粉唑醇的化学改性及其衍生物的抑菌活性1)

王 丽 何深远 程康华 王 蓓 张丽丽 马耀进

(南京林业大学，南京，210037)

粉唑醇的化学改性及其衍生物的抑菌活性1)

王 丽 何深远 程康华 王 蓓 张丽丽 马耀进

(南京林业大学，南京，210037)

为了提高粉唑醇的杀菌广谱性以及对木材腐朽菌和绿色木霉等霉菌的杀菌活性，对其进行化学改性，经傅克反应、羰基环氧化反应、开环反应得到5种化合物，所有化合物均经质谱(MS)和核磁共振氢谱(1H NMR)确证。抑菌实验表明，质量分数在0.5%～2%范围内，相同质量分数时，α-(2,4-二氯苯基)-α-(4-氯苯基)-1-氢-1,2,4-三唑-乙醇(3b)和α-(2,4-二氯苯基)-α-(4-甲苯基)-1-氢-1,2,4-三唑-乙醇(3d)对绿色木霉的抑菌效果均优于粉唑醇，3b对彩绒革盖菌、密粘褶菌的抑菌效果与粉唑醇相当。

粉唑醇；化学改性；抑菌效果

对木材进行防腐处理能延长木材的使用寿命，是节约木材的有效办法[1]。常见的木材防腐剂季铵铜(ACQ)、铜铬砷(CCA)都含有金属离子，容易对环境造成污染，因此，一些科学工作者把研究重点放到了水载型有机木材防腐剂上[2-3]。与ACQ、CCA相比，水载型有机防腐剂具有对环境友好的优点。在水载型有机木材防腐剂开发过程中，常常借鉴一些农药中的杀菌剂。三唑类化合物是农药中常用的杀菌剂，它除了对鞭毛菌亚门中卵菌无活性外，对担子菌亚门、子囊菌亚门和半知菌亚门的病原菌均有活性，作用机理为抑制麦角甾醇类生物的合成，使得菌体细胞膜功能受到破坏[4-6]。目前应用到木材防腐上的三唑类杀菌剂主要有丙环唑(Propiconazole)、戊唑醇(Tebuconazole)和环丙唑醇(Cyproconazole)，其品种较少，限制了三唑类杀菌剂在木材防腐领域的发展[7-8]。粉唑醇作为三唑类杀菌剂的一种，一经上市就以其杀菌的广谱性和有效性受到好评，近年来销售量逐步增加[9]，其质量分数在0.5%～2%范围内[8，10]，对木材腐朽菌和霉菌，如彩绒革盖菌、密粘褶菌、黑曲霉均表现出良好的抑菌活性，但对其它一些霉菌，如绿色木霉没有抑菌活性。三唑类杀菌剂结构与活性关系[11-12]：①分子中的三唑环为必须基团，其中4位N原子必须有一定程度的裸露，该N原子与血红素辅基Fe原子形成配位键，竞争性抑制靶酶活性，当有其它基团取代时，其抗真菌活性消失；②三唑环上的取代基必须与1位N原子相连，否则活性丧失；③三唑环上的1位N原子与中央C原子相连或相隔一个亚甲基，增加亚甲基间隔单位，抗真菌活性降低或丧失；④苯环上2位有电负性取代基，4位有一定体积或电负性取代基时，对抗真菌活性有利，一般以2,4-二氟和2,4-二氯取代为最佳；⑤分子中的醇羟基可能通过靶酶活性位点的保守结晶水与活性位点残基H310形成氢键，从而增加抗真菌活性，应给予保留。为了提高它的杀菌广谱性以及对木材腐朽菌和绿色木霉等霉菌的杀菌活性，笔者参照上述关系，对粉唑醇进行化学改性，得到5种化合物。对常用的木材腐朽菌和霉菌进行抑菌实验，并与粉唑醇进行了抑菌活性的比较，得到了比较好的效果，有望在开发木材保护剂方面提供一些经验。

1 材料与方法

1.1 材料

试剂。无水三氯化铝、氯苯、甲苯、邻氯苯甲酰氯、2,4-二氯苯甲酰氯、邻氟苯甲酰氯、二氯甲烷、氢氧化钠、无水硫酸钠、三甲基碘化亚砜、NaH(60%石蜡油分散体)、石油醚、乙酸乙酯、氯化钠、1,2,4-三氮唑、碳酸钾、二甲基甲酰胺、甲醇，均为分析纯。

供试菌种。白腐菌：彩绒革盖菌(Coriolusversicolor)；褐腐菌：密粘褶菌(Gloeophyllumtrabeum)；霉菌：黑曲霉(Aspergillusniger)、绿色木霉(Trichodermaviride)，均由南京林业大学木材保护研究所提供。

