1,3,5-二嗪類衍生物的合成及生物活性研究進展

費 強,吳文能,裴娟娟,郭正美,張永露,歐陽貴平

(貴州大學精細化工研究與開發中心,貴州貴陽550025)

費 強,吳文能,裴娟娟,郭正美,張永露,歐陽貴平

(貴州大學精細化工研究與開發中心,貴州貴陽550025)

1,3,5-二嗪類化合物具有獨特的六元環結構骨架,廣泛應用于農藥領域。綜述了近年來1,3,5-二嗪類衍生物的合成及生物活性研究進展,提出了今后的研究方向。

1,3,5-二嗪;農藥;合成;生物活性

1 前言

圖1 噻嗪酮與噻蟲嗪的結構式Fig.1 The structural formula of buprofezin and thiamethoxam

此后,諾華公司經過一系列的研究與開發,于1998年推出了結構獨特的新煙堿類化合物噻蟲嗪(圖1)。噻蟲嗪具有杰出的、廣譜的殺蟲活性,能有效防治鱗翅目、鞘翅目、纓翅目等害蟲,尤其是對同翅目害蟲有很高的活性[2]。其母體結構1,3,5-二嗪Ⅲ能用來進一步合成高活性化合物,其一般是以硝基胍為原料,與甲胺反應后,再經環化反應制得。1,3,5-二嗪的合成路線[2,3]見圖2。

圖2 1,3,5-二嗪的合成路線Fig.2 The synthetic route of 1,3,5-oxadiazine

2 1,3,5-二嗪類化合物的研究進展

2002年,Chai等[4]合成了一系列含1,3,4-二唑結構的1,3,5-二嗪衍生物,合成路線見圖3。將所合成的化合物進行對蚜蟲及粘蟲的殺蟲活性測試,結果表明,活性較好的化合物a(R=5-F)、b (R=3-NO2)及c(R=4-NO2)也僅有接近20%的抑制率,但這一結果卻為進一步研制出高活性的新型化合物奠定了基礎。

2003年,Chee等[5]設計并合成了一系列二(三氟甲基)取代的1,3,5-二嗪衍生物(圖4),并指出該類物質能作為害蟲綜合防治的潛在試劑。

圖3 含1,3,4-二唑環的1,3,5-二嗪類化合物的合成路線Fig.3 The synthetic route of 1,3,5-oxadiazine compounds containing 1,3,4-oxadiazole

圖4 二(三氟甲基)取代的1,3,5-二嗪衍生物Fig.4 Bis(trifluoromethyl)substituted 1,3,5-oxadiazine derivatives

2003年,Maienfisch等[6]合成了疊氮吡啶類1,3, 5-二嗪衍生物(圖5)。生物活性測試表明,a(R =H)和b(R=CH3)都對桃蚜表現出較好的活性。此外,Ⅵa和Ⅵb還有可能替代噻蟲嗪進行深入的作用機制研究。

2010年,Maienfisch等[7]合成了一系列雜環取代的1,3,5-二嗪衍生物(圖5),這些化合物能夠作為農藥的活性成分,可指導農藥設計及合成。

圖5 疊氮吡啶類1,3,5-二嗪衍生物(Ⅵ)及雜環取代1,3,5-二嗪衍生物(Ⅶ)Fig.5 Azidopyridyl(Ⅵ)and heterocyclic(Ⅶ)substituted 1,3,5-oxadiazine derivatives

2005年,Roush等[8]合成了一系列含雜環的1,3, 5-二嗪衍生物(圖6),指出該類化合物能廣泛用作殺蟲劑及殺螨劑。

圖6 雜環取代的1,3,5-二嗪衍生物Fig.6 Heterocyclic substituted 1,3,5-oxadiazine derivatives

2007年,Metelkina[9]在無催化劑條件下合成了1,3,5-二嗪硝基衍生物和(圖7),但并未對其應用作進一步論述。

圖7 硝基取代的1,3,5-二嗪化合物Fig.7 Nitro group substituted 1,3,5-oxadiazine compounds

2009年,Patel等[10]合成了3-三唑-1,3,5-二嗪-4-硫酮類化合物,其合成方法見圖8。生物活性測試結果顯示,所制備的化合物對測試細菌均有一定活性,并且大多數化合物的活性與對照藥氨芐青霉素相當,從而使進一步研究其潛在的殺菌活性及更廣泛的應用成為可能。

圖8 3-三唑-1,3,5-二嗪-4-硫酮類化合物的合成路線Fig.8 The synthetic route of 3-triazyl-1,3,5-oxadiazine-4-thione compounds

