碳酰肼基和含有咪唑啉基團的1,3,4-噁二唑衍生物的合成及其對埃及伊蚊的構-效關系

付騁宇，張 波 編譯

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碳酰肼基和含有咪唑啉基團的1,3,4-噁二唑衍生物的合成及其對埃及伊蚊的構-效關系

付騁宇，張 波 編譯

(陜西出入境檢驗檢疫局，陜西西安 710068)

蚊媒病是持續危害人類健康的全球問題。瘧疾仍是按蚊傳播的危害性最大的寄生蟲病，寨卡病毒是伊蚊傳播的黃病毒，已經傳播到南美、中美和加勒比地區。因為沒有疫苗和其他特定處理措施用于防治寨卡病毒的傳染，化學殺蟲劑仍是控制蚊子減少病毒傳播的主要方法。然而，目前大部分農藥抗性的出現導致對新殺蟲劑的持續需求。目前大多數殺成蟲藥抑制乙酰膽堿酯酶的活性或阻斷電壓敏感的鈉通道的失活。

咪唑啉環類雜環化合物具有廣譜生物活性。吡蟲啉是開發的第一個新煙堿類殺蟲劑，其結構中含有吡啶和咪唑啉環。新煙堿類殺蟲劑作用于昆蟲中樞神經系統突觸后膜上的煙堿型乙酰膽堿受體。

設想化合物的結構由3部分組成：芳香環(A)、噁二唑環(B)和咪唑啉酮環(C)(圖1)。此外，可用含有酰肼基團的羰基來代替噁二唑環。1,3,4-噁二唑環是藥物化學中有用的雜環，取代的1,3,4-噁二唑環化合物有不同生物活性，比如：抗菌、除草、殺蟲、抗病毒、抗腫瘤和消炎活性。除了廣譜的生物活性外，1,3,4-噁二唑環是酰胺和酯官能團的生物電子等排體，研究表明這些環容易與不同受體以氫鍵相互作用。

在筆者之前的研究中，合成了一系列3-乙酰基-2,5-二取代-2,3-二氫-1,3,4-噁二唑。在試驗的17個化合物中，只有3-乙酰基-5-(4-氟苯基)-2-苯基-2,3-二氫-1,3,4-噁二唑和3-乙酰基-5-(4-氟苯基)-2-(4-溴苯基)-2,3-二氫-1,3,4-噁二唑對埃及伊蚊幼蟲有殺滅活性，對1齡幼蟲的LC50分別為24.1、30.9 mg/L。近期爆發的寨卡病毒感染加快了新穎蚊子控制劑的研究，在綜合媒介管理策略中對蚊子幼蟲和成蟲的控制工具都很重要。筆者持續研究的目標是發現新穎殺蟲劑，本文中合成了17種含有噁二唑和咪唑啉環的新穎化合物，并評估了它們對埃及伊蚊的殺幼蟲和殺成蟲活性。

注：(A)芳香環，(B)噁二唑環和(C)咪唑啉環。

1 材料和方法

1.1 化學

羰基氰基-對-三氟甲氧基苯腙(FCCP)購自Abcam公司(美國馬賽諸塞州劍橋市)，其他所有化學試劑和溶液均購自Sigma-Aldrich公司(美國密蘇里州，圣路易斯市)和Merck公司(德國達姆施塔特)。用薄層色譜(TLC)檢測化合物的均勻性和純度，商品化硅膠板(德國默克Merck薄層板TLC Silica gel 60G F254 25 Glass plates 20 x 20 cm)，展開劑為甲醇:氯仿(60:40)。薄層板同時采用紫外光(波長254nm)和碘顯色。用反向高效液相色譜(HPLC，Chromasil C183.6×150 mm柱，英國Hichrom公司)檢測合成化合物的純度，流動相為乙腈︰水(50︰50，體積比)。用Schmelzpunktbestimmer SMP II熔點測定儀測定熔點(德國呂伯林根，Gottfried-Keller-Weg)。紅外光譜儀為FTIR-8400S(日本東京，島津)。核磁共振氫譜(1H-NMR)以四甲基硅烷(TMS)作為內標，氘代二甲亞砜(DMSO-d6)為溶劑，Advance 400NMR型核磁共振儀(美國加州費里蒙特Bruker Biospin公司)。化學位移以相對于TMS的值表示，使用以下縮寫來描述峰的形式：s，單峰；d，雙峰；t，三重峰；m，多重峰。元素分析儀[碳(C)，氫原子(H)，氮原子(N)]型號為CNHS-Thermo Scientific Flash 2000(美國馬薩諸塞州沃爾瑟姆，賽默飛世爾科技公司)。

