新型硫氮雜環(huán)修飾萘醌類毛用防蛀劑的研發(fā)思路

陳澤潭

（浙江省輕工業(yè)品質(zhì)量檢驗研究院，浙江杭州 310000）

由羊毛纖維制作的紡織品手感飽滿，彈性、懸垂性優(yōu)良，不易沾污，保暖性及舒適性好，同時具有優(yōu)良的吸濕透氣性、抗皺性及耐磨性［1］。但羊毛屬于蛋白質(zhì)纖維，在儲存和運輸?shù)倪^程中易受到蟲蛀危害。羊毛制品被蛀蝕后將嚴(yán)重影響使用，對羊毛制品進行防蛀整理非常必要。近年來，隨著印花皮毛外衣、羊絨開司米制品、純毛毛毯、羽毛坐墊等高檔制品進入普通家庭，羊毛的防蛀整理越來越受重視［2］。

1 防蛀機理及防蛀劑安全性能

能消化羊毛中角蛋白的蛀蟲主要有衣蛾、褐織葉蛾、地毯甲蟲和毛皮甲蟲。食毛蛀蟲的消化系統(tǒng)內(nèi)含有一種可破壞羊毛纖維二硫鍵的還原性物質(zhì)，使二硫鍵斷裂，促使高度交聯(lián)的羊毛蛋白質(zhì)分解，并從中吸收營養(yǎng)物質(zhì)，形成對羊毛的蛀蝕［3］。

常用的防蛀方法包括物理法和化學(xué)法。物理法主要通過光纖照射、冷凍、控制氧氣含量等手段來達到防蛀效果?；瘜W(xué)法是通過阻礙羊毛纖維中二硫鍵的變性，破壞蛀蟲體內(nèi)消化酶的活性，使蛀蟲無法消化，從而達到殺蟲防蛀的目的。

常見的防蛀產(chǎn)品有對二氯苯、萘、天然樟腦、氯菊酯等。對二氯苯對人體的肝、肺、腎臟影響較大，同時伴隨有濃烈的惡臭氣味，對人體有強烈的刺激性。世界衛(wèi)生組織（WHO）和國際癌癥研究中心（IARC）已將對二氯苯確認(rèn)為“可疑性人類致癌化合物”。萘是從煤焦油里提取的有毒化學(xué)物質(zhì)，會損害眼角膜，引起皮膚發(fā)黃、肺的病理性變化；小孩誤食萘丸的話，會產(chǎn)生濃血性貧血。鑒于其對人體造成的危害比較嚴(yán)重，國家衛(wèi)生部、國家經(jīng)貿(mào)委明令禁止將萘作為家庭防蛀產(chǎn)品的原料。天然樟腦防蛀效果差且氣味大，氯菊酯高效、低毒但易揮發(fā)，且在堿性溶液中不穩(wěn)定，無法滿足織物防蛀的要求。鑒于此，開發(fā)新型高效、低毒、綠色、環(huán)保的防蛀劑成為當(dāng)前防蛀劑領(lǐng)域研究的主流，也是必然趨勢。隨著防蛀機理的深層次研究，新型防蛀劑不斷得到開發(fā)，接觸毒殺和食殺劑的使用使防蛀更簡便，防蛀效果也更好。

2 植物源醌類衍生物的殺蟲或拒食活性研究

研究發(fā)現(xiàn)，部分天然植物具有殺蟲或拒食活性，多種植物源醌類化合物有優(yōu)良的殺蟲性能。通過研究醌類化合物與殺蟲活性的構(gòu)效關(guān)系，利用有機合成或結(jié)構(gòu)修飾的手段得到的醌類化合物大部分也具有殺蟲或拒食活性。

2.1 植物源苯醌類衍生物

Pavunraj 等［4］用乙酸乙酯對乳草葉子進行粗提取，并測試了其對棉鈴蟲和煙草夜蛾的拒食活性。發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的該化合物對棉鈴蟲的拒食活性達到70.30%，對煙草夜蛾的拒食活性達到71.82%。接著用80∶20 的正己烷乙酸乙酯溶液對粗提取產(chǎn)物進行分餾，得到一種新型苯醌類衍生物［6-（4,7-羥基-庚基）醌］，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 000 mg/kg 的條件下，對棉鈴蟲的拒食活性達到80.22%，對煙草夜蛾的拒食活性達到68.31%。

