新型α-蒎烯基苯磺酰胺類化合物的合成及其抗真菌活性

岑 波,李龍生,段文貴*,林桂汕,陳 銘,陸順忠

(1.廣西大學 化學化工學院，廣西 南寧 530004；2.廣西林業科學研究院，廣西 南寧 530002)

松節油是廣西等地區的天然優勢生物質資源，其主要成分為α-蒎烯。α-蒎烯及其衍生物具有良好的抗菌、除草、殺蟲和驅避等生物活性[1-2]。通過α-蒎烯分子四元環和雙鍵官能團的改性，可以合成具有生物活性及其他功能的化合物。

磺酰胺類化合物的結構中含有-SO2和-NH-基團，此類含硫、氮原子及活潑氫的化合物顯示出殺菌[3]、除草[4]、殺蟲[5]和抗癌[6]等廣泛的生物活性，在農藥和醫藥等方面有較多應用。近年來，本課題組在松節油基新型生物活性化合物的合成方面取得了一系列研究成果[4,7-16]。

本文在實驗室成果基礎上，繼續開展對α-蒎烯的改性研究。以α-蒎烯為原料，經多步反應，將磺酰胺活性基團引入到α-蒎烯的亞結構中去，設計并合成了一系列新型α-蒎烯基磺酰胺類化合物(7a～7i,Scheme 1)，其結構經1H NMR、13C NMR、FT-IR和MS(ESI)表征。并測試了化合物對5種植物病原菌的抑制活性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

MP420型全自動熔點儀；AVANCE Ⅲ HD 600 MHz型超導核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；Nicolet iS 50 FT-IR型紅外光譜儀(KBr壓片或涂膜)；TSQ Quantum Access MAX型液相色譜-質譜聯用儀；Agilent 6890型氣相色譜儀；Waters 1525型高效液相色譜儀。

α-蒎烯，GC測定質量分數為97%，廣西梧州松脂股份有限公司；α-萜品烯馬來酸酐加成物(3)[17]和N-芳磺酰基乙二胺(6a～6i)[18]按文獻方法合成；其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1)N-羧甲基萜品烯馬來酰亞胺(4)的合成

在50 mL兩口燒瓶中加入甘氨酸0.90 g(12.0 mmol)，N,N-二甲基甲酰胺6 mL和三乙胺12.0 mmol，滴加32.34 g(10.0 mmol)的DMF(6 mL)溶液，滴畢(約30 min)，回流反應約4 h(TLC監測)。冷卻至室溫，倒入250 mL分液漏斗中，用10%氫氧化鈉溶液調至pH 9～10，用二氯甲烷(2×20 mL)萃取，合并水相，用稀鹽酸溶液調至pH 5～6，用少量二氯甲烷萃取，合并有機層，用無水Na2SO4干燥，減壓蒸除二氯甲烷，殘余物經硅膠柱層析(洗脫劑：A=石油醚/乙酸乙酯=2/1,V/V)純化得化合物白色固體4，產率68%,m.p.153～154 ℃;1H NMR(600 MHz,DMSO-d6)δ:5.90(d,J=8.5 Hz,1H,7-H),5.82(d,J=8.5 Hz,1H,8-H),3.92(s,2H,15-H),3.07(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),2.74(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.47～2.42(m,1H,11-H),1.52～1.46(m,1H,9a-H),1.43～1.38(m,1H,10a-H),1.36(s,3H,14-H),1.19～1.15(m,1H,9b-H),1.13～1.08(m,1H,10b-H),1.01(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.90(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:176.9,175.4,168.1,136.2,135.2,49.8,46.1,44.2,43.1,37.5,34.8,29.3,22.5,21.0,18.3,17.0;IR(KBr)ν:3100～3300,3036,1751,1677 cm-1;MS(ESI)m/z:289.9{[M-H]+}。

(2)N-羧甲基萜品烯馬來酰亞胺基酰氯(5)的合成

在50 mL兩口瓶中加入2.91 g(10.0 mmol)化合物4，滴加二氯亞砜10 mL，滴畢(30 min)，攪拌下升溫至65 ℃，反應3～4 h(TLC監測)。減壓蒸除過量二氯亞砜得棕黃色黏稠液體5。