1.2 酰肼衍生物合成步驟

3-(甲基磺酰基)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(1)，CAS號：64341-28-2。

3-(甲基磺酰基)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰氯(1.74 mmol)在磁力攪拌下溶于甲醇，加入水合肼(1 mL)，室溫下攪拌8 h。過濾混合物，并以甲醇洗滌。

化合物1：白色固體，收率60%，熔點(mp) 222~ 223 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3566，3358，3020, 2997，2918，1685，1508，1477，1288。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.37(s，3H，SO2CH3)，3.72-3.85(m，4H，-CH2-)，4.85(s，2H，-NH2), 9.36(s，1H，-NH)。對于C5H10N4O4S (分子量222.22 g/mol)，計算值：C：27.02 H：4.54 N：25.21，實測值：C：27.02 H：4.54 N：25.21。

1.3 碳酰肼衍生物的合成步驟(2a-h)

室溫下在酰肼(1 mmol)(1)和三甲胺(2 mmol)的干二氯甲烷溶液(5 mL)中滴加預制好的苯甲酰氯(1 mmol)，磁力攪拌混合反應體系3 h。以蒸餾水洗滌沉淀物，過濾。用TLC檢測化合物純度。

′-(4-氟苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2a)：白色固體，收率70%，熔點(mp) 271~ 273 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3371, 3321, 3010, 2928, 1695, 1473, 1280, 812。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.37(s，3H，-SO2CH3)，3.77-4.01(m，4H，-CH2-)，7.42-8.40(m，4H，Ar-H)，9.01和10.47(s，2H，-NH2)。對于C12H13FN4O5S (分子量344.32 g/mol)，計算值：C：41.86 H：3.81 N：16.27，實測值：C：41.66 H：3.79 N：16.20。

′-(4-氯苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2b)：白色固體，收率70%，熔點(mp) 248~ 250 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3367, 3282, 3026, 2993, 2933, 1689, 1479, 1280, 848。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.37(s，3H，-SO2CH3)，3.75-3.92 (m，4H，-CH2-)，7.58-7.90(m，4H，Ar-H)，9.36和10.67(s，2H，-NH-)。對于C12H13ClN4O5S (分子量360.77 g/mol)，計算值：C：39.95 H：3.63 N：15.53，實測值：C：40.01 H：3.60 N：15.55。

3-(甲磺酰)-′-(4-硝基苯甲酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2c)：淺黃色，收率60%，熔點(mp) 286~ 288 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3302, 3020, 2993, 2937, 1687, 1479, 1251, 800。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.37(s，3H，-SO2CH3)，3.73-3.92(m，4H，-CH2-)，7.20-7.33(d，4H，Ar-H)，9.02和9.24(s，2H，NH)。對于C12H13N5O7S (分子量371.33 g/mol)，計算值：C：38.81 H：3.53 N：18.86，實測值：C：38.84 H：3.54 N：18.80。

′-(4-甲基苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2d)：白色固體，收率65%，熔點(mp) 245~ 246 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3373, 3300, 3032, 2982, 2924, 1695, 1473, 1253, 802。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 2.49-2.51(s，3H，-CH3)，3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.74-3.89(m，4H，-CH2-)，7.28-7.84(m，4H，Ar-H)，9.41(s，2H，-NH-)。對于C13H16N4O5S (分子量340.35 g/mol)，計算值：C：45.88 H：4.74 N：16.46，實測值：C：46.01 H：4.72 N：16.50。

′-苯甲酰-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2e)：白色固體，收率70%，熔點(mp) 240~242 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3371, 3327, 3024, 2989, 2935, 1693, 1473, 1251, 802。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.74-3.90(m，4H，-CH2-)，7.51-7.89(m，5H，Ar-H)，9.36和9.44(s，2H，-NH-)。對于C12H14N4O5S(分子量326.33 g/mol)，計算值：C：44.17 H：4.32 N：17.17，實測值：C：44.15 H：4.30 N：17.20。

′-(4-甲氧基苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2f)：淺黃色，收率60%，熔點(mp) 261~ 263 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3281, 3227, 3009, 2922, 2841, 1703, 1489, 1249, 898。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.74-3.90 (m，4H，-CH2-)，4.33(s，3H，OCH2)，7.00-7.90(m，4H，Ar-H)，9.37(s，2H，NH)。對于C13H16N4O6S (分子量356.35 g/mol]，計算值：C：43.82 H：4.53 N：15.72，實測值：C：43.91 H：4.50 N：15.80。

