桃金娘烯醛基噻唑-腙類(lèi)化合物的合成及抑菌活性*

陳智聰 段文貴 林桂汕 張 瑞 羅夢(mèng)香 楊章旗

(1.廣西大學(xué) 南寧 530004; 2. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院 南寧 530002)

α-蒎烯是可再生性天然精油松節(jié)油的主要成分，利用α-蒎烯分子中的雙鍵和四元環(huán)2個(gè)特征官能團(tuán)以及烯丙位的反應(yīng)，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性，合成得到多種功能性深加工產(chǎn)品(黃鐸云等，2016)。桃金娘烯醛又名香桃木烯醛，天然存在于孜然芹(Cuminumcyminum)籽、桉(Eucalyptusspp.)葉、胡椒(Pipernigrum)和薄荷(Nepetacataria)等精油中，主要用作香料以及有機(jī)合成中間體，將α-蒎烯的烯丙位甲基氧化可得到桃金娘烯醛(白雪等，2015；彭莉等，2013)。研究表明，桃金娘烯醛本身具有廣泛的生物活性，如擴(kuò)張支氣管、抗炎、抗溶血、抗凝聚、抗菌(Vegezzi, 1980)、殺滅瘧原蟲(chóng)(Kamchonwongpaisanetal., 1995)、抗肝癌(Lingaiahetal., 2013；Hari-Babuetal., 2012)和驅(qū)蚊(Hardieetal., 1994)等。

結(jié)合本課題組近年來(lái)在松香、松節(jié)油、樟腦和樟腦酸等林產(chǎn)品基生物活性化合物方面所取得的研究成果(黃鐸云等，2016； 白雪等，2015； 陳乃源等，2016； Duanetal., 2011；Linetal., 2014；吳光燧等，2014；馬獻(xiàn)力等，2015)，本文通過(guò)對(duì)具有一定生物活性的桃金娘烯醛進(jìn)行化學(xué)改性，合成得到系列含噻唑和腙活性基團(tuán)的新型桃金娘烯醛基噻唑-腙類(lèi)化合物，采用多種現(xiàn)代波譜手段對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，并測(cè)試其抑菌活性，為我國(guó)天然優(yōu)勢(shì)林產(chǎn)資源α-蒎烯的化學(xué)改性和高值化利用提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

Nicolet iS 50 FT-IR紅外光譜儀，美國(guó)Thermo Scientific有限公司；Avance ⅢHD 600 MHz超導(dǎo)核磁共振儀，瑞士Bruker有限公司；TSQ Quantum Access MAX液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Thermo Scientific有限公司；Agilent 6890 氣相色譜儀，美國(guó)Agilent Technologies有限公司；Waters 1525高效液相色譜儀，美國(guó)Waters有限公司；MP-420全自動(dòng)熔點(diǎn)儀，濟(jì)南海能儀器股份有限公司。

α-蒎烯(GC測(cè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.0%，廣西梧州松脂股份有限公司)；系列α-溴代苯乙酮(AR)，硫代氨基脲(AR，廣西西純科技有限公司)；其余所用試劑均為市售分析純。

1.2 合成路線(xiàn)

新型桃金娘烯醛基噻唑-腙類(lèi)化合物4a-4p的合成路線(xiàn)如下所示：

4a:R=H;4b:R=2-F;4c:R=3-F;4d:R=4-F;R=3-Cl;4f:R=4-Cl;4g:R=4-Br;4h:R=3,4-Cl;4i:R=2,4-Cl;4j:R=2,4-F;4k:R=p-CH3;4l:R=p-OCH3;4m:R=p-CN;4n:R=p-NO3;4o:R=m-NO2;4p:R=p-ph.

1.3 中間產(chǎn)物的合成

1.3.1 桃金娘烯醛(2)的制備 參照林桂汕等(2017)的方法制備桃金娘烯醛(2)，81.0～81.5 ℃/670 Pa，GC測(cè)定含量為90.06%。

1.3.2 桃金娘烯醛基縮氨基硫脲(3)的合成 在250 mL三口燒瓶中加入60 mL水和3.62 g(0.02 mol)氨基硫脲，升溫至60 ℃，攪拌至氨基硫脲溶解，再緩慢滴加6.60 g (0.02 mol)桃金娘烯醛(2)的乙醇溶液(60 mL)。滴加完畢后再繼續(xù)反應(yīng)1 h，冷卻至室溫，抽濾，用去離子水∶乙醇=1∶1的洗提液洗滌濾餅3～4次。烘干后用乙醇進(jìn)行重結(jié)晶，干燥，得到白色晶體，即桃金娘烯醛基縮氨基硫脲(3)，收率91%，純度98.79%，熔點(diǎn)197～198 ℃。

