N-芳磺酰基硝基苯乙酰胺的设计、合成及抑制大豆种子萌发活性的研究

黄志友, 郭翠洁, 吕玉仙, 吴宇湘, 卿路青, 谢 江

(邵阳学院 城乡建设学院,湖南 邵阳 422000)

脱落酸(Abscisic acid,ABA)在抑制种子发芽,尤其是增强植物的抗逆性等方面具有重要的作用[1-3]。然而脱落酸小分子对光较敏感、代谢易失去活性、合成难度大[4-7]。据文献报道,Pyrabactin等[8-9]磺酰胺类分子可特异性结合脱落酸受体发挥抑制种子萌发等活性(Chart 1)。基于此,周繁等[10]以冠菌素和Pyrabactin为先导,设计并合成了17个芳甲酰氨基环丙酸化合物,其中3个化合物在高浓度时的活性优于ABA。并且该研究组还设计、合成了含氨基酸片段的小分子,其中部分小分子化合物抑制活性较优[11]。车传亮等[12]运用类同合成原理设计合成了四氢萘酮磺酰胺类化合物,其中5个化合物在浓度为50 μmol/L时对莴苣和拟南芥种子萌发抑制效果较好。特别地是,本研究基于Pyrabactin与脱落酸受体互作,设计得到了硝基苯磺酰胺化合物(PM4),其与受体结合作用较强且能提高拟南芥抗旱性以及提高镉胁迫下大豆种子的过氧化物酶活力[13-14]。

Chart 1

本文采用活性亚结构拼接原理,将具有广泛生物活性的酰化磺酰胺片段(—SO2NHCO—)[15-16]替换PM4中磺酰胺(—SO2NH—)得新型N-芳磺酰基苯乙酰胺类似物3(Chart 1)。将取代苯磺酰胺4与2-硝基-4-溴苯乙酸5在缩合剂的作用下化合得19个目标化合物3a～3s(Scheme 1),其结构均经核磁共振及高分辨质谱(ESI)确证,收率中等(63%～74%),并考察了目标化合物3a～3s对大豆种子萌发的影响。结果表明,3i、3k、3l和3n4个化合物在浓度为25 μmol/L时的抑芽活性与先导PM4相当,且目标化合物为3-取代时的活性高于2-取代和4-取代(如3l高于3p和3d)。对接试验结果表明,3l与受体相互作用强于3p。本研究为发现新型类似物提供重要的借鉴意义。

Scheme 1

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Mercury-Plus 600/400 MHz型核磁共振仪(TMS为内标,CDCl3或DMSO-d6为试剂),Agilent 6520型高分辨质谱(TOF分析,ESI), SPX 250BSH型光照培养箱；SGW X-4型熔点仪。

大豆种子,其余所用试剂为分析纯。

1.2 合成

参照文献[17-18]并略作修改,称取芳磺酰胺(4, 1.0 mmol)、 2-硝基-4-溴苯乙酸(5, 1.1 mmol)、 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺的盐酸盐(2.3 mmol)、 1-羟基苯并三氮唑(2.3 mmol)、 4-二甲氨基吡啶(2.6 mmol)加入25 mL梨形瓶中,再用注射器取10 mL二氯甲烷加入反应瓶,启动磁力搅拌室温下反应12 h。二氯甲烷萃取反应体系3次后干燥有机相,柱层析(洗脱剂：石油醚与/乙酸乙酯=20/6,V/V)后减压脱去溶剂得化合物3。

N-苯磺酰基-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3a):白色粉末固体；收率72%; m.p.171～172 ℃;1H NMRδ: 12.49(s, 1H, NH), 8.21(s, 1H), 7.90(d,J=7.2 Hz, 3H), 7.71(t,J=7.2 Hz, 1H), 7.61(t,J=7.8 Hz, 2H), 7.44(d,J=8.4 Hz, 1H), 3.98(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 167.7, 148.6, 138.9, 136.2, 135.4, 133.4, 128.8, 128.3, 127.2, 127.0, 120.5, 39.7; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C14H11BrN2NaO5S{[M+Na]+}420.9470 found 420.9466。

