新型2,5-取代-1,3,4-噻二唑衍生物的合成與殺菌活性

王 威, 黃曉瑛, 王列平, 鄭曉蕊, 劉康云, 王儲備, 屈應蓮

(1. 西安近代化學研究所 氟氮化工資源高效開發與利用國家重點實驗室，陜西 西安 710065；2. 新鄉學院 能源與燃料研究所，河南 新鄉 453000)

由于1,3,4-噻二唑及其衍生物具有殺菌、殺蟲、抗病毒、除草和植物生長調節等多種生物活性，該類型化合物的合成及生物活性研究一直都是雜環類農藥創制領域關注的熱點之一[1-4]。許多噻二唑雜環化合物已被開發為商品化農藥，如除草劑氟噻草胺、丁噻咪草酮、噻黃隆和殺菌劑噻枯唑[1]。

2,5-取代-1,3,4-噻二唑衍生物作為1,3,4-噻二唑雜環結構中的重要結構類型，其母體結構1,3,4-噻二唑的2-位和5-位可進行取代修飾，通過引入不同的藥效團進行結構的衍生化設計[3-5]。此外，氧雜環苯并二噁茂作為天然產物石蒜堿分子結構的關鍵藥效團，具有殺螨[6]、殺蟲[7]、抗真菌[8]、殺菌[9]、抗增殖[10]、抗艾滋病毒[11]等生物活性，常作為先導結構被用于合成衍生化合物。部分化合物已實現商品化，如西諾沙星(Cinoxacin)[12]和吡貝地爾(Piribedil)[13]。

Chart 1

Scheme 1

在以苯并二噁茂為基礎的衍生化研究中，研究人員利用氟原子自身的獨特物化性質，及其可改善有機分子母核生物活性的特點，通過在氧雜環苯并二噁茂的母核結構的2-位引入氟原子，4-位引入吡咯環，成功開發出了高效殺菌劑咯菌睛(Fludioxonil)[14]。

本文的研究興趣在于，將天然產物或藥物分子中的關鍵藥效團引入到1，3，4-噻二唑分子結構的2-位或5-位，有望獲得具有殺菌活性的1，3，4-噻二唑衍生物。根據活性亞結構拼接原理，將2,2-二氟-1,3-苯并二噁茂與1,3,4-噻二唑雜環相拼接(Chart 1)，設計并合成了9個新型的1,3,4-噻二唑衍生物(I-1～I-9, Scheme 1)，其結構經1H NMR,13C NMR,19F NMR, MS(EI)和元素分析表征，并對化合物的殺菌活性進行了初步測試。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Varian Mercury 500 MHz型超導核磁共振儀(CDCl3或DMSO-d6為溶劑，TMS為內標)； Finnigan Trace MS型質譜儀；Vario EL III型元素分析儀。

中間體1～3按文獻[15-20]方法合成；其余所用試劑均為分析純或化學純。

1.2 合成

(1) 2-巰基-5-(2,2-二氟-1,3-苯并二噁茂-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-1)的合成[21]

向裝有冷凝管的50 mL圓底燒瓶中，加入中間體3(5 mmol)，乙醇(10 mL)， KOH(6.0 mmol)的(3 mL)溶液，攪拌使其混合均勻；分批加入CS2(8.0 mmol)，加畢，加熱至回流，反應4～6 h。蒸除過量CS2和乙醇，加入水(30 mL)，濾去不溶物，濾液滴加濃硫酸至pH 2～3，析出大量淡黃色固體I-1，收率85%, m.p.94～96 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 7.41(s, 1H), 7.65～7.69(t, 2H), 14.88(s, 1H, -SH);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 107.09, 113.92, 122.31, 125.81, 131.75(t,1JC-F=253.63 Hz), 140.33, 144.16, 156.45, 177.83;19F NMR(470 MHz, DMSO-d6)δ: -48.61; MS(EI)m/z: 273.97[M+]; Anal. Calcd for C9H4N2O2S2F2: C 39.41, H 1.47, N 10.21, found C 39.17, H 1.28, N 10.01。

(2) 2-取代-5-(2,2-二氟-1,3-苯并二噁茂-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-2～I-9) 的合成通法[22]

在100 mL三頸瓶中加入目標化合物I-1(6.6 mmol)， K2CO3(6.6 mmol)，DMSO(25 mL)，攪拌下加入氯(溴)代物(6.6 mmol),加畢，反應至原料點消失。將反應體系傾入水(100 mL)中，析出白色固體，抽濾，濾餅真空干燥得目標產物I-2～I-9，用乙醇或乙醇和水的混合溶劑重結晶得純品。目標化合物I-2～I-9的結構表征數據如下：

