新型α-蒎烯基苯磺酰胺類化合物的合成及其抗真菌活性

岑 波,李龍生,段文貴*,林桂汕,陳 銘,陸順忠

(1.廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002)

松節(jié)油是廣西等地區(qū)的天然優(yōu)勢生物質(zhì)資源，其主要成分為α-蒎烯。α-蒎烯及其衍生物具有良好的抗菌、除草、殺蟲和驅(qū)避等生物活性[1-2]。通過α-蒎烯分子四元環(huán)和雙鍵官能團(tuán)的改性，可以合成具有生物活性及其他功能的化合物。

磺酰胺類化合物的結(jié)構(gòu)中含有-SO2和-NH-基團(tuán)，此類含硫、氮原子及活潑氫的化合物顯示出殺菌[3]、除草[4]、殺蟲[5]和抗癌[6]等廣泛的生物活性，在農(nóng)藥和醫(yī)藥等方面有較多應(yīng)用。近年來，本課題組在松節(jié)油基新型生物活性化合物的合成方面取得了一系列研究成果[4,7-16]。

本文在實驗室成果基礎(chǔ)上，繼續(xù)開展對α-蒎烯的改性研究。以α-蒎烯為原料，經(jīng)多步反應(yīng)，將磺酰胺活性基團(tuán)引入到α-蒎烯的亞結(jié)構(gòu)中去，設(shè)計并合成了一系列新型α-蒎烯基磺酰胺類化合物(7a～7i,Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR、13C NMR、FT-IR和MS(ESI)表征。并測試了化合物對5種植物病原菌的抑制活性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

MP420型全自動熔點儀；AVANCE Ⅲ HD 600 MHz型超導(dǎo)核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Nicolet iS 50 FT-IR型紅外光譜儀(KBr壓片或涂膜)；TSQ Quantum Access MAX型液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀；Agilent 6890型氣相色譜儀；Waters 1525型高效液相色譜儀。

α-蒎烯，GC測定質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97%，廣西梧州松脂股份有限公司；α-萜品烯馬來酸酐加成物(3)[17]和N-芳磺?；叶?6a～6i)[18]按文獻(xiàn)方法合成；其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1)N-羧甲基萜品烯馬來酰亞胺(4)的合成

在50 mL兩口燒瓶中加入甘氨酸0.90 g(12.0 mmol)，N,N-二甲基甲酰胺6 mL和三乙胺12.0 mmol，滴加32.34 g(10.0 mmol)的DMF(6 mL)溶液，滴畢(約30 min)，回流反應(yīng)約4 h(TLC監(jiān)測)。冷卻至室溫，倒入250 mL分液漏斗中，用10%氫氧化鈉溶液調(diào)至pH 9～10，用二氯甲烷(2×20 mL)萃取，合并水相，用稀鹽酸溶液調(diào)至pH 5～6，用少量二氯甲烷萃取，合并有機(jī)層，用無水Na2SO4干燥，減壓蒸除二氯甲烷，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=石油醚/乙酸乙酯=2/1,V/V)純化得化合物白色固體4，產(chǎn)率68%,m.p.153～154 ℃;1H NMR(600 MHz,DMSO-d6)δ:5.90(d,J=8.5 Hz,1H,7-H),5.82(d,J=8.5 Hz,1H,8-H),3.92(s,2H,15-H),3.07(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),2.74(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.47～2.42(m,1H,11-H),1.52～1.46(m,1H,9a-H),1.43～1.38(m,1H,10a-H),1.36(s,3H,14-H),1.19～1.15(m,1H,9b-H),1.13～1.08(m,1H,10b-H),1.01(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.90(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:176.9,175.4,168.1,136.2,135.2,49.8,46.1,44.2,43.1,37.5,34.8,29.3,22.5,21.0,18.3,17.0;IR(KBr)ν:3100～3300,3036,1751,1677 cm-1;MS(ESI)m/z:289.9{[M-H]+}。

(2)N-羧甲基萜品烯馬來酰亞胺基酰氯(5)的合成

在50 mL兩口瓶中加入2.91 g(10.0 mmol)化合物4，滴加二氯亞砜10 mL，滴畢(30 min)，攪拌下升溫至65 ℃，反應(yīng)3～4 h(TLC監(jiān)測)。減壓蒸除過量二氯亞砜得棕黃色黏稠液體5。