仪器。DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，郑州长城科工贸有限公司；ZF-2型三用紫外仪，上海安亭电子仪器厂；RE-52AA旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；1100ESI/MS型质谱仪，Agilent公司；Bruker-AvanceAV-500/300核磁共振仪，Thermo Nicolet公司；X-6显微熔点测定仪，北京泰克仪器有限公司。

1.2 合成路线

本实验目标化合物的合成依次经过傅克反应、羰基环氧化反应、开环加成反应，合成路线如图1所示。

图1 目标化合物的合成路线

1.3 合成方法

1.3.1 2,4′-二氯二苯酮(1a)的合成

依次将16 g(0.12 mol)研碎的无水三氯化铝、100 mL干燥过的氯苯加入到250 mL三口烧瓶中。在搅拌条件下，逐滴滴加17.5 g(0.1 mol)邻氯苯甲酰氯。滴加完毕后，回流加热并搅拌3 h。反应完毕后，将其倾入100 mL冰水中，二氯甲烷(每次100 mL)提取两次，再依次用去离子水、10%氢氧化钠水溶液和去离子水(每次100 mL)洗涤，无水硫酸钠干燥过夜，过滤、脱溶后用石油醚/乙酸乙酯重结晶，得白色针状晶体22.32 g[13-14]。1b—1e的合成方法同1a(1b: 2,4,2′—三氯二苯酮；1c：2-氯-4′-甲基二苯酮；1d：2,4-二氯-4′-甲基二苯酮；1e：2-氟-4′-甲基二苯酮)。

图2 粉唑醇结构式

1.3.2 1-(2-氯苯基)-1-(4-氯苯基)环氧乙烷(2a)的合成

在冰浴条件下，将23.47 g(0.107 mol)三甲基碘化亚砜、3.20 g(0.133 mol)NaH置于250 mL三口烧瓶中，在氮气保护下加入80 mL二甲亚砜，搅拌直至无气体产生。将22.32 g(0.089 mol)1a和60 mL二甲亚砜组成的溶液滴加到上述搅拌的溶液中，然后在50 ℃下搅拌3 h。 反应完毕后过滤，依次用饱和食盐水、去离子水洗涤(每次100 mL)，无水硫酸钠干燥过夜，过滤、脱溶即得深棕色黏稠液体的粗产品22.63 g[14-17]。不提纯直接做下一步。2b—2e的合成方法同2a(2b：1-(2,4-二氯苯基)-1-(4-氯苯基)环氧乙烷；2c：1-(2-氯苯基)-1-(4-甲苯基)环氧乙烷；2d：1-(2,4-二氯苯基)-1-(4-甲苯基)环氧乙烷；2e：1-(2-氟苯基)-1-(4-甲苯基)环氧乙烷)。

1.3.3 a-(2-氯苯基)-a-(4-氯苯基)-1-氢-1,2,4-三唑-乙醇(3a)的合成

依次将11.05 g(0.16 mol)1,2,4-三氮唑、22.11 g(0.16 mol)碳酸钾、80 mL二甲基甲酰胺(DMF)置于250 mL三口烧瓶中，搅拌下，逐滴滴加22.63 g 2 a粗品和20 mL DMF组成的溶液，80 ℃下搅拌回流4 h。反应完毕后，将其倾入400 mL冰水中，二氯甲烷萃取3次(每次100 mL)，依次用饱和食盐水、去离子水洗涤(每次100 mL)，无水硫酸钠干燥过夜，过滤、脱溶后用乙酸乙酯/甲醇重结晶，得白色晶体12.57 g[14]。3b—3e的合成方法同3a(3c：α-(2-氯苯基)-α-(4-甲苯基)-1-氢-1,2,4-三唑-乙醇；3e：α-(2-氟苯基)-α-(4-甲苯基)-1-氢-1,2,4-三唑-乙醇)。

1.4 目标化合物的抑菌实验

本实验采用滤纸片法检测目标化合物3a—3e的抑菌效果，并以粉唑醇为对照试剂，比较不同质量分数目标化合物的抑菌活性，根据菌体生长状况比较不同目标化合物的抑菌效果。菌种生长直径≥25 mm及抑菌圈直径≤7 mm均表示无抑菌效果[18-19]。在化合物的抑菌作用下，彩绒革盖菌、密粘褶菌、绿色木霉只在平板中间生长，无抑菌圈出现，故选择菌种生长直径表示抑菌作用强弱；而黑曲霉的生长能平铺整个平板，有明显的抑菌圈出现，故用抑菌圈直径表示抑菌作用强弱。

2 结果与分析

2.1 目标化合物的合成及结构表征

合成的5种目标化合物性质稳定，长期放置外观无变化，其总收率和物理性质见表1，1H NMR 和MS见表2，可以看出，所得5种化合物的结构与预期结构一致。

表1 目标化合物的总收率及物理特性

表2 目标化合物的1H NMR 和 MS

续(表2)

