不對稱芳香雜環脲類化合物的微波合成及生物活性研究

李克建

摘 要：不對稱芳香脲類化合物在醫藥、農藥中有著廣泛的用途。基于綠色化學的理念，利用微波技術合成了10個新型的不對稱芳香雜環脲類化合物。化合物結構均已通過氣相質譜、元素分析和核磁共振氫譜進行了表征和確證，并對所有的化合物進行了生物活性測試，部分化合物表現出了一定的殺菌及激素活性，可以作為先導化合物進一步研究。

關鍵詞：芳香脲 微波合成 生物活性

中圖分類號：TQ450.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0069-05

雜環化合物由于其獨特的化學結構以及獨特的物理化學性質，在新農藥的研究和開發中占有重要的地位，不但是農藥發展的趨勢，而且可以說雜環化合物已占據農藥發展的主導地位[1]。已商品化的農藥品種中很多都是含有雜環結構的，如含有吡啶雜環的新煙堿類殺蟲劑吡蟲啉、啶蟲脒等， 含有氮雜環結構的磺酰脲、三唑嘧啶、咪唑啉酮等超高效除草劑，含有三唑環結構的三唑酮、三唑醇殺菌劑等[2]。在不對稱脲類化合物研究中，研究較多的是含有取代苯環等芳香脲類化合物，而含有各種雜環取代的不對稱脲類化合物則研究相對較少，本課題運用生物合理設計的方法，在脲類化合物中引入各種不同的雜環取代苯環，并應用微波合成的方法合成含有雜環取代的不對稱脲類化合物，并研究其生物活性。

1 實驗試劑與儀器

化合物結構鑒定與表征使用儀器：1H NMR和13C NMR譜采用Varian VNMR 600MHz或Mercury Plus 400MHz核磁共振儀（TMS為作內標，CDCl3或者DMSO-D6為溶劑）；質譜測試是由Thermo Fisher Mass platform DSQII API 2000質譜儀測定；高分辨質譜測試由HRMS） WATERS MALDI SYNAPT G2 HDMS （MA， USA）完成，單晶衍射用Bruker Smart Apex CCD型X-ray單晶衍射儀；熔點由BüCHI B-545數字熔點儀測定（溫度計未經校正）。

實驗操作中所用儀器及試劑：德國heidolph公司生產的MR3001型恒溫磁力攪拌器，BuCHI R-200型旋轉蒸發儀，BuCHI Vacuum Pump=V-700隔膜泵，Sartotuis BSA223S-CW電子天平，ZF-200暗箱式紫外分析儀，DLSB低溫冷卻循環泵，SHZ-D（Ⅲ）循環水式真空泵，W70-1型遠紅外線干燥箱、Zk-82BB型電熱真空干燥箱和KQ-100DZ型數控超聲波清洗儀等儀器。

柱層析（Column Chromatography）所用硅膠及點樣硅膠板為青島海洋化工有限公司生產，型號200～300目。所使用石油醚沸程為60℃～90℃；其他試劑和溶劑如無特殊說明，均為分析純或化學純。

2 合成設計路線與實驗方法

2.1 合成設計路線

2.1.1 中間體a的合成

在裝有溫度計、機械攪拌器和冷凝管的250mL四口瓶中加入8g鄰氯苯胺（0.065mol，1eq）和15mL水，充分攪拌后逐滴加入6g 98%的濃硫酸，水浴加熱使反應溫度維持在50℃左右，然后分批少量加入5g硫氰酸銨（0.065mol，1eq），每批間隔的時間不要超過2min。加入完畢后在50℃繼續反應2h，反應液由紅棕色變為淡紅色，塊狀固體逐漸溶解最后消失，反應混合物由稠變稀。待反應混合物全部溶解后升溫到80℃繼續反應5h，補加1.5mL水，反應8h后再補加1.5mL水，總計共加熱15h。用TLC板監測至反應結束，再向反應瓶中加入25mL水，冷卻至室溫，水泵減壓抽濾得濾餅，濾餅用水洗至中性，干燥箱烘干，得微黃色粉末9.9g，產率80%[3]。

2.1.2 中間體b的合成

在裝有溫度計、機械攪拌器和冷凝管的250mL四口瓶中加入50mL一氯化硫，機械攪拌下加入8.5g中間體a（0.046mol），開始中間體a飄浮于溶劑表面，油浴加熱至60℃左右，中間體a逐漸溶解，同時有大量氣泡生成，溶液變成深褐色稠狀，30min后溶液變成土黃色。在60℃繼續反應3h，用TLC板監測至反應結束，冷卻至室溫，有大量固體析出，水泵減壓抽濾得濾餅，濾餅用二氯甲烷清洗多次。得到的產品用沸水溶解，再加入濃氨水調節溶液pH值至9，析出大量淡黃色固體，冷卻至室溫，水泵減壓抽濾得濾餅，干燥箱烘干，得到固體7g，產率80%。熔點201℃（文獻值202℃）[4]。

