馬鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物的合成及抑菌活性

張 瑞， 段文貴， 林桂汕， 陳智聰， 何 冉， 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)

ZHANG Rui

馬鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物的合成及抑菌活性

張 瑞1， 段文貴1*， 林桂汕1， 陳智聰1， 何 冉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α-蒎烯為原料，先將α-蒎烯選擇性氧化制備馬鞭草烯酮，再經(jīng)羰基的肟化和O-磺?；磻?yīng)，合成得到22個未見文獻(xiàn)報道的馬鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物(4a～4v)。通過FT-IR、1H NMR、13C NMR和ESI-MS對化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和表征，并測試了目標(biāo)化合物的抑菌活性。抑菌活性測試表明，在質(zhì)量濃度50 mg/L時，目標(biāo)化合物對8種供試病菌有一定的抑制活性，其中目標(biāo)化合物馬鞭草烯酮基正丁基磺酸肟酯(4u)對水稻紋枯病菌(Rhizoctoniasolani)的抑菌率達(dá)83.2%，化合物馬鞭草烯酮基2，4-二氟苯磺酸肟酯(4d)對小麥赤霉病菌(Fusariumgraminearum)的抑菌率達(dá)89.6%(優(yōu)于陽性對照百菌清),化合物馬鞭草烯酮基對-硝基苯磺酸肟酯(4n)和4u對花生褐斑病菌(Cercosporaarachidicola)的抑菌率均為72.5%。

α-蒎烯；馬鞭草烯酮；磺酸肟酯；合成；抑菌活性

馬鞭草烯酮(4,6,6-三甲基雙環(huán)[3.1.1]-3-庚烯-2-酮，C10H14O)是一種具有類似樟腦、薄荷腦和芹菜香氣的單萜烯酮，天然存在于西班牙馬鞭草(Verbenatriphvlla)和桉樹科植物藍(lán)桉(Eucalyptusglobulus)中，是重要的香料和醫(yī)藥中間體。然而，由于馬鞭草烯酮天然含量少，不能滿足市場需求，故其主要來源是以α-蒎烯為原料的人工合成[1- 2]。馬鞭草烯酮自身具有良好的驅(qū)蟲和殺蟲活性[3- 4]，在農(nóng)藥行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。近年來，研究發(fā)現(xiàn)馬鞭草烯酮衍生物可作為不對稱合成和一些含四元環(huán)結(jié)構(gòu)氨基酸合成的起始物及醫(yī)藥中間體[5- 12]。肟酯類化合物具有良好的抗癌[13]、抗氧化[14]、殺蟲[15- 16]、抑菌[17]、除草[18]等生物活性。磺酸酯類化合物表現(xiàn)出良好的抑菌、殺蟲、除草等生物活性[19- 21]。基于以上事實(shí)和近年來本課題組對松香松節(jié)油基生物活性化合物的研究成果[22- 26]，本研究設(shè)計(jì)將磺酸肟酯基團(tuán)引入到馬鞭草烯酮骨架中，合成得到一系列新型的馬鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物；利用FT-IR、1H NMR、13C NMR和ESI-MS等多種分析方法對目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，并測試了目標(biāo)產(chǎn)物的抑菌活性，旨在為我國天然優(yōu)勢資源松節(jié)油的深度開發(fā)利用提供新途徑。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1原料、試劑與儀器

α-蒎烯(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.0%)，廣西梧州松脂股份有限公司；鹽酸羥胺和系列磺酰氯均為市售分析純。

Nicolet iS 50 FT-IR紅外光譜儀，美國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Thermo Scientific公司；Agilent 6890氣相色譜儀，美國Agilent Technologies公司；Waters 1525高效液相色譜儀，美國Waters公司；MP420全自動熔點(diǎn)儀，濟(jì)南海能儀器股份有限公司。