′-(4-溴苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2g)：白色固體，收率65%，熔點(mp) 290~ 291 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3371, 3026, 2991,2929, 1697, 1473, 1251, 898。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.77-3.92(m，4H，-CH2-)，7.72-7.83(m，4H，Ar-H)，9.36和9.47(s，2H，-NH-)。對于C12H13BrN4O5S (分子量405.22 g/mol)，計算值：C：35.57 H：3.23 N：13.83，實測值：C：35.52 H：3.26 N：13.81。

′-(2,4-二氯苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2h)：白色固體，收率55%，熔點(mp) 287~ 288 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3367, 3302, 3020, 2993, 2929, 1687, 1479, 1251, 891。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.77-3.89 (m，4H，-CH2-)，7.46-7.56(m，3H，Ar-H)，9.36和9.57(s，2H，-NH-)。對于C12H12Cl2N4O6S (分子量395.22 g/mol)，計算值：C：36.47 H：3.06 N：14.18，實測值：C：36.47 H：3.01 N：14.20。

1.4 噁二唑衍生物合成步驟(3a-h)

在反應瓶中加入碳酰肼(1 g)和15 mL三氯氧磷，回流6 h。待反應物冷卻至室溫，將其倒入冰水混合物中，過濾沉淀物，洗滌，干燥。

1-[5-(4-氟苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]-3-(甲磺酰基)咪唑啉-2-酮(3a)：白色固體，收率50%，熔點(mp) 251~253 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3375, 3080, 1683, 1593, 1475, 1234, 1097, 846。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.75-4.11 (m，4H，-CH2-)，7.44-8.02(m，4H，Ar-H)。對于C12H11FN4O4S (分子量326.30 g/mol)，計算值：C：44.17 H：3.40 N：17.17，實測值：C：44.24 H：3.43 N：17.10。

1-[5-(4-氯苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]-3-(甲磺酰基)咪唑啉-2-酮(3b)：白色固體，收率50%，熔點(mp) 276~278 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3010, 2929, 1683, 1550, 1475, 1253, 809。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.74-4.08(m，4H，-CH2-)，7.68-7.69(m，4H，Ar-H)。對于C12H11ClN4O5S(分子量342.76 g/mol)，計算值：C：42.05 H：3.23 N：16.35，實測值：C：42.10 H：3.26 N：16.40。

1-(甲磺酰基)-3-[5-(4-硝基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]咪唑啉-2-酮(3c)：淡黃色，收率40%，熔點(mp) 261~263 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3024, 2931, 1685, 1555, 1471, 1230, 856。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.75-4.12(m，4H，-CH2-)，8.16-8.47(m，4H，Ar-H)。對于C12H11N5O6S(分子量353.31 g/mol)，計算值：C：40.79 H：3.14 N：19.82，實測值：C：40.74 H：3.10 N：19.90。

1-[5-(4-甲基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]-3-(甲磺酰基)咪唑啉-2-酮(3d)：白色固體，收率40%，熔點(mp) 241~242 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3026, 2929, 1683, 1550, 1477, 1251, 800。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 2.50(s，3H，-CH3)，3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.74-4.07(m，4H，-CH2-)，7.40-7.84(m，4H，Ar-H)。對于C13H14N4O4S (分子量322.34 g/mol)，計算值：C：48.44 H：4.38 N：17.38，實測值：C：48.48 H：4.34 N：17.40。

1-(甲磺酰基)-3-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)-咪唑啉-2-酮(3e)：白色固體，收率50%，熔點(mp) 249~250 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3024, 2929, 1683, 1548, 1469, 1249, 891。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.76-3.90(m，4H，-CH2-)，7.50-8.24(m，5H，Ar-H)。對于C12H12N4O4S (分子量308.31 g/mol)，計算值：C：46.75 H：3.92 N：18.17，實測值：C：46.80 H：3.90 N：18.15。

1-[5-(4-甲氧基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]-3-(甲磺酰基)咪唑啉-2-酮(3f)：淡黃色，收率40%，熔點(mp) 265~266 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3026, 2929, 1683, 1548, 1469, 1288, 831。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.36(s，3H，-SO2CH3)，3.60(s,H, OCH3)，3.74-3.90(m，4H，-CH2-)，7.10-7.90(m，4H，Ar-H)。對于C13H14N4O5S (分子量338.34 g/mol)，計算值：C：46.15 H：4.17 N：16.56，實測值：C：46.12 H：4.18 N：16.51。