Burgueno-Tapia等［5］研究了屬于倍半萜p-苯醌類的三褶菊酮及其衍生物的拒食性，測試?yán)ハx為草食性灰翅夜蛾、馬鈴薯甲蟲和桃蚜。發(fā)現(xiàn)所有衍生物對馬鈴薯甲蟲和桃蚜具有較強的拒食活性，對灰翅夜蛾的拒食活性較低；當(dāng)羥基由C-3 變換到C-6 位置時，拒食活性明顯增強。

2.2 植物源萘醌類衍生物

Akhtar 等［6］研究了從植物中提取的具有拒食活性含1,4-萘醌結(jié)構(gòu)的胡桃醌和藍雪醌化合物，實驗發(fā)現(xiàn)胡桃醌和藍雪醌可有效保護甘藍植物免受夜蛾幼蟲的啃食；并且與幾種人工合成的1,4-萘醌衍生物進行對照，測試發(fā)現(xiàn)拒食活性的大小與醌結(jié)構(gòu)上羥基和甲氧基的位置有關(guān)。同年，Akhtar 等［7］又研究了用浸葉法提取的1,4-萘醌衍生物對棉紅蜘蛛和幾種蚜蟲的毒殺性，并與帶苯醌結(jié)構(gòu)的二溴代麝香草醌進行比較。發(fā)現(xiàn)胡桃醌、藍雪醌及二溴代麝香草醌對棉紅蜘蛛和桃蚜均有一定的毒殺性。1,4-萘醌結(jié)構(gòu)上添加羥基基團能明顯提高殺蟲活性，帶有甲基基團的1,4-萘醌衍生物對棉紅蜘蛛的毒殺性最強，對桃蚜的毒殺性大小取決于溴原子在醌環(huán)上的2、5 位置。這些萘醌類化合物可作為有效農(nóng)作物保護劑。

Tokunaga 等［8］從捕蠅草中提取出藍雪醌，發(fā)現(xiàn)其對肉食性昆蟲可以產(chǎn)生拒食作用。比較幾種藍雪醌衍生物的拒食作用發(fā)現(xiàn)，高揮發(fā)性和高氧化還原作用是其拒食活性較強的關(guān)鍵，萘醌環(huán)上同時帶甲基和羥基的藍雪醌衍生物拒食作用最強。Jeon 等［9］用氯仿在柿樹的根中提取出天然衍生物，并探究萃取液對褐飛虱和灰飛虱的殺蟲性能。光譜分析檢測發(fā)現(xiàn)，其具有殺蟲性的物質(zhì)主要是5-羥基-2-甲基-1,4-萘醌、2-溴-1,4-萘醌等萘醌類衍生物。Jewes 等［10］從蒲包花屬植物中提取出幾種天然萘醌類化合物，研究了幾種天然萘醌的殺蟲性，發(fā)現(xiàn)萘醌環(huán)碳2 位置上羥基被?；慕Y(jié)構(gòu)可有效抑制害蟲線粒體呼吸鏈的反應(yīng)，從而殺死害蟲。

2.3 植物源蒽醌類衍生物

Duraipandiyan 等［11］用乙酸乙酯從臘腸樹中提取了大黃酸（1,8-二羥基-3-羧基蒽醌），用棉鈴蟲和斜紋夜蛾的幼蟲測試其殺蟲性，并用決明子和印楝素粗提取物進行對照，比較殺蟲活性大小。發(fā)現(xiàn)用大黃酸處理后，幼蟲死亡率偏高，僥幸存活下來的幼蟲長大后會變畸形。

Nazari 等［12］研究了茜草提取物的殺蟲性，發(fā)現(xiàn)茜草提取物中的茜素有一定的殺蟲性，在一定程度上能殺死皮蠹蟲幼蟲。Morimoto 等［13］從植物豬殃殃中提取了一種蒽醌醛類拒食劑，并研究了其對斜紋夜蛾和地毯甲蟲的拒食效果，發(fā)現(xiàn)醛基的存在會大大提高其拒食活性。Krishnakumari 等［14］從翼核果中提取了翼核果醌，并研究了其結(jié)構(gòu)與拒食活性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其蒽醌結(jié)構(gòu)的對位取代基分別為甲氧基、羥基時對斜紋夜蛾的拒食性最好。

