氢化诺卜醛环状缩醛类化合物的合成及其抑菌活性

徐丽锋，肖转泉，王 鹏，范国荣，陈金珠，陈尚钘，王宗德*

(1.江西农业大学林学院，江西南昌330045;2.江西师范大学化学化工学院，江西南昌330027)

0 引言

我国是一个农业大国，农作物的生产关系着国民经济.当前，稻瘟病、水稻纹枯病、炭疽病是世界性的农作物病害，严重影响农业生产和粮食安全.减少此类微生物对农作物危害的方法大多依靠杀菌剂来控制［1］，但长期使用化学抑菌剂易使微生物产生抗药性［2-3］.众所周知，杀菌剂包括有机磷类、苯类及杂环类等化合物，这些化合物对人体及环境均具有负面影响.因此，寻找绿色无污染的杀菌剂迫切需要.植物源萜类化合物香气性质较好，属于天然可再生资源，因其低毒、刺激性小、对环境友好，更让使用者易于接受.

松节油是从松科植物当中提取的精油，其主要组分β-蒎烯具有良好的反应活性，可以合成诸多衍生物［4-5］，不少衍生物具有良好的应用性能.本课题组开展了较多研究，在氢化诺卜醇衍生物的合成与应用方面取得了一些进展，发现氢化诺卜醇衍生物对小黄家蚁、白纹伊蚊和小菜蛾具有驱避作用［6-11］，但尚未开展抗菌活性方面的研究.缩醛类化合物通常具有令人愉快的香气，且性质稳定性，多用于日化工业，并具有潜在生物活性［12-14］.本文合成了3种氢化诺卜醛的环状缩醛，并开展了抗菌活性的初步研究.

1 材料和方法

1.1 主要原料及试剂

1.1.1 试剂 β-蒎烯、多聚甲醛、三氧化铬、吡啶、盐酸、二氯甲烷、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、无水乙醇、苯均为分析纯试剂，蒸馏水、琼脂、马铃薯.

1.1.2 仪器 GSH-L型高压反应釜(威海嘉毅化工机械有限公司);Nicolet FT-IR 6700红外光谱仪(液膜法);Agilent 6890N/5973气质联用仪，EI源，70 eV;福立9790II型气相色谱(浙江温岭福立分析仪器有限公司)，HW-2000色谱工作站2.22版(千谱软件有限公司)，SE-54弹性石英毛细管柱，30m×0.25mm，氢火焰检测器;BrukerAVANCE 100型核磁共振仪，以TMS为内标，CDCl3为溶剂，1H NMR观测频率为400 MHz，13C NMR观测频率为100 MHz;WZS-1型阿贝折光仪.

1.1.3 菌种来源 植物致病菌枇杷炭疽病菌(Cdletotrichum gloeosporioides)、油茶炭疽病菌(Colletotrichum gloeosporioides)、辣椒疫病菌(Phytophthora capsici)、水稻纹枯病菌(Rhizocitonia solani)、水稻稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)、莴苣菌核病菌(Sclerotinia sclerotiorum)6种菌种均由江西农业大学农学院植物病理教研室提供.

1.2 合成方法

以β-蒎烯为原料，参照文献［9］合成诺卜醇，诺卜醇在雷尼镍的催化下加氢得到氢化诺卜醇.经过PCC氧化得到氢化诺卜醛，氢化诺卜醛与乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇合成氢化诺卜醛乙二醇缩醛、氢化诺卜醛1，2-丙二醇缩醛、氢化诺卜醛1，3-丙二醇缩醛3种环状缩醛.合成路线见Scheme 1.

Scheme 1 合成路线

1.2.1 氢化诺卜醛的合成 将0.2mol PCC溶解在30mL二氯甲烷中，在加热搅拌的条件下滴加0.1mol的氢化诺卜醇和50mL二氯甲烷的混合溶液.反应过程中用气相跟踪，反应完全后加入乙醚萃取3次，合并乙醚层，经盐水洗涤，硫酸钠干燥，收回溶剂后减压蒸馏，GC鉴定纯度为98.5%.

