新型銀錠夜蛾性信息素類似物的合成及初步活性

王留洋， 梅向東, 張 智, 翁愛珍, 馬好運,折冬梅, 寧 君*, 謝愛婷, 穆常青

(1. 中國農業(yè)科學院 植物保護研究所 植物病蟲害生物學國家重點實驗室，北京 100193；2. 北京市植物保護站，北京 100029)

銀錠夜蛾(Macdunnoughiacrassisignawarren)隸屬于鱗翅目夜蛾科，是豆類作物和十字花科蔬菜重要的食葉性害蟲[1]。幼蟲春夏季為害棉花、豆類等作物葉片，秋季為害十字花科蔬菜葉片[2]。因其具有暴食性，雜食性等特點，大發(fā)生時能使作物大量減產甚至絕收。2017年，付曉偉等[2]通過高空探照燈、卵巢解剖以及碳同位素示蹤技術分析發(fā)現(xiàn)，銀錠夜蛾是一種遠距離遷飛性害蟲，這無疑增加了銀錠夜蛾的防治難度。銀錠夜蛾在我國發(fā)生2～4代，在枯枝、淺表層等場所以卵的形式越冬，翌年5月開始羽化，6月份進入越冬蟲態(tài)盛發(fā)期[4]。目前，國內防治銀錠夜蛾主要借助農藥[5]，但隨著化學農藥的不正確使用，不僅會殺傷天敵，同時會出現(xiàn)農藥殘留量過高、環(huán)境污染及害蟲的抗藥性等問題。因此，迫切需要綠色、安全、高效的新途徑來防治銀錠夜蛾。

昆蟲性信息素的研究為高效防治害蟲開辟了新型綠色途徑，但隨著對昆蟲性信息素的研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)釋放快、持效期短[6]、長期使用單一組分的性信息素可能會導致昆蟲抗藥性的產生等缺點[7]。性信息素類似物與天然性信息素相比具有更好的物理、化學和毒理性特性，并可增加特異選擇性[8]。Wright等[9]1965年便提出修改性信息素結構的方式可實現(xiàn)害蟲控制；Beroza等[10]證實棉紅鈴蟲(Pectinophoragossypiella)性信息素中添加少量性信息素類似物十四碳烯-1-醇乙酸酯可改變棉紅鈴蟲的誘捕量；Roelofs等[11]將紅帶卷夜蛾(Pink bollworm moth)性信息素順-11-十四碳烯乙酸酯中加入氧原子或硫原子，可明顯增強性信息素的誘捕效果；Camps等[12]發(fā)現(xiàn)松異舟蛾(Thaumetopoeapityocampa)性信息素與甲酸酯和丙酸酯的性信息素類似物混合后能增加松異舟蛾的誘捕數(shù)量。性信息素類似物的合成已成為研究的熱點。文獻[13]表明，含鹵素修飾的性信息素類似物可增強分子的脂溶性，并能更有效的被昆蟲嗅覺受體識別；性信息素中以硫原子作為氧原子的電子等排體進行取代部分的氧原子后可得到硫代類似物[14]，可降低嗅覺細胞的反應，具有潛在的性信息素識別的抑制效應[15]。本文以銀錠夜蛾性信息素前體順-7-十二碳烯醇(Z7-12:OH)為起始原料，分別與含氟、溴、硫取代的酰氯或酸酐進行合成類似物(Y1～Y6， Scheme 1)，其結構經核磁共振(NMR)和高分辨質譜(HR-MS)表征。并對類似物進行觸角電生理試驗(EAG)測試，旨在篩選出活性較高的性信息素類似物，為銀錠夜蛾性信息素類似物的合成研究提供理論依據(jù)。

Chart 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker DPX-300 MHz型核磁共振儀(TMS為內標)；Bruker solariX型觸角電位儀；PRX-450D型智能人工氣候箱。

成蟲采集于北京市延慶區(qū)舊縣鎮(zhèn)有機農業(yè)示范園(40°54′51.20″N，116°06′81.62″E)，采用10%的蜂蜜水配對飼養(yǎng)，定期收集銀錠夜蛾卵[16]。幼蟲置于室內人工氣候箱內[(25±2) ℃，相對濕度(60±10)%， L/D=16/8]，用大豆葉飼養(yǎng)。羽化成蟲分別放到拇指管(直徑25 mm，長100 mm)內單獨飼養(yǎng)，以10%蜂蜜水飼喂待用；其余所用試劑均為分析純。