2.4 植物源醌類防蛀劑開發(fā)存在的問題

植物源醌類化合物具有一定的殺蟲或拒食作用，其中部分產(chǎn)品高效低毒，拒食活性或毒殺性能的大小與取代基的種類、位置有關(guān)，促使人們對其進行殺蟲活性研究。但仍然存在一定的問題：（1）產(chǎn)品都是從天然植物中提取，部分種類的植物不適宜大量種植；（2）部分植物源防蛀產(chǎn)品具有揮發(fā)性，持久性差，或有刺激性氣味；（3）部分植物源醌類防蛀劑對人體有低毒性，甚至有潛在的致癌性，但受目前的技術(shù)限制，檢測不出致癌因子；（4）目前植物源醌類防蛀劑僅限于實驗室研究，研究成本較高，活性組分非常低，提純復(fù)雜，無法進行大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)加工；（5）植物源防蛀產(chǎn)品活性組分的化學(xué)全合成非常困難，只能通過模擬天然植物中的防蛀機理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，設(shè)計出同類別的防蛀劑。提純手段的好壞、技術(shù)設(shè)備的先進性將直接影響所提取產(chǎn)品的防蛀性能。

3 具有生物活性的含硫氮雜環(huán)化合物的合成研究

雜環(huán)化合物具有不同的生物活性和潛在的應(yīng)用價值，被廣泛應(yīng)用在藥物、殺蟲劑［15］、除草劑、染料［16］、塑料［17］等方面。其中，同時含硫、氮元素的雜環(huán)化合物，例如噻唑類、噻嗪類等，因其獨特的硫氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)，而具有廣譜的生物活性，受到雜環(huán)化合物研究者的青睞。縱觀國內(nèi)外，有關(guān)單獨含硫或氮雜環(huán)的化合物在合成方面的研究很多，但對同時含硫、氮元素雜環(huán)化合物的合成方法報道較少。

3.1 具有噻唑結(jié)構(gòu)的硫氮雜環(huán)化合物的合成研究

噻唑類化合物是近年來雜環(huán)化學(xué)研究的熱點，噻唑環(huán)內(nèi)含硫、氮原子，具有豐富的電子效應(yīng)，可以形成氫鍵，也可以與金屬配位，在噻唑環(huán)的2、3、4、5位置引入不同的官能團，再通過結(jié)構(gòu)修飾可生成一系列具有廣譜生物活性的雜環(huán)化合物［18］。噻唑類化合物包括噻唑、異噻唑、苯并噻唑、噻二唑等，可作為紡織品抗皺劑、性能優(yōu)良的特效脫醛劑，還是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域合成新型藥物的原料和中間體，同時可作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的殺菌劑、殺蟲劑、殺螨劑、除草劑、植物生長調(diào)節(jié)劑等。

3.1.1 2,4-取代噻唑化合物的合嗪惡成

Kaur 等［19］以帶氨基芐基的 唑烷酮、鹽酸為原料，在水浴中反應(yīng)10 min，加硫氰酸銨回流2 h得到帶硫原子的產(chǎn)物，接著加入碳酸氫鈉、乙醇、α-溴酮回流3 h，發(fā)生成環(huán)反應(yīng)，最終生成一系列2,4-取代噻唑類化合物；并對其活性進行檢驗，發(fā)現(xiàn)一些化合物具有很好的抗菌性能，同時具有紫外線介導(dǎo)性能和DNA 損壞保護性能。該反應(yīng)條件溫和，原料簡單易得，但為兩步反應(yīng)，所加反應(yīng)原料較多，分離提純較困難、耗時較長。

Satbir 等［20］以2-酰基-茚-1,3-二酮、氨基硫脲、α-溴酮為原料，在甲醇溶液中回流6～7 h，生成帶羰基的噻唑衍生物，接著發(fā)生Wolff-Kishner 還原反應(yīng)，去掉氧原子，得到最終的2,4-取代噻唑類衍生物。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，所合成的化合物具有抗腫瘤活性，可抑制A498 和HT29 癌細胞的擴散。XUE 等［21］以脂肪酸乙酯為原料，合成出含甲酰苯胺結(jié)構(gòu)的噻唑類衍生物，并對其抗菌性能進行評價，發(fā)現(xiàn)其有較優(yōu)良的殺菌性，主要針對立枯絲核菌等細菌，最低殺菌質(zhì)量濃度為1.28 mg/L。?zkay 等［22］以苯硫酰胺為原料，合成出一系列含噻唑環(huán)結(jié)構(gòu)的衍生物，產(chǎn)率在70%左右。此類化合物對癌細胞有抗增殖作用，當(dāng)R=H、R’=OCH3時，抗癌活性最強。Pirbasti 等［23］以丙酮、氨基硫脲、4-甲氧基苯甲酰甲基溴等為原料，在乙醇溶液中反應(yīng)1.5～2.0 h，合成出一系列2,4-取代噻唑類化合物，產(chǎn)率為71%～85%?？咕涂拱┬阅軝z測實驗發(fā)現(xiàn)，其中的一些產(chǎn)物具有一定的抗菌性，化合物14a 對癌細胞A375具有顯著的抗性。