N-(4-氟苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3b):白色粉末固体；收率70%, m.p.110～111 ℃;1H NMRδ: 9.07(s, 1H, NH), 8.20(d,J=1.8 Hz, 1H), 8.13～8.04(m, 2H), 7.72(dd,J=8.4 Hz, 1.8 Hz, 1H), 7.25～7.18(m, 3H), 3.88(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 167.9, 148.6, 136.2, 135.4, 135.2(t,J=5.8 Hz), 130.6(d,J=10.0 Hz), 128.3(t,J=5.4 Hz), 127.1, 120.5, 116.2, 116.0, 39.7; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C14H10BrFN2NaO5S{[M+Na]+}438.9376 found 438.9365。

N-(4-氯苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3c):白色粉末固体；收率71%, m.p.175～176 ℃;1H NMRδ: 8.86(s, 1H, NH), 8.21(s, 1H), 7.99(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.73(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.51(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.23(d,J=8.4 Hz, 1H), 3.87(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 167.9, 148.6, 138.4, 137.7, 136.2, 135.4, 129.3, 129.0, 128.3, 127.1, 120.5, 39.7; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C14H10BrClN2NaO5S{[M+Na]+}454.9080 found 454.9064。

N-(4-溴苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3d):白色粉末固体；收率70%, m.p.183～185 ℃;1H NMRδ: 12.61(s, 1H, NH), 8.21(s, 1H), 7.92(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.83(q,J=8.4 Hz, 4H), 7.45(d,J=7.8 Hz, 1H), 3.98(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 168.3, 148.9, 138.4, 136.5, 135.7, 132.2, 129.5, 128.6, 127.8, 127.3, 120.7, 39.8; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C14H10Br2N2NaO5S{[M+Na]+}498.8575 found 498.8587。

N-(4-甲基苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3e):白色粉末固体；收率73%, m.p.163～164 ℃;1H NMRδ: 12.42(s, 1H, NH), 8.21(s, 1H), 7.91(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.77(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.44(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.40(d,J=7.8 Hz, 2H), 3.97(s, 2H, CH2), 2.39(s, 3H, CH3);13C NMRδ: 167.6, 148.6, 143.9, 136.1, 135.4, 129.2, 128.3, 127.3, 127.0, 120.5, 39.7, 21.1. HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C15H13BrN2NaO5S{[M+Na]+}434.9626 found 434.9646。

N-(4-甲氧基苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3f):白色粉末固体；收率74%, m.p.144～145 ℃;1H NMRδ: 8.82(s, 1H, NH), 8.20(d,J=1.6 Hz, 1H), 7.98(d,J=9.0 Hz, 2H), 7.71(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.23(d,J=8.4 Hz, 1H), 6.99(d,J=9.0 Hz, 2H), 3.88(s, 5H, CH2, OCH3);13C NMRδ: 167.5, 162.8, 148.7, 136.2, 135.4, 130.4, 129.7, 128.4, 127.0, 120.5, 114.0, 55.7, 39.7; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C15H13BrN2NaO6S{[M+Na]+}450.9575 found 450.9584。

N-(4-三氟甲氧基苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3g):白色粉末固体；收率64%, m.p.124～126 ℃;1H NMRδ: 8.96(s, 1H, NH), 8.21(d,J=1.6 Hz, 1H), 8.12(d,J=9.0 Hz, 2H), 7.76～7.70(m, 1H), 7.35(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.24(d,J=8.4 Hz, 1H), 3.88(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 168.0, 151.4, 148.6, 137.7, 136.2(t,J=3.6 Hz), 135.4, 130.1(d,J=3.6 Hz), 128.3, 127.1, 120.9(t,J=3.6 Hz), 120.5, 39.8; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C15H10BrF3N2NaO6S{[M+Na]+}504.9293 found 504.9283。

