新型咪唑-1-甲酸(2-萘二甲酰亞胺基)乙酯的合成及生物活性

彭 壯，朱紅彬，王明慧

（青島科技大學化學與分子工程學院，山東青島 266042）

植物生長調(diào)節(jié)劑能夠促進植物生長發(fā)育、增產(chǎn)提質(zhì)，與傳統(tǒng)農(nóng)藥相比，它具有污染小、高效、低毒、經(jīng)濟等優(yōu)點，因此具有巨大的研究和發(fā)展?jié)摿1-2]。萘二甲酰亞胺含有獨特的雙萘環(huán)平面結(jié)構(gòu)和較大的共軛體系，具有優(yōu)良的熒光性能，在醫(yī)學、染料、生物有機化學等方面有廣闊的應用前景[3-4]。除此之外，萘二甲酰亞胺也用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對植物具有解毒和保護作用[5]，可作為植物生長調(diào)節(jié)劑活性基團。CN 106866530 A公開了一種植物生長調(diào)節(jié)劑萘二甲酰亞胺取代的2,4-二氯肉桂酸乙酯類化合物（結(jié)構(gòu)式1），并報道了其促進小麥生根、發(fā)芽活性，以及較高的抑菌活性[6]。咪唑類化合物是農(nóng)藥、醫(yī)藥領(lǐng)域重要的活性物質(zhì)，在抗菌、抑菌方面被廣泛應用[7]。咪鮮胺（結(jié)構(gòu)式2）為高效、低毒、廣譜的咪唑類殺菌劑，主要用于防治子囊菌和半知菌，對小麥赤霉病、西瓜炭疽病等防效突出[8]。抑霉唑（結(jié)構(gòu)式3）是內(nèi)吸性咪唑類殺菌劑，對農(nóng)作物和觀賞植物的許多真菌病害有效。Altieri G等[9]報道了殺菌劑抑霉唑通過薄膜（TF）工藝，在保證柑橘果實品質(zhì)，控制綠藍霉菌方面效果明顯。

目前，萘二甲酰亞胺和咪唑環(huán)結(jié)構(gòu)的單一化合物報道較多，但這2種活性基團拼接的化合物鮮有報道[10]。本文以1,8-萘二甲酸酐、乙醇胺和甲基磺酰氯為原料，引入萘二甲酰亞胺結(jié)構(gòu)，再利用N,N'-羰基二咪唑（CDI）的對稱結(jié)構(gòu)引入咪唑環(huán)，設計合成了咪唑-1-甲酸(2-萘二甲酰亞胺基)乙酯類化合物（化合物Ⅰ），合成背景見圖1。該化合物已申請國家發(fā)明專利（CN 106800549 A）。

1 實驗內(nèi)容

1.1 試劑和儀器

主要試劑：1,8-萘二甲酸酐、乙醇胺、甲基磺酰氯、N,N'-羰基二咪唑（CDI）、醋酸、三乙胺、乙酸乙酯、二氯甲烷、無水硫酸鈉，市售化學品，均為分析純；胺鮮酯原藥（diethylaminoethylhexanoate，DA-6），鄭州信聯(lián)生化科技有限公司。

主要儀器：X-4型數(shù)字熔點儀，上海精密科學儀器有限公司；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海賢德實驗儀器有限公司；BRUKER Avance 500 MHz型核磁共振儀（DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標），德國布魯克公司；VARIO ELⅢ型元素分析儀。

1.2 合成方法

1.2.1 合成路線

目標化合物合成路線見圖2。

圖2 目標化合物的合成路線

1.2.2 中間體Ⅲ的合成

在500 mL四口燒瓶中分別加入39.6 g（0.2 mol）1,8-萘二甲酸酐、12.0 g（0.2 mol）醋酸和150 mL水，攪拌下滴入12.2 g（0.2 mol）乙醇胺，加熱回流，反應6 h，TLC跟蹤。反應完全后冷卻、抽濾，濾餅清水洗滌后干燥，得淡黃色固體（中間體Ⅲ）42.9 g，收率89.1%，熔點173.2～174.6℃。

1.2.3 中間體Ⅳ的合成

在500 mL三口燒瓶中分別加入36.2 g（0.15mol）中間體Ⅲ、150 mL乙酸乙酯、16.2 g（0.16 mol）三乙胺，攪拌，冰水浴條件下緩慢滴加17.3 g（0.15 mol）甲基磺酰氯，滴畢反應4 h，TLC跟蹤至反應完全。加入100 mL水，分液萃取，有機相用無水硫酸鈉干燥，旋蒸除去乙酸乙酯，得到白色固體（中間體Ⅳ）42.6 g，收率89.0%。

1.2.4 目標化合物Ⅰ的合成

將中間體Ⅳ 31.9 g（0.1 mol）溶于100 mL二氯甲烷中，冰水浴條件下滴加N,N'-羰基二咪唑17.8 g（0.11 mol）與30 mL二氯甲烷的混合溶液，滴畢，攪拌反應3 h。TLC跟蹤反應至結(jié)束。加入130 mL水，用二氯甲烷（50 mL×3）萃取。合并有機層，并用無水Na2SO4干燥，旋蒸除去二氯甲烷，冷卻得到白色固體（目標化合物Ⅰ）27.8 g，收率83.0%，熔點200.8～209.5℃。

