桃金娘烯醛合成及其生物活性測試

彭 莉，殷彩霞，張鳳梅，劉云華，周 楠

（1.云南大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明650091；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南 昆明650000；3.云南林業(yè)科學(xué)院，云南 昆明650000）

桃金娘烯醛（10－氧代－6，6－二甲基雙環(huán)［3.1.1］－2－庚烯）是α－蒎烯的含氧衍生物，在有機合成方面有著重要用途［1－5］，常被用于研究西部松小蠹（Dendroctonus brevicomis）、南部松小蠹（Dendroctonus frontalis）、云杉松小蠹（Dendroctonus pseudotsugae）信息素［6，7］。近年來，信息化合物的合成及應(yīng)用引起了研究者的關(guān)注［8－11］。周楠等［12，13］利用桃金娘烯醇和桃金娘烯醛等化合物對縱坑切梢小蠹（Tomicus piniperda）進(jìn)行觸角電位分析，并在林間進(jìn)行引誘效果測定；孫守慧等［14］利用信息化合物研究松樹小蠹蟲的揚飛規(guī)律。

云南地處亞熱帶，受印度洋季風(fēng)氣候影響，明顯分為干、濕兩季，使得縱坑切梢小蠹蛀梢期長達(dá)6～8個月，并通過轉(zhuǎn)梢擴大空間散布，危害極大。每年蠹害松林面積達(dá)數(shù)十萬畝，嚴(yán)重威脅森林生態(tài)系統(tǒng)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，合成桃金娘烯醛并測試其對縱坑切梢小蠹趨性反應(yīng)、研制蠹蟲誘劑對監(jiān)測、預(yù)報、誘捕、防治蟲害、保護(hù)森林有潛在的應(yīng)用價值和生態(tài)效益。

作者以α－蒎烯為原料、SeO2為氧化劑，并通入氧氣提高氧化活性，選擇性氧化α－蒎烯雙鍵α－氫制得桃金娘烯醛，采用IR、GC－MS對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，對影響反應(yīng)的主要因素進(jìn)行探討，并就其對縱坑切梢小蠹的趨性反應(yīng)進(jìn)行測試，擬為桃金娘烯醛的合成和應(yīng)用提供依據(jù)。反應(yīng)機理為：

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

縱坑切梢小蠹，采集于云南陸良松林，在體視鏡下根據(jù)鞘翅特征確證。

松節(jié)油（含α－蒎烯73.86%），市售。

BIO－RADFTS－40型傅立葉變換紅外光譜儀，HP6890型GC－MS氣質(zhì)聯(lián)用儀。

1.2 桃金娘烯醛的合成

在裝有回流冷凝管、溫度計、滴液漏斗及電磁攪拌裝置的250mL三口瓶中加入15g松節(jié)油，水浴加熱至60℃，攪拌下緩緩滴加20mL溶有5g SeO2的無水乙醇溶液，1h內(nèi)滴加完畢。通入氧氣，加熱，60℃保持?jǐn)?shù)小時。反應(yīng)完畢，靜置冷卻，抽濾，并用無水乙醇洗滌濾渣。蒸餾除去乙醇，即得桃金娘烯醛粗品。用無水硫酸鎂干燥（干燥后粗品可直接用于GC－MS分析），減壓蒸餾，收集99～100℃／1.9kPa的餾分，即得桃金娘烯醛，進(jìn)行IR和MS表征。

1.3 GC－MS氣質(zhì)聯(lián)用儀分析條件

采用HP－MS毛細(xì)管柱（30m×0.25mm×0.25 μm），載氣He，分流比50∶1，升溫速率10℃·min－1，柱溫50～240℃，流速1mL·min－1，進(jìn)樣溫度220℃，進(jìn)樣量0.5μL，電離方式EI，離子源溫度220℃。采用掃描RTE積分法計算各峰百分含量。所得化合物進(jìn)入計算機譜庫（WILEL－NBS）檢索，并與標(biāo)準(zhǔn)圖譜核對鑒定。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)表征

