新型1,3,4-噻二唑硫醚噠嗪酮衍生物的合成及生物活性

胡偉男, 朱 梅, 漆亞云, 陳 潔, 唐思雨, 唐震華, 王貞超, 2, 3*, 歐陽(yáng)貴平, 2, 3*

(1. 貴州大學(xué) 藥學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025； 2. 貴州醫(yī)科大學(xué) 藥用植物功效與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550014； 3. 貴州大學(xué) 貴州省藥物合成重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550025)

噠嗪是一種含氮的六元雜環(huán)，具有廣譜的生物活性和結(jié)構(gòu)多樣性，并廣泛分布在醫(yī)藥、農(nóng)藥等研究領(lǐng)域[1]，噠嗪結(jié)構(gòu)被引入許多農(nóng)藥分子中，例如殺菌劑、殺蟲劑、除草劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等，例如廣譜觸殺性殺螨殺蟲劑吡蟲啉(Pyridaben)[2-3]，有機(jī)磷殺蟲劑噠嗪硫磷(Pyridaphenthion)[4-5]，以及針對(duì)水稻紋枯病菌和花生白霉病菌等立枯絲核菌開發(fā)的殺菌劑二氯甲嗪(Diclomezine)[6]等。同時(shí)，1,3,4-噻二唑結(jié)構(gòu)也在農(nóng)藥領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，例如對(duì)水稻白葉枯病菌和柑桔潰瘍病菌具有良好殺菌作用的殺菌劑葉枯唑(Bismerthiazol)[7-9]。

以上市藥物Pyridaben為模板化合物，應(yīng)用藥物活性基團(tuán)拼接原理，將1,3,4-噻二唑雜環(huán)與噠嗪酮結(jié)構(gòu)通過(guò)硫醚相連接，構(gòu)建出1,3,4-噻二唑硫醚噠嗪酮衍生物。以糠氯酸(1)為起始原料，與叔丁基肼鹽酸鹽環(huán)合制得2-叔丁基-4,5-二氯-3(2H)噠嗪酮(2)[10-11]；取代苯胺或脂肪胺(3a～3k)，與二硫化碳和氯甲酸乙酯反應(yīng)得到異硫氰酸酯衍生物(4a～4k)[12-13]； 4肼解得硫代氨基脲衍生物(5a～5k)[14-15]；5與二硫化碳在堿性條件下環(huán)合，得到5-胺基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇衍生物(6a～6k)[16-17]；6與2-叔丁基-4,5-二氯-3(2H)-噠嗪酮發(fā)生親核取代反應(yīng)，得2-取代-4-氯-5-[5-取代胺基-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮衍生物(7a～7k， Scheme 1)[18]。所合成的新化合物經(jīng)1HNMR、13CNMR、 IR、 MS(ESI)和元素分析表征。采用生長(zhǎng)速率法，在100 mg/L濃度下，測(cè)試了化合物對(duì)小麥赤霉病菌(G.zeae)、辣椒枯萎病菌(F.oxysporum)、蘋果腐爛病菌(C.mandshurica) 3種植物病原菌的抑菌活性的測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

X-4型數(shù)字顯微熔點(diǎn)儀；QY-20型三用紫外分析儀；JEOL-ECX 500 MHz型核磁共振儀(TMS為內(nèi)標(biāo))；Shimadzu IRprestige-21型傅立葉紅外光譜測(cè)定儀(KBr壓片)；Bruker maXis 4G UHR-TOF型質(zhì)譜儀；Elementar Vario III型元素分析儀。

所用試劑均為分析純或化學(xué)純。

1.2 合成

(1) 2-叔丁基-4,5-二氯-3(2H)噠嗪酮(2)的合成

稱取叔丁基肼鹽酸鹽3.7 g(29.7 mmol)、醋酸鈉2.2 g(26.8 mmol) 溶解于60 mL水中，10 ℃下分批加入糠氯酸4.5 g(26.6 mmol)，反應(yīng)1 h后瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生大量黃色沉淀。向體系內(nèi)加入50 mL甲苯，40 ℃反應(yīng)6 h, 停止加熱，靜置、分液，有機(jī)相依次用15% NaOH溶液洗滌一次，飽和NaCl溶液洗滌兩次，無(wú)水MgSO4干燥，過(guò)濾，脫溶，重結(jié)晶，得淡黃色晶體21.72 g，收率62.7%。

(2)4a～4k的合成(以4a為例)