2 生物活性測定

2.1 10%化合物Ⅰ懸浮劑的制備

分別稱取10 g目標化合物Ⅰ、3 g聚羧酸鹽分散劑Sokalan CP 5（馬來酸-丙烯酸鈉鹽）、2 g木質(zhì)素磺酸鈉、1 g THIX-108水性硅乳化消泡劑、2 g硅酸鎂鋁和5 g乙二醇于250 mL燒杯中，加入77 g水，攪拌均勻，砂磨機研磨2 h（轉(zhuǎn)速3 000 r/min）得粒度3～5 μm，白色流動狀懸浮劑。

2.2 小麥發(fā)芽和生根試驗

采用紙床發(fā)芽法進行小麥種子發(fā)芽測定。將10%化合物Ⅰ懸浮劑稀釋為質(zhì)量分數(shù)5%的水溶液，胺鮮酯原藥制備成質(zhì)量分數(shù)5%的水劑，用蒸餾水將母液稀釋成不同濃度的待試溶液。選種，用2%次氯酸水溶液對種子進行處理，再用稀釋后的藥液浸種培養(yǎng)8 h，每組100粒，3次重復。將處理后的種子均勻放置在鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，保持均勻間距，在恒溫培養(yǎng)箱中保溫催芽處理（25℃），于24 h后統(tǒng)計種子發(fā)芽率（以胚芽至種子長的1/2為發(fā)芽標準）。

從種子發(fā)芽試驗中選取主根露出2 mm的種子，每組20粒，將其種在凝固的瓊脂培養(yǎng)基中，25℃恒溫培養(yǎng)，40 h后測量根長和莖高。

以相同濃度的胺鮮酯為藥劑對照，以清水為空白對照。

2.3 抑菌活性試驗

供試病原菌：黃瓜枯萎病菌（Fusarium oxysporum）、蘋果輪紋病菌（Physalospora piricola）、小麥紋枯病菌（Rhizotonia cerealis）、玉米小斑病菌（Helminthosporium maydis）、西瓜炭疽病菌（Colletotrichum lagenarium）、小麥赤霉病菌（Fusarium gramiinearum）、辣椒疫霉病菌（Phytophthora capsici）、水稻紋枯病菌（Rhizoctonia solani）。采用菌體生長速率測定法[11]進行抑菌活性試驗，測試質(zhì)量濃度為100 mg/L，操作方法參考文獻[12] 。

3 結(jié)果與討論

目標化合物Ⅰ浸種對小麥種子發(fā)芽及其生根的影響見表1。

表1 小麥種子發(fā)芽和生根結(jié)果

由表1數(shù)據(jù)結(jié)果可知：目標化合物Ⅰ的不同濃度處理均對小麥種子發(fā)芽有促進作用，且優(yōu)于對照藥劑胺鮮酯和清水。隨著目標化合物Ⅰ質(zhì)量濃度的增加，小麥種子發(fā)芽率表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，當質(zhì)量濃度為30 mg/L時，小麥種子發(fā)芽率最高，化合物Ⅰ對種子發(fā)芽的促進效果最佳，促進率達到30.6%。

不同濃度的目標化合物Ⅰ對小麥根和莖生長均具有促進作用，且隨著目標化合物質(zhì)量濃度的增加，小麥根長和莖高促進率均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，這和發(fā)芽試驗結(jié)果一致。同樣，在質(zhì)量濃度為30 mg/L時，目標化合物Ⅰ對小麥主根生長促進率為16.5%，側(cè)根生長促進率為24.7%，莖高生長促進率為28.5%，促生長效果明顯優(yōu)于胺鮮酯。

在質(zhì)量濃度為100 mg/L時，化合物Ⅰ對各病原菌的抑制活性結(jié)果見表2。

由表2可知：在質(zhì)量濃度為100 mg/L時，目標化合物Ⅰ對黃瓜枯萎病菌、蘋果輪紋病菌、小麥紋枯病菌、玉米小斑病菌、西瓜炭疽病菌、小麥赤霉病菌、辣椒疫霉病菌、水稻紋枯病菌均表現(xiàn)出生長抑制活性，尤其是對蘋果輪紋病菌和小麥赤霉病菌。其對兩者的抑菌率分別為73.2%和72.7%。

表2 抑菌活性試驗結(jié)果

4 結(jié)論

以1,8-萘二甲酸酐、乙醇胺為起始原料，經(jīng)由甲基磺酰氯酯化，CDI取代等3步反應得到目標化合物Ⅰ。其結(jié)構(gòu)經(jīng)元素分析和1H NMR確證，并對小麥種子進行了發(fā)芽、生根試驗和抑菌活性試驗。在不同濃度下，目標化合物對小麥種子發(fā)芽、生根和莖稈生長均具有促進作用，且隨著目標化合物濃度的增加，促進率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。當質(zhì)量濃度為30 mg/L時，其促進效果最佳，發(fā)芽促進率為30.6%，主根促進率為16.5%，側(cè)根促進率為24.7%，莖高促進率為28.5%，明顯優(yōu)于對照藥劑胺鮮酯和清水。質(zhì)量濃度為100 mg/L時，目標化合物對蘋果輪紋病菌和小麥赤霉病菌的抑制效果突出，抑菌率分別為73.2%和72.7%。

目標化合物Ⅰ合成方法簡單，成本較低，結(jié)構(gòu)和性狀穩(wěn)定，該化合物保留了萘二甲酰亞胺結(jié)構(gòu)，引入了咪唑結(jié)構(gòu)，能促進小麥種子萌發(fā)、生根，并兼有抑菌作用，具有一定的開發(fā)應用潛力。