N-(4-氰基苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3h):白色粉末固体；收率63%, m.p.173～174 ℃;1H NMRδ: 12.80(s, 1H, NH), 8.21(s, 1H), 8.11(d,J=8.4 Hz, 2H), 8.05(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.92(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.44(d,J=8.4 Hz, 1H), 4.00(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 168.2, 148.6, 142.8, 136.3, 135.4, 133.0, 128.1, 127.1, 120.5, 117.4, 115.8, 39.8; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C15H10BrN3NaO5S{[M+Na]+}445.9422 found 445.9426。

N-(4-羧酸甲氧基苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3i):白色粉末固体；收率63%, m.p.204～205 ℃;1H NMRδ: 12.70(s, 1H, NH), 8.19(s, 1H), 8.15(d,J=8.4 Hz, 2H), 8.04(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.90(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.45(d,J=8.4 Hz, 1H), 4.01(s, 2H, CH2), 3.90(s, 3H, OCH3);13C NMRδ: 168.0, 164.7, 148.6, 142.8, 136.2, 135.4, 133.6, 129.5, 128.3, 127.7, 127.0, 120.5, 39.8; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C16H13BrN2NaO7S{[M+Na]+}478.9525, found 478.9598。

N-(3-氟苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3j):白色粉末固体；收率70%, m.p.163～164 ℃;1H NMRδ: 12.67(s, 1H, NH), 8.21(d,J=1.7 Hz, 1H), 7.92(dd,J=8.4 Hz, 1.8 Hz, 1H), 7.76(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.69(dd,J=13.8 Hz, 7.8 Hz, 1H), 7.65(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.61(t,J=7.8 Hz, 1H), 7.46(d,J=8.4 Hz, 1H), 4.01(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 167.95, 162.23, 159.77, 148.56, 140.80(d,J=7.5 Hz), 136.20, 135.40, 131.3(d,J=8.1 Hz), 128.25, 127.04, 123.42, 120.8～120.5(m), 114.3(d,J=25.0 Hz), 39.78; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C14H10BrFN2NaO5S{[M+Na]+}438.9376 found 438.9386。

N-(3-氯苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3k):白色粉末固体；收率71%, m.p.174～175 ℃;1H NMRδ: 12.68(s, 1H, NH), 8.21(s, 1H), 7.92(d,J=6.6 Hz, 1H), 7.86(d,J=7.8 Hz, 2H), 7.81(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.66(t,J=7.8 Hz, 1H), 7.45(d,J=8.4 Hz, 1H), 4.00(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 168.0, 148.6, 140.6, 136.2, 135.4, 133.4, 133.3, 130.9, 128.3, 127.1, 126.8, 125.9, 120.5, 39.8; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C14H10BrClN2NaO5S{[M+Na]+}454.9080 found 454.9071。

N-(3-溴苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3l):白色粉末固体；收率70%, m.p.183～184 ℃;1H NMR(600 MHz DMSO-d6)δ: 12.67(s, 1H, NH), 8.22(s, 1H), 7.98(s, 1H), 7.95～7.87(m, 3H), 7.59(t,J=7.8 Hz, 1H), 7.45(d,J=8.4 Hz, 1H), 4.00(s, 2H, CH2);13C NMR(100 MHz DMSO-d6)δ: 168.0, 148.5, 140.7, 136.3, 136.2, 135.4, 131.1, 129.5, 128.2, 127.0, 126.2, 121.5, 120.5, 39.8; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C14H10Br2N2NaO5S{[M+Na]+}498.8575 found 498.8572。

N-(3-三氟甲基苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3m):白色粉末固体；收率63%, m.p.181～182 ℃;1H NMRδ: 12.78(s, 1H, NH), 8.21(d,J=6.0 Hz, 2H), 8.13(d,J=7.8 Hz, 2H), 7.95～7.86(m, 2H), 7.45(d,J=8.4 Hz, 1H), 4.01(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 168.2, 148.5, 140.0, 136.2, 135.4, 131.3, 130.4(d,J=33.2 Hz), 128.3, 127.0, 123.93～123.83(m), 123.77(dd,J=5.4 Hz, 4.2 Hz), 120.50, 39.87; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C15H10BrF3N2NaO5S{[M+Na]+}488.9344 found 488.9353。