MAHMOOD-UL-HASSAN 等［24］以芳氰為原料合成出一系列含1,3,4-二唑結(jié)構(gòu)的噻唑類衍生物，并對其進行生物活性評價。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，化合物7a-l 具有一定的抗HIV 和抗腫瘤活性，當(dāng)R=Cl、OCH3時，活性最強。Wu 等［25］用帶氯原子的苯甲醛經(jīng)5 步反應(yīng)，合成出一類含噻唑結(jié)構(gòu)的苯甲酰胺衍生物。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，其對神經(jīng)氨酸酶具有抑制作用，可阻止流感的傳播。

張品等［26］對一種主要針對刺吸式和咀嚼式口器害蟲的新煙堿類殺蟲劑噻蟲啉的合成工藝進行了探索，采用二氧化硫、單氰胺、硫酸二甲酯、2-氯-5-氯甲基吡啶等為原料，并對各中間體的合成工藝條件進行了優(yōu)化。該工藝條件溫和、操作簡單，大部分原料價廉易得，純度達到74.6%，且對環(huán)境基本無污染，適合工業(yè)化生產(chǎn)；缺點是單氰胺成本較高。

3.1.2 噻唑烷酮及1,3,4-噻二唑衍生物的合成

Liesen 等［27］以5-甲基-1-氫-咪唑-4-乙酯為原料，在一定條件下經(jīng)過一系列反應(yīng)生成4-噻唑啉酮類衍生物4a-d 和1,3,4-噻二唑類衍生物5a-d。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，所得衍生物具有抗芽孢桿菌的活性，同時對弓形蟲等細胞類寄生蟲有一定的抗性。Pandey 等［28］以芳基苯乙酮和對苯甲醛為原料，經(jīng)一系列反應(yīng)合成出帶噻唑烷酮結(jié)構(gòu)的化合物。對所合成的物質(zhì)進行生物活性測試發(fā)現(xiàn)，其能迅速使電壓激活Na+通道失活，限制神經(jīng)元的持續(xù)重復(fù)放電，從而起到抗驚闕作用。

3.1.3 噻唑并嘧啶、咪唑并噻唑及苯并噻唑類衍生物的合成

Batool 等［29］采用一鍋合成法，以具有取代基的苯甲醛、乙酰乙酸乙酯、2-氨基噻唑及氨基磺酸為原料，在乙醇溶液中回流1.5 h，合成出噻唑并嘧啶類衍生物。經(jīng)檢測，此類化合物具有殺菌和降血糖活性，當(dāng)R=Cl 時，可有效殺死大腸桿菌等細菌；當(dāng)R=Br 時，用量為24 μg/mL 即可殺死傷寒桿菌和枯草芽孢桿菌。Karaman 等［30］用4-氯-2-溴苯乙酮和2-氨基噻唑-4-醋酸乙酯為原料，經(jīng)過4 步反應(yīng)合成出一種含咪唑并噻唑結(jié)構(gòu)的衍生物。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，其具有一定的抗癌和抗腫瘤活性。

Awad 等［31］以6-氨基-2-硫脲嘧啶為原料，在一定條件下合成出帶苯磺酰胺結(jié)構(gòu)的硫脲嘧啶，在此基礎(chǔ)上進行修飾，合成出幾種新型嘧啶并噻唑啉酮類和帶甲硫基的嘧啶類衍生物。發(fā)現(xiàn)所合成的化合物能有效抑制肝癌細胞的增殖。Ha 等［32］報道了2-氨基-4-氯苯-硫醇可在一定條件下與芳醛發(fā)生成環(huán)縮合反應(yīng)，生成15 種苯并噻唑類衍生物。該類衍生物能有效抑制絡(luò)氨酸酶的活性，從而降低細胞內(nèi)黑色素的濃度。Ahmadi 等［33］以1,3-二氯-4-苯甲酸為原料，合成出5 種苯并噻唑取代苯磺酰脲衍生物。通過檢測發(fā)現(xiàn)，其能改善人體內(nèi)胰島素水平，具有顯著的降血糖、血脂功效，可作為降血糖藥。

3.2 具有噻嗪結(jié)構(gòu)的硫氮雜環(huán)化合物的合成

噻嗪類化合物是另一類重要的硫氮雜環(huán)化合物，包括噻嗪、吩噻嗪、噻二嗪等，具有噻嗪結(jié)構(gòu)的化合物具有抗菌、降血脂、降血壓、殺蟲、抗病毒、抗腫瘤、利尿等生物活性，通常被用作染料、安定藥、殺蟲劑等，同時還具有除草和防止鋼鐵腐蝕等作用。