1.2合成路線

馬鞭草烯酮基磺酸肟酯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馬鞭草烯酮(2)的合成 馬鞭草烯酮的合成參考文獻(xiàn)[1～2]。將170.0 mL(1.072 mol)α-蒎烯、480.0 mL無水乙腈、1.72 g經(jīng)脫水處理的CuCl2加入裝有回流冷凝裝置的三口瓶中，加熱至 70.0 ℃ 并攪拌30 min。然后，通過恒壓滴液漏斗將640.0 mL 過氧化氫叔丁醇(TBHP)和160.0 mL乙腈的混合液滴加至反應(yīng)體系中，4 h內(nèi)滴完。用氣相色譜跟蹤反應(yīng)進(jìn)程，待α-蒎烯反應(yīng)完全后停止反應(yīng)。待反應(yīng)液降至室溫后，將其轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，依次用適量飽和NaCl、飽和NaHSO3、飽和CaCl2溶液洗滌，然后用乙酸乙酯萃取，將萃取得到的有機(jī)物層旋蒸除去其中的低沸點(diǎn)溶劑，再減壓蒸餾，收集真空度為 0.80～1.33 kPa下62.0～68.0 ℃的蒸餾產(chǎn)物。以石油醚/乙酸乙酯(體積比10∶1)為洗脫劑，柱層析提純蒸餾產(chǎn)物，得到純的馬鞭草烯酮(黃色液體)。

1.3.2馬鞭草烯酮肟(3)的合成 馬鞭草烯酮肟的合成參考文獻(xiàn)[25]。將6.02 g(40.0 mmol)馬鞭草烯酮溶于40 mL無水乙醇，加入裝有回流冷凝裝置的三口瓶中，攪拌、加熱至回流。將3.34 g(48.0 mmol)鹽酸羥胺溶解于20 mL去離子水中，1.92 g(48.0 mmol)NaOH溶解于盡可能少的去離子水中，混合以上兩種溶劑，通過恒壓滴液漏斗快速滴加至反應(yīng)體系中。用TLC跟蹤反應(yīng)進(jìn)程，待馬鞭草烯酮反應(yīng)完全后，旋蒸除去溶劑，用去離子水洗滌、二氯甲烷萃取反應(yīng)液，旋蒸除去溶劑。以石油醚-乙酸乙酯為洗脫劑(體積比25∶1～10∶1)，梯度柱層析提純，即得白色針狀固體馬鞭草烯酮肟。

1.4目標(biāo)產(chǎn)物(4a～4v)的合成

目標(biāo)產(chǎn)物的合成參考文獻(xiàn)[27～28]。向兩口瓶中加入0.5 g(3.0 mmol)馬鞭草烯酮肟、3.3 g(3.3 mmol)三乙胺(縛酸劑)和5 mL二氯甲烷。冰浴攪拌下，向其中滴加3.3 mmol取代磺酰氯的二氯甲烷溶液(5 mL)，反應(yīng)0.5 h。TLC跟蹤至馬鞭草烯酮肟反應(yīng)完全后，用去離子水洗滌、二氯甲烷萃取反應(yīng)液，旋蒸除去溶劑。以石油醚-乙酸乙酯(體積比15∶1)為洗脫劑柱層析提純，得到目標(biāo)產(chǎn)物4a～4v，為白色粉末。

1.5目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)表征

采用KBr壓片法測定目標(biāo)化合物的FT-IR；以CDCl3為溶劑，用600 MHz 核磁共振儀進(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)化合物的抑菌活性測試

采用離體法(也稱瓊脂稀釋法[24])測試目標(biāo)化合物的抑菌活性，并計(jì)算抑菌率(x)?；钚苑旨壷笜?biāo)：A級：x≥90%；B級：70%≤x<90%；C級：50%≤x<70%；D級：x<50%。