1.4 目標(biāo)產(chǎn)物新型桃金娘烯醛基噻唑-腙類(lèi)化合物(4a-4p)的合成

以4a為例。在50 mL兩口燒瓶中加入2.5 mmol桃金娘烯醛基縮氨基硫脲(3)，無(wú)水乙醇10 mL，充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙狻Ｈ缓髮? mmol α-溴代苯乙酮溶于10 mL乙醇，在磁力攪拌和室溫下緩慢滴加至燒瓶中，20 min滴加完畢，采用硅膠波層色譜(TLC)跟蹤反應(yīng)至終點(diǎn)。其后除去溶劑乙醇，殘余物用適量乙酸乙酯溶解，分別用15.0 mL氫氧化鈉溶液洗滌(3次)和蒸餾水洗滌(1次)，用無(wú)水硫酸鎂干燥，旋蒸除去乙酸乙酯，得到淡黃色固體粗產(chǎn)物。干燥后，用硅膠柱層析色譜進(jìn)行純化[洗脫劑為V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=15∶1]，得到白色固體4a。化合物4b-4p用同樣過(guò)程合成而得。

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；將產(chǎn)物配制成質(zhì)量濃度為1 mg·L-1的溶液，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 抑菌活性測(cè)試

參照Su等(2013)，采用瓊脂稀釋法，測(cè)試目標(biāo)化合物對(duì)水稻紋枯病菌(Rhizoctorziasolani)、黃瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporumf. sp.cucumerinum)、花生褐斑病菌(Cercosporaarachidicola)、玉米小斑病菌(Helminthosporiummaydis)、蘋(píng)果輪紋病菌(Physalosporapiricola)、西瓜炭疽病菌(Colletotrichumlagenarium)、小麥赤霉病菌(Gibberellazeae)和番茄早疫病菌(Altemariasolani)8種植物病原菌的抑菌活性：將病原菌在含待測(cè)化合物質(zhì)量濃度為50 mg·L-1的藥板中置于(24±1)℃的培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)48 h后，計(jì)量各處理菌絲擴(kuò)展直徑，并與不加藥劑平板的菌絲擴(kuò)展直徑進(jìn)行比較，計(jì)算相對(duì)抑制百分率?；钚苑旨?jí)指標(biāo)：A級(jí)：≥90%；B級(jí)：70%～90%；C級(jí)：50%～70%；D級(jí)：≤50%。

2 結(jié)果與討論

2.1 波譜分析

2.2 抑菌活性測(cè)試結(jié)果

目標(biāo)產(chǎn)物4對(duì)8種測(cè)試病原菌的抑菌率見(jiàn)表1。在50 mg·L-1下，目標(biāo)化合物4對(duì)8種供試植物病原菌均有不同程度的抑制作用。結(jié)果顯示，目標(biāo)化合物4對(duì)8種植物病原菌的抑菌活性好于骨架化合物桃金娘烯醛?？傮w上，目標(biāo)化合物對(duì)蘋(píng)果輪紋病菌的抑制效果最好，平均抑菌率為64.2%，有12個(gè)目標(biāo)化合物的抑菌率達(dá)60%以上，其中化合物4n (R=4-NO2)的抑菌率高達(dá)90.6%(活性級(jí)別為A級(jí))，化合物4f (R=4-Cl)、化合物4k (R=4-CH3)和化合物4m (R=4-CN)的抑菌率分別為74.6%、71.1%和79.4%(活性級(jí)別為B級(jí))?？傮w上，取代基的引入使目標(biāo)化合物對(duì)8種植物病原菌的抑菌活性均有所提高，其中對(duì)位引入硝基(化合物4n) 時(shí)活性最大，平均抑菌率達(dá)55.6%。還有，除鹵素外，在4位引入吸電子基團(tuán)(如4-NO2、4-CN)比引入給電子基團(tuán)(如4-CH3、4-OCH3)時(shí)的生物活性要好。

表1 化合物4的抑菌活性Tab.1 The antifungal activities of compound 4

3 結(jié)論

將α-蒎烯經(jīng)烯丙位甲基氧化得到桃金娘烯醛，再通過(guò)對(duì)其醛基的化學(xué)改性，合成得到16個(gè)新型桃金娘烯醛基噻唑-腙類(lèi)化合物4a-4p。利用FT-IR、1H-NMR、13C-NMR和ESI-MS等多種手段確認(rèn)了目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)。目標(biāo)產(chǎn)物的抑菌活性測(cè)試結(jié)果表明：在50 mg·L-1質(zhì)量濃度下，合成得到的16個(gè)桃金娘烯醛基噻唑-腙類(lèi)化合物4a-4p對(duì)所測(cè)的8種植物病原菌均顯示出一定的抑制活性，且對(duì)蘋(píng)果輪紋病菌的抑制效果最好，抑菌率在60%的化合物有12個(gè)，化合物4n(R=4-NO2)的抑菌率高達(dá)90.6%(活性級(jí)別為A級(jí))，是值得進(jìn)一步研究的先導(dǎo)化合物。

白 雪，段文貴，林桂汕，等.2015.新型桃金娘烯醛基雙酰胺-噻二唑化合物的合成及其抗真菌活性. 合成化學(xué), 23(11): 1000-1004, 1012.

