一种新型硫醇菊酯衍生物的合成修饰及其抗蚊杀虫活性

张炳杰

(广东工业大学生物医药学院，广东 广州 510006)

蚊虫特别是雌性成蚊，具有吸血的特性，是传播黄热病、登革热、疟疾、丝虫病、日本脑炎等病原体的中间宿主，严重危害人类生命健康。只要有适合人类居住的地方，都会有蚊子分布和存在；只要环境温度上升到15℃以上，就会有蚊虫的繁衍出没。夏季，甚至部分秋季只要温度较高，就会出现大量的繁殖和活动。由于夏季和秋季，同时是农作物生长和收获的季节，这个时候特别容易受到病虫的危害，导致农作物产量受到影响。常用的传统杀虫剂，如有机磷、有机氯、氨基甲酸酯，或者家庭室内使用的驱蚊水，如驱蚊胺和驱蚊酯，在农业和生活中曾被长期广泛地使用。由于有机磷类等杀虫剂对环境污染大，对生物的毒害性大，残留时间长，不容易代谢及自然分解等问题，逐步被部分的禁止使用。驱蚊水或者驱蚊香等长期使用，导致蚊子很容易产生免疫作用而不受影响。最近30年开发出来的新一代的拟菊酯，因其对蚊虫类害虫具有高效、低毒、低残留、环境毒性低等优点而受到广泛的应用[1]。

越来越多的研究发现，拟除虫菊酯类杀虫剂对水生生物毒性较大，例如:联苯菊酯对水生生物，如幼鱼及鱼卵具有高毒性。特别是，当人们使用这类杀虫剂农药后，这些化合物会随着雨水溶于土壤或江河水系中，从而对水生鱼卵产生严重的危害。因一些传统低成本的拟除虫杀虫剂长期、单一、大量的使用，使得蚊虫等害虫对于该类农药的耐药性不断提高[2]。基于此，就需要推陈出新的合成出新一类更加友好的高效低毒型的杀虫剂结构化合物。硫醇酯在药物类中是一种常见的基团，这种结构与酯基类似，极性小，但没有酯基稳定，容易代谢或者自然分解[3-4]。主要的合成方法是硫醇与酰氯的酯化反应，这与拟除虫菊酯类杀虫剂的合成方法和结构是相类似的，如二氯醚菊酯、四氟苯菊酯、杀灭菊酯和联苯菊酯等[5]。

本文保留了四氟苯菊酯或联苯菊酯中的菊酸和苯环等基本结构并力图简化，用硫醇酯代替酯基，同时用三氟氯菊酸替换二氯菊酸。这样做的目的是提高光稳定性和降低化合物极性，能够尽可能简化化合物的结构，以期望保持优良抗蚊杀虫活性，同时，能够降低对水生生物的毒性。以一个对氟苄硫醇与三氟氯菊酸为原料，经过S-酯化反应合成一种硫醇酯基的硫醇菊酯化合物(LCA-CSF,图1)，其结构经1H NMR，13C NMR分析表征确定，并对其抗蚊杀虫活性进行了测试。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker-400型核磁共振仪 (CDCl3溶剂，TMS为内标)；WFH-203B型三用紫外分析仪；4-氟苄硫醇，阿拉丁试剂有限公司；三氟氯菊酸，北京伊诺凯有限公司；其余试剂均采用分析纯或者化学纯。

图1 硫醇菊酯化合物合成路线

1.2 LCA-CSF的合成

用电子天平称取300 mg（1.007 mmol）的三氟氯菊酸放入50mL的圆底烧瓶内，用氮气做反应的保护气。用注射器取20mL左右超干的无水二氯甲烷于烧瓶中搅拌并完全溶解，然后加入乙二酰氯0.257 mL（3.020 mmol），搅拌约0.5 h，然后用注射器加入0.15 mL的无水N,N-二甲基甲酰胺（DMF）。注意反应剧烈程度并在通风橱内，注意换气球，然后在氮气保护和室温条件下反应1 h。1h后将圆底烧瓶利用真空旋蒸仪尽量旋干，然后在氮气保护条件下，加入适量的超干二氯甲烷溶剂，搅拌溶解，并加入无水吡啶0.164 mL（2.013 mmol），反应30 min之后。最后加入4-氟苄硫醇286 mg（2.013 mmol），在室温条件下，反应2 h以上。以TLC检测反应的终点 [展开剂:（石油醚）/（乙酸乙酯） =50/1]，通过洗涤萃取干燥等步骤得到LCA-CSF的粗产物，然后通过硅胶柱层析 [洗脱剂:（石油醚）/（乙酸乙酯） =100/1]得到纯化合物LCA-CSF，无色油状液体，Rf=0.58[展开剂:（石油醚） /（乙酸乙酯） =50/1]，产率:74%。1H NMR（400 MHz,Chloroformd） δ 7.24（dd,J=8.5,5.4 Hz,2H） ,6.98（t,J=8.6 Hz,2H） ,6.93-6.87（m,1H） ,4.10（d,J=5.0 Hz,2H） ,2.31（d,J=8.2 Hz,2H） ,1.31（s,3H） ,1.28（s,3H）.13C NMR（101 MHz,CDCl3δ 194.04,162.18,133.45,130.56,130.48,129.69,121.89,120.745,115.76,115.54,41.83,34.00,33.05,31.58,28.43,14.97.

