含酰氧基三嗪酮類化合物的合成及生物活性

楊 巖，崔培培

(太原理工大學(xué) a.藝術(shù)學(xué)院，山西 晉中 030600，b.化學(xué)化工學(xué)院，太原 030024)

吡蚜酮是瑞士先正達(dá)公司于1988年開發(fā)的新型吡啶類殺蟲劑，具有高效、低毒、高選擇性、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，可用于大部分同翅目害蟲的防治，適用于蔬菜、水稻、棉花、果樹等多種作物[1-2]。三嗪酮(1,2,3-triazin-4(3H)-one)是吡蚜酮合成中重要的中間體。保留吡蚜酮中的三嗪酮部分，對(duì)吡蚜酮環(huán)中的亞胺部分及吡啶環(huán)進(jìn)行改造而得到的三嗪酮類殺蟲劑，顯示出較高的生物活性，是近年來新型殺蟲劑的重要研發(fā)方向之一[3-12]。

本文以三嗪酮為農(nóng)藥先導(dǎo)，將烷氧羰基引入到三嗪酮分子中，設(shè)計(jì)并合成了8種未見文獻(xiàn)報(bào)道的含酰氧基三嗪酮類化合物。利用1H NMR、13C NMR和HRMS對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行確證，并對(duì)其進(jìn)行了生物活性測(cè)試研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

1H NMR，13C NMR譜使用Bruck-AV400核磁共振儀測(cè)定；高分辨質(zhì)譜使用VG ZAB-HS高分辨質(zhì)譜儀測(cè)定；熔點(diǎn)使用SWG X-4顯微熔點(diǎn)儀測(cè)定；所有溶劑均以標(biāo)準(zhǔn)方法純化處理；柱層析使用青島化工廠生產(chǎn)的硅膠(100～200目)。

1.2 目標(biāo)化合物3a-3h的合成方法

中間體1參照文獻(xiàn)[3]方法制備。在100 mL單口瓶中，加入氨基三嗪酮1(5 mmol)，二氯甲烷(40 mL)攪拌溶解。加入K2CO3(2.5 mmol)，冰水降溫至0 ℃.氯甲酸甲酯2a-2h(5 mmol)溶于二氯甲烷(10 mL)，慢慢滴加到上述溶液中。滴加完畢后，在0 ℃繼續(xù)攪拌0.5 h，然后加熱回流8 h，TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)完畢。將反應(yīng)液減壓脫溶后，用V(二氯甲烷)/V(甲醇)=(100∶1～50∶1)進(jìn)行硅膠柱層析，得到目標(biāo)產(chǎn)物3a-3h(見圖1、圖2).

1 2a-2h 3a-3h圖1 目標(biāo)化合物3a-3h的合成路線Fig.1 Synthetic route of target compounds of 3a-3h

圖2 目標(biāo)化合物3a-3h的結(jié)構(gòu)(圖中%為產(chǎn)率)Fig.2 Structure of target compounds of 3a-3h

甲基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-酰基)氨基甲酸酯(3a)：白色固體，產(chǎn)率72%.m.p.169～170 ℃;1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ9.83(s,1H,NH),9.47(s,1H,NH),4.05(s,2H,CH2),3.61(s,3H,CH3),1.85(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ156.2,151.3,145.0,52.1,51.5,19.8.ESI-HRMS(m/z):Calcd.for C6H11N4O3[M+H]+187.083 1;found 187.082 8.

乙基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-酰基)氨基甲酸酯(3b)：白色固體，產(chǎn)率70%.m.p.127～128 ℃;1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ9.81(s,1H,NH),9.41(s,1H,NH),4.06(q,J=7.2,2H,CH2CH3),4.05(s,2H,CH2),1.85(s,3H),1.19(t,J=7.2 Hz,3H,CH2CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ155.8,151.4,145.0,60.8,51.6,19.8,14.8.ESI-HRMS(m/z):Calcd.for C7H13N4O3[M+H]+201.0982;found 201.098 3.