(Bai X, Duan W G, Lin G S,etal. 2015. Synthesis and antifungal activities of novel myrtenal-based bisamide-thiadiazole compounds. Chinese Journal of Synthetic Chemistry, 23(11): 1000-1004, 1012. [in Chinese])

陳才俊，宋寶安. 2005. 噻唑類(lèi)殺蟲(chóng)劑的研究進(jìn)展. 農(nóng)藥，44(2): 53-55,65.

(Chen C J, Song B A. 2005. Research advances with thiazole insecticides. Chinese Journal of Pesticides, 44(2):53-55,65. [in Chinese])

陳乃源，段文貴，林桂汕，等. 2016. 去氫樅酸基B環(huán)并噻唑-酰胺化合物的合成及抑菌活性. 精細(xì)化工，33(7): 811-819.

(Chen N Y, Duan W G, Lin G S,etal. 2016. Synthesis and antifungal activity of dehydroabietic acid-based B ring-fused-thiazole-amide compounds. Fine Chemicals,33(7): 811-819.[in Chinese])

黃鐸云，段文貴，林桂汕，等. 2016. 2-取代酰氨基-5-(α-龍腦烯醛基)-1,3,4-噻二唑化合物的合成及抑菌活性. 林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，36(1): 61-69.

(Huang D Y, Duan W G, Lin G S,etal. 2016. Synthesis and antifungal activities of 2-sustituted acylamino-5-α-campholenic aldehyde-based-1,3,4-thiadiazole compounds. Chemistry and Industry of Forest Products, 36(1): 61-69. [in Chinese])

康圣鴻，胡德禹，吳 劍，等.2012.含腙類(lèi)結(jié)構(gòu)化合物生物活性研究進(jìn)展. 農(nóng)藥，51(4): 238-242,245.

(Kang S H, Hu D Y, Wu J,etal. 2012. Research progress for biological activity of compounds containing hydrazone group. Agrochemicals, 51(4): 238-242,245. [in Chinese])

李英俊，李春燕，靳 焜，等. 2012.新型含噁二唑環(huán)的苯并噁/噻唑啉酮衍生物的合成、表征及生物活性. 化學(xué)學(xué)報(bào)，70(2): 151-160.

(Li Y J, Li C Y, Jin K,etal. 2012. Synthesis and biological activities of novel benzoxazolinone/benzothiazolone derivatives containing oxadiazole moiety. Acta Chimica Sinica, 70(2): 151-160. [in Chinese])

林桂汕，段文貴，利鎮(zhèn)升，等. 2017.桃金娘烯醛基噻二唑-酰胺化合物的合成及性能. 精細(xì)化工, 34(5): 588-595.

(Lin G S, Duan W G, Li Z S,etal. 2017. Synthesis and properties of myrtenal-based thiadiazole-amide compounds. Fine Chemicals, 34(5): 588-595. [in Chinese])

馬獻(xiàn)力，閔方倩，段文貴，等. 2015. 樟腦酸基苯磺酰胺類(lèi)化合物的合成及抑菌活性研究. 林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè), 35(1): 30-38.

(Ma X L, Min F Q, Duan W G,etal. 2015. Synthesis and fungicidal activity of camphoric acid-based benzenesulfonamide compounds. Chemistry and Industry of Forest Products, 35(1): 30-38. [in Chinese])

彭 莉，殷彩霞，張鳳梅，等. 2013. 桃金娘烯醛合成及其生物活性測(cè)試. 化學(xué)與生物工程，30(2): 50-52, 66.

(Peng L, Yin C X, Zhang F M,etal. 2013. Synthesis and bioactivity determination of myrtenal. Chemistry & Bioengineering, 30(2): 50-52, 66. [in Chinese])

汪 飛，曹 瑾，袁莉萍，等.2006. 新型腙類(lèi)衍生物的合成及其生物活性. 農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)，8(2): 176-179.

