紫蘇醛基席夫堿-(硫)脲化合物的合成及生物活性

馬 媛， 段文貴*， 林桂汕， 劉陸智， 黃正松， 雷福厚

(1.廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院， 廣西 南寧 530004； 2.廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣西 南寧 530008)

紫蘇醛基席夫堿-(硫)脲化合物的合成及生物活性

MA Yuan

馬 媛1， 段文貴1*， 林桂汕1， 劉陸智1， 黃正松1， 雷福厚2

(1.廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院， 廣西 南寧 530004； 2.廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣西 南寧 530008)

以紫蘇醛為原料，設(shè)計(jì)合成了13個(gè)未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的紫蘇醛基席夫堿-(硫)脲化合物(5a～5m)，通過(guò)FT-IR、1H NMR、13C NMR和ESI-MS對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和表征，并測(cè)試了目標(biāo)化合物的抑菌和除草活性。生物活性測(cè)試表明，在質(zhì)量濃度50 mg/L下，目標(biāo)化合物5f(R=p-FAr)對(duì)蘋果輪紋病菌的抑制率達(dá)90.0%(接近陽(yáng)性對(duì)照嘧菌酯)，化合物5d(R=Ar)對(duì)番茄早疫病菌的抑制率達(dá)91.8%(接近陽(yáng)性對(duì)照嘧菌酯)。在質(zhì)量濃度100 mg/L下，目標(biāo)化合物5c(R=環(huán)己基)、5i(R=p-CH3Ar)和5a(R=CH3)對(duì)油菜胚根生長(zhǎng)的抑制率分別為77.6%、75.3%和67.4%(高于陽(yáng)性對(duì)照丙炔氟草胺)?？傮w上，取代苯基硫脲類目標(biāo)化合物的抑菌和除草活性優(yōu)于取代苯基脲類目標(biāo)化合物。

紫蘇醛；席夫堿-(硫)脲；合成；抑菌活性；除草活性

紫蘇醛又稱二氫枯茗醛(perillaldehyde，4-異丙烯基環(huán)己-1-烯-1-醛，C10H14O)，是一種具有櫻桃、油脂和枯茗醛香氣的單萜類化合物，天然存在于紫蘇、蓮葉桐和香檸檬中[1]，可用于調(diào)制茉莉、水仙等化妝品用花香型香精，也可用于調(diào)制檸檬、留蘭香及香辛料等食品用香型香精。紫蘇醛是一種天然香料，也是一種重要的有機(jī)合成中間體。然而由于其天然含量少，不能滿足市場(chǎng)需求，因此，主要來(lái)源于以α-蒎烯為原料的人工合成，即先將α-蒎烯經(jīng)烯丙位甲基氧化制備桃金娘烯醛，繼而催化四元環(huán)開(kāi)環(huán)異構(gòu)得到紫蘇醛。由于紫蘇醛自身具有抗氧化、抗抑郁、抗炎、抑菌、抗癌和殺蟲(chóng)等多種生物活性[2-7]，因此在日化、醫(yī)藥和農(nóng)藥等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。此外，紫蘇醛衍生物也表現(xiàn)出抑菌、殺螨、驅(qū)蚊、除草和抗衰老等多種生物活性[8-12]。脲及硫脲類化合物表現(xiàn)出良好的抑菌[13-14]、抗癌[15]、除草[16-17]、殺蟲(chóng)[18]、抗病毒[19]、抗氧化[20]、抗炎[21]和植物調(diào)節(jié)[22]等生物活性，近年來(lái)備受關(guān)注?；谝陨鲜聦?shí)和近年來(lái)課題組對(duì)松香松節(jié)油基生物活性化合物的研究成果[14,16-18,23-26]，本研究設(shè)計(jì)將席夫堿、(硫)脲基團(tuán)引入到紫蘇醛骨架中，合成得到一系列新型的紫蘇醛基席夫堿-(硫)脲化合物，初步探索了合成條件，利用FT-IR、1H NMR、13C NMR和ESI-MS等多種分析方法對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，并測(cè)試了目標(biāo)產(chǎn)物的抑菌和除草活性，旨在為我國(guó)天然優(yōu)勢(shì)資源松節(jié)油的深度開(kāi)發(fā)利用提供新途徑。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料、試劑與儀器

紫蘇醛，湖南長(zhǎng)沙凱美香精香料股份有限公司，使用前經(jīng)亞硫酸氫鈉法分離純化，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.6%；叔丁氧羰基肼和系列胺類均為市售分析純。

Nicolet iS50 FT-IR紅外光譜儀，美國(guó)Thermo Scientific公司；AVANCE Ⅲ HD 600 MHz超導(dǎo)核磁共振儀，瑞士Bruker公司；TSQ Quantum Access MAX液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Thermo Scientific公司；Agilent 6890氣相色譜儀，美國(guó)Agilent Technologies公司；海能MP420全自動(dòng)熔點(diǎn)儀，濟(jì)南海能儀器股份有限公司。