(3)7a～7i的合成(以7a為例)

在50 mL兩口燒瓶中加入化合物6a10.0 mmol，二氯甲烷15 mL和三乙胺1.4 mL(10.0 mmol)，攪拌使其混合均勻；緩慢滴加化合物511.0 mmol的二氯甲烷(10 mL)溶液，滴畢(30 min)，反應1～2 h(TLC監測)。過濾，濾液減壓蒸餾得固體粗產物，經硅膠柱層析(洗脫劑：A=1/1)純化得目標產物7a。

用類似的方法合成7b～7i。

α-蒎烯基苯基磺酰胺(7a):白色固體,收率84%,m.p.63～64 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.83(d,J=9.1 Hz,2H,20-H,24-H),7.57(t,J=7.4 Hz,1H,22-H),7.50(t,J=7.6 Hz,2H,21-H,23-H),6.74(t,J=5.3 Hz,1H,CONH),6.00(d,J=8.5 Hz,1H,8-H),5.92(d,J=8.4 Hz,1H,7-H),4.05(s,2H,15-H),3.36(m,2H,17-H),3.09(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),3.00(m,2H,18-H),2.70(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.59～2.51(m,1H,11-H),1.53～1.45(m,9a-H,4H,14-H),1.45～1.39(m,1H,10a-H),1.33～1.28(m,1H,9b-H),1.24(m,1H,10b-H),1.07(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.96(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.8,177.3,166.9,139.6,136.6,135.9,132.9,129.4,127.2,50.6,46.8,43.8,42.4,41.2,39.9,37.0,34.3,29.8,23.0,22.8,18.6,17.0;IR(KBr)ν:3356,3291,3038,1770,1699,1161 cm-1;MS(ESI)m/z:473.8{[M+H]+}。

Scheme 1

α-蒎烯基m-甲基苯基磺酰胺(7b):白色固體,產率80%,m.p.69～70 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.65(s,1H,20-H ),7.63(d,J=7.0 Hz,1H,24-H),7.38(m,2H,22-H,23-H),6.65(t,J=5.6 Hz,1H,CONH),6.01(d,J=8.4 Hz,1H,8-H),5.93(d,J=8.5 Hz,1H,7-H),5.66(t,J=6.2 Hz,1H,SNH),4.05(s,2H,15-H),3.34(m,2H,17-H),3.09(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),3.01(m,2H,18-H),2.70(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.56(m,1H,11-H),2.41(s,3H,Ar-CH3),1.53～1.46(m,4H,14-H,9a-H),1.45～1.39(m,1H,10a-H),1.31(m,1H,9b-H),1.25(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ：177.7,177.2,166.8,139.6,139.4,136.6,135.9,133.8,129.2,127.5,124.3,50.6,46.8,43.8,42.4,41.3,39.9,37.0,34.3,29.8,23.0,22.8,21.5,18.6,17.0;IR(KBr)ν:3359,3293,3097,1770,1699,1155 cm-1；MS(ESI)m/z:487.9{[M+H]+}。

α-蒎烯基m-甲氧基苯基磺酰胺(7c):白色固體,產率70%,m.p.79～83 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.84(s,1H,20-H),7.62～7.52(m,1H,24-H),7.30～7.24(m,1H,22-H),7.23～7.16(m,1H,23-H),6.65(t,J=5.5 Hz,1H,CONH),6.01(d,J=9.0 Hz,1H,8-H),5.95～5.91(d,J=8.9 Hz,1H,7-H),5.89(dd,J=7.6 Hz,4.6 Hz,1H,SNH),4.04(s,2H,15-H),3.30(m,2H,17-H),3.08(m,3H,2-H,18-H),2.70～2.66(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.60～2.52(m,1H,11-H),1.55～1.43(m,4H,14-H,9a-H),1.45～1.38(m,1H,10a-H),1.36～1.28(m,1H,9b-H),1.27～1.24(m,1H,10b-H),1.11～1.06(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.99～0.92(d,J=7.0 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.6,177.1,166.7,159.8,141.6,136.6,135.9,130.5,127.7,124.7,121.9,55.6,50.6,46.8,43.8,42.6,41.2,39.9,38.8,37.0,34.3,29.8,23.0,22.8,18.6,17.0；IR(KBr)ν:3359,3295,3096,1771,1702,1156 cm-1;MS(ESI)m/z:502.0 {[M-H]+}。