N-(2-甲基苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3n):白色粉末固体；收率69%, m.p.100～101 ℃;1H NMRδ: 12.57(s, 1H, NH), 8.19(s, 1H), 7.91～7.88(m, 2H), 7.56(t,J=7.2 Hz, 1H), 7.45(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.42(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.39～7.35(m, 1H), 4.00(s, 2H, CH2), 2.65(s, 3H, CH3);13C NMRδ: 167.6, 148.6, 137.0, 136.9, 136.2, 135.5, 133.4, 132.1, 129.9, 128.4, 127.0, 125.8, 120.5, 30.7, 19.6; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C15H13BrN2NaO5S{[M+Na]+}434.9626 found 434.9637。

N-(2-氯苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3o):白色粉末固体；收率70%, m.p.182～183 ℃;1H NMRδ: 12.86(s, 1H, NH), 8.20(s, 1H), 8.03(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.90(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.69(d,J=6.0 Hz, 2H), 7.54(t,J=6.0 Hz, 1H), 7.47(d,J=8.4 Hz, 1H), 4.03(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 167.7, 148.6, 136.1, 135.9, 135.4, 134.9, 131.9, 131.4, 130.7, 128.1, 127.2, 127.0, 120.5, 39.7; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C14H10BrClN2NaO5S{[M+Na]+}454.9080 found 454.9068。

N-(2-溴苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3p):白色粉末固体；收率68%, m.p.178～179 ℃;1H NMRδ: 9.08(s, 1H, NH), 8.27(d,J=7.2 Hz, 1H), 8.22(s, 1H), 7.77(d,J=7.2 Hz, 1H), 7.71(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.50(dd,J=13.8 Hz, 6.6 Hz, 2H), 7.22(d,J=8.4 Hz, 1H), 3.95(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 167.6, 148.7, 137.6, 136.2, 135.4, 135.0, 134.8, 132.2, 128.1, 127.8, 127.0, 120.5, 119.17, 39.7; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C14H10BrFN2NaO5S{[M+Na]+}498.8575 found 498.8581。

N-(2-三氟甲氧基苯磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3q):白色粉末固体；收率64%, m.p.172～173 ℃;1H NMRδ: 12.87(s, 1H, NH), 8.20(s, 1H), 8.01(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.91(d,J=7.2 Hz, 1H), 7.83(t,J=7.8 Hz, 1H), 7.61(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.56(t,J=7.8 Hz, 1H), 7.45(d,J=8.4 Hz, 1H), 4.02(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 167.8, 157.5, 148.6, 145.0, 136.0(d,J=30.6 Hz), 135.4, 131.9, 130.5, 128.1, 127.0(d,J=15.0 Hz), 120.5, 120.4, 109.1, 39.7. HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C15H10BrF3N2NaO6S{[M+Na]+}504.9293 found 504.9277。

N-(噻吩-2-磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3r):白色粉末固体；收率65%, m.p.147～149 ℃;1H NMRδ: 12.64(s, 1H, NH), 8.24(d,J=1.8 Hz, 1H), 8.04(d,J=3.6 Hz, 1H), 7.93(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.74(d,J=3.0 Hz, 1H), 7.47(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.21～7.14(m, 1H), 4.00(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 167.8, 148.7, 139.2, 136.3, 135.5, 134.5, 133.9, 128.4, 127.2, 127.1, 120.6, 39.8; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C12H9BrN2NaO5S2{[M+Na]+}426.9034 found 426.9029。

N-(5-氯噻吩-2-磺酰基)-2-硝基-4-溴苯乙酰胺(3s):白色粉末固体；收率66%, m.p.164～165 ℃;1H NMRδ: 8.99(s, 1H, NH), 8.25(s, 1H), 7.75(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.67(d,J=3.6 Hz, 1H), 7.28(s, 1H), 6.95(d,J=3.6 Hz, 1H), 3.91(s, 2H, CH2);13C NMRδ: 168.2, 148.6, 137.2, 136.6, 136.3, 135.5, 133.8, 128.3, 127.4, 127.1, 120.6, 39.8; HR-MS(ESI, TOF)m/z: calcd for C12H8BrClN2NaO5S2{[M+Na]+}460.8644 found 460.8646。