I-2： 白色固體，收率84%， m.p.100～102 ℃;1H NMR(500 MHz, CDCl3)δ: 2.35(s, 1H, CH), 4.09(d, 2H, -CH2-), 7.21～7.26(m, 2H), 7.73～7.75(m, 1H);13C NMR(125 MHz, CDCl3)δ: 21.33, 73.24, 107.17, 112.43, 121.99, 124.27, 131.71(t,1JC-F=256.75 Hz), 141.08, 144.58, 161.75, 163.72;19F NMR(470 MHz, CDCl3)δ: -49.41; MS(EI)m/z: 311.98[M+]; Anal. Calcd for C12H6N2O2S2F2: C 46.15， H 1.94， N 8.97, found C 46.03， H 2.10， N 8.62。

I-3: 白色固體，收率86%， m.p.118～120 ℃;1H NMR(500 MHz, CDCl3)δ: 1.31(t, 3H, -CH2CH3), 4.14(s, 2H, -CH2-), 4.26(q, 2H, -CH2CH3), 7.21～7.25(m, 2H), 7.69～7.73(m, 1H);13C NMR(125 MHz, CDCl3)δ: 14.06, 34.43, 62.50, 107.14, 112.36, 121.89, 124.26, 131.68(t,1JC-F=256.75 Hz), 140.98, 144.52, 161.54, 164.01, 167.27;19F NMR(470 MHz, CDCl3)δ: -49.47; MS(EI)m/z: 360.01[M+]; Anal. Calcd for C13H10N2O4S2F2: C 43.33, H 2.80, N 7.77, found C 43.08, H 2.43, N 7.44。

I-4: 白色固體，收率81%， m.p.117～119 ℃;1H NMR(500 MHz, CDCl3)δ: 4.51(s, 2H, -CH2-), 7.20～7.32(s, 3H), 7.67(t, 1H), 7.88(d, 1H), 8.53(s, 1H);13C NMR(125 MHz, CDCl3)δ: 32.96, 107.02, 112.47, 121.84, 124.34, 124.40, 124.43, 131.09, 131.66(t,1JC-F=256.75 Hz), 139.72, 140.93, 144.49, 144.52, 150.04, 151.07, 161.63, 163.92;19F NMR(470 MHz, CDCl3)δ: -49.36; MS(EI)m/z: 398.97[M+]; Anal. Calcd for C15H8N3O2S2F2Cl: C 45.06, H 2.02, N 10.51, found C 45.23, H 1.78, N 10.34。

I-5: 白色固體，收率79%,m.p.132～134 ℃;1H NMR(500 MHz, CDCl3)δ: 4.71(s, 2H, -CH2-), 7.25(s, 2H), 7.61(s, 1H), 7.71(s, 1H);13C NMR(125 MHz, CDCl3)δ: 28.80, 106.99, 112.55, 121.89, 124.38, 131.67(t,1JC-F=256.88 Hz), 135.65, 140.98, 141.38, 144.52, 152.56, 161.87, 163.86;19F NMR(470 MHz, CDCl3)δ: -49.32; MS(EI)m/z: 404.93[M+]; Anal. Calcd for C13H6N3O2S3F2Cl: C 38.47, H 1.49, N 10.35, found C 38.19, H 1.68, N 10.52。

I-6: 白色固體，收率81%, m.p.111～113 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 4.61(s, 2H, -CH2-), 7.29(s, 1H), 7.35(t, 2H), 7.41(t, 1H), 7.50(d, 2H), 7.66(d, 1H), 7.74(d, 1H);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 36.53, 107.41, 113.75, 122.71, 125.80, 128.29, 129.05, 129.51, 131.73(t,1JC-F=253.50 Hz), 136.94, 140.36, 144.18, 161.18, 164.63;19F NMR(470 MHz, DMSO-d6)δ: -48.66; MS(EI)m/z: 364.02[M+]; Anal. Calcd for C16H10N2O2S2F2: C 52.74, H 2.77, N 7.69, found C 52.67, H 2.87, N 7.28。

I-7: 白色固體，收率78%, m.p.112～114 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 4.68(s, 2H, -CH2-), 7.35(m, 2H), 7.42(t, 1H), 7.52(d, 1H), 7.65(t, 2H), 7.73(d, 1H);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 34.89, 107.39, 113.82, 122.74, 125.81, 127.94, 130.10, 130.49, 131.73(t,1JC-F=253.38 Hz), 132.04, 133.83, 134.23, 140.40, 144.18, 161.43, 164.10;19F NMR(470 MHz, DMSO-d6)δ: -48.66; MS(EI)m/z: 397.98[M+]; Anal. Calcd for C16H9N2O2S2F2Cl: C 48.19, H 2.27, N 7.02, found C 48.41, H 2.38, N 7.14。

I-8: 白色固體，收率78%， m.p.114～116 ℃;1H NMR(500 MHz, CDCl3)δ: 1.27(t, 3H, -CH2CH3), 2.20～2.23(m, 2H, -CH2CH2CH2CO-), 2.52(t, 2H, -CH2CH2CH2CO-), 3.39(t, 2H, -CH2CH2CH2CO-), 4.13～4.18(q, 2H, -CH2CH3), 7.23(d, 2H), 7.72(s, 1H);13C NMR(125 MHz, CDCl3)δ: 14.21, 24.60, 32.67, 60.65, 107.35, 112.22, 121.89, 124.23, 131.69(t,1JC-F=256.50 Hz), 140.95, 144.52, 172.45;19F NMR(470 MHz, CDCl3)δ: -49.48; MS(EI)m/z: 388.04[M+]; Anal. Calcd for C15H14N2O4S2F2: C 46.39, H 3.63, N 7.21, found C 46.31, H 3.46, N 7.17。