異丙基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3c)：白色固體，產(chǎn)率55%.m.p.125～126 ℃;1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ9.79(s,1H,NH),9.41(s,1H,NH),4.05(s,2H,CH2),3.81(d,J=6.4 Hz,2H,CH2CH(CH3)2),1.85(brs,4H,CH3,CH2CH(CH3)2),0.89(d,J=6.4 Hz,6H,CH2CH(CH3)2);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ156.0,151.5,145.2,70.7,51.7,27.7,19.9,18.9.ESI-HRMS(m/z):Calcd. for C9H17N4O3[M+H]+229.129 5;found 229.129 8.

烯丙基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3d)：白色固體，產(chǎn)率63%.m.p.111～112 ℃;1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ9.83(s,1H,NH),9.54(s,1H,NH),5.85(m,1H,=CH),5.32(d,J=16.2 Hz,1H,=CH2),5.22(d,J=10.8 Hz,1H,=CH2),4.55(d,J=5.1 Hz,2H,OCH2),4.06(s,2H,CH2),1.85(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ155.5,151.4,145.0,132.9,117.7,65.2,51.6,19.8.ESI-HRMS(m/z):Calcd.for C8H13N4O3[M+H]+213.098 2;found 213.098 5.

2,2,2-三氯乙基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3e)：白色固體，產(chǎn)率36%.m.p.207～208 ℃;1H NMR(300 MHz,DMSO-d6)δ10.5(s,1H,NH),9.90(s,1H,NH),4.88(s,2H,OCH2),4.09(s,2H,CH2),1.86(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ154.3,151.2,145.2,95.6,73.9,51.5,19.9.ESI-HRMS(m/z):Calcd. for C7H10Cl3N4O3[M+H]+302.981 8;found 302.981 5.

苯基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3f)：白色固體，產(chǎn)率91%.m.p.181～182 ℃;1H NMR(300 MHz,DMSO-d6)δ10.08(s,1H,NH),9.92(s,1H,NH),7.42(t,J=7.8 Hz,2H,Ar-H),7.25(t,J=7.2 Hz,1H,Ar-H),7.14(d,J=7.8 Hz,2H,Ar-H),4.15(s,2H,CH2),1.88(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ154.0,151.2,150.5,145.2,129.5,125.6,121.5,51.5,19.9.ESI-HRMS(m/z):Calcd.for C11H13N4O3[M+H]+249.098 2;found 249.098 8.

4-氯苯基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3g)：白色固體，產(chǎn)率59%.m.p.184～185 ℃;1H NMR(300 MHz,DMSO-d6)δ10.15(s,1H,NH),7.48(d,J=8.7 Hz,2H,Ar-H),7.19(d,J=8.7 Hz,2H,Ar-H),4.14(s,2H,CH2),1.87(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ153.7,151.2,149.2,145.1,129.6,129.4,123.3,51.4,19.8.ESI-HRMS(m/z):Calcd. for C11H12ClN4O3[M+H]+283.059 8; found 283.059 8.

芐基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3h)：白色固體，產(chǎn)率65%.m.p.126～127 ℃;1H NMR(300 MHz,DMSO-d6)δ9.84(s,1H,NH),9.58(s,1H,NH),7.37(brs,5H,Ar-H),5.10(s,2H,OCH2),4.07(s,2H,CH2),1.85(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,MSO-d6)δ155.7,151.4,145.1,136.3,128.5,128.1,128.0,66.2,51.6,19.8.ESI-HRMS(m/z):Calcd. for C12H15N4O3[M+H]+263.113 9;found 263.114 3.

