3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙的合成与生物活性

彭 浩,贺红武

(华中师范大学化学学院 农药与化学生物学教育部重点实验室，湖北 武汉 430079)

3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙的合成与生物活性

彭 浩,贺红武*

(华中师范大学化学学院 农药与化学生物学教育部重点实验室，湖北 武汉 430079)

以3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸(Ⅰ)为起始原料，经酯化、肼解后得3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰肼(Ⅲ)，再与不同的芳香醛缩合，合成了4个未见文献报道的3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙(Ⅳa～Ⅳd)。目标化合物经1HNMR、IR、MS和元素分析进行结构表征和确认。测试了目标化合物对油菜和稗草的生长抑制活性。结果表明：化合物Ⅳa和Ⅳb在100 μg·g-1浓度下，对油菜根和稗草根的生长具有较好的抑制活性，且经化合物Ⅳa处理后的植株表现出明显的白化现象，植株叶绿素和类胡萝卜素生物合成受到明显抑制。

苯甲酰腙；抑制活性；白化活性

酰腙官能团是一种具有较强配位能力的基团，能够与生物体内的众多金属离子形成稳定的配位化合物，并以此影响相关的酶促反应，因此含有酰腙结构的化合物，一般表现出优良的生物活性，同时酰腙类化合物具有较好的亲脂性和较低的毒性，具有很好的研究前景[1-4]。目前，对酰腙类化合物的研究多集中于其作为配体以及药理活性方面，但其农药活性方面的研究报道相对较少[5-6]。3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸衍生物是一类重要的原卟啉原氧化酶抑制剂[7-8]，目前已有多个相关品种被成功开发上市，如三氟羧草醚、氟磺胺草醚、乙羧氟草醚等。本课题组曾对3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸进行结构改造，设计合成了具有植物生长调节活性的酰胺类化合物[9-10]和具有较高除草活性的酰基硫脲类化合物和酯类化合物[11-12]。为了进一步研究其它结构类型化合物的生物活性，作者以3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸(Ⅰ)为起始原料，经亚磺酰氯氯化，乙醇酯化，水合肼肼解，最后与芳香醛反应，合成了4个未见文献报道的酰腙化合物(Ⅳa～Ⅳd)，并初步测定了它们对油菜和稗草的生长抑制活性和白化活性，以及对植株叶绿素和类胡萝卜素生物合成的影响。化合物Ⅳa～Ⅳd的合成路线见图1。

图1 化合物Ⅳa～Ⅳd合成路线Fig.1 Synthetic route of compounds Ⅳa～Ⅳd

1 实验

1.1 试剂与仪器

所用试剂均为分析纯，二氯亚砜使用前重蒸。

MR3001型磁力搅拌器，德国Heidilph公司；SHZ-D型循环水真空泵，巩义英裕予华仪器厂；R-200型旋转蒸发仪，德国Buchi公司；AVATAR 360型傅立叶红外光谱仪，美国Nicolet公司；XL-400M型超导核磁共振仪，美国Varian公司；TRACE MS型质谱仪，Finnigen 公司；Vario EL Ⅲ型元素分析仪，德国Elementar公司；WRS-IB型熔点仪，上海精密科学仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸乙酯(Ⅱ)的合成

在50 mL 亚磺酰氯中加入0.01 mol (3.64 g，87%) 3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸(Ⅰ)，回流反应3 h，60 ℃以下减压蒸除未反应完的亚磺酰氯，再经油泵减压蒸馏收集(155～160 ℃)/0.67 kPa 馏分，得浅黄色液体酰氯3.2 g，含量95%，收率91%。在冰水浴条件下，将0.005 mol (1.76 g，95%)3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰氯滴加到25 mL无水乙醇中，搅拌反应5～10 min，脱溶，加入25 mL二氯甲烷，分别用饱和碳酸氢钠水溶液和食盐水洗涤2遍，无水硫酸钠干燥，过滤脱溶，得浅黄色液体。在冰箱中冷冻，得白色固体3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸乙酯(Ⅱ)，m.p.36～37 ℃，收率93%。1.2.2 3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰肼(Ⅲ)的合成在50 mL圆底烧瓶中加入0.005 mol (1.76 g，98%)化合物Ⅱ和25 mL 80%的水合肼溶液，电磁搅拌混合均匀。于110～115 ℃下回流反应5 h，脱溶除去乙醇和过量的水合肼，用50%乙醇重结晶，得白色固体3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰肼(Ⅲ)1.60 g，m.p.115～117 ℃，收率95%。

