酰腙席夫碱化合物的合成及其杀虫活性研究

2015-10-09 21:54曾凡付等
湖北农业科学 2015年17期
关键词:合成

曾凡付等

摘要:以对氯苯甲酸、甲醇、水合肼、呋喃甲醛、苯甲醛、乙醛为原料,设计合成了呋喃甲醛对氯苯甲酰腙、苯甲醛对氯苯甲酰腙及乙醛对氯苯甲酰腙3种酰腙席夫碱化合物。目标化合物的结构通过核磁共振氢谱、元素分析和红外光谱进行了表征,并试验了目标化合物的杀虫活性。结果表明,呋喃甲醛对氯苯甲酰腙对菜粉蝶幼虫的胃毒活性最强,处理24、48 h后EC50分别为103.61、78.96 mg/L。

关键词:酰腙席夫碱; 合成; 触杀活性; 胃毒活性; 拒食活性

中图分类号:S482.3 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2015)17-4192-03

DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.17.021

酰腙类化合物是一类分子结构中含有很好活性亚结构基因(-CH=NNHCO-)的物质,由于其良好的杀虫[1-4]、杀菌[5-7]、除草[8]、消炎镇痛[9,10]、抗肿瘤[11,12]等活性而被广泛应用于农药、医药领域。酰腙类化合物分子中同时含有氧原子与氮原子,因而可以参与生物体中氢键的形成,增加受体之间的亲和性,进而可以抑制生物体内诸多生理化学过程,利用这一性质来找到更好的新型农药、医药将显得十分重要。同时因酰腙类化合物分子结构中含有Schift碱基(-CH=N-)和酰胺键(-CONH-) 等活性基团而具有特殊的生物活性、较低的毒性、较强的配位能力、很好的亲脂性,能与生物体内细胞中的金属离子形成稳定的配合物,从而可以影响相关的酶促反应,因而具有很好的研究前景[13-15],是目前医药界、农药界研究的热点之一。

本研究根据基团活性叠加的原理,设计、合成了3种酰腙席夫碱类化合物,并初步试验了其杀虫活性,以期为同类化合物的研究开发提供参考。目标化合物的合成路线如下:

1 合成试验部分

1.1 主要仪器与试剂

Varian VNMR 400超导核磁共振谱仪,全自动元素分析仪 Vario EL Ⅲ(德国Elementar公司),Nicolet 6700智能型傅立叶变换红外分光光度计(美国Nicolet公司),DGG-9140A电热恒温鼓风干燥箱(上海森信实验仪器有限公司)。

对氯苯甲酸、甲醇、水合肼、呋喃甲醛、苯甲醛、乙醛、乙醇、浓硫酸等为市售分析纯试剂。

1.2 中间体及目标产物的合成

1.2.1 对氯苯甲酸甲酯的制备 称取对氯苯甲酸1.570 7 g,用甲醇30 mL(物质的量之比1∶1)溶解,转移到50 mL的单口烧瓶中,再缓慢加入7 mL浓硫酸,混合均匀。恒温回流反应5 h。冷却至室温,倒入装有少量去离子水的烧杯中,即有白色晶体析出。无水乙醇重结晶得对氯苯甲酸甲酯纯品,收率76.94%。m.p:40~42 ℃;元素分析(实测值/理论值):C 56.41/56.30,H 4.12/4.11,N 0.075/0.00;IR:1 719、1 301、1 089/cm,酯键的特征吸收。

1.2.2 对氯苯甲酰肼的制备 称取对氯苯甲酸甲酯0.5 g,以乙醇溶解,与适量水合肼混匀(物质的量比1∶1),恒温回流反应5 h。冷却到室温,抽滤。无水乙醇重结晶,得到白色片状晶体,收率为73.26%。m.p(Melting point):162~163 ℃;1H NMR(DMSO-d6) δ:4.5(s,2H,NH2),7.51~7.53(d,J=8 Hz,2H,phH),7.82~7.84(d,J=8 Hz,2H,phH),9.84(s,1H,NH);元素分析(实测值/理论值):C 49.40/49.27,H 4.23/4.11,N 16.28/16.42;IR:3309/cm(NH2),1614/cm(C=O)。

1.2.3 酰腙席夫碱化合物的合成 称取0.2 g对氯苯甲酰肼及适量呋喃甲醛(或苯甲醛、乙醛),以无水乙醇为反应介质,回流反应5 h。静置冷却,抽滤得粗品,无水乙醇重结晶,分别得到呋喃甲醛对氯苯甲酰腙、苯甲醛对氯苯甲酰腙、乙醛对氯苯甲酰腙纯品。

呋喃甲醛对氯苯甲酰腙(A),淡黄色晶体。1H NMR(DMSO-d6) δ:6.65(s, 1H, furan-H), 6.95(s, 1H, furan-H),7.60~7.62 (d, J=8 Hz,2H,phH),7.87 (m,1H,furan-H),7.92~7.94 (m,2H,phH),8.34 (s,1H,N=CH),11.85(s,1H,NH);元素分析(实测值/理论值):C 57.89/57.95,H 3.58/3.62,N 11.24/11.27;IR:3 089/cm(NH),1 648/cm(C=O),1 537/cm(C=N)。