1.3 生物活性測(cè)試

1.3.1 棉鈴蟲、玉米螟、粘蟲、蚊幼蟲的生物活性測(cè)定

棉鈴蟲的實(shí)驗(yàn)方法：飼料混藥法。從配置好的溶液中移取3 mL加入約27 g的剛配置好的飼料中，從而得到稀釋10倍的所需濃度。藥劑混勻后均勻地倒入干凈的24孔板中，晾涼后接入24頭3齡棉鈴蟲，觀察3～4 d后檢查結(jié)果。

玉米螟的試驗(yàn)方法：浸葉法。配置所需濃度后，把直徑約為5～6 cm的葉片浸入藥液中5～6 s，取出，放在吸水紙上晾干，放在指定的培養(yǎng)皿中，接入10頭3齡幼蟲，放入(27±1) ℃的養(yǎng)蟲室中觀察，3～4 d后檢查結(jié)果。

粘蟲的實(shí)驗(yàn)方法：浸葉法。配置所需濃度后，把直徑約為5～6 cm的葉片浸入藥液中5～6 s，取出，放在吸水紙上晾干，放在指定的培養(yǎng)皿中。接入10頭3齡幼蟲，放入(27±1) ℃的養(yǎng)蟲室中觀察，3～4 d后檢查結(jié)果。

蚊幼蟲的實(shí)驗(yàn)方法：尖音庫(kù)蚊淡色亞種，室內(nèi)飼養(yǎng)的正常群體。稱取供試化合物約5 mg于盤尼西林藥瓶中，加5 mL丙酮(或適宜溶劑)，振蕩溶解，即為1 000 mg/L母液。移取0.5 mL母液，加入盛有89.5 mL水的100 mL燒杯中，選取10頭4齡初蚊子幼蟲，連同10 mL飼養(yǎng)液一并倒入燒杯中，其藥液的質(zhì)量濃度即為5 mg/L.放入標(biāo)準(zhǔn)處理室內(nèi)，24 h后檢查結(jié)果。以含有0.5 mL實(shí)驗(yàn)溶劑的水溶液為空白對(duì)照。

1.3.2 抑制真菌活性的測(cè)定

以番茄早疫病菌(Alternariasolani)為例，其他病菌的測(cè)試方法相同。離體測(cè)試方法：將番茄早疫病菌接到PDA培養(yǎng)基上培養(yǎng)7 d，用打孔器在菌落邊緣制取直徑4 cm的菌碟接種到含有50 μg/mL和不含藥劑的PDA培養(yǎng)基上培養(yǎng)4 d，量取菌落直徑，與對(duì)照比較計(jì)算出藥劑的抑制百分率。抑菌率(%)的計(jì)算公式為：

殺菌活性=[(對(duì)照菌落直徑-處理菌落直徑)/(對(duì)照菌落直徑-菌碟直徑)]×100% .

1.3.3 除草活性的測(cè)定

盆栽法：在直徑8 cm的塑料小杯中放入一定量的土，加入一些清水，播種后覆蓋一定厚度的土壤，于花房中培養(yǎng)，幼苗出土前以塑料覆蓋。每天加一定量的清水以保持正常生長(zhǎng)。測(cè)試試材：油菜、反枝莧、稗草、馬唐。處理19 d后檢查結(jié)果，測(cè)定地上部鮮重，以鮮重抑制百分?jǐn)?shù)來表示藥效。

2 結(jié)果與討論

2.1 化合物的核磁共振譜解析

以目標(biāo)化合物3a的核磁氫譜和碳譜數(shù)據(jù)為例對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。δ9.83處的單峰為側(cè)鏈上氮上連接的氫的吸收峰；δ9.47處的單峰為三嗪酮環(huán)氮上氫的吸收峰；δ4.05處的單峰為三嗪酮環(huán)上亞甲基的吸收峰；δ3.61處的單峰為酯的甲基氫的吸收峰；δ1.85處的單峰為三嗪酮環(huán)上甲基的吸收峰。δ156.2處的峰為支鏈上羰基碳的吸收峰;δ151.3處的峰為三嗪酮環(huán)上的亞胺碳的吸收峰；δ145.0處的峰為三嗪酮環(huán)上羰基碳的吸收峰；δ52.1處的峰為三嗪酮環(huán)上亞甲基碳的吸收峰；δ51.5處的峰為酯的甲基碳的吸收峰；δ19.8處的峰為三嗪酮環(huán)上甲基碳的吸收峰。