1.3 抗蚊杀虫活性测试

用24孔板法来测定对硫醇菊酯衍生物LCACSF进行白纹伊蚊幼虫（Aedes albopictus larva）的幼虫杀虫活性测试。幼虫半致死浓度测试方案:本实验采用无菌24孔板对新型硫醇菊酯衍生物LCA-CSF进行了对白纹伊蚊幼虫半致死浓度的测试。实验样品溶液配置过程中使用丙酮溶剂采用二倍稀释法得到15个浓度梯度的样品和阳性组化合物，然后使用移液枪向每个孔板中加入985μL的去氯水和5 μL的营养液（13 mg/mL的鱼粉末食物溶液），并向每个24孔板中加入5只以上的1龄期幼虫[6-7]。并向每个孔板中加入10 μL的样品溶液，测试的幼虫的死亡率能够覆盖0%～100%，每次样品测试平行重复三次，并放在室温条件下培养24 h，记录孔板中幼虫的死亡率。并计算出LCA-CSF对1龄期幼虫的半致死浓度LC50值。

采用CDC bottle bioassay方案对LCA-CSF化合物进行白纹伊蚊雌性成蚊（Aedes albopictus female adult mosquito）的杀虫活性测试:空白组和丙酮模型组中成蚊的死亡率一般控制在2%以内[8-9]。成蚊实验采用标准CDC bottle bioassay（接触法），将LCA-CSF利用丙酮溶剂配置成12.5μg/mL的标准暴露时间浓度，然后向每个惠顿瓶中加入1 mL配置好的样品溶液，并使得溶液均匀分布在整个惠顿瓶的内部瓶壁上，然后避光阴凉出自然干燥2～3 h，待得惠顿瓶完全干燥后，向每个瓶子中加入25只以上的雌性成蚊，每隔30 min记录一次蚊子的死亡数，最终统计并计算出LCA-CSF对雌性成蚊30 min、60 min和120 min等3个不同时间段的致死率[10]。

2 结果与讨论

2.1 合成与表征

本文保留了商品化的拟菊酯的菊酸和苯环结构，主要以硫醇酯基替换酯基，合成一种含氟的硫醇菊酯衍生物。采用菊酸酰氯与苄硫醇的酯化反应方法，采用无水二氯甲烷作反应溶剂和无水吡啶作缚酸剂，反应时间短，操作简单，快速柱层析纯化，且可以较高的产率得到目标化合物。

对衍生物结构进行的表征，1H NMR分析表明:δ1.28吸收峰为菊酸上的两个甲基氢吸收峰；δ2.20和δ2.13吸收峰为菊酸上环丙基的两个氢吸收峰；13C NMR分析表明:δ 194.05处的吸收峰为C=O的碳吸收峰，δ 162.13处的吸收峰为苯环上C-F的碳吸收峰，并且该峰形出现裂分，与理论情况相一致。

2.2 杀虫活性

本文研究了化合物LCA-CSF对白纹伊蚊1龄期幼虫和雌性蚊虫的杀虫活性，其测试结果表明了，LCA-CSF对白纹伊蚊幼虫的半致死浓度LC50值为7.2μmol/L，同时该合成目标化合物在12.5 μgobottle-1在30 min对雌性成蚊的致死率为74%，其在60 min对成蚊的致死率能达到83%，在120 min后对成蚊的致死率达到87%；且LCA-CSF药物对成蚊杀虫灭蚊活性具有剂量依赖关系，且也具有时间依赖关系。该化合物有必要对耐药性蚊虫做进一步的研究，还应对水生生物如对斑马鱼的毒性研究作进一步论证。