2 結(jié)果與討論

2.1中間體2和3的表征

2.2目標(biāo)產(chǎn)物4a～4v的表征

2.3抑菌活性測試結(jié)果

由表1可知，在質(zhì)量濃度50 mg/L時，目標(biāo)化合物4a～4v對黃瓜枯萎病菌、花生褐斑病菌、蘋果輪紋病菌、小麥赤霉病菌、番茄早疫病菌、水稻紋枯病菌、玉米小斑病菌和西瓜炭疽病菌等8種植物病原菌具有一定的抑制活性。目標(biāo)化合物對水稻紋枯病菌的抑制效果最好，平均抑菌率為60.3%，有9個化合物的抑菌率在70%以上(活性級別達(dá)到B級)，其中化合物4u(R=(CH2)3CH3)的抑制活性最高，抑菌率為83.2%?；衔?d(R=2, 4-FPh)對小麥赤霉病菌的抑菌率達(dá)89.6%(活性級別為B級，優(yōu)于陽性對照百菌清)?；衔?n(R=p-NO2Ph)和4u(R=(CH2)3CH3)對花生褐斑病菌的抑菌率均為72.5%(活性級別為B級)。

表1 化合物4a～4v(50 mg/L)的抑菌活性Table 1 Antifungal activity of compounds 4a- 4v(50 mg/L)

3 結(jié) 論

3.1以α-蒎烯為原料，經(jīng)選擇性氧化、羰基肟化和O-磺?；?步反應(yīng)，合成得到22個未見文獻(xiàn)報道的馬鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物(4a～4v)，并利用FT-IR、1H NMR、13C NMR和ESI-MS等多種手段對目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行了分析和表征。

3.2抑菌活性測試表明，質(zhì)量濃度為50 mg/L的產(chǎn)物對8種供試植物病原菌有一定的抑制作用。其中化合物馬鞭草烯酮基正丁基磺酸肟酯(4u)對水稻紋枯病菌的抑菌率為83.2%，對花生褐斑病菌的抑菌率為72.5%(活性級別均為B級)?；衔锺R鞭草烯酮基2，4-二氟苯磺酸肟酯(4d)對小麥赤霉病菌的抑菌率達(dá)89.6%(活性級別為B級，優(yōu)于陽性對照百菌清)。化合物馬鞭草烯酮基對硝基苯磺酸肟酯(4n)對花生褐斑病菌的抑菌率為72.5%(活性級別為B級)。

致謝：抑菌活性由南開大學(xué)元素有機(jī)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物活性測試室測定，謹(jǐn)表謝意。

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Synthesis and Antifungal Activity of Verbenone-based Oxime Sulfonate Compounds

ZHANG Rui1, DUAN Wengui1, LIN Guishan1, CHEN Zhicong1, HE Ran1, LEI Fuhou2

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

Verbenone was prepared by the selective oxidation ofα-pinene at first. Then, twenty-two novel verbenone-based oxime sulfonate compounds(4a-4v)were synthesized by the oximation and O-sulfonylation reaction of the carbonyl group in verbenone. The target compounds were analyzed and characterized by FT-IR,1H NMR,13C NMR, and ESI-MS. Antifungal activity test showed that, at the mass concentration of 50 mg/L, the target compounds exhibited certain inhibition activity against the eight tested fungi. Inhibition rate of verbenone-basedn-butyl oxime sulfonate(4u,R=(CH2)3CH3) againstRhizoctoniasolaniwas 83.2%，inhibition rate of verbenone-based 2,4-difluorophenyl oxime sulfonate(4d,R=2,4-FPh) againstFusariumgraminearumwas 89.6% (better than the positive control chlorothalonil)，and inhibition rate of verbenone-basedp-nitrophenyl oxime sulfonate(4n，R=p-NO2Ph)and4u(R=(CH2)3CH3) againstCercosporaarachidicolawas 72.5%。

α-pinene; verbenone; oxime sulfonate; synthesis; antifungal activity

2017- 03- 13

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31560194)；廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(GXFC14-01)；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(201610593170)

張 瑞(1989— )，男，陜西咸陽人，碩士生，從事天然產(chǎn)物改性及有機(jī)合成研究

*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)合成研究；E-mail: wgduan@gxu.edu.cn。

10.3969/j.issn.0253-2417.2017.05.009

TQ351

A

0253-2417(2017)05- 0068- 11

張瑞,段文貴,林桂汕,等.馬鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物的合成及抑菌活性[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2017，37(5)：68 - 78.