2.1.3 中間體c的合成

在500mL圓底燒瓶中加入3.6g氫化鈉（150mmol， 3eq），將反應瓶放入冰水浴中，再加入無水的四氫呋喃100mL，冰浴下攪拌0.5h至氫化鈉混合均勻。將9.25g 2-氨基-4-氯苯并噻唑（50mmol，1eq）溶于50mL四氫呋喃中，倒入100mL恒壓滴液漏斗中，用恒壓滴液漏斗將溶液逐滴加入反應燒瓶中，滴加1h左右。滴加完畢再繼續攪拌1h，最后分批緩慢加入碳酸二苯酯21.4g（100mmol，2eq），加畢再在冰浴下反應1h后移出，室溫下攪拌過夜。用TLC板監測至反應結束，在反應體系中加入100mL乙酸乙酯，用飽和食鹽水洗2～3次。收集有機相，用無水硫酸鈉干燥。旋蒸除去溶劑，得黃色固體粗品。粗品用柱層析分離提純，最后的白色固體產品7.3g，產率48%[5]。

2.1.4 目標化合物I的微波合成

取中間體c（3.3mmol，1eq），不同取代基的胺（4.0mmol， 1.2eq）加入微波反應瓶中，用12mLTHF溶解，微波反應條件的溫度是150℃，反應時間30min，反應完畢，旋干溶劑，產品用乙酸乙酯重結晶，得到白色純凈物。

1-butyl-3-（4-chlorobenzo[α]thiazol-2-yl）urea （LKJA1）endprint

Whitesolid，yield86%，mp188-189oC，1HNMR[CDCl3， 400MHz]：δ=0.91（t，J=7.2Hz，3H，CH3），1.36-1.43（m，2H，CH2），1.63-1.68（m，2H，CH2），3.34（d，J=6.0 Hz，2H，CH2），7.13（t，J=8Hz，1H），7.36（d，J=7.6Hz，1H），7.58（d，J=7.6Hz，1H），10.52（s，1H，NH）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=282（100）；Anal.CalcdforC12H14ClN3OS.（283.78）：C，50.79；H，4.97；N，14.81.Found：C，50.52； H，4.71；N，14.80.

1-（4-chlorobenzo[α]thiazol-2-yl）-3-（naphthalen-1-yl）urea（LKJA2）

Whitesolid，yield85%，mp242-245oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=7.252-7.213（t，J=15.6Hz，1H），7.633-7.471（m，4H），7.73（d， J=8.4，1H），8.103-7.898（m，4H），9.242（s，1H），δ= 11.57（s，1H）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=352（100）；Anal.CalcdforC18H12ClN3OS.（351.83）：C，61.10；H，3.42；N， 11.88；Found：C，61.07；H，3.49；N，11.70.

1-（4-chlorobenzo[α]thiazol-2-yl）-3-isopropylurea（LKJA3）

Whitesolid，yield90%，mp178-180oC，1HNMR[CDCl3，400MHz]：δ=1.24（d，J=6.4Hz，6H），4.00-4.05（m，1H），7.15（t，J=8Hz，1H），δ7.39（d，J=7.6Hz，1H），7.60（d，J=7.6Hz，1H），10.51（s，1H）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=268（100）；Anal.CalcdforC11H12ClN3OS.（269.75）：C，48.98；H，4.48；N，15.58；Found：C，48.70；H，4.58；N，15.40.

1-（4-chlorobenzo[α]thiazol-2-yl）-3-propylurea（LKJA4）

Whitesolid，yield87%，mp200-202oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=0.845（t，J=7.2Hz，3H），1.454（m，J=7.0Hz，2H），3.090（m，J=7.5Hz，2H），6.592（s，1H），7.166（t，J=8Hz，1H），7.411（d，J=8Hz，1H），7.829（d，J=8Hz，1H），δ= 11.169（s，1H，NH）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=268（100）； Anal.CalcdforC11H12ClN3OS.（269.75）：C，48.98；H，4.48； N，15.58；Found：C，48.71；H，4.27；N，15.39.