2.1.1 紅外光譜及質(zhì)譜分析

桃金娘烯醛：C10H14O，b.p.220～221℃，99～100℃／1.9kPa。

上述IR和MS數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)分析吻合。

2.1.2 GC－MS分析（表1）

表1 桃金娘烯醛粗品產(chǎn)率、α－蒎烯的轉(zhuǎn)化率與選擇轉(zhuǎn)化率Tab.1 Crude myrtenal yield，α－pinene conversion，α－pinene selectivity determined by GC－MS

由表1可知，α－蒎烯轉(zhuǎn)化率與α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率、桃金娘烯醛產(chǎn)率與α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率之間的相關(guān)系數(shù)（R）分別為0.04和0.07，說明α－蒎烯轉(zhuǎn)化率、桃金娘烯醛產(chǎn)率與α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率沒有顯著的相關(guān)性，回歸方程無意義。桃金娘烯醛產(chǎn)率（x）與α－蒎烯轉(zhuǎn)化率（y）顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R＝0.98，回歸方程為y＝－5.06＋1.45x。

2.2 合成條件優(yōu)化

2.2.1 SeO2用量對反應(yīng)的影響

當(dāng)SeO2與α－蒎烯的摩爾比為1∶1.81時，反應(yīng)7h的α－蒎烯轉(zhuǎn)化率達(dá)88.15%，選擇轉(zhuǎn)化率達(dá)70.93%；當(dāng)增加SeO2用量至其與α－蒎烯的摩爾比為1∶1.46時，桃金娘烯醛產(chǎn)率提高8.13%，α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率提高8.77%。表明增加SeO2的用量，可提高桃金娘烯醛產(chǎn)率、α－蒎烯的轉(zhuǎn)化率和選擇轉(zhuǎn)化率。因此，選擇適宜的SeO2與α－蒎烯摩爾比為1∶（2～3）。

2.2.2 反應(yīng)時間對反應(yīng)的影響

在反應(yīng)溫度、SeO2用量等相同的情況下，反應(yīng)時間（x）與桃金娘烯醛產(chǎn)率（y1）、α－蒎烯轉(zhuǎn)化率（y2）、α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率（y3）之間的相關(guān)系數(shù)和回歸方程見表2。

表2 反應(yīng)時間與桃金娘烯醛產(chǎn)率、α－蒎烯轉(zhuǎn)化率及選擇轉(zhuǎn)化率之間的相關(guān)系數(shù)及回歸方程Tab.2 Correlation coefficients and regression equations for reaction time with myrtenal yield，α－pinene conversion andα－pinene selectivity

由表2可看出，反應(yīng)時間與桃金娘烯醛產(chǎn)率、α－蒎烯轉(zhuǎn)化率和α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率之間呈現(xiàn)正相關(guān)，但相關(guān)性不是很顯著。其中反應(yīng)時間與桃金娘烯醛產(chǎn)率、反應(yīng)時間與α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率的正相關(guān)性大于反應(yīng)時間與α－蒎烯轉(zhuǎn)化率的正相關(guān)性。

反應(yīng)時間對桃金娘烯醛產(chǎn)率、α－蒎烯轉(zhuǎn)化率、α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率的影響見圖1。

圖1 反應(yīng)時間對桃金娘烯醛產(chǎn)率、α－蒎烯轉(zhuǎn)化率、α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率的影響Fig.1 Effect of reaction time on myrtenal yield，α－pinene conversion，α－pinene selectivity

由圖1可看出，反應(yīng)時間為4～7h時，桃金娘烯醛產(chǎn)率和α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率逐漸升高，但是，升高趨勢不顯著。當(dāng)反應(yīng)時間為7h時，桃金娘烯醛產(chǎn)率和α－蒎烯的選擇轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，分別為52.39%、70.92%；當(dāng)反應(yīng)時間延長至8h時，桃金娘烯醛產(chǎn)率和α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率反而降低，說明二者與反應(yīng)時間沒有顯著的正相關(guān)性。因此，選擇適宜的反應(yīng)時間為6～7h。