將芐胺2.28 g(30 mmol) 與15 mL三乙胺置于圓底燒瓶中攪拌，冰浴下加入二硫化碳2.28 g(30 mmol)，滴畢后室溫?cái)嚢?2 h，體系中有大量淡黃色固體出現(xiàn)，向體系內(nèi)加入25 mL氯仿后加入少量三乙胺，冰浴下再加入氯甲酸乙酯3.26 g(30 mmol)，室溫?cái)嚢? h。反應(yīng)結(jié)束后，將混合物倒入燒杯中，用1 mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至中性，氯仿萃取分出有機(jī)相，無(wú)水硫酸鎂干燥，減壓蒸餾除去溶劑，重結(jié)晶得苯基異硫氰酸酯4a2.28 g，收率56.2%。

(3)5a～5k的合成(以5a為例)

往圓底燒瓶中加入80%水合肼1.13 g(18 mmol)和25 mL異丙醇，室溫下向混合物中緩慢滴加溶于25 mL異丙醇的芐基異硫氰酸酯5a2.03 g(15 mmol)，滴加過(guò)程中有大量白色固體析出，充分?jǐn)嚢琛５渭油戤吅?，室溫?cái)嚢? h，過(guò)濾，干燥，無(wú)水乙醇重結(jié)晶得白色片狀固體5a1.32 g，收率52.6%。

(4)6a～6k的合成(以6a為例)

稱取4-芐基-3-硫代氨基脲6a1.25 g(7.5 mmol)，氫氧化鉀0.63 g(11.25 mmol)溶解于50 mL無(wú)水乙醇中，再加入二硫化碳0.86 g(11.25 mmol)，加熱回流，4 h后反應(yīng)結(jié)束，減壓除去溶劑，將反應(yīng)混合物倒入30 mL冰水中，1 mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)pH至酸性，有大量類白色固體析出，抽濾，干燥，乙醇重結(jié)晶，得淡黃色針狀固體6a0.82 g，收率52.0%。

(5)7a～7k的合成(以7a為例)

稱取2-叔丁基-4,5-二氯-3(2H)-噠嗪酮(2)0.33 g(1.5 mmol)、無(wú)水碳酸鉀0.31 g(2.25 mmol)溶解于40 mL丙酮中，分批向反應(yīng)瓶中加入5-芐胺基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇(6a)0.31 g(1.5 mmol)，溫室攪拌8 h，減壓除去溶劑，向混合物中加入10 mL冰水，抽濾，干燥，柱層析分離純化得淡黃色固體7a0.24 g，收率41.3%。

Scheme 1

2-叔丁基-4-氯-5-[5-芐胺基-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮(7a)： 類白色晶體, 收率41.3%, m.p.142～144 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 8.85(t,J=5.7 Hz, 1H, NH), 7.40(s, 1H, NCH), 7.36～7.34(m, 4H, Ph-H), 7.30(m, 1H, Ph-H), 4.57(d,J=5.7 Hz, 2H, CH2), 1.56(s, 9H, 3CH3);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 173.6, 155.3, 140.2, 139.4, 138.4, 130.7, 130.1, 129.0, 128.2, 127.9, 66.4, 48.6, 27.8; IR(KBr)ν: 3271, 3076, 2974, 2855, 1636, 1544, 1495, 1454, 1395, 1358, 1271, 1207, 1105, 937, 785, 698 cm-1; MS(ESI)m/z: 430.1{[M+Na]+}; Anal.calcd for C17H18N5OS2Cl: C 50.05, H 4.45, N 17.17, found C 50.44, H 4.41, N 16.80。

2-叔丁基-4-氯-5-[5-(3,4-二甲苯胺基)-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮(7b)： 淡黃色固體,收率39.5%, m.p.218～220 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 10.67(s, 1H, NH), 7.49(s, 1H, NCH), 7.36(s, 1H, Ph-H), 7.33(d,J=8.1 Hz, 1H, Ph-H), 7.13(d,J=8.6 Hz, 1H, Ph-H), 2.23(s, 3H, CH3), 2.19(s, 3H, CH3), 1.56(s, 9H, 3CH3);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 169.9, 155.4, 142.1, 139.1, 137.6, 131.5, 131.1, 130.6, 128.4, 126.1, 119.9, 116.2, 66.4, 27.8, 20.2, 19.3; IR(KBr)ν: 3262, 3073, 2963, 2922, 1663, 1618, 1557, 1506, 1483, 1456, 1395, 1211, 1138, 932, 810, 783 cm-1; MS(ESI)m/z: 444.1{[M+Na]+}; Anal.calcd for C18H20N5OS2Cl: C 51.23, H 4.78, N 16.60, found C 51.47, H 4.86, N 16.33。