2.2 殺蟲活性測(cè)試

2.2.1 化合物3a-3h在添加量600 mg/kg時(shí)對(duì)棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性

本文對(duì)化合物3a-3h在添加量為600 mg/kg時(shí)對(duì)棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見表1.測(cè)試表明，化合物3b，3f的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性均為100%，高于對(duì)照藥吡蚜酮的殺蟲活性(20%，35%，50%)；化合物3a，3g的殺棉鈴蟲活性(25%、30%)高于吡蚜酮(20%)，殺玉米螟和粘蟲活性(15%，20%；20%，25%)低于吡蚜酮(35%，50%)；化合物3e的殺棉鈴蟲活性(20%)與吡蚜酮(20%)相當(dāng)，殺玉米螟和粘蟲活性(15%，25%)低于吡蚜酮(35%，50%).其余化合物對(duì)棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性均低于對(duì)照藥吡蚜酮。因此，化合物3b，3f在添加量為600 mg/kg時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)于吡蚜酮的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性。

表1 目標(biāo)化合物3a-3h在添加量為600 mg/kg時(shí)對(duì)棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性Table 1 Insecticidal activity of compounds 3a-3h against cotton bollworm, corn borer, oriental armyworm at 600 mg/kg

2.2.2 化合物3a-3h在添加量200 mg/kg時(shí)對(duì)棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性

鑒于化合物3b，3f的在添加量為600 mg/kg時(shí)表現(xiàn)出比吡蚜酮優(yōu)異的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性，本文對(duì)化合物3b，3f在添加量為200 mg/kg時(shí)的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見表2.測(cè)試表明，化合物3b在添加量為200 mg/kg時(shí)的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性分別為30%，30%，40%，化合物3f在添加量為200 mg/kg時(shí)的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性分別為30%，20%，60%，而吡蚜酮在此含量時(shí)沒有活性。因此，化合物3b，3f在添加量為200 mg/kg時(shí)的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性高于吡蚜酮。

表2 目標(biāo)化合物3b，3f在200 mg/kg時(shí)對(duì)棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性Table 2 Insecticidal activity of compounds 3b, 3f against cotton bollworm, corn borer, oriental armyworm at 200 mg/kg

2.2.3 化合物3a-3h對(duì)蚊幼蟲的殺蟲活性

本文對(duì)化合物3a-3h的殺蚊幼蟲活性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表3.在含量為10 mg/kg時(shí)，除化合物3e活性較低(40%)外，其余化合物的殺蚊幼蟲活性均為100%.在添加量為5 mg/kg時(shí)，僅化合物3b，3f的殺蚊幼蟲活性為100%，高于對(duì)照藥吡蚜酮的殺蚊幼蟲活性(40%).當(dāng)添加量降低到2 mg/kg時(shí)，化合物3b，3f的殺蚊幼蟲活性仍為100%，此時(shí)對(duì)照藥吡蚜酮不具有殺蚊幼蟲活性。當(dāng)添加量降低至1 mg/kg，化合物3b，3f殺蚊幼蟲活性仍達(dá)到100%，40%.當(dāng)添加量降低至0.5 mg/kg，化合物3b殺蚊幼蟲活性仍達(dá)到40%，而化合物3f不具有殺蟲活性。因此，化合物3b的殺蚊幼蟲活性最高。

表3 目標(biāo)化合物3a-3h對(duì)蚊幼蟲的殺蟲活性Table 3 Insecticidal activity of compounds 3a-3h against mosquito

