新型苯甲醛-β-咔啉-3-酰腙的合成及其除草活性*

張美丹，黃劍鋒，張曄初，羅輝，翁群芳，張耀謀

(1.華南農業大學a.理學院;b.資源環境學院，廣東廣州 510642)

新型苯甲醛-β-咔啉-3-酰腙的合成及其除草活性*

張美丹1a，黃劍鋒1a，張曄初1a，羅輝1a，翁群芳1b，張耀謀1a

(1.華南農業大學a.理學院;b.資源環境學院，廣東廣州 510642)

以L-色氨酸為起始原料，經Pictet-Spengle環合、酯化、氧化、氨解等反應合成了3個新型的四氫β-咔啉-3-酰腙(5a～5c)和3個新型的β-咔啉-3-酰腙衍生物(8a～8c)，其結構經1H NMR表征。初步除草活性測試結果表明:在用藥量為200 mg·L-1時，5a～5c和8a～8c的對白菜的抑制率均為100%;隨著用藥量降低，活性也隨之減小;5a～5c的生長抑制率普遍比8a～8c好。

L-色氨酸;酰腙;合成;除草活性

酰腙類化合物是由酰肼與醛或酮縮合而成的一類Schiff堿類化合物，在親生物的環境中表現出良好的生物活性、較強的配位能力和多樣的配位方式。在醫藥、農藥、材料和分析試劑等方面受到了廣泛關注［1-2］。抗腫瘤作用研究結果表明，3-位上的結構對增強化合物的活性和降低其毒性具有重要意義［3-4］。人們希望通過對其3-位進行結構修飾以獲得理想的目標化合物。

本文以L-色氨酸(1)為起始原料，經Pictet-Spengle環合、酯化、氧化、氨解等反應合成了3個新型的四氫β-咔啉-3-酰腙(5a～5c)和3個新型的β-咔啉-3-酰腙衍生物(8a～8c)(Scheme 1)，其結構經1H NMR表征。并研究了5和8的除草活性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

XT-4型雙目顯微熔點儀(溫度未校正);ZF-2型紫外儀;Bruker-600型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內標)。

所用試劑均為化學純或分析純。

1.2 合成

(1)1-苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-羧酸(2)的合成

在反應瓶中加入1 20.4 g(100 mmol)和冰乙酸100 mL，攪拌下加入苯甲醛10.6 g(100 mmol)的冰乙酸(10 mL)溶液，攪拌使其呈均勻;于室溫反應20 min;升溫至75℃(析出沉淀)，保溫反應0.5 h。冷卻至室溫，抽濾，濾餅用水洗滌，干燥得白色固體2 25.3 g，收率87%。

(2)1-苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-羧酸甲酯(3)的合成

在反應瓶中加入甲醇100 mL，冰浴冷卻，攪拌下緩慢滴加二氯亞砜10 mL，滴畢，反應30 min。除去冰浴，加入2 24.51 g(84.2 mmol)，于室溫反應30 min;于70℃反應至終點(TCL跟蹤)。冷卻，倒入冰水中，用30%氫氧化鈉溶液調至pH 7～8，抽濾，濾餅用水洗滌后干燥得淡黃色固體3 25.2 g，收率98.1%。

(3)1-苯基-β-咔啉-3-羧酸甲酯(6)的合成

在反應瓶中依次加入3 12.41 g和DMF 100 mL，攪拌使其溶解;冰鹽浴冷卻，分次加入KMnO412.8 g(2 eq)，反應1 h(TCL跟蹤);撤去冰浴，室溫反應過夜。抽濾，濾液減壓濃縮至干，用乙醇重結晶得土黃色固體6 7.25 g，收率59.2%。

(4)1-苯基-β-咔啉-3-羰基肼(7)的合成

在反應瓶中依次加入6 7.21g(24 mmol)和乙醇30 mL，攪拌使其溶解;回流反應5 min;加入過量水合肼，保溫反應6 h(TCL跟蹤)。抽濾，濾餅用水充分洗滌，干燥得黃色固體7 6.65 g，收率92%。

用3代替6，用類似方法合成1-苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-羰基肼(4)。

(5)8的合成(以8a為例)