2011年,Yang等[11]合成了一系列含α,β-不飽和酮結構的1,3,5-二嗪酰胺衍生物(圖9),并對其進行殺蟲活性測試(測試害蟲包括棉蚜、小菜蛾及紅蜘蛛)。結果表明,大多數化合物對棉蚜表現出較好的活性,部分化合物的相對抑制率達到了100%;化合物a(R1=Me,R2=4-OEt-C6H4)和b(R1=i-Pr,R2= 2-furyl)對小菜蛾的相對抑制率也達到了100%;這類化合物對紅蜘蛛的抑制作用也較為明顯,其中部分化合物的相對抑制率達80%以上。這些數據為進一步優化結構及研究構效關系奠定了基礎。

圖9 含α,β-不飽和酮結構的1,3,5-二嗪酰胺衍生物Fig.9 1,3,5-Oxadiazine amide derivatives containing α,β-unsaturated ketone skeletons

2012年,Zhang等[12]合成了新型1,3,5-二嗪氮氧化類似物(圖10),并選取豌豆蚜來測試其殺蟲活性。結果表明,在250 mg·m L-1濃度下,24 h后,豌豆蚜致死率為90.5%,LC50值為47.411 mg· m L-1。雖然該類化合物表現出較好的生物活性,但相比于原來的新煙堿,其活性還是有所下降。

圖10 新型1,3,5-二嗪氮氧化類似物Fig.10 Novel 1,3,5-oxadiazine N-oxide analogues

3 結語

[1] Kanno H.An approach to a novel insect growth regulator buprofezin(Applaud ○R)[J].Pure&Appl Chem,1987,59(8):1027-1032.

[2] Maienfisch P,Huerlimann H,Rindlisbacher A,et al.The discovery of thiamethoxam:A second-generation neonicotinoid[J].Pest Manag Sci,2001,57:165-176.

[3] Mckay A F,Wright G F.Preparation and properties of N-methyl-N-nitroso-N'-nitroguanidine[J].J Am Chem Soc,1947,69:3028-3030.

[4] Chai B,Cao S,Liu H,et al.Synthesis and insecticidal activity of neonicotinoids derivatives[J].Heterocycl Commun,2002,8(6): 601-606.

[5] Chee G,Brewer A D,Bell A R.Substituted oxadiazines useful as pesticide[P].USP 6 514 911 B1,2003-02-04.

[6] Maienfisch P,Haettenschwiler J,Rindlisbacher A,et al.Azidoneonicotinoids as candidate photoaffinity probes for insect nicotinic acetylcholine receptors[1][J].Chimia,2003,57(11):710-714.

[7] Maienfisch P,Gsell L.Oxadiazine derivatives[P].USP 7 655 650 B2,2010-02-02.

[8] Roush D M,Chiarello J F,Dugan B J,et al.Insecticidal N-(heteroarylalkyl)alkanediamine derivatives[P].WO 2005 055 715, 2005-06-23.

[9] Metelkina E L.2-Nitroguanidine derivatives:X.Synthesis and nitration of 4-nitriminotetrahydro-1,3,5-oxadiazine and 2-nitriminohexahydro-1,3,5-triazine and their substituted derivatives[J]. Russ J Org Chem,2007,43(10):1437-1440.

[10] Patel H S,Patel K B.Synthesis and biological activity of 3-[4H-(1,2,4)-triazolyl]-2,6-diaryl-1,3,5-oxadiazine-4-thione[J]. Phosphorus Sulfur and Silicon,2009,184(9):2443-2452.

[11] Yang S X,Kang T N,Rui C H,et al.Design,synthesis,and insecticidal activity of 1,5-diphenyl-1-pentanone analogues[J]. Chin J Chem,2011,29(11):2394-2400.

[12] Zhang W W,Fan Y F,Yu T,et al.Synthesis,insecticidal assay and molecular docking study of novel neonicotinoids N-oxide analogues[J].Chin J Chem,2012,30(10):357-361.

Research Advances in Synthesis and Biological Activities of 1,3,5-Oxadiazine Derivatives

FEI Qiang,WU Wen-neng,PEI Juan-juan,GUO Zheng-mei,ZHANG Yong-lu,OUYANG Gui-ping
(Centre for Research and Development of Fine Chemicals,Guizhou University,Guiyang 550025,China)

1,3,5-Oxadiazine has unique six-membered ring structures,and its derivatives are found to possess extensive application in agrochemicals.In this paper,recent advances of synthsis and biological activities of 1,3,5-oxadiazine derivatives are reviewed,and the research directions are suggested.

1,3,5-oxadiazine;insecticide;synthesis;biological activity

O 626

A

1672-5425(2013)05-0008-03

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.05.003

貴州大學研究生創新基金資助項目(2012031)

2013-03-01

費強(1988-),男,湖北赤壁人,碩士研究生,主要從事有機合成研究,E-mail:fqorganic@163.com;通訊作者:歐陽貴平,教授,E-mail:oygp710@163.com。