(3)7a～7i的合成(以7a為例)

在50 mL兩口燒瓶中加入化合物6a10.0 mmol，二氯甲烷15 mL和三乙胺1.4 mL(10.0 mmol)，攪拌使其混合均勻；緩慢滴加化合物511.0 mmol的二氯甲烷(10 mL)溶液，滴畢(30 min)，反應(yīng)1～2 h(TLC監(jiān)測)。過濾，濾液減壓蒸餾得固體粗產(chǎn)物，經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=1/1)純化得目標(biāo)產(chǎn)物7a。

用類似的方法合成7b～7i。

α-蒎烯基苯基磺酰胺(7a):白色固體,收率84%,m.p.63～64 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.83(d,J=9.1 Hz,2H,20-H,24-H),7.57(t,J=7.4 Hz,1H,22-H),7.50(t,J=7.6 Hz,2H,21-H,23-H),6.74(t,J=5.3 Hz,1H,CONH),6.00(d,J=8.5 Hz,1H,8-H),5.92(d,J=8.4 Hz,1H,7-H),4.05(s,2H,15-H),3.36(m,2H,17-H),3.09(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),3.00(m,2H,18-H),2.70(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.59～2.51(m,1H,11-H),1.53～1.45(m,9a-H,4H,14-H),1.45～1.39(m,1H,10a-H),1.33～1.28(m,1H,9b-H),1.24(m,1H,10b-H),1.07(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.96(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.8,177.3,166.9,139.6,136.6,135.9,132.9,129.4,127.2,50.6,46.8,43.8,42.4,41.2,39.9,37.0,34.3,29.8,23.0,22.8,18.6,17.0;IR(KBr)ν:3356,3291,3038,1770,1699,1161 cm-1;MS(ESI)m/z:473.8{[M+H]+}。

Scheme 1

α-蒎烯基m-甲基苯基磺酰胺(7b):白色固體,產(chǎn)率80%,m.p.69～70 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.65(s,1H,20-H ),7.63(d,J=7.0 Hz,1H,24-H),7.38(m,2H,22-H,23-H),6.65(t,J=5.6 Hz,1H,CONH),6.01(d,J=8.4 Hz,1H,8-H),5.93(d,J=8.5 Hz,1H,7-H),5.66(t,J=6.2 Hz,1H,SNH),4.05(s,2H,15-H),3.34(m,2H,17-H),3.09(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),3.01(m,2H,18-H),2.70(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.56(m,1H,11-H),2.41(s,3H,Ar-CH3),1.53～1.46(m,4H,14-H,9a-H),1.45～1.39(m,1H,10a-H),1.31(m,1H,9b-H),1.25(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ：177.7,177.2,166.8,139.6,139.4,136.6,135.9,133.8,129.2,127.5,124.3,50.6,46.8,43.8,42.4,41.3,39.9,37.0,34.3,29.8,23.0,22.8,21.5,18.6,17.0;IR(KBr)ν:3359,3293,3097,1770,1699,1155 cm-1；MS(ESI)m/z:487.9{[M+H]+}。

α-蒎烯基m-甲氧基苯基磺酰胺(7c):白色固體,產(chǎn)率70%,m.p.79～83 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.84(s,1H,20-H),7.62～7.52(m,1H,24-H),7.30～7.24(m,1H,22-H),7.23～7.16(m,1H,23-H),6.65(t,J=5.5 Hz,1H,CONH),6.01(d,J=9.0 Hz,1H,8-H),5.95～5.91(d,J=8.9 Hz,1H,7-H),5.89(dd,J=7.6 Hz,4.6 Hz,1H,SNH),4.04(s,2H,15-H),3.30(m,2H,17-H),3.08(m,3H,2-H,18-H),2.70～2.66(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.60～2.52(m,1H,11-H),1.55～1.43(m,4H,14-H,9a-H),1.45～1.38(m,1H,10a-H),1.36～1.28(m,1H,9b-H),1.27～1.24(m,1H,10b-H),1.11～1.06(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.99～0.92(d,J=7.0 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.6,177.1,166.7,159.8,141.6,136.6,135.9,130.5,127.7,124.7,121.9,55.6,50.6,46.8,43.8,42.6,41.2,39.9,38.8,37.0,34.3,29.8,23.0,22.8,18.6,17.0；IR(KBr)ν:3359,3295,3096,1771,1702,1156 cm-1;MS(ESI)m/z:502.0 {[M-H]+}。