2-叔丁基-4-氯-5-[5-(2-乙氧苯胺基)-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮(7c)： 淡黃色固體,收率40.5%, m.p.160～162 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 10.08(s, 1H, NH), 8.22(d,J=7.5 Hz, 1H, Ph-H), 7.47(s, 1H, NCH), 7.08～7.04(m, 2H, Ph-H), 6.99～6.96(br, m, 1H, Ph-H), 4.17～4.13(q, 2H,J=6.6 Hz, OCH2), 1.56(s, 9H, 3CH3) ,1.39(t,J=6.6 Hz, 3H, CH3);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 170.1, 155.4, 148.5, 143.4, 139.2, 131.1, 130.6, 129.5, 124.5, 121.1, 120.7, 112.8, 66.4, 64.5, 27.7, 15.1; IR(KBr)ν: 3265, 3132, 2982, 2933, 1639, 1599, 1537, 1472, 1454, 1395, 1369, 1250, 1207, 939, 742 cm-1; MS(ESI)m/z: 460.1{[M+Na]+}; Anal.calcd for C18H20N5O2S2Cl: C 49.36, H 4.60, N 15.99, found C 49.88, H 4.39, N 15.76。

2-叔丁基-4-氯-5-[5-(4-氯苯胺基)-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮(7d)： 白色固體,收率38.5%, m.p.231～233 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 10.95(s, 1H, NH), 7.68(d,J=8.0 Hz, 2H, Ph-H), 7.51(s, 1H, NCH), 7.44(d,J=8.0 Hz, 2H, Ph-H), 1.56(s, 9H, 3CH3);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 169.2, 155.4, 143.6, 139.3, 139.0, 131.2, 130.6, 129.6, 126.7, 120.1, 66.4, 27.8; IR(KBr)ν: 3383, 3047, 2986, 1662, 1601, 1552, 1451, 1431, 1359, 1305, 1226, 1181, 1084, 1043, 925, 813 cm-1; MS(ESI)m/z: 450.0{[M+Na]+}; Anal.calcd for C16H15N5OS2Cl2: C 44.86, H 3.53, N 16.35, found C 44.74, H 3.58, N 16.43。

2-叔丁基-4-氯-5-[5-(3-氯-2-甲苯胺基)-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮(7e)： 淡黃色固體, 收率39.5%, m.p.199～201 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 10.20(s, 1H, NH), 7.85(d,J=7.5 Hz 1H, Ph-H), 7.51(s, 1H, NCH), 7.29～7.24(m, 2H, Ph-H), 2.34(s, 3H, CH3), 1.56(s, 9H, 3CH3);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 171.7, 155.3, 143.0, 140.4, 139.2, 134.7, 131.1, 130.4, 128.7, 128.1, 126.1, 121.9, 66.4, 27.8, 15.5; IR(KBr)ν: 3300, 3098, 2978, 2926, 1641, 1601, 1580, 1545, 1479, 1367, 1267, 1209, 1105, 937, 779 cm-1; MS(ESI)m/z: 464.0{[M+Na]+}; Anal.calcd for C17H17N5OS2Cl2: C 46.15, H 3.87, N 15.83, found C 46.14, H 3.89, N 15.77。

2-叔丁基-4-氯-5-[5-(3-氯-4-甲苯胺基)-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮(7f)： 淡黃色固體, 收率37.0%, m.p.212～214 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 10.89(s, 1H, NH), 7.87(s, 1H, Ph-H), 7.52(s, 1H, NCH), 7.36～7.35(m, 2H, Ph-H), 2.30(s, 3H, CH3), 1.56(s, 9H, 3CH3);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 169.1, 155.3, 143.5, 140.1, 139.4, 139.0, 134.0, 132.1, 131.2, 129.9, 118.5, 117.2, 66.4, 27.8, 19.4; IR(KBr)ν: 3281, 3076, 2982, 2873, 1638, 1605, 1543, 1485, 1452, 1396, 1366, 1206, 1086, 935, 974, 806 cm-1; MS(ESI)m/z: 464.0{[M+Na]+}; Anal.calcd for C17H17N5OS2Cl2: C 46.15, H 3.87, N 15.83, found C 46.14, H 4.00, N 15.99。