(Wang F, Cao J, Yuan L P,etal. 2006. Synthesis and bioactivity of a series of novel hydra zone derivatives. Chinese Journal of Pesticide Science, 8(2): 176-179.[in Chinese])

吳光燧，段文貴，林桂汕，等. 2014.N-(4-取代氨基磺?；?苯基-酮基蒎酸酰胺的合成及生物活性. 農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào), 16(1): 8-13.

(Wu G S, Duan W G, Lin G S,etal. 2014. Synthesis and biological activity ofN-(4-substituted amino-sulfonyl)-phenyl-ketopinamides. Chinese Journal of Pesticide Science, 16(1): 8-13.[in Chinese])

Duan W G, Li X R, Mo Q J,etal. 2011.Synthesis and herbicidal activity of 5-dehydroabietyl-1,3,4-oxadiazole derivatives. Holzforschung, 65(2):191-197.

Galayko N V, Tolmacheva 1 A, Grishko V V,etal. 2010.Antiviral activity of 2,3-secotriterpenic hydrazones of lupine and 19beta,28-epoxy-18alpha-oleanane type. Bioorganicheskaia Khimiia, 36(4):516-521.

Hardie J, Isaacs R, Pickett J A,etal. 1994. Methyl salicylate and (-)-(1R,5S)-myrtenal are plant-derived repellents for black bean Aphid,AphisfabaeSCOP. (Homoptera: Aphididae). Journal of Chemical Ecology, 20(11): 2847-2855.

Hari-Babu L, Perumal S, Balasubramanian M P. 2012. Myrtenal, a natural monoterpene, down-regulates TNF-α expression and suppresses carcinogen-induced hepatocellular carcinoma in rats. Molecular and Cellular Biochemistry, 369(1/2): 183-193.

Helal M H M, Salem M A, El-Gaby M S A,etal. 2013. Synthesis and biological evaluation of some novel thiazole compounds as potential anti-inflammatory agents. European Journal of Medicinal Chemistry, 65: 517-526.

Kalkhambkar R G, Kulkarni G M, Shivkumar H,etal. 2007. Synthesis of novel triheterocyclic thiazoles as anti-inflammatory and analgesic agents. European Journal of Medicinal Chemistry, 42(10): 1272-1276.

Kamchonwongpaisan S, Nilanonta C, Tamchompoo B,etal. 1995. An antimalarial peroxide from amomum krervanh pierre. Tetrahedron Letters, 36(11): 1821-1824.

Kaplancikli Z A, Altintop M D, Ozdemir A,etal. 2012.Synthesis and biological evaluation of some hydrazone derivatives as anti-inflammatory agents. Letters in Drug Design & Discovery, 9(3), 310-315.

Lin G S, Ma C H, Duan W G,etal. 2014. Synthesis and biological activities of α-pinene-based dithiadiazoles. Holzforschung, 68(1):75-82.

Lingaiah H B, Natarajan N, Thamaraiselvan R,etal. 2013. Myrtenal ameliorates diethylnitrosamine-induced hepatocarcinogenesis through the activation of tumor suppressor protein p53 and regulation of lysosomal and mitochondrial enzymes. Fundamental & Clinical Pharmacology, 27(4): 443-454.

Osorio T M, Monache F D, Chiaradia L Detal. 2012. Antibacterial activity of chalcones, hydrazones and oxadiazoles against methicillin-resistantStaphylococcusaureus. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 22(1): 225-230.

Rai N P, Venu T D, Manuprasad B K,etal. 2010. Synthesis of some novel 2-[2-(aroyl-aroxy)-methyl]-4-phenyl-1,3-thiazoles as potent anti-inflammatory agents. Chemical Biology & Drug Design, 75(4): 400-406.

Su N N, Li Y, Yu S J,etal. 2013. Microwave-assisted synthesis of some novel 1,2,3-triazoles by click chemistry and their biological activity. Research on Chemical Intermediates, 39(2):759-766.

Terzioglu N, Gürsoy A. 2003. Synthesis and anticancer evaluation of some new hydrazone derivatives of 2,6-dimethylimidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole-5-carbohydrazide. European Journal of Medicinal Chemistry, 38(7/8): 781-786.

Vegezzi D. 1980. Method for the preparation of verbenone, myrtenal and pinocarveol and their therapeutical use. United States Patent, 4190675.

Wu J, Song B A, Hu D Y,etal. 2012. Design, synthesis and insecticidal activities of novel pyrazole amides containing hydrazone substructures. Pest Management Science, 68(5): 801-810.

Zaharia V, Ignat A, Palibroda N,etal. 2010. Synthesis of some p-toluenesulfonyl-hydrazinothiazoles and hydrazino-bis-thiazoles and their anticancer activity. European Journal of Medicinal Chemistry, 45(11): 5080-5085.