1-[5-(4-溴苯基)-1,3,4-噁二唑2-基]-3-(甲磺酰基)咪唑啉-2-酮(3g)：白色固體，收率45%，熔點(mp) 292~293 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3020, 2928, 1683, 1550, 1473, 1280, 895。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.36(s，3H，-SO2CH3)，3.73-4.07(m，4H，-CH2-)，7.70-8.07(m，4H，Ar-H)。對于C12H11BrN4O4S (分子量387.21 g/mol)，計算值：C：37.22 H：2.86 N：14.47，實測值：C：37.20 H：2.82 N：14.50。

1-[5-(2,4-二氯苯基)-1,3,4-噁二唑2-基]-3-(甲磺酰基)咪唑啉-2-酮(3h)：白色固體，收率40%，熔點(mp) 277~279 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3026, 2933, 1683, 1585, 1467, 1259, 854。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.37(s，3H，-SO2CH3)，3.75-4.13(m，4H，-CH2-)，7.57-7.80(m，3H，Ar-H)。對于C12H10Cl2N4O4S(分子量377.20 g/mol)，計算值：C：38.21 H：2.67 N：14.85，實測值：C：38.20 H：2.64 N：14.90。

1.5 供試蚊子和生物測定

用于點滴法生物測定的蚊子為奧蘭多品系(ORL)埃及伊蚊羽化3~7 d的雌性成蟲。ORL是自1952年以來未進行過田間補充的實驗室培養敏感品系。氯菊酯對該品系的半數致死量(LD50)為0.1~0.2 ng。先前已對標準飼養流程進行了描述，并用此方法培育大小為(2.3±0.3) mg的雌性成蟲。

幼蟲的生物測定方法以前已有描述，以1齡幼蟲為試蟲，在96孔微量滴定板進行，每孔容量為200 μL。向每只幼蟲提供10 μL 2%食物溶液(苜蓿粉︰豬飼料1︰1)的上清液。分別吸取每種化合物儲備液2、1、0.5、0.2 μL，以DMSO稀釋至100 μg/μL，加入微孔中，充分接觸幼蟲蟲體。設氯菊酯為陽性對照，DMSO為陰性對照。在不同的日期至少重復試驗3次。

按照已描述的方法進行成蟲點滴生物測定。取0.5 μL 10 μg/μL丙酮溶液處理低溫麻醉的蚊子。將試蟲置于25 ℃使其蘇醒，并飼喂10%蔗糖溶液。處理24 h后檢查，完全不動或瀕臨死亡狀態(以無法飛行和站為特征)都視為死亡，計算死亡率。在不同日期重復3次試驗，設氯菊酯和丙酮溶劑為對照。

對達到80%以上致死率的化合物進行進一步試驗，研究其LD50和95%置信限(Cls)。在3個不同日期，分別用一系列劑量處理ORL雌性埃及伊蚊。對各個不同日期每個劑量的24 h昆蟲死亡率合并、分析，用SigmaPlot v13繪制劑量-死亡率數據圖形，進行非線性回歸四參數邏輯模型分析，確定LD50值和95%置信限。

1.6 電生理學

為了評估活性化合物對昆蟲神經系統功能的影響，以佛羅里達大學的黑腹果蠅()野生俄勒岡R品系3齡幼蟲為試蟲。按已有的方法試驗、記錄幼蟲中樞神經系統電生理活動。在pH為7.2的生理鹽水(含氯化鈉0.157 M，氯化鉀0.003 M，氯化鈣0.002 M，HEPES 0.004 M)中剝離獲得中樞神經系統，并去除血腦屏障，使化學物質容易滲透進入中樞神經系統。用玻璃吸管吸附電極監測外周神經干的遞降放電活動。用PowerLab將電信號處理和轉換為放電頻率。然后將試驗化合物加到鹽水浴(1 mL水浴中加入1 μL DMSO溶液)中，用吸管慢慢攪勻。以3 min平均放電率，以及以其與時間作圖來評估30 min內藥物的作用。