α-蒎烯基p-氯苯基磺酰胺(7d):白色固體,產率85%,m.p.80～81 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.77(d,J=8.6 Hz,2H,20-H,24-H),7.48(d,J=8.5 Hz,2H,21-H,23-H),6.69(t,J=5.6 Hz,1H,CONH),6.00(d,J=8.7 Hz,1H,8-H),5.96(d,J=14.6 Hz,1H,SNH),5.91(d,J=8.4 Hz,1H,7-H),4.04(s,2H,15-H),3.33(m,2H,17-H),3.08(d,J=7.7 Hz,1H,2-H),2.99(m,2H,18-H),2.69(d,J=7.8 Hz,1H,5-H),2.54(m,1H,11-H),1.51(m,1H,9a-H),1.47(s,3H,14-H),1.44～1.38(m,1H,10a-H),1.35～1.29(m,1H,9b-H),1.27～1.21(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.7 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.8,177.2,166.9,139.4,138.2,136.4,135.9,129.6,128.6,50.6,46.8,42.6,41.2,39.9,37.0,34.3,29.8,23.0,22.8,18.6,17.0；IR(KBr)ν:3365,3296,3093,1770,1699,1164 cm-1;MS(ESI)m/z:507.9 {[M+H]+}。

α-蒎烯基p-溴苯基磺酰胺(7e):白色固體,產率75%,m.p.54～56 ℃；1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.70(d,J=8.6 Hz,2H,20-H,24-H),7.65(d,J=8.6 Hz,2H,21-H,23-H),6.58(t,J=5.7 Hz,1H,CONH),6.01(d,J=8.5 Hz,1H,8-H),5.93(d,J=8.4 Hz,1H,7-H),5.80(t,J=6.1 Hz,1H,SNH),4.05(s,2H,15-H),3.34(dd,J=10.4,6.2 Hz,2H,17-H),3.09(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),3.01(dd,J=11.2 Hz,5.8 Hz,2H,18-H),2.70(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.55(m,1H,11-H),1.53～1.48(m,1H,9-H),1.48～1.41(m,4H,10a-H,14-H),1.32(m,1H,9b-H),1.28～1.25(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=7.0 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.7,177.2,167.0,138.7,136.6,135.9,132.6,128.7,127.9,50.6,46.8,43.8,42.5,41.2,39.8,37.0,34.3,29.8,23.0,22.7,18.5,17.0；IR(KBr)ν:3354,3291,3090,1772,1702,1165 cm-1;MS(ESI)m/z:551.8{[M+H]+}。

α-蒎烯基o-氟苯基磺酰胺(7f):白色固體,產率65%,m.p.66～68 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.86(m,2H,21-H,24-H),7.17(m,2H,22-H,23-H),6.69(t,J=5.6 Hz,1H,CONH),6.00(d,J=8.5 Hz,1H,8-H),5.98(d,J=8.6 Hz,1H,SNH),5.92(d,J=8.7 Hz,1H,7-H),4.05(s,2H,15-H),3.34(m,2H,17-H),3.08(d,J=7.1 Hz,1H,2-H),3.03～2.96(m,2H,18-H),2.69(d,J=7.7 Hz,1H,5-H),2.59～2.47(m,1H,11-H),1.53～1.46(m,4H,14-H,9a-H),1.42(m,1H,10a-H),1.32(m,1H,9b-H),1.24(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.8,177.2,167.0,164.5,136.6,136.,135.9,135.7,130.0,129.9,116.5,50.6,46.8,43.8,42.5,41.2,39.9,37.0,34.3,29.8,23.0,22.8,18.5,17.0;IR(KBr)ν:3357,3294,3105,1770,1700,1167 cm-1;MS(ESI)m/z:489.9{[M-H]+}。