2.2.3 反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響

實驗發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度對α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率影響較大。當(dāng)反應(yīng)溫度過低時，α－蒎烯的轉(zhuǎn)化率與選擇轉(zhuǎn)化率均較低，甚至得不到產(chǎn)物；當(dāng)反應(yīng)溫度過高時，α－蒎烯的轉(zhuǎn)化率升高，但選擇轉(zhuǎn)化率反而降低，聚合物增多，不利于目標(biāo)產(chǎn)物的生成。經(jīng)過反復(fù)篩選，反應(yīng)溫度在（60±5）℃時，α－蒎烯的轉(zhuǎn)化率和選擇轉(zhuǎn)化率均較高。

2.2.4 氧氣流量對反應(yīng)的影響

通入氧氣時的桃金娘烯醛產(chǎn)率、α－蒎烯轉(zhuǎn)化率和α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率均明顯高于未通入氧氣時的反應(yīng)。以反應(yīng)6h為例，通入氧氣的桃金娘烯醛產(chǎn)率、α－蒎烯轉(zhuǎn)化率和α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率分別為44.82%、93.95%、60.68%；未通入氧氣的桃金娘烯醛產(chǎn)率、α－蒎烯轉(zhuǎn)化率和α－蒎烯選擇轉(zhuǎn)化率分別為22.73%、70.32%、25.35%。表明氧氣在反應(yīng)過程中起到了促進(jìn)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化和選擇轉(zhuǎn)化的作用。

在實際操作中，控制氧氣流量很重要。若氧氣流量太大，反應(yīng)物劇烈翻騰，反應(yīng)物隨氧氣逸出體系；若氧氣流量太小，起不到輔助氧化的效果。實驗發(fā)現(xiàn)，既能翻動反應(yīng)物、均勻連續(xù)鼓泡，又不使反應(yīng)物逸出，氧氣流量控制在1000mL·min－1較佳。

2.3 生物活性測定

選擇梢轉(zhuǎn)干期11月～來年2月、梢轉(zhuǎn)梢期7～10月的健康活潑縱坑切梢小蠹。將測試化合物制成誘芯，用四臂嗅覺儀測定其對縱坑切梢小蠹的趨性反應(yīng)，按下式計算誘集率，結(jié)果見表3。

表3 測試化合物對縱坑切梢小蠹的誘集率Tab.3 Baited rates of Tomicus piniperda with different tested compounds

由表3可看出，縱坑切梢小蠹在梢轉(zhuǎn)干期誘集率明顯高于梢轉(zhuǎn)梢期。其中桃金娘烯醛梢轉(zhuǎn)干期誘集率達(dá)71.6%，梢轉(zhuǎn)梢期誘集率達(dá)46.2%，說明縱坑切梢小蠹幼蟲和成蟲對桃金娘烯醛等化合物均表現(xiàn)出一定的趨性反應(yīng)，但成蟲更為敏感。

3 結(jié)論

以α－蒎烯為原料、SeO2為氧化劑，選擇性氧化雙鍵α－氫合成了桃金娘烯醛，通過IR、GC－MS對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，優(yōu)化了合成反應(yīng)條件，并對其生物活性進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，在反應(yīng)溫度為（60±5）℃、反應(yīng)時間為6～7h、SeO2與α－蒎烯摩爾比為1∶（2～3）、氧氣流量約為1000mL·min－1的條件下，所制得的桃金娘烯醛產(chǎn)率較高，α－蒎烯的選擇轉(zhuǎn)化率相對穩(wěn)定。桃金娘烯醛對云南縱坑切梢小蠹有一定誘集作用，其誘集率稍轉(zhuǎn)干期明顯高于梢轉(zhuǎn)梢期。該方法原料易得、條件溫和、操作簡單、易于推廣，可進(jìn)一步研究桃金娘烯醛對松林蠹蟲預(yù)報、防治效果，開發(fā)應(yīng)用型產(chǎn)品，以創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益。

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