1.2.3 3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙(Ⅳa～Ⅳd)的合成

在50 mL三颈烧瓶中加入0.004 mol (1.35 g，98%)化合物Ⅲ和0.004 mol (0.39 g，98%)糠醛，然后加入30 mL无水乙醇，电磁搅拌混合均匀。76 ℃下回流反应30 min，冷却后加入水，析出固体，抽滤，得粗品；用50%乙醇重结晶，过滤烘干，得浅黄色固体目标化合物Ⅳa 1.27 g，收率78%。

采用上述方法分别合成目标化合物Ⅳb、Ⅳc和Ⅳd，收率78%～90%。

1.2.4 生长抑制活性及白化活性的测试

将目标化合物Ⅳ 配制成浓度为100 μg·g-1和10 μg·g-1的药液，采用平皿法对稗草和油菜进行初步的生长抑制活性测试。在直径为9 cm的培养皿中平铺2张滤纸片，然后倒入药液10 mL，再均匀放置15～20粒稗草和油菜的种子，保证每粒种子浸药均匀。用等量蒸馏水作空白对照。将培养皿放入人工气候箱中培养，温度为25 ℃，培养3 d后每天光照8 h，5 d后调查生长最茂盛的10株植物的根长和茎长及整体的发芽情况，按下式计算效果，进行药效评价。

效果=[(空白-处理)/ 空白]×100%

效果为正值说明药剂具有抑制作用，为负值说明药剂具有促进作用。抑制活性评价标准：A级，≥90%；B级，70%～89%；C级，50%～69%；D级，<50%。 同时，根据植物叶片的外观，采用目测法检测其白化程度，每次处理结果用20粒种子的平均值表示。

1.2.5 植株色素含量的测定

在50 mL的烧杯(铺有玻璃珠和滤纸)中加入一定浓度的药液5 mL，播种浸种2～4 h的油菜种子12粒，在(25±1) ℃、光暗周期12 h/12 h条件下培养。7 d后从植株上选取有代表性的叶片数张，去叶柄及中脉，剪碎后称取0.5 g置于研钵中，加入蒸馏水2～5 mL、碳酸钙少许及适量石英砂，仔细研磨成匀浆，用蒸馏水定容至10 mL，摇匀后用移液管吸取2.5 mL置于试管中，加入丙酮10 mL，摇动试管，促使叶绿素溶于丙酮中，以80%丙酮为参比，测定上清液在445 nm、645 nm和663 nm波长下的吸光度。具体测试方法见文献[13]。

2 结果与讨论

2.1 目标化合物的结构表征

采用1HNMR、IR、MS等手段对目标化合物进行结构表征，同时采用元素分析进一步确定目标化合物的结构。目标化合物的理化常数及结构表征数据如下：

Ⅳa：淡黄色固体，收率78%，m.p.165.2～166.4 ℃。1HNMR (CDCl3-TMS)，δ:6.47～7.73 (m，11H，Ar-H and N=CH)，8.42、9.72 (br 2s，1H，CONH);IR(KBr),ν,cm-1:3 448，3 193，3 064，1 651，1 621，1 562，1 544，1 326，1 301，1 268，1 170，1 120，1 083，748;MS (EI),m/z:408[M+];Elemental Anal.Calad.For C19H12ClF3N2O3:C 58.83，H 2.96，N 6.85;Found：C 59.15，H 3.08，N 6.86。