2-叔丁基-4-氯-5-[5-(2-甲氧苯胺基)-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮(7g)： 淡黃色固體, 收率40.0%, m.p.170～172 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 10.24(s, 1H, NH), 8.29(d,J=7.5 Hz, 1H, Ph-H), 7.46(s, 1H, NCH), 7.10～7.06(m, 2H, Ph-H), 7.00(m, 1H, Ph-H), 3.90(s, 3H, OCH3), 1.56(s, 9H, 3CH3);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 169.8, 155.3, 149.1, 143.5, 139.2, 131.1, 130.5, 129.3, 124.2, 121.2, 120.2, 111.7, 66.4, 56.3, 27.7; IR(KBr)ν: 3240, 3049, 2960, 2878, 1659, 1604, 1568, 1497, 1450, 1368, 1265, 1126, 867, 752 cm-1; MS(ESI)m/z: 446.1{[M+Na]+}; Anal.calcd for C17H18N5O2S2Cl: C 48.16, H 4.28, N 16.52, found C 48.25, H 4.16, N 16.66。

(R)-2-叔丁基-4-氯-5-[5-(1-對(duì)氟苯乙胺基)-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮(7h)： 淡黃色固體, 收率36.2%, m.p.108～110 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 8.96(d,J=6.9 Hz, 1H, NH), 7.46～7.43(m, 2H, Ph-H), 7.30(s, 1H, NCH), 7.46～7.43(t,J=8.9 Hz, 2H, Ph-H), 4.92～4.89(m, 1H, CH), 1.55(s, 9H, 3CH3), 1.50(d,J=6.9 Hz, 3H, CH3);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 172.8, 160.9, 155.3, 140.1, 140.0, 139.4, 130.7, 130.1, 128.6, 115.8, 66.4, 54.5, 27.7, 23.5; IR(KBr)ν: 3308, 3063, 2976, 2930, 1641, 1549, 1497, 1456, 1368, 1260, 1209, 1146, 935, 785 cm-1; MS(ESI)m/z: 462.1{[M+Na]+}; Anal.calcd for C18H19N5OS2FCl: C 49.14, H 4.35, N 15.92, found C 49.14, H 4.40, N 15.90。

2-叔丁基-4-氯-5-[5-(N-乙?；?-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮(7i)： 白色固體,收率44.5%, m.p.233～235 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 13.00(s, 1H, NH), 7.44(s, 1H, NCH), 2.23(s, 3H, CH3), 1.55(s, 9H, 3CH3);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 169.8, 163.3, 155.4, 149.3, 138.6, 131.6, 131.4, 66.4, 27.8, 22.9; IR(KBr)ν: 3420, 3152, 2984, 2772, 1714, 1655, 1568, 1541, 1497, 1454, 1422, 1395, 1103, 934, 785 cm-1; MS(ESI)m/z: 382.0{[M+Na]+}; Anal.calcd for C12H14N5O2S2Cl: C 40.05, H 3.92, N 19.46, found C 40.21, H 4.01, N 19.32。

2-叔丁基-4-氯-5-[5-叔丁胺基-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮(7j)： 淡黃色固體, 收率40.6%, m.p.194～196 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 8.19(s, 1H, NH), 7.33(s, 1H, NCH), 1.56(s, 9H, 3CH3), 1.41(s, 9H, 3CH3);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 171.4, 155.3, 139.7, 139.5, 130.7, 130.1, 66.4, 54.1, 28.6, 27.8; IR(KBr)ν: 3308, 3063, 2976, 2930, 1641, 1549, 1497, 1456, 1368, 1260, 1209, 1146, 935, 785 cm-1; MS(ESI)m/z: 396.1{[M+Na]+}; Anal.calcd for C14H20N5OS2Cl: C 44.97, H 5.39, N 18.73, found C 45.01, H 5.40, N 18.90。

2-叔丁基-4-氯-5-[5-環(huán)己胺基-2-(1,3,4-噻二唑基)-巰基]-3(2H)-噠嗪酮(7k)： 白色固體,收率42.1%, m.p.191～193 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 8.36(d,J=7.5 Hz, 1H, NH), 7.33(s, 1H, NCH), 3.62～3.58(m, 1H, CH), 1.99～1.97(m, 2H, CH2), 1.71～1.70(m, 2H, CH2), 1.55(s, 9H, 3CH3), 1.34～1.27(m, 6H, 3CH2);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 172.8, 155.3, 139.6, 139.0, 130.6, 129.9, 66.4, 54.4, 32.4, 27.7, 25.6, 24.7; IR(KBr)ν: 3177, 3059, 2932, 2857, 1651, 1570, 1454, 1366, 1265, 1211, 1140, 934, 845 cm-1; MS(ESI)m/z: 422.1{[M+Na]+}; Anal.calcd for C16H22N5OS2Cl: C 48.05, H 5.54, N 17.51, found C 48.14, H 5.40, N 17.57。