I-9: 白色固體，收率83%,m.p.132～134 ℃;1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 4.76(s, 2H, -SCH2-), 5.89(s, 2H, -CH2-),7.16～7.18(m, 1H), 7.41～7.48(m, 1H), 7.64～7.75(m, 2H), 8.33(s, 1H);13C NMR(125 MHz, DMSO-d6)δ: 24.42, 45.54, 107.34, 113.78, 122.70, 125.79, 131.71(t,1JC-F=252.88 Hz), 135.77, 140.38, 141.97, 143.95, 144.17, 151.92, 161.24, 164.33;19F NMR(470 MHz, DMSO-d6)δ: -48.70; MS(EI)m/z: 485.96[M+]; Anal. Calcd for C16H9N6O2S3F2Cl: C 39.47, H 1.86, N 17.26, found C 39.29, H 1.66, N 17.10。

1.3 殺菌活性測試

以蘋果樹腐爛病菌(Valsamali)、小麥赤霉病菌(Fusariumgraminearum)、西瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporum)、棉花枯萎病菌(Fusariumoxysporumf.sp.vasinfectum)和番茄灰霉病菌(Botrytiscinerea)等5種農業病菌作供試菌種,95%嘧菌酯(Azoxystrobin)原藥作對照藥，采用菌絲生長速率法測試了化合物的殺菌活性。

將1.0 mL不同質量濃度的供試藥液與9.0 mLPDA培養基混勻，倒入無菌培養皿中制成帶藥培養基平板。待培養基凝固后，在每個培養基平面接入一個供試真菌菌餅(直徑為4 mm)，使帶菌絲的一面貼在培養基表面。以清水作為對照。每處理設3次重復。在每個帶藥培養基平面接入一個供試真菌菌餅后，于25 ℃恒溫箱中培養72～96 h，用十字交叉法測量菌落生長直徑，并計算菌絲生長抑制率。

2 結果與討論

2.1 表征

由目標化合物的13C NMR譜圖(圖略)可知，sp3雜化的碳原子的特征峰均位于δ74以下；羰基碳特征峰出現在δ167.27～172.45附近；碳原子受相鄰氟原子的耦合裂分影響，符合n+1規律，在“O—CF2—O”結構片段中，與氟原子相接的碳原子在δ131.70附近裂分為三重峰，其耦合常數為(1JC-F)為253.38～256.88 Hz。

2.1 殺菌活性

表1為100 mg/L濃度下、目標化合物I-1～I-9對蘋果樹腐爛病菌、小麥赤霉病菌、西瓜枯萎病菌、棉花枯萎病菌和番茄灰霉病菌等5種農業病菌的殺菌活性實驗結果。從表1可知，目標化合物對蘋果樹腐爛病菌和番茄灰霉病菌的抑制活性分別為40%～96%和44%～80%；其中化合物I-1、I-2、I-5和I-9對蘋果樹腐爛病菌的抑制活性為80%～96%。化合物I-1和I-9對番茄灰霉病菌具有80%的抑制活性；所有化合物對小麥赤霉病菌(0～27%)、西瓜枯萎病菌(10～50%)和棉花枯萎病菌(0～61%)的抑制活性較差。

由構效分析可知，目標化合物分子結構中1,3,4-噻二唑的5-位為2,2-二氟-1,3-苯并二噁茂，2-位硫醚基中R為氫原子、噻唑環、炔烴時，化合物對蘋果樹腐爛病菌的抑制活性最高，達到80%～96%；當R為噻唑與三氮唑串聯基團或炔烴時，化合物對番茄灰霉病菌具有80%的抑制活性；當R為其它基團時，化合物的殺菌活性均較差。整體而言，目標化合物對大部分測試病菌的殺菌活性不如對照藥劑嘧菌酯，且R的變化與殺菌活性強弱無明顯規律性變化，這需要在后續工作中適當引入更多不同類型的基團，進一步研究其結構與殺菌活性的關系。

表1 化合物I的殺菌活性*

以苯并二噁茂為起始原料，設計并合成了9個結構新穎的2-取代-5-(2,2-二氟-1,3-苯并二噁茂-4-基)-1,3,4-噻二唑化合物，并對其殺菌活性進行了測試。結果表明，部分化合物在100 mg/L濃度下對蘋果樹腐爛病菌具有較高的抑制活性。其中，化合物I-1和I-5對蘋果樹腐爛病菌的抑制活為92%和96%。因此I-1和I-5具有作為防治蘋果樹腐爛病菌的活性先導化合物作進一步研究的價值。