苯甲醛对氯苯甲酰腙(B),浅褐色晶体。1H NMR(DMSO-d6) δ:7.49~7.53(m,4H,phH),7.61~7.65(m,1H,phH),7.95~7.97(d,J=8 Hz,4H,phH),8.24 (s,1H,N=CH),9.89(s,1H,NH);元素分析(实测值/理论值):C 65.01/64.99,H 4.25/4.26,N 10.81/10.83;IR:3 118/cm(NH),1 640/cm(C=O),1 580/cm(C=N)。

乙醛对氯苯甲酰腙(C),乳白色晶体。1H NMR(DMSO-d6) δ:1.87~1.94(m,3H,CH3),7.56~7.58(m,2H,phH),7.73~7.75(m,1H,N=CH),7.85~7.87(m,2H,phH),11.49(s,1H,NH);元素分析(实测值/理论值):C 54.98/54.96,H 4.59/4.58,N 14.26/14.25;IR:2 955/cm(NH),1 660/cm(C=O),1 489/cm(C=N)。

2 目标化合物的杀虫活性试验

2.1 供试试剂

按文献[16]的方法,以乙醇为溶剂,将A、B、C 3个化合物配制成1%乳油,乳油配制过程中使用了标准HLB值的非离子型乳化剂Tween-80和阴离子型乳化剂ABS-Ca。

2.2 供试昆虫

菜粉蝶(Pieris rapae L.),从大田甘蓝叶上采集低龄幼虫,室内饲养后挑选整齐一致的5龄幼虫供试。室内饲养条件:T=(27±1) ℃,RH=(80±5)%,L∶D=14 h∶10 h。

2.3 杀虫活性试验

2.3.1 触杀活性试验采用点滴法[17] 将各处理配制成500 mg/L的乳剂,用微量点滴器点滴于幼虫的前胸背板,每虫点滴1 μL,以试剂空白为对照。处理后的幼虫置于垫有吸水纸的培养皿中,每皿接虫30头,每处理重复3次,24、48 h后检查死亡情况,计算死亡率、校正死亡率。

2.3.2 胃毒活性试验采用带毒夹片法[18] 取甘蓝叶片,洗净后,用打孔器打成直径为3.0 cm的叶碟,取2片同样大小的甘蓝叶碟,在其中一片的背面用医用脱脂棉均匀涂抹稀释成500 mg/L的A、B或C的乳剂,在另一片的正面涂抹琼脂(琼脂粉加水煮沸调配而成),迅速将2片叶碟对合,制成带毒夹片。将带毒夹片置于培养皿中(内垫滤纸,加少许去离子水保湿),每皿放8个带毒夹片,接入大小基本一致的菜粉蝶5龄幼虫30头。以保鲜膜封口,膜上打孔以利通风透气。以试剂空白为对照,每个处理重复3次。于处理后24、48 h检查并记录菜粉蝶幼虫死亡情况,计算死亡率、校正死亡率。

2.3.3 拒食活性试验采用小叶碟添加法[19] 将新鲜甘蓝叶碟(直径1 cm)浸入药液(500 mg/L)3 s后取出,晾干后放入垫有滤纸的直径9 cm的培养皿中。接入已饥饿4 h的菜粉蝶5龄幼虫,每20头为1组,重复3次。试剂空白为对照。分别于接虫后24、48 h调查叶片取食情况,计算取食指数、拒食率。

2.4 杀虫活性试验结果

2.4.1 目标化合物的触杀活性试验结果 由表1可知,各处理对菜粉蝶幼虫的触杀活性随处理时间的延长而增强,其中化合物A,即呋喃甲醛对氯苯甲酰腙的触杀活性最强,处理48 h后的校正死亡率达61.56%。

2.4.2 目标化合物的胃毒活性试验结果 3个酰腙席夫碱类化合物的胃毒活性试验结果见表2,从表2可以看出,所合成的3个目标化合物在500 mg/L浓度下对菜粉蝶5龄幼虫均具有一定的胃毒活性。其中以呋喃甲醛对氯苯甲酰腙的胃毒活性最强,处理后24、48 h的校正死亡率分别为68.82%、75.62%。

2.4.3 目标化合物的拒食活性试验结果 目标化合物的拒食活性试验结果见表3,3种酰腙席夫碱类化合物对菜粉蝶幼虫的拒食活性均较弱。

2.4.4 呋喃甲醛对氯苯甲酰腙系列浓度的胃毒活性试验 由上述杀虫活性试验可知,化合物A,即呋喃甲醛对氯苯甲酰腙对菜粉蝶幼虫的胃毒活性最强,因此将化合物A配成62.5、125.0、250.0、500.0、1 000.0 mg/L 5个质量浓度的乳剂,同前法测定各浓度的胃毒活性。结果见表4。由表4可知,随着化合物A浓度的增加,胃毒活性也逐渐增强,且校正死亡率与浓度间线性关系显著,处理后24、48 h的EC50分别为103.61 mg/L和78.96 mg/L。

3 小结与讨论

常年使用同一农药会引起病虫草害产生抗药性,环境问题及农业成本问题亦日益突出。因此,开发新的农药品种具有十分重要的意义。这就要求科技工作者不断研发高效、低毒、低残留的新型农药,替代已有的高毒、高残留或已产生抗性的农药品种。

本研究根据基团活性叠加的原理,设计合成了3种含氯原子的酰腙席夫碱类化合物并初步试验了其杀虫活性,从活性试验结果来看,呋喃甲醛对氯苯甲酰腙具有较强的胃毒活性,具有进一步研究和开发的价值。

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