在反應瓶中依次加入7 6.51g(21.6 mmol)和乙醇30 mL，攪拌使其溶解;加入苯甲醛2.3 g (21.6 mmol)和冰乙酸1 mL，回流反應2 h(TCL跟蹤)。旋蒸除去大部分溶劑，殘余懸濁液用稀乙醇重結晶得針狀固體8a 7.19 g。

用類似方法合成土黃色針狀固體8b和8c。

用4代替7，用類似方法合成5a～5c。

1-苯基-β-咔啉-3-酰腙(8a):收率85.6%，m.p.271℃～273℃;1H NMR δ:7.35(m，J= 15.6 Hz，1H，6-H)，7.46(m，J=15.6 Hz，1H，4-H)，7.48(m，J=15.6 Hz，2H，3，5-H)，7.60(m，J=10.2 Hz，1H，7-H)，7.62(m，J=10.2 Hz，1H，8-H)，7.70(m，J=28.2 Hz，3H，PhH)，7.78(t，J=8.4 Hz，2H，ArH)，8.22(m，J=8.4 Hz，2H，ArH)，8.48(d，J=7.8 Hz，2H，PhH)，8.68(s，1H，ArH)，8.97(s，1H，11-H)，11.81(s，1H，9-H)，11.93(s，1H，10-H)。

1-對氯苯基-β-咔啉-3-酰腙(8b):收率85.25%，m.p.220℃～221℃;1H NMR δ:7.34 (q，J=15.6 Hz，1H，6-H)，7.46(m，J=30.6 Hz，3H，3，4，5-H)，7.62(m，J=16.2 Hz，1H，7-H)，7.70(d，J=8.4 Hz，1H，8-H)，7.73(d，J=15.6 Hz，2H，PhH)，7.77(m，J=8.4 Hz，2H，ArH)，8.26(d，J=9.0 Hz，2H，PhH)，8.48(d，J=8.4 Hz，2H，ArH)，8.68(s，1H，PhH)，8.98(s，1H，11-H)，11.83(s，1H，9-H)，11.97(s，1H，10-H)。

1-對三氟苯基-β-咔啉-3-酰腙(8c):收率86.6%，m.p.246℃～248℃;1H NMR δ:7.24 (q，J=15.6 Hz，1H，6-H)，7.47(m，J=30.6 Hz，3H，3，4，5-H)，7.63(m，J=16.2 Hz，1H，7-H)，7.72(d，J=8.4 Hz，1H，8-H)，7.73(d，J=15.6 Hz，2H，PhH)，7.77(m，J=8.4 Hz，2H，ArH)，8.27(d，J=9.0 Hz，2H，PhH)，9.56(s，1H，11-H)，11.23(s，1H，9-H)，11.74 (1H，s，10-H)。

1-苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-酰腙(5a):收率90.5%，m.p.138℃～140℃;1H NMR δ: 3.03(t，1H，4-H)，3.22(d，1H，4-H)，4.11(s，1H，1-H)，5.68(s，1H，3-H)，7.08～8.21 (13H，ArH，PhH)，9.16(s，1H，11-H)，10.73 (s，1H，9-H)，11.63(s，1H，10-H)。

1-對氯苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-酰腙(5b):收率89.2%，m.p.139℃～141℃;1H NMR δ:3.01(t，1H，4-H)，3.23(d，1H，4-H)，4.08(s，1H，1-H)，5.70(s，1H，3-H)，7.08～7.89(13H，ArH，PhH)，9.07(s，1H，11-H)，10.76(s，1H，9-H)，11.51(s，1H，10-H)。

1-對三氟苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-酰腙(5c):收率90.2%，m.p.128℃～130℃;1H NMR δ:2.99(t，1H，4-H)，3.22(d，1H，4-H)，4.09(s，1H，1-H)，5.62(s，1H，3-H)，7.02～7.67(14H，ArH，PhH)，8.96(s，1H，11-H)，10.59(s，1H，9-H)，11.50(s，1H，10-H)。

1.3 除草活性測試

供試種子:矮腳葵扇黒葉白菜(大地種)，產地:廣東，發芽率≥85%，凈度≥98.0%，純度≥95.0%，水份≤7.0%。

將供試化合物10 mg(含量以100%計)溶于DMF(1 mL)中，用丙酮定容得1 g·L-1母液;用含0.05%吐溫80乳化水溶液稀釋至濃度(c)分別為(5，10，50，100，200)×10-6mg·L-1的測試藥液。