1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（4-methylpyridin-2-yl）urea（LKJA5）

Whitesolid，yield84%，mp273-275oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=2.3（s，3H，CH3），6.96（d，J=4.8Hz，1H），δ7.27

（t，J=7.8Hz，1H），7.35（s，1H），7.482（d，J=8Hz，1H），7.92（d，J=8，1H），8.21（d，J=4Hz，1H，NH），9.87（s，1H，NH）；ESI-MS：（M-）

m/z（%）=317（100）；Anal.CalcdforC14H11ClN4OS.（318.78）：C，52.75；H，3.48；N，17.58；Found：C，52.62；H，3.40；N，17.60.

1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（5-bromopyridin-2-yl）urea（LKJA6）

Whitesolid，yield86%，mp288-289oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=7.3（m，J=5.2，1H），δ7.4（t，J=4Hz，1H），7.76（d，J=8.4，1H），7.96（m，1H），8.04（t，J=7.8Hz，1H），δ8.45（m，1H），9.74（s，1H，NH），11.8（s，1H，NH）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=383（100）；Anal.CalcdforC13H8BrClN4OS.（383.65）：C，40.70；H，2.10；N，14.60；Found：C，40.51；H，2.16；N，14.47.

1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（6-methylpyridin-2-yl）urea（LKJA7）

Whitesolid，yield82%，mp260-262oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=2.44（s，3H，CH3），6.97（d，J=7.6Hz，1H），7.26（m，J=4.0Hz，1H），7.5（d，J=8Hz，2H），7.71（t，J=7.8Hz，1H），7.92（d，J=8.0Hz，1H），9.711（s，1H，NH）；ESI-MS：（M-）m/z（%）=317（100）；Anal.CalcdforC14H11ClN4OS.（318.78）：C，52.75；H，3.48；N，17.58；Found：C，52.96；H，3.45；N，17.53.endprint

1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（5-chloropyridin-2-yl）urea（LKJA8）

Whitesolid，yield88%，mp275-276oC，1HNMR[DMSO，400MHz]δ=7.24（t，J=7.33，1H），7.48（t，J=6.6Hz，1H），7.79（d，J=4，1H），7.94（m，J=3.4Hz，2H），8.4（s，1H），9.74（s，1H，NH），11.8（s，1H，NH）；ESI-MS：（M-）m/z（%）=337（100）；Anal.CalcdforC13H8Cl2N4OS（339.2）：C，46.03；H，2.38；N，16.52；Found：C，46.0；H，2.40；N，16.30.

1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（5-methylpyridin-2-yl）urea（LKJA9）

Whitesolid，yield82%，mp270-271oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=2.237（s，3H，CH3），7.24（t，J=7.8Hz，1H），7.49（d，J=8Hz，2H），7.65（d，J=8.4Hz，1H），7.9（d，J=7.6Hz，1H），8.2（s，1H），9.76（s，1H，NH），12.3（s，1H，NH）.Anal.CalcdforC14H11ClN4OS.（318.78）：C，52.75；H，3.48；N，17.58；ESI-MS：（M-）m/z（%）=317（100）；Found：C，52.52；H，3.48；N，17.70.

1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（pyridin-3-yl）urea（LKJA10）

Whitesolid，yield81%，mp250-251oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=7.2（m，J=4.08Hz，1H），7.4（t，J=4.1Hz，1H），7.5（d，J=7.6Hz，1H），8.0（m，J=10Hz，2H），8.3（s，1H），8.6（s，1H），9.2（s，1H，NH），11.5（s，1H，NH）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=303（100）；Anal.CalcdforC13H9ClN4OS.（304.75）：C，51.23；H，2.98；N，18.38；Found：C，51.08；H，3.11；N，18.53.

2.1.5 實驗結果與討論

綜上所述，運用微波技術明顯的加快了反應，提高了效率。在實驗過程中，我們發現，對于脂肪烴類和含吡啶及嘧啶雜環化合物，反應條件基本相同，均為150℃～180℃。但是在處理過程中，脂肪烴類化合物因為是液體，15～25min之后，產物必須通過過硅膠柱才能得到純凈的化合物，產率較高，均在80%左右。而對于吡啶雜環化合物，反應完畢，冷卻至室溫后，析出大量產物，通過TLC板檢測，發現原料基本上反應完畢，但是由于只收集了析出的固體，故產率不是很高，一般在50%左右，但是節約了提純時間。