α-蒎烯基p-氯苯基磺酰胺(7d):白色固體,產(chǎn)率85%,m.p.80～81 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.77(d,J=8.6 Hz,2H,20-H,24-H),7.48(d,J=8.5 Hz,2H,21-H,23-H),6.69(t,J=5.6 Hz,1H,CONH),6.00(d,J=8.7 Hz,1H,8-H),5.96(d,J=14.6 Hz,1H,SNH),5.91(d,J=8.4 Hz,1H,7-H),4.04(s,2H,15-H),3.33(m,2H,17-H),3.08(d,J=7.7 Hz,1H,2-H),2.99(m,2H,18-H),2.69(d,J=7.8 Hz,1H,5-H),2.54(m,1H,11-H),1.51(m,1H,9a-H),1.47(s,3H,14-H),1.44～1.38(m,1H,10a-H),1.35～1.29(m,1H,9b-H),1.27～1.21(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.7 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.8,177.2,166.9,139.4,138.2,136.4,135.9,129.6,128.6,50.6,46.8,42.6,41.2,39.9,37.0,34.3,29.8,23.0,22.8,18.6,17.0；IR(KBr)ν:3365,3296,3093,1770,1699,1164 cm-1;MS(ESI)m/z:507.9 {[M+H]+}。

α-蒎烯基p-溴苯基磺酰胺(7e):白色固體,產(chǎn)率75%,m.p.54～56 ℃；1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.70(d,J=8.6 Hz,2H,20-H,24-H),7.65(d,J=8.6 Hz,2H,21-H,23-H),6.58(t,J=5.7 Hz,1H,CONH),6.01(d,J=8.5 Hz,1H,8-H),5.93(d,J=8.4 Hz,1H,7-H),5.80(t,J=6.1 Hz,1H,SNH),4.05(s,2H,15-H),3.34(dd,J=10.4,6.2 Hz,2H,17-H),3.09(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),3.01(dd,J=11.2 Hz,5.8 Hz,2H,18-H),2.70(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.55(m,1H,11-H),1.53～1.48(m,1H,9-H),1.48～1.41(m,4H,10a-H,14-H),1.32(m,1H,9b-H),1.28～1.25(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=7.0 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.7,177.2,167.0,138.7,136.6,135.9,132.6,128.7,127.9,50.6,46.8,43.8,42.5,41.2,39.8,37.0,34.3,29.8,23.0,22.7,18.5,17.0；IR(KBr)ν:3354,3291,3090,1772,1702,1165 cm-1;MS(ESI)m/z:551.8{[M+H]+}。

α-蒎烯基o-氟苯基磺酰胺(7f):白色固體,產(chǎn)率65%,m.p.66～68 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.86(m,2H,21-H,24-H),7.17(m,2H,22-H,23-H),6.69(t,J=5.6 Hz,1H,CONH),6.00(d,J=8.5 Hz,1H,8-H),5.98(d,J=8.6 Hz,1H,SNH),5.92(d,J=8.7 Hz,1H,7-H),4.05(s,2H,15-H),3.34(m,2H,17-H),3.08(d,J=7.1 Hz,1H,2-H),3.03～2.96(m,2H,18-H),2.69(d,J=7.7 Hz,1H,5-H),2.59～2.47(m,1H,11-H),1.53～1.46(m,4H,14-H,9a-H),1.42(m,1H,10a-H),1.32(m,1H,9b-H),1.24(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.8,177.2,167.0,164.5,136.6,136.,135.9,135.7,130.0,129.9,116.5,50.6,46.8,43.8,42.5,41.2,39.9,37.0,34.3,29.8,23.0,22.8,18.5,17.0;IR(KBr)ν:3357,3294,3105,1770,1700,1167 cm-1;MS(ESI)m/z:489.9{[M-H]+}。