Ⅳb：淡黄色固体，收率75%，m.p.168～169 ℃。1HNMR (CDCl3-TMS)，δ:7.03～7.79 (m，11H，Ar-H and N=CH)，8.79、9.43 (br 2s，1H，CONH);IR(KBr)，ν，cm-1:3 425，3 184，3 048，1 646，1 580，1 560，1 498，1 406，1 325，1 268，1 169，1 119，1 082，834，707;MS (EI)，m/z:424 [M+];Elemental Anal.Calad.For C21H13Cl2F3N2O2:C 53.72，H 2.85，N 6.59;Found：C 53.62，H 2.92，N 6.61。

Ⅳc：淡黄色固体，收率 87%，m.p.175～176 ℃。1HNMR (CDCl3-TMS),δ:7.07～7.75 (m，12H，Ar-H and N=CH)，8.34、9.40 (br 2s，1H，CONH);IR(KBr)ν,cm-1:3 425，3 166，3 008，1 642，1 605，1 563，1 510，1 402，1 326，1 304，1 237，1 127，1 080，892，836;MS (EI)，m/z:436 [M+];Elemental Anal.Calad.For C21H13Cl2F3N2O2:C 57.75，H 3.00，N 6.41;Found：C 57.52，H 2.92，N 6.61。

Ⅳd：淡黄色固体，收率 90%，m.p.175～177 ℃。1HNMR (CDCl3-TMS)，δ:7.03～7.82 (m，12H，Ar-H and N=CH)，8.33、9.19 (br 2s，1H，CONH);IR(KBr)，ν，cm-1:3 448，3 148，3 058，1 640，1 580，1 491，1 477，1 440，1 403，1 354，1 325，1 301，1 288，1 171，1 128，1 079，893，851，827，700;MS (EI)，m/z:452[M+];Elemental Anal.Calad.For C21H13Cl2F3N2O2:C 55.65，H 2.89，N 6.18;Found：C 55.32，H 2.92，N 6.61。

2.2 合成反应条件的探讨

反应起始原料Ⅰ在无溶剂条件下，与过量二氯亚砜反应制备中间体酰氯。酰氯经油泵减压蒸馏提纯，在室温条件下，直接与乙醇发生酯化反应，得中间体乙酯Ⅱ。由于此反应为放热反应，宜在冰水浴条件下缓慢滴加酰氯。用饱和碳酸氢钠水溶液可洗除粗产品中大部分酸性及盐类杂质，用乙醇和水重结晶可得到白色固体Ⅱ。中间体Ⅱ与过量水合肼反应制备中间体Ⅲ，水合肼既作反应原料，又作溶剂，过量5～10倍。反应温度需控制在115 ℃左右，回流反应5 h，收率在90%以上。酰肼与醛的反应可在加热回流条件下进行，反应约30 min基本进行完全。用50%乙醇重结晶得到纯品。

2.3 目标化合物的生物活性

2.3.1 生长抑制活性

采用培养皿法测试了目标化合物Ⅳa～Ⅳd对双子叶植物油菜和单子叶植物稗草的生长抑制活性，结果见表1。

由表1可知，化合物Ⅳa～Ⅳd对根的抑制作用均高于对茎的抑制作用。在100 μg·g-1浓度条件下，化合物Ⅳa和Ⅳb对油菜根和稗草根的抑制率均在85%以上，对油菜茎和稗草茎的抑制率小于55%。但化合物在较低浓度下抑制活性普遍不高，在10 μg·g-1浓度条件下，化合物Ⅳa～Ⅳd对油菜和稗草根、茎的抑制率均低于55%。