α-蒎烯基p-氟苯基磺酰胺(7g):白色固體,產率68%,m.p.69～71 ℃;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:7.75(d,J=8.8 Hz,2H,20-H,24-H),6.96(d,J=8.8 Hz,2H,21-H,23-H),6.69(t,J=5.5 Hz,1H,CONH),5.98(d,J=8.5 Hz,1H,8-H),5.91(d,J=8.5 Hz,1H,7-H),5.63(d,J=5.9 Hz,1H,SNH),3.86(s,2H,15-H),3.31(m,2H,17-H),3.05(d,J=7.1 Hz,1H,2-H),2.94(d,J=3.0 Hz,2H,18-H),2.68(d,J=7.6 Hz,1H,5-H),2.56(m,1H,11-H),1.49(m,4H,14-H,9a-H),1.43(m,1H,10a-H),1.32(m,1H,9b-H),1.27～1.25(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.95(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.6,177.1,166.6,163.0,141.6,136.4,135.7,129.4,114.5,50.7,46.8,44.0,42.6,41.2,39.6,37.9,34.3,29.8,23.1,22.8,18.6,17.0;IR(KBr)ν:3361,3297,3097,1772,1701,1168 cm-1;MS(ESI)m/z:489.9{[M-H]+}。

α-蒎烯基o-硝基苯基磺酰胺(7h):白色固體,產率82%,m.p.79～81 ℃;1HNMR(600 MHz,CDCl3)δ:8.11～8.07(d,J=7.5 Hz,1H,24-H),7.87～7.84(d,J=8.7 Hz,1H,21-H),7.76～7.72(m,2H,22-H,23-H),6.48(t,J=5.7 Hz,1H,CONH),6.03(d,J=8.4 Hz,1H,8-H),5.95(t,J=6.3 Hz,2H,7-H,SNH),4.04(s,2H,15-H),3.39(m,2H,17-H),3.18(m,2H,18-H),3.07(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),2.68(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.56(m,1H,11-H),1.53～1.48(m,1H,9a-H),1.47(s,3H,14-H),1.46～1.41(m,1H,10a-H),1.34～1.29(m,1H,9b-H),1.28～1.24(m,1H,10b-H),1.08(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=6.9 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.5,177.0,166.7,148.1,136.6,135.9,133.9,133.3,133.0,131.1,125.6,50.6,46.7,43.8,43.1,41.3,39.8,37.0,34.3,29.7,23.0,22.7,18.5,16.9;IR(KBr)ν:3356,3295,3096,1773,1701,1166 cm-1;MS(ESI)m/z:516.8{[M-H]+}。

α-蒎烯基m-硝基苯基磺酰胺(7i):白色固體,收率86%,m.p.69～70 ℃;1HNMR(600 MHz,CDCl3)δ:8.67(s,1H,20-H),8.41(d,J=8.2 Hz,1H,24-H),8.17(d,J=7.9 Hz,1H,22-H),7.74(t,J=8.0 Hz,1H,23-H),6.74(t,J=5.6 Hz,1H,CONH),6.39(t,J=6.0 Hz,1H,SNH),5.99(d,J=8.4 Hz,1H,8-H),5.91(d,J=8.5 Hz,1H,7-H),4.05(s,2H,15-H),3.36(m,2H,17-H),3.09(d,J=7.9 Hz,1H,2-H),3.08～3.04(m,2H,18-H),2.70(d,J=7.9 Hz,1H,5-H),2.59～2.46(m,1H,11-H),1.55～1.48(m,1H,9a-H),1.46～1.41(m,4H,10a-H,14-H),1.35～1.28(m,1H,9b-H),1.27～1.22(m,1H,10b-H),1.07(d,J=6.8 Hz,3H,13-H),0.97(d,J=7.0 Hz,3H,12-H);13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:177.9,177.3,167.1,148.5,142.1,136.6,135.9,132.8,130.7,127.3,122.4,50.6,46.8,43.8,42.7,41.2,39.9,37.1,34.3,29.8,23.0,22.7,18.5,17.0;IRν:3360,3293,3097,1770,1699,1169 cm-1;MS(ESI)m/z:516.8{[M-H]+}。