在100 mL方便杯底部放置一層4 mL～5 mL的玻璃珠，玻璃珠上面鋪一張與底部同等大小的濾紙，加入測試藥液5 mL，挑取10顆飽滿的白菜種子，均勻撒在濾紙上方，于25℃，白天給予光照，夜晚黑暗培養72 h，每隔一段時間補充適量水分［10-13］，測試實驗鮮重量。每種濃度重復兩次，以蒸餾水為對照1，以DMF、丙酮、含0.05%吐溫80乳化水溶液對照2(對照1與對照2的差異很小，可忽略不計)，以對照2中c為2×10-4mg· L-1為空白對照數據，m(鮮重)=0.141 4 g，按下式計算生長抑制率。

2 結果與討論

2.1 表征

1H NMR分析表明:在11.5～12.4有兩個吸收峰，分別為五元環上的NH基中的氫質子和與羰基直接連接的NH基的氫質子，為該類化合物的特征值。這是由于處于大環中的NH受大環的強去屏蔽作用和氮、羰基的強吸電子作用，去屏蔽效應明顯，使其周圍的電子云密度降低，化學位移值增大。N=CH基上的氫質子由于受芳香環的強去屏蔽作用和N=C雙鍵吸電子的雙重作用，也出現在低場8.7～9.2，Ar為特定芳環的化學位移值。

2.2 除草活性

圖1為5對白菜的生長及抑制率的影響。由圖1可見，總體來說5a～5c的生長抑制率比8a～8c高;當c為2×10-4mg·L-1時，5a～5c和8a～8c的除草活性均達100%;隨著c降低，抑制率隨之減小。

由生長抑制率計算每種供試化合物的抑制中濃度(EC50)，結果見表1。由表1可見，EC50值大，除草活性差，EC50值小，活性高。5a～5c活性普遍比8a～8c較好，而8a除草活性最好(4.83)，可能是因為整個分子存在共軛效應;Ar為對氯苯甲醛和對三氟甲基苯甲醛時，由于Cl是鈍化基團，CF3是強吸電子基團，均在一定程度上降低了物質的活性。據此可以推測β-咔啉類化合物對作物除草的活性結構應該是其自身的四氫咔啉環結構，并與Ar的電子效應密切相關。

圖1 c對白菜生長的影響Figure 1Effect of c on cabbage seeds

表1 5和8的EC50值Table 1EC50of 5 and 8

3 結論

合成了合成了3個新型的四氫β-咔啉-3-酰腙和3個新型的β-咔啉-3-酰腙衍生物。初步活性試驗結果表明，四氫β-咔啉活性平均要比β-咔啉好些，1-苯基-β-咔啉-3-酰腙除草活性最好，最大可能性是因為整個分子存在共軛效應。

目前報道酰腙類化合物的合成方法基本上大同小異，如何進一步改進合成技術提高產率，同時使合成方法更加環保具有較高的現實意義。

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Synthesis and Herbicidal Activities of
Novel Benzaldehyde-β-carboline-3-hydrazone

(a.College of Science;b.College of Natural Resources and Environment，1.South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China)

Three novel tetrahydro-β-carboline-3-hydrazones(5a～5c)and three novel β-carbolinehydrazone derivatives(8a～8c)were synthesized by Pictet-Spengle cyclization，esterification，oxidation and aminolysis using L-tryptophan as the starting material.The structures were characterized by1H NMR.The preliminary results showed that the herbicidal activities of 5a～5c and 8a～8c were 100%at 200 mg·L-1.The activity decreased with decreasing of c.The growth inhibition rates of 5a～5c were generally better than 8a～8c.

L-tryptophan;hydrazone;synthesis;herbicidal activity

O625.1

A

1005-1511(2014)03-0313-04

2013-03-11;

2014-04-23

張美丹(1988-)，女，漢族，廣東江門人，碩士研究生，主要從事藥物合成的研究。

張耀謀，副教授，碩士生導師，E-mail:zhangyaom@163.com

ZHANG Mei-dan1a，HUANG Jian-feng1a，ZHANG Ye-chu1a，LUO Hui1a，WEWENG Qun-fang1b，ZHANG Yao-mou1a