Scheme 1

1.2 Y1～Y6的合成(以Y1為例)

將Z7-12:OH 0.5 g(2.71 mmol)溶于10 mL干燥二氯甲烷(DCM)中，加入4-二甲氨基吡啶(DMAP)0.02 g(0.20 mmol)和三乙胺(TEA)0.42 g(4.07 mmol)，冰鹽浴冷卻(-20 ℃),緩慢滴加二氟乙酸酐0.71 g(4.07 mmol)的DCM(2 mL)溶液，滴畢，滴加DCM 0.5～1 mL，滴畢，反應30 min后撤去冰鹽??；攪拌下于室溫反應過夜(TLC 監(jiān)測)。用去離子水淬滅反應，分液，有機相依次用飽和食鹽水(3×25 mL)洗滌，無水硫酸鎂干燥，濃縮，粗產物經硅膠柱層析[洗脫劑：V(乙酸乙酯)/V(石油醚)=1/30]純化得Y10.53 g。

用類似的方法合成Y2～Y6。

Y1： 淡黃色油狀液體，收率74%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.93(t,J=54.3 Hz, 1H), 5.30～5.39(m, 2H), 4.28(t,J=13.4 Hz, 2H), 2.02(d,J=3.6 Hz, 4H), 1.67～1.74(m, 2H), 1.26～1.40(m, 10H), 0.83～0.97(m, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 170.12, 131.71(C2), 128.64, 66.49, 32.56, 30.62(C3), 26.45(C3), 23.22, 14.11; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C14H23O2F2Na{[M+Na]+}285.1644, found 285.1637。

Y2： 淡黃色油狀液體，收率60%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.36～5.39(m, 2H), 4.34(t,J=13.6 Hz, 4H), 1.98(t,J=6.1 Hz, 4H), 1.75(t,J=24.4 Hz, 2H), 1.31～1.35(m, 10H), 0.89(t,J=12.5 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 171.07, 131.34(C2), 124.61, 66.39, 32.31, 30.18(C3), 26.69(C3), 23.16, 14.32; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C14H23O2F3Na{[M+Na]+}303.1551, found 303.1572。

Y3： 淡黃色油狀液體，收率62%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.35(t,J=9.5 Hz, 2H), 4.37(t,J=16.3 Hz, 2H), 2.02(t,J=3.8 Hz, 4H), 1.75(t,J=18.6 Hz, 4H), 1.33～1.36(m, 10H), 0.91(t,J=10.1 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 164.05, 134.52, 130.61(C2), 119.54, 65.23, 32.12, 29.90(C2), 25.91, 27.42(C2), 25.98, 22.84, 14.21; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H23O2F5Na{[M+Na]+}353.3292, found 353.3261。

Y4： 無色透明液體，收率18%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.32(t,J=18.7 Hz, 2H), 4.71～4.74(m, 1H), 4.06(t,J=7.6 Hz, 2H), 2.13～2.17(m, 4H), 1.96(s, 3H), 1.74～1.85(m, 2H), 1.70～1.75(m, 10H), 0.90(t,J=15.6 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 130.61(C2), 118.20, 70.02, 32.15, 29.73(C2), 28.61, 27.47(C2), 25.79, 22.85, 14.20; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C13H23O3SF3Na{[M+Na]+}339.3392, found 339.3381。

Y5： 淡黃色油狀液體，收率59%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.44～5.49(m, 2H), 4.44(t,J=15.6 Hz, 1H), 4.21～4.24(m, 2H), 2.05(s, 4H), 1.91(t,J=10.5 Hz, 3H), 1.44～1.51(m, 2H), 1.42～1.43(m, 10H), 0.90(t,J=10.5 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 166.71, 130.60(C2), 64.52, 40.19, 32.15, 29.41(C3), 27.42(C2), 25.96, 22.82, 21.40, 14.21; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H27O2BrNa{[M+Na]+}341.1094, found 341.1079。

Y6： 淡黃色油狀液體，收率34%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.30(t,J=6.4 Hz, 2H), 4.13(t,J=15.6 Hz, 2H), 2.81～2.84(m, 2H), 2.58(t,J=18.6 Hz, 2H), 2.13～2.17(m, 4H), 2.07(d,J=10.8 Hz, 3H), 1.76～1.82(m, 2H), 1.25～1.37(m, 10H), 0.91(t,J=6.0 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 171.12, 130.61(C2), 65.26, 34.27, 32.12(C2), 29.99(C3), 27.47(C2), 25.91, 22.80, 15.14, 14.23; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C16H30O2SNa{[M+Na]+}309.4640, found 309.4625。