α-蒎烯基p-氟苯基磺酰胺(7g):白色固體,產(chǎn)率68%,m.p.69～71 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.75(d,J=8.8 Hz,2H,20-H,24-H),6.96(d,J=8.8 Hz,2H,21-H,23-H),6.69(t,J=5.5 Hz,1H,CONH),5.98(d,J=8.5 Hz,1H,8-H),5.91(d,J=8.5 Hz,1H,7-H),5.63(d,J=5.9 Hz,1H,SNH),3.86(s,2H,15-H),3.31(m,2H,17-H),3.05(d,J=7.1 Hz,1H,2-H),2.94(d,J=3.0 Hz,2H,18-H),2.68(d,J=7.6 Hz,1H,5-H),2.56(m,1H,11-H),1.49(m,4H,14-H,9a-H),1.43(m,1H,10a-H),1.32(m,1H,9b-H),1.27～1.25(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.95(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.6,177.1,166.6,163.0,141.6,136.4,135.7,129.4,114.5,50.7,46.8,44.0,42.6,41.2,39.6,37.9,34.3,29.8,23.1,22.8,18.6,17.0;IR(KBr)ν:3361,3297,3097,1772,1701,1168 cm-1;MS(ESI)m/z:489.9{[M-H]+}。

α-蒎烯基o-硝基苯基磺酰胺(7h):白色固體,產(chǎn)率82%,m.p.79～81 ℃;1HNMR(600 MHz,CDCl3)δ:8.11～8.07(d,J=7.5 Hz,1H,24-H),7.87～7.84(d,J=8.7 Hz,1H,21-H),7.76～7.72(m,2H,22-H,23-H),6.48(t,J=5.7 Hz,1H,CONH),6.03(d,J=8.4 Hz,1H,8-H),5.95(t,J=6.3 Hz,2H,7-H,SNH),4.04(s,2H,15-H),3.39(m,2H,17-H),3.18(m,2H,18-H),3.07(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),2.68(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.56(m,1H,11-H),1.53～1.48(m,1H,9a-H),1.47(s,3H,14-H),1.46～1.41(m,1H,10a-H),1.34～1.29(m,1H,9b-H),1.28～1.24(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.5,177.0,166.7,148.1,136.6,135.9,133.9,133.3,133.0,131.1,125.6,50.6,46.7,43.8,43.1,41.3,39.8,37.0,34.3,29.7,23.0,22.7,18.5,16.9;IR(KBr)ν:3356,3295,3096,1773,1701,1166 cm-1;MS(ESI)m/z:516.8{[M-H]+}。

α-蒎烯基m-硝基苯基磺酰胺(7i):白色固體,收率86%,m.p.69～70 ℃;1HNMR(600 MHz,CDCl3)δ:8.67(s,1H,20-H),8.41(d,J=8.2 Hz,1H,24-H),8.17(d,J=7.9 Hz,1H,22-H),7.74(t,J=8.0 Hz,1H,23-H),6.74(t,J=5.6 Hz,1H,CONH),6.39(t,J=6.0 Hz,1H,SNH),5.99(d,J=8.4 Hz,1H,8-H),5.91(d,J=8.5 Hz,1H,7-H),4.05(s,2H,15-H),3.36(m,2H,17-H),3.09(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),3.08～3.04(m,2H,18-H),2.70(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.59～2.46(m,1H,11-H),1.55～1.48(m,1H,9a-H),1.46～1.41(m,4H,10a-H,14-H),1.35～1.28(m,1H,9b-H),1.27～1.22(m,1H,10b-H),1.07(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=7.0 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.9,177.3,167.1,148.5,142.1,136.6,135.9,132.8,130.7,127.3,122.4,50.6,46.8,43.8,42.7,41.2,39.9,37.1,34.3,29.8,23.0,22.7,18.5,17.0;IRν:3360,3293,3097,1770,1699,1169 cm-1;MS(ESI)m/z:516.8{[M-H]+}。

1.3 7a～7i的殺菌活性測試

參考文獻(xiàn)[19]，采用離體法(也稱瓊脂稀釋法)測試目標(biāo)產(chǎn)物的抑菌活性。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

在中間體4的合成過程中，由于甘氨酸本身存在顯弱堿性的氨基和顯酸性的羧基，在溶劑中容易形成內(nèi)鹽而影響氮原子的親核性，導(dǎo)致反應(yīng)速率降低。故在DMF作溶劑的條件下，需加入與甘氨酸等摩爾的三乙胺與之成鹽，再與加成物3反應(yīng)，能明顯加快反應(yīng)進(jìn)程。參考文獻(xiàn)[18,20]，本研究試用了冰醋酸和DMF作溶劑，發(fā)現(xiàn)以DMF作溶劑時，可得到化合物4。