1.2.2 氢化诺卜醛乙二醇缩醛的合成 在锥形瓶中加入16.6 g氢化诺卜醛和12.5 g乙二醇，加入草酸作为催化剂，装上分水器(已加入携水剂)和冷凝管，加热搅拌，待分水器中不再浑浊即可停止反应.反应完全后用苯萃取，合并苯层，用饱和食盐水洗涤2次，经无水硫酸钠干燥后减压蒸馏，收集馏分，GC鉴定纯度为93.1%.

1.2.3 氢化诺卜醛1，2-丙二醇缩醛的合成 参照氢化诺卜醛乙二醇缩醛的合成方法.减压蒸馏，收集产品馏分，GC鉴定纯度为96.1%.

1.2.4 氢化诺卜醛1，3-丙二醇缩醛的合成 参照氢化诺卜醛乙二醇缩醛的合成方法.减压蒸馏，收集产品馏分，GC鉴定纯度为97.5%.

1.3 抑菌活性的测定

根据生长速率法测定上述3种化合物对枇杷炭疽病菌、油茶炭疽病菌、辣椒疫病菌、水稻纹枯病菌、水稻稻瘟病菌、莴苣菌核6种真菌的抑菌率.在无菌条件下配置万分之一的吐温-80纯水溶液，将上述化合物配置成浓度为1000mg·L-1的溶液备用.分别取6mL溶液倒入冷却到45℃左右的45mL培养基中，充分摇匀后分别倒入3个9cm的培养皿中，得到浓度为100mg·L-1的平板.晾干后在平板中接入直径为5mm的菌块，每组做3个对照，以万分之一的吐温溶液做对照组，放在28℃恒温培养箱中培养3～4 d，采用十字交叉法测量菌圈直径.计算抑制率，抑制率计算公式为:抑制率/%=［(对照组菌落直径-处理组菌落直径)/对照组菌落直径］×100.

2 结果与分析

2.1 化合物结构表征

氢化诺卜醛1，2-丙二醇缩醛碳原子编号见图1.

图1 氢化诺卜醛1，2-丙二醇缩醛碳原子编号

2.1.1 氢化诺卜醛乙二醇缩醛 无色液体，沸点为135～136 ℃ /18mmHg，12.3 g，纯度为93.1%，折光率为1.4822.结构分析谱图数据的归属如下:

FT-IR，ν/cm-1:2982，2940，2878(C—H)，1469，1408(CH2)，1383，1366(CMe2)，1136，1048.9(C—O—C);

EI-MS，m/z(RA%):155(100)，210(M+，8.76);

1H NMR，δH:4.83(1H，11-CH)，3.95，3.81(2H，2H，2S，OCH2CH2O)，2.29～2.23(2H，m，10-CH2)，2.03～1.71(7H，m，1-CH，2-CH，3-CH，4-CH2，5-CH)，1.55～1.48(1H，m，7-CH)，1.17(3H，s，9-CH3)，1.00(3H，s，8-CH3)，0.89(1H，d，J=8 Hz，7-CH);

13C NMR，δC:103.898(11-C)，64.658(α-C)，64.566(α'-C)，46.502(2-C)，41.769(10-C)，41.193(1-C)，38.566(6-C)，36.793(5-C)，33.362(7-C)，28.036(9-CH3)，26.353(4-C)，23.138(8-C)，22.351(3-C).