1.3 生物活性測(cè)試

采用生長(zhǎng)速率法[19]測(cè)試目標(biāo)產(chǎn)物對(duì)小麥赤霉病菌(G.zeae)、辣椒枯萎病菌(F.oxysporum)、蘋果腐爛病菌(C.mandshurica)的抑菌活性。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

目標(biāo)化合物7a～7k的合成路線如Scheme 1所示。在以中間體6a～6k合成目標(biāo)化合物7a～7k的過(guò)程中探索了不同縛酸劑、溶劑、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)于產(chǎn)率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以丙酮、DMF為溶劑，無(wú)水碳酸或三乙胺為催化劑時(shí)，目標(biāo)化合物收率相當(dāng)。另外，在DMF中進(jìn)行反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短；但與丙酮相比較，DMF后處理相對(duì)比較麻煩，且耗時(shí)較多。綜合考慮后，選擇丙酮/K2CO3作反應(yīng)體系為宜。

表1 部分目標(biāo)化合物在100 mg/L藥劑濃度下對(duì)3種植物病原菌的抑制活性

隨著反應(yīng)溫度的不斷升高，目標(biāo)化合物的產(chǎn)率在降低。因?yàn)殡S著反應(yīng)溫度的升高，4,5-二氯噠嗪酮環(huán)位上的兩個(gè)氯原子均參與了反應(yīng)，生成了4,5-二取代的副產(chǎn)物。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較可知，當(dāng)反應(yīng)溫度控制在35 ℃以下，化合物的收率較高。

2.2 抑菌活性

表1的活性數(shù)據(jù)顯示，在100 mg/L濃度下，部分化合物表現(xiàn)出一定的抑制小麥赤霉病菌、辣椒枯萎病菌和蘋果腐爛病菌的生物活性。其中化合物7a小麥赤霉病菌的抑制率為38.6%；7f對(duì)辣椒枯萎病菌的抑制率為54.9%。

2.3 化合物構(gòu)效關(guān)系討論

目標(biāo)化合物活性評(píng)價(jià)的結(jié)果顯示，部分化合物表現(xiàn)出了一定的的抗植物病原菌活性，其中取代基含有芳環(huán)的衍生物的抗菌活性，普遍強(qiáng)于脂肪族取代基的衍生物，在含有芳環(huán)取代的化合物中7a和7f分別對(duì)G.zeae和F.oxysporum表現(xiàn)出最好的抗菌活性，在不同取代的芳香性的芐基取代系列化合物中，4-甲基-3-氯苯基取代的化合物7f表現(xiàn)出了一定抗F.oxysporum活性，并且隨著取代基的位置和取代基團(tuán)發(fā)生變化時(shí)活性降低，含有供電子基取代的化合物活性普遍優(yōu)于吸電子基團(tuán)，在含供電子基團(tuán)-CH3和-OEt的化合物7b和7c對(duì)G.zeae和F.oxysporum的抗菌活性高于含有吸電子原子Cl的7d和7e。

以糠氯酸、取代肼、芳香(脂肪)胺為起始原料，設(shè)計(jì)合成了11個(gè)新型1,3,4-噻二唑硫醚噠嗪酮衍生物，所有化合物的結(jié)構(gòu)均通過(guò)1H NMR、13C NMR、 IR、 ESI-MS和元素分析的確證。對(duì)目標(biāo)化合物合成條件進(jìn)行了優(yōu)化，確定了較優(yōu)的合成條件：在室溫條件下，以丙酮為溶劑，無(wú)水碳酸鉀作縛酸劑，反應(yīng)6～8 h，可以得到較好的收率。采用離體生長(zhǎng)速率法，對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行了抑菌活性的測(cè)試。結(jié)果表明：在100 mg/L濃度下，部分化合物表現(xiàn)出一定的抑制小麥赤霉病菌、辣椒枯萎病菌和蘋果腐爛病菌的生物活性。其中化合物7a對(duì)小麥赤霉病菌的抑制率為38.6%；7f對(duì)辣椒枯萎病菌的抑制率為54.9%。構(gòu)效關(guān)系分析表明，增強(qiáng)取代基芳環(huán)的電子云密度可加強(qiáng)對(duì)植物病原菌的抑制活性。