1.3 7a～7i的殺菌活性測試

參考文獻[19]，采用離體法(也稱瓊脂稀釋法)測試目標產物的抑菌活性。

2 結果與討論

2.1 合成

在中間體4的合成過程中，由于甘氨酸本身存在顯弱堿性的氨基和顯酸性的羧基，在溶劑中容易形成內鹽而影響氮原子的親核性，導致反應速率降低。故在DMF作溶劑的條件下，需加入與甘氨酸等摩爾的三乙胺與之成鹽，再與加成物3反應，能明顯加快反應進程。參考文獻[18,20]，本研究試用了冰醋酸和DMF作溶劑，發現以DMF作溶劑時，可得到化合物4。

2.2 表征

由FT-IR譜圖(圖略)可知，4在3100～3300 cm-1處的寬峰為羧基活潑氫的伸縮振動峰；3036 cm-1處特征峰為雙鍵上碳氫鍵的伸縮振動峰；1751 cm-1處特征峰為碳氧雙鍵伸縮振動峰；1677 cm-1處特征峰為碳碳雙鍵的伸縮振動峰。在目標產物7a～7i的特征峰中，兩個N—H鍵的伸縮振動吸收峰位于3360 cm-1和3295 cm-1附近；稍大于3000 cm-1的較小的吸收峰為不飽和碳C—H伸縮振動峰；1770 cm-1和1700 cm-1處特征峰為羰基C=O鍵的伸縮振動峰；1160 cm-1處特征峰為SO2的伸縮振動峰。

由1H NMR譜圖(圖略)可見，對于中間體4，雙鍵C-7和C-8上氫的位移出現在δ5.9左右。對于目標產物7a～7i，雙鍵C-7和C-8上氫的位移出現在δ5.9和δ6.0左右。兩個N—H鍵受到苯環上取代基的影響，伸縮振動吸收峰出現在δ5.8～6.8。由于受羰基強吸電子影響，靠近羰基的氮上氫的電子云密度會比靠近SO2的氮上氫的電子云密度低，處于較低場區，所以前者氫的化學位移相對較高。15-H通常會受羰基吸電子影響使得化學位移增大而出現在δ4.1左右，其余飽和碳的氫的特征峰均在δ3.4以下。

由13C NMR譜圖(圖略)可知，對于中間體4，3個羰基碳均出現在低場區，化學位移達到δ165以上。雙鍵上的碳則出現在δ135.7～136.7，其他飽和碳的化學位移均在δ60以下。對于目標產物7a～7i，增加的苯環上的碳主要出現在δ120～150處。C-4的峰位移比C-3稍大，因為C-3比較靠近富電子基團異丙基，電子云密度相對較大，所以C-3移向髙場，化學位移變低。

表 1 化合物 7a～7i 的抑菌活性*Table 1 Antifungal activities of compounds 7a～7i

*活性分級指標：A級：≥90%；B級：70～90%；C級：50～70%；D級：<50%。

2.3 抑菌活性

表1為7a～7i對黃瓜枯萎、花生褐斑、蘋果輪紋、番茄早疫和小麥赤霉的抑制活性。由表1可知，在50 μg·mL-1濃度下，7a～7i對5種植物病菌都表現出一定的抑制活性，其中化合物7d(R=p-Cl)和7h(R=o-NO2)對蘋果輪紋病菌的抑制率分別為83.9%和79.6%(B級活性水平)，優于陽性對照百菌清(75.0%)；化合物7b(R=m-Me)和7i(R=m-NO2)對番茄早疫病菌的抑制率分別為82.2%和71.1%(B級活性水平)，前者優于陽性對照百菌清(73.9%)。

3 結論

以松節油的主要成分α-蒎烯為原料，合成了9個未見報道的α-蒎烯基苯磺酰胺類化合物(7a～7i)。初步的抑菌活性測試結果表明，化合物7d(R=p-Cl)和7h(R=o-NO2)對蘋果輪紋病菌的抑制率分別為83.9%和79.6%，優于陽性對照百菌清；化合物7b(R=m-Me)對番茄早疫病菌的抑制率為82.2%，優于陽性對照百菌清。

致謝：抑菌活性測試由南開大學元素有機化學國家重點實驗室生物活性測試室完成，謹表謝意！