1.3 种子萌芽试验

大豆种子消毒清洗后平铺在培养皿,再转入培养箱进行萌芽试验,使其分别在26 ℃条件下光照14 h和20 ℃条件下黑暗放置10 h[12]。将目标化合物配成相应溶液后浸种,记录第3 d萌芽种子数目,每组试验重复3次。发芽率和抑制率分别按照公式(1)、 (2)计算：

Gm/%=N/Nt×100

(1)

Im/%=[Gm(0)-Gm(T)]/Gm(0)×100

(2)

式中,Gm为发芽率,Im为抑制率。N为第3 d萌芽种子数目,Nt为测试种子总数。Gm(0)为空白对照组发芽率,Gm(T)为试验组发芽率。

1.4 分子对接试验

采用Surflex-Dock进行对接。晶体3NEG删除镁离子,以Pyrabactin为原型分子定义活性空腔,进行加氢等操作后保存待用。小分子进行能量优化：最大迭代次数10000次,梯度0.05(kcal·mol-1·A-1)，其余参数设置为软件默认值。

2 结果与讨论

2.1 抑制萌芽活性

N-芳磺酰基硝基苯乙酰胺化合物(3a～3s)的抑芽活性试验数据如表1所示。从表1可以看出,目标化合物都具有抑制大豆种子萌芽活性,并且发现25 μmol/L测试浓度下3i,3k,3l和3n4个化合物的抑芽活性与PM4相当(高于脱落酸)。分析活性与结构间的关系可知,当取代基为3i(4-COOCH3)时,其活性优于3b(4-F)、3a(H) ,而其余化合物3c～3h活性较低；当取代基为3k(3-Cl)、3l(3-Br)、3j(3-F) 时,其活性高于ABA,而3m(3-CF3)与ABA活性相当；当取代基为3n(2-CH3)、3o(2-Cl)时,其活性高于ABA,而3p(2-Br)、3p(2-OCF3)的活性与ABA的相近。分析取代基位置对化合物活性的影响发现,取代基3n(3-Cl)的活性高于3o(2-Cl)和3c(4-Cl),且3l(3-Br)的活性高于3p(2-Br)和3d(4-Br),表明目标化合物具有相同取代基时,3-取代化合物的活性高于2-取代和4-取代。

表1 N-芳磺酰基硝基苯乙酰胺化合物3a～3s的抑芽活性/%Table 1 The seed germination inhibition activity of compounds 3a～3s/%

2.2 分子对接

为进一步阐释3-取代目标化合物活性高于2-取代和4-取代,选取3l(R1=3-Br)、3p(R1=2-Br)、PM4和ABA进行对接(图1)。试验结果表明,3l(图1a)分子中SO2与Lys65, 以及NO2与Asn176残基均形成较强氢键,同时CO也能与Ser98残基形成氢键；3p(图1b)分子则只能与Lys65和Asn176残基形成氢键,不能与Ser98形成氢键；对照PM4(图1c)分子中的NH与Glu100, NO2与Lys65和Asn176残基均能分别形成氢键；ABA(图1d)分子中OH与Glu100能形成氢键,且COOH只能与Lys65残基形成氢键。此外,由对接打分函数可以发现,3l打分高于ABA和3p,略低于先导化合物PM4(表2)。

表2 对接打分函数Table 2 The scoring functions

图1 3l(a)、 3p(b)、 PM4(c)和ABA(d)的分子对接结果Figure 1 Computational modeling of 3l(a), 3p(b), PM4(c) and ABA(d)

3 结论

本文合成了19个N-芳磺酰基硝基苯乙酰胺(3a～3s)。种子萌芽试验表明：25 μmol/L浓度下3i～3l、3n～3o和3r7个化合物抑制活性均高于脱落酸,并且3i、3k、3l和3n4个化合物的抑芽活性与先导化合物PM4相当。由构效分析发现,R为3-取代时抑制活性高于2-取代和4-取代。对接试验结果表明：3l与受体相互作用强于3p。本研究为发现新型脱落酸功能类似物提供了重要的借鉴价值。