3.2.1 1,3-噻嗪及1,4-噻嗪類衍生物的合成

Matysiak 等［34］在一定條件下通過一步合成法合成出3 種1,3-噻嗪酮類衍生物；并對其抗癌活性進行評價，發(fā)現(xiàn)該類化合物在一定程度上能阻止肺癌和結(jié)腸癌細胞的擴散。Li 等［35］以1,1-雙（甲硫基）-2-亞硝基乙烯、3-巰基-1-丙胺為原料，室溫下在乙醇溶液中攪拌18 h，生成硝蟲噻嗪，接著加入氰基乙酸乙酯、對甲氧基苯甲醛，反應(yīng)20 h，最終合成出一種硝蟲噻嗪類衍生物；并研究了其對蚜蟲的殺蟲性能。發(fā)現(xiàn)在質(zhì)量濃度為500 mg/L 時，蚜蟲致死率達到56%，殺蟲效果優(yōu)良。Edayadulla 等［36］以硫代二乙酸乙酯為原料，合成出一系列1,4-噻嗪類衍生物；并對其抗菌活性進行評價。發(fā)現(xiàn)該類化合物對所檢測的5 種細菌和真菌均具有一定的抗性，當(dāng)噻嗪環(huán)1、4 位置所連基團為噻吩時，抗菌性能最強。

3.2.2 吩噻嗪類衍生物的合成

Sarmiento 等［37］通過微波合成法，以10H-吩噻嗪和酰氯為原料，在甲苯溶劑中反應(yīng)，合成出吩噻嗪類衍生物。對該化合物進行生物活性測試發(fā)現(xiàn)，其與傳統(tǒng)的抗真菌藥物相比，在低濃度下就表現(xiàn)出優(yōu)良的抗真菌作用。Zieba 等［38］用喹啉類化合物通過5 步反應(yīng)合成出吩噻嗪類衍生物，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)該類化合物具有一定的抗細胞增殖活性，當(dāng)X 基團為甲基且在苯并噻嗪環(huán)上11 位置時，抗細胞增殖活性最弱。Morak-Mlodawska 等［39］用3-氨基吡啶并硫醇鹽和2-氯代-3-硝基吡啶在二甲基甲酰胺作為溶劑的條件下合成出噻嗪類衍生物。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，其具有良好的抗癌性能。

4 新型毛用防蛀劑的研發(fā)思路

硫氮雜環(huán)化合物因獨特的結(jié)構(gòu)而具有廣譜生物活性，其活性大小一般與官能團的位置、數(shù)量等關(guān)系密切［40］。各種合成方法合成出的硫氮雜環(huán)化合物的生物活性各異，反應(yīng)復(fù)雜程度、產(chǎn)率及環(huán)境污染問題均不相同。研究硫氮雜環(huán)化合物的生物活性和合成方法，可以為新型產(chǎn)品的開發(fā)提供借鑒和依據(jù)。隨著硫氮雜環(huán)化合物研究的深入，各種具有不同結(jié)構(gòu)性能的硫氮雜環(huán)衍生物被開發(fā)出來，并廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)生活當(dāng)中。開發(fā)經(jīng)濟、環(huán)保、安全無害的硫氮雜環(huán)化合物必將成為新時期雜環(huán)化學(xué)研究的主題。

醌類化合物因結(jié)構(gòu)不同，在不同的條件下對不同害蟲表現(xiàn)出的拒食活性和毒殺性能各異，總體上萘醌效果最好［41］。硫氮雜環(huán)化合物因獨特的硫氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)，大多具有一定的生物活性，其中的部分化合物具有殺蟲功能。研究萘醌類化合物與硫氮雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系，可以為新型含硫氮雜環(huán)萘醌類防蛀劑的合成提供參考。

硫氮雜環(huán)化合物例如噻唑類、噻嗪類等，一般具有較強的殺蟲活性，對哺乳動物低毒，但穩(wěn)定性相對較差。探索醌類化合物及硫氮雜環(huán)化合物的防蛀機理、利用結(jié)構(gòu)修飾的手段，用經(jīng)過篩選的帶特定官能團的萘醌類衍生物與具有殺蟲功能的硫氮雜環(huán)化合物進行反應(yīng)，生成含硫氮雜環(huán)萘醌類防蛀劑。該領(lǐng)域的相關(guān)研究對新型含硫氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)的萘醌類衍生物在防蛀方面的研究有潛在的意義，具有良好的市場前景。