2.2.4 化合物的抑制真菌活性

本文對(duì)化合物3a-3h的抑菌活性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表4.在添加量為50 mg/kg時(shí)，化合物2d，3h的抑制番茄早疫菌活性(29.4%，29.4%)高于吡蚜酮(23.8%)，其它化合物的活性低于吡蚜酮；化合物3f，3g，3h的抑制小麥赤霉病菌(FusariumgraminearumSehw.)活性(20.0%，22.9%，20.0%)高于吡蚜酮(13.3%)，其它化合物的活性低于吡蚜酮；化合物3a-3h的抑制馬鈴薯晚疫病菌(Phytophthorainfestans(Mont.)deBary)、辣椒疫霉病菌(Phytophthoracapsici)、油菜菌核病菌(Sclerotiniasclerotiorum(Lib.)deBary)活性低于吡蚜酮(22.2%，36.7%，31.7%)；化合物3g的抑制黃瓜灰霉病菌(Botrytiscinerea)、水稻紋枯病菌(Rhizotoniasolani)活性(63.2%，62.8%)高于吡蚜酮(47.5%，19.0%)，其他化合物的活性低于吡蚜酮；化合物3a-3h的抑制黃瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporum)、花生褐斑病菌(CercosporaarachidicolaHori)、蘋果輪紋病菌(Physalosporapiricola)、小麥紋枯病菌(Rhizoctoniacerealis)、玉米小斑病菌(Bipolarismaydis)、西瓜炭疽病菌(Watermelonanthracnose)活性高于吡蚜酮(5.0%，15.8%，27.6%，63.6%，16.7%，16.7%)；化合物3e，3f的抑制水稻惡苗病菌(Fusariummoniliformesheld)活性(25.8%，32.3%)高于吡蚜酮(19.0%)，其他化合物的活性低于吡蚜酮。因此，所有化合物均有一定的抑菌活性，其中化合物3g，3h表現(xiàn)出較為優(yōu)異的抑菌活性。

表4 目標(biāo)化合物3a-3h的抑菌活性(添加量為50 mg/kg)Table 4 Insecticidal activity of compounds 3a-3h against mosquito

2.2.5 化合物的除草活性

本文對(duì)化合物3a-3h的除草活性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表5.在1 500 g/公頃時(shí)，化合物3d，3f對(duì)土壤處理過的油菜除草活性(10.0%，5.0%)高于吡蚜酮(0)，其他化合物沒有活性；化合物3b對(duì)土壤處理過的反枝莧除草活性(10.0%)高于吡蚜酮(0)，其他化合物沒有活性；化合物3a-3h對(duì)土壤處理過的稗草、馬唐沒有除草活性；化合物3a，3b，3c對(duì)莖葉處理過的油菜除草活性(5.0%，5.0%，10.0%)高于吡蚜酮(0)，其他化合物沒有活性；化合物3b，3f，3h對(duì)莖葉處理過的反枝莧除草活性(20.0%，10.0%，5.0%)高于吡蚜酮(0)，其他化合物沒有活性；化合物3a，3b對(duì)莖葉處理過的稗草沒有除草活性，其他化合物的除草活性高于吡蚜酮(0)；化合物3g，3h對(duì)莖葉處理過的馬唐除草活性(10.0%，10.0%)高于吡蚜酮(0)，其他化合物沒有活性。因此，大部分化合物沒有除草活性，僅有部分化合物具有微弱的除草活性。

表5 目標(biāo)化合物3a-3h的除草活性Table 5 Insecticidal activity of compounds 3a-3h against mosquito

3 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)合成了8種含羰基氧的三嗪酮類化合物，經(jīng)1H NMR、13C NMR和HRMS確證了其結(jié)構(gòu)，并測(cè)試了其殺蟲活性、抑菌活性及除草活性。

1) 殺蟲活性測(cè)試表明，在添加量為200 mg/kg和600 mg/kg時(shí)，化合物3b，3f的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性優(yōu)于吡蚜酮。當(dāng)添加量降低至0.5 mg/kg，化合物3b殺蚊幼蟲活性仍達(dá)到40%，優(yōu)于吡蚜酮。

2) 本文測(cè)試了8種化合物對(duì)14種病菌的抑菌活性，實(shí)驗(yàn)表明，所有化合物均有一定的抑菌活性，其中化合物3g，3h的抑菌活性較為優(yōu)異?；衔?a-3h僅有微弱的除草活性。相關(guān)化合物的合成及生物活性研究還在進(jìn)行中。