

3 結(jié)論

本課題組以多樣性導(dǎo)向合成為基本策略，采用活性亞結(jié)構(gòu)拼接原理將螺環(huán)丁烯內(nèi)酯和咪唑啉酮進行拼接，發(fā)現(xiàn)一些具有優(yōu)良生物活性的新化合物，本研究在螺環(huán)丁烯內(nèi)酯4-位的苯環(huán)上引入鹵素和叔丁基等活性基團，并采用1,n-二溴代烷烴或者1,3-二氯丙酮對中間體4進行環(huán)化衍生，設(shè)計并合成了一系列未見文獻報道的含稠雜環(huán)結(jié)構(gòu)的螺環(huán)丁烯內(nèi)酯類化合物。離體殺菌活性測試結(jié)果表明，化合物7b和7e對辣椒疫霉具有較好的抑制活性，化合物5f和6f對油菜菌核病菌具有較好的抑制活性，它們均優(yōu)于商品化對照藥劑咪唑菌酮。稠雜環(huán)的引入不僅解決了C=N 互變異構(gòu)的問題，而且顯著提高了該類型化合物的殺菌活性。構(gòu)效關(guān)系分析表明，在螺環(huán)丁烯內(nèi)酯4-位苯基的間位引入鹵素或大位阻基團，將咪唑啉酮環(huán)轉(zhuǎn)化為稠雜環(huán)，并保留咪唑啉酮或2-芳胺基咪唑啉酮上結(jié)構(gòu)的NH，對于該類化合物殺菌活性的提高具有重要作用，對后續(xù)進一步通過多樣性導(dǎo)向合成策略來發(fā)現(xiàn)高活性候選化合物具有指導(dǎo)意義。

謹(jǐn)以此文慶賀中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)藥學(xué)學(xué)科成立70 周年。

Dedicated to the 70th Anniversary of Pesticide Science in China Agricultural University.

作者簡介：

李益豪，男，2018 年畢業(yè)于西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護學(xué)院制藥工程專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，同年就讀于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，現(xiàn)為農(nóng)藥學(xué)專業(yè)博士研究生，主要從事螺環(huán)丁烯內(nèi)酯結(jié)構(gòu)導(dǎo)向的多樣性設(shè)計、合成及其殺菌活性研究。

王明安，男，1995 年于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)藥學(xué)專業(yè)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師。主要從事天然產(chǎn)物化學(xué)、新農(nóng)藥創(chuàng)制和大環(huán)化合物立體化學(xué)等方面的研究工作，主持或參加國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、科技支撐計劃等多項科研項目的研究工作。近年來在螺環(huán)丁烯內(nèi)酯結(jié)構(gòu)導(dǎo)向的多樣性設(shè)計、合成，螺二萘類天然產(chǎn)物的全合成、結(jié)構(gòu)修飾以及3,7-二甲基-7-羥基-2-辛烯酸-6-內(nèi)酯的多樣性結(jié)構(gòu)修飾和生物活性等方面開展了系統(tǒng)性的研究工作?，F(xiàn)任《農(nóng)藥學(xué)學(xué)報》常務(wù)編委。