3 生物活性研究

LKJA等10個化合物是新合成出的化合物，為明確該系列化合物活性，特請天津南開大學生測中心對該系列部分化合物進行了活性普篩，以評估化合物整體活性，結果報告如下。

3.1 測試對象

3.1.1 草害

通過對稗草、油菜、苜蓿、莧菜、馬唐的除草活性測定，確定此類化合物對這些植物的作用不是很明顯。

3.1.2 植物激素

通過對黃瓜子葉生根的測定，發現這類化合物中有些對植物生長有一定的促進作用。

3.1.3 對幾種植物病原菌的抑菌測定

通過對小麥赤霉、番茄早疫、花生褐斑、蘋果輪紋、黃瓜枯萎等幾種病原菌的測定，發現部分化合物有一定的抑菌作用。

3.1.4 殺蟲

通過對粘蟲、豆蚜的殺蟲活性測試，發現這類化合物的殺蟲活性不是很明顯。

3.2 測試方法

3.2.1 離體黃瓜子葉生根法

供試黃瓜品種為津研4號，種子浸種后，播于盛有0.7%瓊脂帶蓋搪瓷盤中，于暗室（26oC）培養三天后，精選大小一致的子葉待用。樣品配制均采用植物激素活性物質測定中的濾紙片法，樣品測定濃度為10ppm，樣品均采用二甲基甲酰胺溶解。具體方法是：取3mg樣品，溶于3mL二甲基甲酰胺中，稀釋10倍，再取0.3mL均勻滴于6cm直徑的濾紙片上，待溶劑風干后，在6cm直徑的培養器中，放入含有樣品的濾紙片1張，蒸餾水3mL，子葉10片，即為10ppm的樣品處理，以蒸餾水為對照，每個處理2次重復，子葉于暗室（26oC）培養五天，測定每10片子葉柄基部的生根數。

3.2.2 粘蟲

（1）供試昆蟲。

粘蟲（Mythimna separata walker），尖音庫蚊淡色亞種（Culex pipiens pallens）室內飼養的正常群體。

（2）試驗方法。

粘蟲：浸葉法，用玉米葉浸漬于丙酮配制的藥液中（200ppm，200mg/L），待藥液后接入4齡幼蟲，主要為胃毒、觸殺作用，同時觀察幼蟲取食現象。24h檢查死亡率。蚊幼蟲用浸液法，將4齡幼蟲放入一定濃度（2ppm，2mg/L）的藥液（水）中。24h檢查蚊幼蟲死亡率結果。

3.2.3 新化合物的除草活性篩選方法

盆栽法：在直徑7.5cm左右的一次性紙杯（250mL）中放入一定量的土，加入一定量的水，播種后覆蓋一定厚度的土壤，于花房中培養，幼苗出土前以塑料覆蓋。每天加以定量的清水以保持正常生長。處理劑量為100g/畝。處理包括土壤處理（出苗前）和莖葉（幼苗一葉一心期）處理兩種。20～25天后調查結果，測定地上部鮮重，以鮮重抑制百分數來表示藥效。活性分級指標：A級：≥80%；B級：60%～79%；C級：40%～59%；D級：≤39%。endprint

3.2.4 抑菌測定方法

采用含藥介質法，用萬分之一天平分別稱取藥劑，將LKJA等12個化合物分別稱取5mg，用0.1mL DMF溶解，然后用定量無菌蒸餾水配制成一定濃度250μg/mL稀釋液，取4mL化合物稀釋液放入滅菌的小三角瓶內，加36mLPDA培養基（濃度相應稀釋10倍）混合均勻后，均等倒入3個滅菌平皿中。培養基凝固后接入d5mm已活化的菌片，以培養基中不加藥只加DMF稀釋液接菌片為空白對照。每個處理重復3次。接菌完畢后，將平皿放入25℃恒溫培養箱內，培養48h測定菌落半徑增加值，計算抑菌率。

抑菌率（%）=（對照菌落半徑增加值-處理半徑增加值）×100/對照半徑增加值

3.3 實驗結果與分析

實驗結果見表2，表3，表4。經實驗，新化合物的除草活性較弱，對稗草、油菜、馬唐幾乎沒有活性，但是對莧菜表現出較弱的除草活性，見表2和表3。新化合物幾乎沒有殺蟲活性，但是在抑菌效果方面較好，化合物LKJA8、LKJA9、LKJA10抑菌菌率均在40%以上。LKJA103對植物生長有一定的促進作用。

4 結語

通過以上數據可知，此類化合物的除草活性及殺蟲活性很弱，特別是殺蟲活性幾乎為零，但是在殺菌及植物激素方面卻有較好的活性，有些化合物的殺菌活性接近50%，個別化合物對植物激素效果明顯，如果進一步改進官能團，可能會有較好的應用前景，可對其進一步進行抑菌活性和藥害測定。

參考文獻

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