1.2 合成路線

紫蘇醛基席夫堿-(硫)脲系列化合物的合成路線如下所示：

1.3 中間產(chǎn)物的合成

1.3.1 異硫氰酸酯/異氰酸酯的合成 參考文獻(xiàn)[27]合成系列異硫氰酸酯和異氰酸酯。

1.3.2 化合物(3)的合成 參考文獻(xiàn)[28]合成化合物3。將叔丁氧羰基肼2 (0.66 g,5.0 mmol)溶于25 mL乙腈中，室溫?cái)嚢柘峦ㄟ^(guò)恒壓滴液漏斗逐滴加入6.0 mmol異硫氰酸酯或異氰酸酯的乙腈稀釋液5 mL。硅膠薄層色譜(TLC)監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，待叔丁氧羰基肼反應(yīng)完全后停止反應(yīng)，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑。以石油醚/乙酸乙酯(體積比1 ∶1)為洗脫劑，柱層析提純，得到白色固體3。

1.3.3 系列氨基硫脲和氨基脲類化合物(4)的合成 參考文獻(xiàn)[29]合成化合物4。將5 mmol化合物3溶于10 mL二氯甲烷中，室溫?cái)嚢柘?，逐滴加? mL三氟乙酸(TFA)。硅膠薄層色譜(TLC)監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，待原料反應(yīng)完全后停止反應(yīng)，旋蒸除去溶劑。向剩余物質(zhì)中加入適量乙酸乙酯，用飽和碳酸氫鈉溶液洗滌至pH值為7～8。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去乙酸乙酯，以石油醚/乙酸乙酯(體積比3 ∶1)為洗脫劑，柱層析提純，得到白色固體4a～4m。

1.4 目標(biāo)化合物(5a～5m)的合成

將3.0 mmol化合物4溶于10 mL無(wú)水乙醇，加入裝有回流冷凝裝置的兩口瓶中，攪拌、加熱至回流。將3.6 mmol紫蘇醛1溶解于5 mL無(wú)水乙醇中，通過(guò)恒壓滴液漏斗滴加至反應(yīng)體系中。用TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，待反應(yīng)完全后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑。以石油醚/乙酸乙酯(體積比20 ∶1)為洗脫劑，柱層析提純，得到目標(biāo)產(chǎn)物5a～5m。

1.5 目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)表征

采用KBr壓片法測(cè)定目標(biāo)化合物的FT-IR；以CDCl3為溶劑，在600 MHz 核磁共振儀上進(jìn)行1H NMR和13C NMR分析；采用電噴霧電離源(ESI)在液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(LC-MS)上進(jìn)行質(zhì)譜分析。

1.6 目標(biāo)化合物的生物活性測(cè)試

采用離體法(也稱瓊脂稀釋法)測(cè)試目標(biāo)化合物的抑菌活性[23]；采用油菜平皿法和稗草小杯法測(cè)試目標(biāo)化合物的除草活性[24]。

2 結(jié)果與討論

2.1 目標(biāo)產(chǎn)物5a～5m的表征

2.2 生物活性測(cè)試結(jié)果

2.2.1 抑菌活性 由表1可知，在質(zhì)量濃度50 mg/L下，目標(biāo)化合物5a～5m對(duì)黃瓜枯萎病菌、花生褐斑病菌、蘋果輪紋病菌、番茄早疫病菌和小麥赤霉病菌均具有一定的抑制活性，平均抑制率分別為41.4%、47.2%、69.1%、68.3%和50.2%。目標(biāo)化合物5a～5m對(duì)蘋果輪紋病菌和番茄早疫病菌的抑制效果較好，平均抑制率分別達(dá)69.1%和68.3%，其中半數(shù)以上化合物的抑制率在70%～90%之間?；衔?f(R=p-FAr)對(duì)蘋果輪紋病菌的抑制率達(dá)90.0%(活性級(jí)別為A級(jí)[23]，接近陽(yáng)性對(duì)照嘧菌酯)，化合物5b(R=C(CH3)3)、5c(R=環(huán)己基)、5d(R=Ar)、5g(R=o-CH3Ar)、5i(R=p-CH3Ar)、5j(R=m-OCH3Ar)對(duì)蘋果輪紋病菌的抑制活性級(jí)別均達(dá)B級(jí)；化合物5d(R=Ar)對(duì)番茄早疫病菌的抑制率達(dá)91.8%(活性級(jí)別為A級(jí)，接近陽(yáng)性對(duì)照嘧菌酯)，化合物5a(R=CH3)、5b(R=C(CH3)3)、5c(R=環(huán)己基)、5f(R=p-FAr)、5h(R=m-CH3Ar)、5j(R=m-OCH3Ar)對(duì)番茄早疫病菌的抑制活性級(jí)別均達(dá)B級(jí)。與原料紫蘇醛相比，大部分紫蘇醛基席夫堿-(硫)脲目標(biāo)化合物的抑菌活性有明顯提高。總體上，取代苯基硫脲類目標(biāo)化合物的抑菌活性優(yōu)于取代苯基脲類目標(biāo)化合物。