2.1.2 氢化诺卜醛1，2-丙二醇缩醛 无色液体，沸点为136～137℃ /17mmHg，15.6 g，纯度为91.1%，折光率为1.4898.结构分析谱图数据的归属如下:

FT-IR，ν/cm-1:2985，2937，2904，2872(C—H)，1468，1413(CH2)，1382(CMe2)，1141，1047(C—O—C);

EI-MS，m/z(RA%):167(100)，224(M+，7.84);

1H NMR，δH:4.89(1H，11-CH)，4.13(1H，m，CH)，3.90(1H，m，CH)，3.39(1H，m，CH)，2.29～2.22(2H，m，10-CH2)，2.03～1.70(7H，m，1-CH，2-CH，3-CH，4-CH2，5-CH)，1.53～1.47(1H，m，7-CH)，1.27(3H，d，J=8 Hz，β-CH3)，1.16(3H，s，9-CH3)，0.98(3H，s，8-CH3)，0.90(1H，d，J=8 Hz，7-CH);

13C NMR，δC:103.837(11-C)，72.568(α-C)，70.615(α'-C)，46.514(2-C)，42.259(10-C)，41.177(1-C)，38.568(6-C)，36.682(5-C)，33.334(7-C)，28.035(9-C)，26.357(4-C)，23.138(8-C)，22.359(3-C)，18.687(3-C).

2.1.3 氢化诺卜醛1，3-丙二醇缩醛 无色液体，沸点为134～136℃/15mmHg，13.7 g，纯度为97.5%，折光率为1.5006.结构分析谱图数据的归属如下:

FT-IR，νmax/cm-1:2937，2919(C—H)，1468，1431，1402(CH2)，1377(CMe2)，1144(C—O—C);

EI-MS，m/z(RA%):148(100)，224(M+，10.72);

1H NMR，δH:4.53(1H，11-CH)，4.09，3.75(2H，2H，t，α-CH2，α'-CH2)，2.31～2.20(2H，m，10-CH2)，2.10～1.85(6H，m，1-CH，2-CH，3-CH，4-CH2，5-CH)，1.71(2H，m，β-CH2)，1.50(1H，m，7-CH)，1.34(1H，m，3-CH)，1.18(3H，s，9-CH3)，1.01(3H，s，8-CH3)，0.90(1H，d，J=8 Hz，7-CH);

13C NMR，δC:101.340(11-C)，66.774(α-C/α'-C)，46.357(2-C)，43.070(2-C)，41.173(1-C)，38.502(6-C)，35.911(5-C)，33.402(7-C)，28.036(9-C)，26.292(4-C)，25.765(β-C)，23.071(8-C)，22.248(3-C).

2.2 抑菌活性的测定

初步抑菌活性测试结果表明，在100mg·L-1下对6种供试病原菌均具有一定的抑制活性，化合物2a～2c抑菌活性实验结果见表1.

表1 化合物在100mg·L-1下对6种植物病原真菌菌丝生长的抑制率(72 h) %

3 结论与讨论

诺卜醇是具有木香香气的化合物，本文合成的3种环状缩醛化合物均保留良好的香气性质，并用IR、MS、1H NMR及13C NMR分析进行结构表征，确定其结构为合成的目标产物.

初步抑菌活性实验结果表明，合成的3种化合物在100mg·L-1下均有一定的抑菌活性，但都低于多菌灵的抑菌活性.其中，化合物2c对辣椒疫病菌抑菌率高达100%，化合物2b对水稻纹枯病菌抑菌率达到98.78%，均具有很高的抑菌活性.化合物2a和2c对油茶炭疽病菌、2b对莴苣菌核、2c对水稻纹枯病菌的抑菌率均在80%以上，具有较强的抑菌活性.由此可看出，氢化诺卜醛1，3-丙二醇缩醛的活性高于其他2种化合物.

长期使用如多菌灵、井冈霉素杀菌剂会产生效果不佳和抗药性等影响，开发新的广谱抗菌类药物成为当今研究的热点.文中所述的3种氢化诺卜醛环状缩醛化合物抑菌效果低于多菌灵，但在抑制辣椒疫病菌和水稻纹枯病菌方面表现出良好的效果，再加上其具有易于合成、香气性质佳等优点，具有进一步研究的意义.4 参考文献

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