注： s表示单峰；d表示双峰；m表示三重峰；dd表示受相邻氢影响裂分成二重峰后，又受远程耦合影响，在二重峰的基础上裂分成双峰；td表示受相邻氢影响裂分成三重峰后，又受远程耦合影响，在三重峰的基础上裂分成双峰；括号内J表示耦合常数。

2.2 目标化合物的抑菌效果

目标化合物质量分数在0.5%～2%范围内[8，10]，对2种腐朽菌和2种霉菌进行抑菌实验，并以粉唑醇为对照试剂，抑菌实验结果列于表3。

表3 粉唑醇和目标化合物的抑菌实验结果

注：“—”表示无抑菌效果。

可以看出，3b和3d对绿色木霉的抑菌效果优于粉唑醇，其中质量分数在2%时表现最佳，粉唑醇对绿色木霉没有抑制作用，而在3b、3d的抑制作用下，绿色木霉的生长直径分别为19.6、23.2 mm。3b对彩绒革盖菌、密粘褶菌的抑菌效果与粉唑醇相当，其中质量分数在2%时抑菌效果最好，在3b、粉唑醇的抑制作用下，彩绒革盖菌都表现未生长状态，密粘褶菌生长直径分别为13.8、13.2 mm。3b对黑曲霉的抑菌效果略低于粉唑醇，其中质量分数在2%时表现最明显，在3b、粉唑醇的抑制作用下，黑曲霉的抑菌圈直径分别为23.3、38.2 mm，但3b对霉菌的总体抑菌效果高于粉唑醇；在实验质量分数范围内，所合成的5种化合物中3b的抑菌效果最佳，并且高于粉唑醇。如图3—图5所示，3a、3c、3d、3e总体抑菌效果低于粉唑醇。

图3 空白对照组

图4 3b质量分数为1.5%的抑菌效果图

3 结论

所合成的5种化合物均经1H NMR 和 MS表征确认，化合物稳定，长期放置外观无变化。

质量分数在0.5%～2.0%范围内，3b和3d对绿色木霉的抑菌效果高于粉唑醇；3b对黑曲霉的抑菌效果略低于粉唑醇，但3b对霉菌的总体抑菌效果高于粉唑醇；3b对腐朽菌(彩绒革盖菌和密粘褶菌)的抑菌效果与粉唑醇相当；所合成的5种化合物中，3b总体抑菌效果最佳，并且高于粉唑醇， 3a、3c、3d、3e总体抑菌效果低于粉唑醇。

图5 粉唑醇质量分数为1.5%的抑菌效果图

从抑菌实验结果可以看出，苯基具有2,4-二位卤素取代的化合物杀菌活性较高；取代位相同时，基团对抑菌活性的增强顺序从大到小依次为F、Cl、CH3；这可能是因为苯基上取代基团的诱导效应，导致含氮杂环电子云密度改变，苯基上吸电子作用越强，含氮杂环电子云密度越低，从而有利于与菌中的铁卟啉中心铁实行原子配位来阻碍铁氧络合物的形成，从而抑制麦角甾醇的合成，达到杀菌的目的；而CH3是供电子基团，故降低了苯基上为CH3取代化合物的抑菌活性；3b总体抑菌效果高于粉唑醇，这可能是因为3b中苯基2,4,4′-三氯取代的吸电子效应大于粉唑醇中苯基2,4′-二氟取代的吸电子效应。

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Chemical Modification of Flutriafol and Bacteriostasis of Its Ramifications/

Wang Li, He Shenyuan, Cheng Kanghua, Wang Bei, Zhang Lili, Ma Yaojin

(Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(8).-152～156

In order to improve the bactericidal broad-spectrum and antibacterial effects on wood decay fungi and mold, flutriafol was chemically modified by Friedel-Crafts acylation, Corey-Chaykovsky reaction and 1,2-Epoxide opening reaction. Five compounds were obtained which were confirmed by the means of MS and 1H NMR. Through bacteriostatic experimentation, in the range of 0.5%-2% and of the same mass fraction,α-(2,4-dichlorophenyl)-α-(4-chlorphenyl)-1-H-1, 2, 4-triazol-alcohol (3b) andα-(2,4-dichlorophenyl)-α-(4-tolyl)-1-H-1, 2, 4-triazol-alcohol (3d) had a stronger inhibitory effect onTrichodermaviridethan flutriafol. The inhibitory effect of 3b onCoriolusversicolorandGloeophyllumtrabeumwas comparable to that of flutriafol.

Flutriafol; Chemical modification; Antibacterial effect

王丽，女，1989年9月生，南京林业大学化学工程学院，硕士研究生。

程康华，南京林业大学化学工程学院，教授。E-mail:chengkh54@163.com。

2013年11月5日 。

S782.33

1) 林业公益性行业科研专项(201104032)。

责任编辑：戴芳天。