表1 化合物5a～5m的抑菌活性Table 1 Antifungal activity of compounds 5a-5m

1)*:陽(yáng)性對(duì)照positive control 下表同same as in following table

2.2.2 除草活性 由表2可知，在質(zhì)量濃度100 mg/L下，大部分目標(biāo)化合物對(duì)油菜的胚根生長(zhǎng)顯示一定的抑制作用，平均抑制率為44.6%，其中，化合物5a(R=CH3)、5c(R=環(huán)己基)和5i(R=p-CH3Ar)的抑制率分別為67.4%、77.6%和75.3%(活性級(jí)別為B級(jí)[24])，優(yōu)于陽(yáng)性對(duì)照丙炔氟草胺。部分紫蘇醛基席夫堿-(硫)脲目標(biāo)化合物的除草活性較原料紫蘇醛有明顯的增強(qiáng)作用?？傮w上，取代苯基硫脲類目標(biāo)化合物的除草活性優(yōu)于取代苯基脲類目標(biāo)化合物。

表2 化合物5a～5m的除草活性Table 2 Herbicidal activity of compounds 5a-5m

3 結(jié) 論

3.1 以紫蘇醛為原料，經(jīng)3步反應(yīng)，合成得到13個(gè)未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的紫蘇醛基席夫堿-(硫)脲化合物(5a～5m)，并利用FT-IR、1H NMR、13C NMR 和ESI-MS等多種手段對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行了分析和表征。

3.2 初步的生物活性測(cè)試表明，50 mg/L的目標(biāo)化合物對(duì)5種供試植物病原菌均有一定的抑制作用，其中化合物5f(R=p-FAr)對(duì)蘋果輪紋病菌的抑制率達(dá)90.0%(接近陽(yáng)性對(duì)照嘧菌酯)，化合物5d(R=Ar)對(duì)番茄早疫病菌的抑制率達(dá)91.8%(接近陽(yáng)性對(duì)照嘧菌酯)。目標(biāo)化合物對(duì)油菜的胚根生長(zhǎng)具有一定的抑制作用，在質(zhì)量濃度100 mg/L條件下，其中化合物5c(R=環(huán)己基)、5i(R=p-CH3Ar)和5a(R=CH3)的抑制率分別為77.6%、75.3%和67.4%(優(yōu)于陽(yáng)性對(duì)照丙炔氟草胺)?？傮w上，取代苯基硫脲類目標(biāo)化合物的抑菌和除草活性優(yōu)于取代苯基脲類目標(biāo)化合物。

致謝：抑菌和除草活性測(cè)試由南開(kāi)大學(xué)元素有機(jī)化學(xué)研究所生物活性測(cè)試室測(cè)定，謹(jǐn)表謝意。

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Synthesis and Biological Activities of Perillaldehyde-based Schiff Base-(thio)urea Compounds

MA Yuan1, DUAN Wengui1, LIN Guishan1, LIU Luzhi1, HUANG Zhengsong1, LEI Fuhou2

(1.College of Chemistry and Chemical Engineering,Guangxi University, Nanning 530004, China； 2.Guangxi KeyLaboratory of Chemistry and Engineering of Forest Products, Nanning 530008， China)

Thirteen novel perillaldehyde-based Schiff base-(thio)urea compounds (5a-5m) were designed and synthesized by using perillaldehyde as starting material. Their structures were analyzed and characterized by FT-IR,1H NMR,13C NMR, and ESI-MS. The results of preliminary bioassay showed that, at the mass concentration of 50 mg/L, the inhibition rate of target compound 5f (R=p-FAr) againstPhysalosporapiricolawas 90.0% (close to that of the positive control azoxystrobin), and the inhibition rate of target compound 5d (R=Ar) againstAlternariasolaniwas 91.8% (close to that of the positive control azoxystrobin). Besides, at the mass concentration of 100 mg/L, the target compounds 5c (R=cyclopentyl), 5i (R=p-CH3Ar) and 5a (R=CH3) exhibited 77.6%, 75.3% and 67.4% inhibition against the growth of rape (Brassicacampestris) root, respectively (greater than positive control flumioxazin). Furthermore, substituted phenyl thioureas showed better antifungal and herbicidal activities than substituted phenyl ureas.

perillaldehyde;Schiff base-(thio)urea;synthesis;antifungal activity;herbicidal activity

10.3969/j.issn.0253-2417.2017.01.007

2016- 04- 05

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31460173)；廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(GXFC15- 01)；廣西大學(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”資助項(xiàng)目(201510593002)

馬 媛(1990— )，女，寧夏中衛(wèi)人，碩士生，從事天然產(chǎn)物改性及有機(jī)合成的研究

*通訊作者：段文貴，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事天然資源化學(xué)和有機(jī)合成的研究；E-mail:wgduan@gxu.edu.cn。

TQ351

A

0253-2417(2017)01- 0054- 09

馬媛，段文貴，林桂汕，等.紫蘇醛基席夫堿-(硫)脲化合物的合成及生物活性[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2017，37(1)：54-62.