1.7 細胞呼吸試驗

用海馬細胞能量代謝實時測定儀/生物能量代謝測定儀(安捷倫公司，美國加利佛尼亞州圣克拉拉市)來評估N2A細胞的線粒體呼吸和糖酵解活動。試驗采用已報道的方法，并做了小的改動。簡言之，在未涂層的XFe96儀器孔板中加入達爾伯克改良伊格爾培養基，在培養基中添加5%胎牛血清和抗生素，約24 h后把細胞接種到培養基中。試驗時，用DMSO或待測化合物(30 μM)處理細胞3 h，然后進行代謝流量分析。通過測定N2A細胞耗氧率(OCR) (測定線粒體呼吸的方法)或細胞外酸化率(ECAR) (測定糖酵解作用的方法)來評定細胞的代謝流量。

在測定OCR和ECAR的前1 d，將傳感器盒在XF校準物(安捷倫公司)中進行水合，37 ℃下在XF Prepstation(安捷倫公司)中保存過夜。第2 d，測定OCR前，將細胞清洗3次，在無二氧化碳的恒溫箱中，37 ℃條件下，在培養基(bicarbonate-freelow-buffered assay medium)中培養1 h，然后向細胞中加入寡霉素1.0 μm，FCCP 0.6 μm和魚藤酮/抗霉素A(1︰1，1.3 μm)(列出的最終濃度)。測定ECAR時，測定前，在含二氧化碳的恒定培養中，37 ℃條件下，用呼吸緩沖液沖洗細胞3次共1 h。使用Wave2.3軟件(安捷倫公司)收集和分析所有數據。

1.8 化學信息學

用MarvinSketch軟件(版本號 17.21.0；計算模塊由ChemAxon研發，http://www.chemaxon.com/ products/marvin/marvinsketch/, 2017)進行農藥化學信息學分析。

2 結果與討論

2.1 合成

目標化合物的合成路線見圖2。化合物(1,2a-h，3a-h)結構由紅外光譜、氫核磁共振譜和元素分析確定。化合物(1, 2a－h)紅外光譜顯示有N-H鍵伸縮振動(3221-3566)。所有化合物(1, 2a－h，3a－h)的紅外光譜都顯示含有C-H鍵伸縮振動(3009~3080)、C=O鍵伸縮振動(1683~1697)、芳香環C=C鍵伸縮振動(1467~1593)和S=O鍵伸縮振動(1230~1288)。酰肼基團的NH質子在4.85、9.36 ppm有2個單峰共振。碳酰肼基團的NH質子在9.36~9.57 ppm有一單峰。芳香環的質子在7.28~8.84 ppm有一多重峰。化合物的元素分析結果與預測的結構一致。

注：i:水合肼；ii:三甲胺、CH2Cl2；iii:POCl3

2.2 殺蚊活性

化合物對埃及伊蚊幼蟲的初步活性篩選研究表明所有化合物在1、0.5、0.25、0.1 μg/μL濃度對1齡幼蟲均無致死作用。溶劑對照對幼蟲的致死率為零，而陽性對照氯菊酯在0.04 ng/μL濃度對幼蟲的致死率為100%。表1列出了對埃及伊蚊ORL品系成蟲的點滴試驗結果，表明隨化合物結構不同，其毒性有較大變化。例如：化合物2a為氟代物，3d含有甲基，3f的芳香環上有一甲氧基取代，它們的活性最弱，對幼蟲的致死率約50%或更低。相比之下，其他所有化合物在劑量為5 μg/蚊時致死率高于60%。化合物2b活性最高，在3個重復中幾乎致所有蚊子死亡，其次是3c、3g和3h，再其次是2g、3b、2c、2d、3e、2e、3a和2f。

對所有劑量為5 μg/蚊時致死率≥80%的化合物進行了進一步活性試驗，測定了LD50。表1列出了它們的LD50、95%置信限和擬合參數。所有測試的化合物的LD50為2.3~5.0 μg/蚊，其中3h和2c活性最高。雖然沒有發現log(log)與活性間有顯著相關性，但化合物3h有1個氯取代基，2c有1個硝基，這2基團為化合物提供了親脂性，其表皮/細胞的滲透性增加。芳環上有1個硝基的化合物2c和苯環2,4-位為鹵原子的3h是最有發展前景的化合物。

表1 對ORL品系埃及伊蚊成蟲的24 h致死率(n=3)

注：a：在進行初篩后，對致死率≥80%的化合物進行進一步對成蟲點滴試驗測定其LD50。

-酰基化酰肼和1,3,4-噁二唑環具有相似的活性。-酰基化酰肼(2b、2c、2d、2g)和其對應噁二唑衍生物(3b、3c、3g、3h)有活性。在合成過程中在氫供體和受體基團被保護下，進行環合使化合物產生活性或增加活性。