2.3.2 白化活性

化合物Ⅳa～Ⅳd的白化活性测试结果表明，在100 μg·g-1浓度条件下，经化合物Ⅳa处理后的油菜叶片全部白化，说明化合物Ⅳa对油菜叶片叶绿素和类胡萝卜素的生物合成有一定的抑制作用。

表1 目标化合物Ⅳa～Ⅳd对油菜和稗草的抑制活性和等级/%

Tab.1 Inhibitory activity and grade of compounds Ⅳa～Ⅳd against rape and barnyard grass/%

化合物Ⅳa对油菜叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的抑制率，结果见表2。

表2 化合物Ⅳa对油菜叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的抑制率

Tab.2 Inhibition rates of compound Ⅳa against

由表2可知，化合物Ⅳa对植株表现出较高的白化活性。在100 μg·g-1浓度下，植株完全白化，叶绿素含量抑制率达到96%，类胡萝卜素含量抑制率达到90%；10 μg·g-1时叶片显著白化，叶绿素含量抑制率为75%，类胡萝卜素含量抑制率为62%；1 μg·g-1时叶片部分白化，叶绿素含量抑制为34%，类胡萝卜素含量抑制率为24%。根据表2数据，进行回归分析，化合物Ⅳa对类胡萝卜素抑制率的回归方程为y=9.66689+0.949x(R=0.9993)，IC50值为1.20×10-5mol·L-1。

3 结论

以3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸(Ⅰ)为起始原料，合成了4个未见文献报道的3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙类化合物(Ⅳa～Ⅳd)。采用1HNMR、IR、MS和元素分析等分析手段对目标化合物的结构进行了表征和确认。目标化合物的植株生长抑制活性和白化活性测试结果表明，化合物Ⅳa和Ⅳb在100 μg·g-1浓度下，对油菜根和稗草根的生长具有较好的抑制活性，而且经化合物Ⅳa处理后的植株表现出明显的白化现象。叶绿素和类胡萝卜素含量的测试结果也表明，化合物Ⅳa在100 μg·g-1剂量下，对油菜叶片叶绿素和类胡萝卜素的生物合成有抑制作用，推测其可能为八氢番茄红素去饱和酶抑制剂类除草活性化合物。

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Synthesis and Biological Activity of 3-(2-Chloro-4-trifluoromethylphenoxy)benzoylhydrazones

PENG Hao，HE Hong-wu*

(KeyLaboratoryofPesticide&ChemicalBiology，MinistryofEducation,CollegeofChemistry,CentralChinaNormalUniversity，Wuhan430079，China)

Using3-(2-chloro-4-trifluoromethylphenoxy)benzoicacid(Ⅰ)asarawmaterial,3-(2-chloro-4-trifluoromethylphenoxy)benzoylhydrazine(Ⅲ)wassynthesizedbyesterificationandhydrazinolysis.Aseriesofnovel3-(2-chloro-4-trifluoromethylphenoxy)benzoylhydrazones(Ⅳa～Ⅳd)weresynthesizedbythecondensationreactionsofdifferentaromaticaldehydeswithintermediateⅢ.Thestructuresofalltargetcompoundswerecharacterizedandidentifiedby1HNMR,IR,MSandelementalanalysis.Theinhibitoryactivitiesoftargetcompoundsagainstrapeandbarnyardgrassweretested.TheresultsofpreliminarybioassayindicatedthatcompoundsⅣaandⅣbhadgoodinhibitoryactivitiesagainsttherootsofrapeandbarnyardgrassattheconcentrationof100μg·g-1,andtheplantstreatedbycompoundⅣaexhibitedobviousbleaching,whichinhibitedthebiosynthesisofchlorophyllandcarotenoid.

benzoylhydrazone;inhibitoryactivity;bleachingactivity

国家973计划资助项目(2010CB126100)，国家自然科学基金资助项目(21002037)

O 625.63

A

1672-5425(2017)01-0023-04

彭浩,贺红武.3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙的合成与生物活性[J].化学与生物工程，2017，34(1)：23-26.