2.2 表征

由FT-IR譜圖(圖略)可知，4在3100～3300 cm-1處的寬峰為羧基活潑氫的伸縮振動峰；3036 cm-1處特征峰為雙鍵上碳?xì)滏I的伸縮振動峰；1751 cm-1處特征峰為碳氧雙鍵伸縮振動峰；1677 cm-1處特征峰為碳碳雙鍵的伸縮振動峰。在目標(biāo)產(chǎn)物7a～7i的特征峰中，兩個N—H鍵的伸縮振動吸收峰位于3360 cm-1和3295 cm-1附近；稍大于3000 cm-1的較小的吸收峰為不飽和碳C—H伸縮振動峰；1770 cm-1和1700 cm-1處特征峰為羰基C=O鍵的伸縮振動峰；1160 cm-1處特征峰為SO2的伸縮振動峰。

由1H NMR譜圖(圖略)可見，對于中間體4，雙鍵C-7和C-8上氫的位移出現(xiàn)在δ5.9左右。對于目標(biāo)產(chǎn)物7a～7i，雙鍵C-7和C-8上氫的位移出現(xiàn)在δ5.9和δ6.0左右。兩個N—H鍵受到苯環(huán)上取代基的影響，伸縮振動吸收峰出現(xiàn)在δ5.8～6.8。由于受羰基強(qiáng)吸電子影響，靠近羰基的氮上氫的電子云密度會比靠近SO2的氮上氫的電子云密度低，處于較低場區(qū)，所以前者氫的化學(xué)位移相對較高。15-H通常會受羰基吸電子影響使得化學(xué)位移增大而出現(xiàn)在δ4.1左右，其余飽和碳的氫的特征峰均在δ3.4以下。

由13C NMR譜圖(圖略)可知，對于中間體4，3個羰基碳均出現(xiàn)在低場區(qū)，化學(xué)位移達(dá)到δ165以上。雙鍵上的碳則出現(xiàn)在δ135.7～136.7，其他飽和碳的化學(xué)位移均在δ60以下。對于目標(biāo)產(chǎn)物7a～7i，增加的苯環(huán)上的碳主要出現(xiàn)在δ120～150處。C-4的峰位移比C-3稍大，因為C-3比較靠近富電子基團(tuán)異丙基，電子云密度相對較大，所以C-3移向髙場，化學(xué)位移變低。

表 1 化合物 7a～7i 的抑菌活性*Table 1 Antifungal activities of compounds 7a～7i

*活性分級指標(biāo)：A級：≥90%；B級：70～90%；C級：50～70%；D級：<50%。

2.3 抑菌活性

表1為7a～7i對黃瓜枯萎、花生褐斑、蘋果輪紋、番茄早疫和小麥赤霉的抑制活性。由表1可知，在50 μg·mL-1濃度下，7a～7i對5種植物病菌都表現(xiàn)出一定的抑制活性，其中化合物7d(R=p-Cl)和7h(R=o-NO2)對蘋果輪紋病菌的抑制率分別為83.9%和79.6%(B級活性水平)，優(yōu)于陽性對照百菌清(75.0%)；化合物7b(R=m-Me)和7i(R=m-NO2)對番茄早疫病菌的抑制率分別為82.2%和71.1%(B級活性水平)，前者優(yōu)于陽性對照百菌清(73.9%)。

3 結(jié)論

以松節(jié)油的主要成分α-蒎烯為原料，合成了9個未見報道的α-蒎烯基苯磺酰胺類化合物(7a～7i)。初步的抑菌活性測試結(jié)果表明，化合物7d(R=p-Cl)和7h(R=o-NO2)對蘋果輪紋病菌的抑制率分別為83.9%和79.6%，優(yōu)于陽性對照百菌清；化合物7b(R=m-Me)對番茄早疫病菌的抑制率為82.2%，優(yōu)于陽性對照百菌清。

致謝：抑菌活性測試由南開大學(xué)元素有機(jī)化學(xué)國家重點實驗室生物活性測試室完成，謹(jǐn)表謝意！