2.3 作用機制研究

大多數重要農藥與線粒體發生交叉反應。考慮到此交叉反應對化合物的選擇性和可能的靶標方法的重要性，評估了系列2和3化合物對線粒體的活性，以線粒體解偶聯劑FCCP作為基準物。化合物2a顯示出低毒性，2c具有高毒性(表1)。這些化合物與FCCP有一些微小的結構相似性(圖2和表2)，它們都具有相鄰的氮原子，離苯環最近的氮原子的計算值分別為6.7和6.4，與FCCP(圖2)的6.4相似。由圖6可知，化合物的組別與其極性表面積(PSA)相關，即極性原子表面和。除3c與同組其他化合物相比具有更高的PSA外，這2組化合物表現出明顯區別。類似地，以pH 7.4時的log看，化合物自然分組，在pH 7.4時，log=log+。這2種特性都與化合物到達昆蟲靶點或非靶向哺乳動物細胞的能力相關。還評估了閉環類似物3d和3h，這2個化合物具有相似的低毒性和高毒性，但均沒有與氮結合的酸性質子。電生理試驗表明，FCCP在10~30 nM濃度會導致蒼蠅中樞神經系統幅度小的可變的神經放電，并伴隨著神經放電頻率降低(A)，與ATP產生中斷相一致。從濃度-效應數據的非線性擬合曲線得到IC50(納摩爾)(圖4B)。化合物3d和3h處理后昆蟲神經放電增加，然后恢復到對照水平，化合物2a和2c則幾乎沒有影響。因此，對黑腹果蠅3齡幼蟲神經放電的影響與對蚊子的毒性無關。

測試了化合物對哺乳動物細胞中線粒體呼吸的影響。由圖5可以看出，4個化合物中的3個(2a，2c和3d)對一些線粒體呼吸參數有影響，1個化合物(3h)沒有活性。活性化合物增加了基礎呼吸、由FCCP刺激的最大呼吸、與ATP產生相關的呼吸和備用呼吸能力。質子漏和急性毒性沒有顯著變化。這些結果表明細胞應激能力的增加反映在線粒體生理學上。盡管化合物3h是對蚊子毒性最強的化合物之一，但它對細胞的線粒體活性沒有任何影響。因此，在本試驗中雖然觀察到對線粒體的影響，但沒有得到明確的結構-毒性關系。

注：基礎呼吸為處理前的細胞耗氧量。應用寡霉素阻斷復合物IV ATP合酶，以表示細胞ATP生產的呼吸。利用FCCP解偶聯作用估算最大呼吸速率，從而估算出基礎率以上的備用呼吸能力。最后使用抗霉素A+魚藤酮分別阻斷復合物I和III，以及除線粒體過程外的所有呼吸。然后計算質子漏(基礎呼吸與ATP生成無關)和急性毒性(對處理沒有反應)(圖4)。

圖3 對線粒體功能參數毒理作用試驗分析過程

表2 合成化合物的物理化學性質

注：PSA表示極性表面積。

注：B中擬合曲線被限定為底端0，頂端30。

注：用化合物(30 μM)處理N2A小鼠細胞3 h，然后測定線粒體的功能。每一柱形代表平均值±標準偏差，n=6~8，P＜0.05表示具有統計顯著性。

注：由圖可以看出化合物的化學結構特性有2個主要交集。兩者都與化合物到達昆蟲靶點的能力有關。

3 結 論

本研究合成了一系列含有咪唑啉部分的1,3,4-噁二唑基團的噁二唑衍生物，并通過核磁共振、紅外光譜和元素分析確定了它們的結構。這17個化合物的構-效關系表明在苯基取代試驗中，對化合物2b、2c、2d、2g、3b、3c、3g和3h進行氯基、硝基、甲基和溴基取代可有效增加殺成蟲活性，進一步結構變化可開發新的有效殺蟲劑。合成化合物系列有限，進行的作用機制研究無法確定對蚊子的致死作用是通過神經毒性還是作用于線粒體呼吸所致。

付騁宇(1978—)，女，高級工程師。研究方向：食品安全與真偽鑒別。E-mail: fu_chengyu@sina.com。

2018-03-12。

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2018.02.04

TQ450

A

1009-6485(2018)02-0023-07