1.3 EAG活性測定

將羽化的銀錠夜蛾雄蟲放到拇指管中，用10%的蜂蜜水喂養(yǎng)3 d，實驗前黑暗處理2 h[17]。將處理后的銀錠夜蛾雄蟲用鑷子在顯微鏡下摘除完整的觸角，用刀片切除觸角兩端，保證在測試過程中電流的暢通。用注滿0.1 M氯化鉀溶液的尖端玻璃吸管電極將觸角連接在電極探頭上。用移液槍吸取配好的溶液10 μL添加到濾紙條(5 cm×1 cm)上，待溶劑揮發(fā)完全后將濾紙條放入巴斯德管中。每個處理重復3次。對試驗所得數(shù)據(jù)均用SPSS 20.0分析軟件，顯著差異性分析利用單因素方差分析(One-Way ANOVA)(P<0.05)，利用新復極差法(Duncan法)進行多重比較，結果用Mean±Stand Error表示。

2 結果與討論

2.1 合成

將Z7-12:OH與酸酐反應時，添加少量DMAP作催化劑，可使反應更加完全。Z7-12:OH與酰氯反應時，文獻中常選用三乙胺或吡啶作縛酸劑，考慮到吡啶沸點較高，較難除去，且TLC檢測時，吡啶在硅膠板上容易擴散，因此本文選用三乙胺為縛酸劑。酸酐遇水易溶解，故二氯甲烷需要經過除水處理。為保證醇反應完全，Z7-12:OH與酸酐或酰氯的最佳摩爾比為1.0/1.5～1.0/2.0。合成過程中,由于氟原子的電負性較強且空間位阻較小，故含氟的性信息素類似物產率高于含硫、溴的類似物，且在反應速度上也高于后者。合成Y4的副產物較多，由于目標化合物與雜質極性相近，需多次純化，導致收率較低。

2.2 表征

以Y1為例,分析了1H NMR譜圖(圖略) 。由圖可知，與氟原子相連的碳原子上的氫原子受到氟原子和羰基拉電子基的影響，特征峰向低場移動(δ5.89附近)。與氧原子相連的亞甲基上的氫原子受到羰基吸電子的作用，化學位移向低場移動，特征峰位于δ4.28附近。兩個順式雙鍵上的氫原子受共軛效應的影響，特征峰向低場移動(δ5.35)，表現(xiàn)為多重峰。受電子傳導效應的影響，與雙鍵相連的碳原子上的氫原子及化學位移也出現(xiàn)偏移，表現(xiàn)為多重峰，因此與雙鍵相連的碳原子上的氫原子特征峰位于δ2.01附近?；衔镏械囊粋€甲基受旁邊兩個氫原子的作用表現(xiàn)為三重峰，特征峰位于高場(δ0.90附近)。其他碳上的10個氫原子的特征峰位于高場δ1.31附近，表現(xiàn)為多重峰。

Dose(μg)圖1 類似物(Y1)直接刺激的EAG活性劑量反應曲線

2.3 EAG活性

在6種類似物不同劑量(0.01 μg、 0.1 μg、 1 μg、 10 μg、 100 μg)處理下，雄蟲觸角對化合物EAG響應值如表1所示。發(fā)現(xiàn)所有的性信息素類似物在EAG中均能表現(xiàn)一定的生物活性，其中類似物Y1電生理響應值具有較好的劑量-效應關系(圖1)。其中，在10 μg劑量條件下EAG相對響應值達到最大，為(2.07±0.19)mV，在100 μg劑量條件下EAG相對響應值為(2.04±0.12)mV，其它類似物的EAG響應相對較弱。Theresa等[17-21]發(fā)現(xiàn)氟化分子對蛋白質的結合能力增強，因此類似物Y1可能在一定程度與觸角上嗅覺受體結合緊密有關。

表1 Y1～Y6直接刺激EAG活性*

*不同小寫字母表示同一化合物不同劑量處理下在0.05水平上有顯著差異性。

設計并合成了6個新型的銀錠夜蛾性信息素類似物。EAG試驗結果表明，類似物Y1表現(xiàn)出較好活性，具有較好的劑量-效應關系。本研究合成的性信息素類似物對綠色防控銀錠夜蛾具有積極的意義，但其田間引誘活性有待進一步研究。