挑战杯作品申报书(罗欣贤)

序号： 编码： “挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛决赛作品申报书 作品名称：三联噻吩类光活化农药设计与合成 学院名称：理学院 申报者姓名：谭建发，罗欣贤，陈文珊 （集体名称）：华南农业大学理学院生物农药挑战组 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类说 明1.申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3.表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4.序号、编码由竞赛组委会填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字左右（文章版面尺寸14.522cm）。A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。申报者代表情况姓名谭建发性别男出生年月1987年7月学院理学院系别、专业、年级2006级应用化学（化学生物）学历本科学制四年制入学时间2006年作品名称三联噻吩类光活化农药设计与合成毕业论文题目通讯地址华南农业大学理学院邮政编码510642办公电住地通讯地址华南农业大学五山公寓5栋314室邮政编码510642住宅电他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位罗欣贤女22本科华南农业大学理学院陈文珊女22本科华南农业大学理学院资格认定学院学籍管理部门意见以上作者是否为2009年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否 （部门签章）年 月 日院系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果是 否负责人签名：年 月 日B1申报作品情况（自然科学类学术论文）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3作品分类请按作品的学术方向或所涉及的主要学科领域填写；4硕士研究生、博士研究生作品不在此列。作品全称三联噻吩类光活化农药设计与合成作品分类（E）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品撰写的目的和基本思路目的：设计和合成具有不同杀虫、除草活性基团的多联噻吩和具噻吩基多杂环化合物，探讨它们的生物活性及构效关系，期望发现具有广谱杀虫活性的光活化农药先导化合物，并力图在光活化活性方面有所改进,找到能够提高单线态氧的量子产率的原理，在此基础上用密度泛函的方法解释光活化农药作用机制，同时用生物测试验证所合成的药物分子的药物效果，找到能够增强噻吩光催化效率的影响因素，提高单线态氧的量子产率，发展现有光活化农药合成理论，为先导化合物结构的进一步优化提供理论依据。思路：利用现代有机合成方法，以T及其衍生物为先导化合物，引入具有广谱杀虫活性的吡唑啉结构基团，利用光活化农药和传统杀虫活性基团不同作用机制，改进先导化合物的广谱杀虫活性和增效光活化活性，设计合成含噻吩环的多杂环化合物，并利用密度泛函对所合成的分子的分子轨道进行研究，认识不同的基团对其分子吸收光谱、电荷分布的影响，找到能够增强噻吩光催化效率影响因素，提高单线态氧的量子产率，同时对合成的分子进行生物活性测试，与计算结果进行比较，为光活化农药的创制工作提供先导化合物和理论基础。作品的科学性、先进性及独特之处（1）本项目设计和合成了三联噻吩类杂环化合物，在保留广谱杀虫活性的同时，改进噻吩的光催化效率提高分子的光活化活性方面进行改进，在提高噻吩的光催化效率方面未见文献报道，填补增强光催化效率以提高单线态氧量子产率的空白。（2）采用密度泛函B3LYG方法比较所合成的不同分子的分子吸收光谱、电荷分布、分子轨道，分析不同基团对所合成的噻吩类新化合物分子轨道进行了探讨，建立提高光活化分子催化效率的相关理论，提出构效关系方面的相关规律，发展光活化农药创制理论，为以后新型先导化合物的设计提供理论依据。 （3）利用昆虫细胞建立新的生测体系对药物分子进行测试，从，利用合成理论，密度泛函，生物测试等多种手段综合研究三联噻吩设计与合成，找出噻吩构象与生物活性间的关系。（4）对新合成的药物分子在非常短期内进行系统的研究，以图为新的药物合成和设计的提供新的思路。作品的实际应用价值和现实意义光活化农药分子结构设计是本项目需要解决的关键问题。对于该问题，我们提出了下列方法解决：农药分子设计历来是农药创制中一个非常重要的问题，它在一定程度上决定了整个农药创制工作的成败，目前关于农药分子结构设计，有多种文献报道方法，比较实用和具有较好理论基础的有随机合成筛选法、结构与活性定量关系法、组合化学法、生物等排取代法等。本项目中所设计的光活化农药在保留了先导化合物光活化活性结构的基础上，引入其它广谱杀虫活性基团，进行活性基团对接，其设计思想来源于药物分子设计理论和实践，然后再根据化合物构效关系模型，对取代基进行活性筛选，其分子结构设计有着良好的理论基础，因此可以预期解决此关键问题。同时，本方案利用密度泛函进行理论计算，分析不同基团对所合成的噻吩类新化合物分子吸收光谱、电子能级变化、电荷分布等进行了探讨，建立提高光活化分子催化效率的相关理论，提出有关构效关系方面的相关规律，发展光活化农药创制理论，为以后新型先导化合物的设计提供理论依据。用生物测试手段进行细胞测试，从多角度研究药物分子活性与构效的关系。力图找到高效可应用于生产的光活化农药分子用于农田应用。对于光活化农药分子结构设计，本课题组指导老师有一定成功经验，指导老师曾长期从事农药分子设计和合成工作，有较好的实际经验和理论基础，针对所设计目标化合物关键中间体，提出了切实可行的研究方案，部分合成路线在前期工作中已初步实现，我们还设计了可行的替代合成路线，以作为研究方案的备用。关于采用密度泛函方法进行不同基团对噻吩分子轨道影响的研究是苯课题的创新方面，指导老师在密度泛函的应用有相当的成功经验，申请人也曾深入学习密度泛函的应用，对本课题的实践有很大的帮助。进行所合成药物分子的生物测试，利用生物测试结果进一步与实验理论的结果相对比，找出具有现实指导意义的相关性。因此有把握得到具有广谱杀虫活性的光活化农药先导化合物，并发展光活化分子催化效率的理论。学术论文文摘以a三联噻吩为先导化合物，引入氨基甲酸酯、吡唑啉类等广谱杀虫活性基团，设计具有下列结构的噻吩基多联杂环化合物，并对其杀虫、除草等光活化性能进行研究，然后再根据化合物构效关系模型，对取代基进行进一步筛选和设计。 作品在何时、何地、何种机构举行的会议上或报刊上发表及所获奖励无鉴定结果请提供对于理解、审查、评价所申报作品具有参考价值的现有技术及技术文献的检索目录1 黄青春, 吴计划. 噻吩类光活化物质对淡色库蚊的活性及构效关系研究J. 中国媒介生物学及控制杂志, 2006, 17(4): 271-273. 2 Tamao K, Kodama S, Nakajima I, et al. Nickel-Phosphine complex-catalyzed grignard coupling-. Terahedron, 1982, 38(22): 3347-3354.3 Juzo N, Toru K, Masamatsu H. Preparetion of thiophene oligomers. Heterocycles, 1988, 27(7): 1732-1754.4 钱定权, 曹如珍, 刘纶祖. Vilsmeier试剂近年来在有机合成中的应用J. 有机化学, 2000, 20(1): 30-43.5 韩秀英, 林培华, 田美令, 等. 1,3-二苯基-5(4-氯苯基)-2-吡唑啉的合成J. 山西大学学报(自然科学版), 2003, 26(4): 327-329.6 常建华, 杨韵娜. ,不饱和醛酮与取代肼的反应J. 化学通报, 1988, 5: 39-42.7 草镛, 过丁, 叶成, 等. 2,5-噻吩集聚物链结果的表征J.化学学报, 1987, 15: 1072-1076. 申报材料清单（申报论文一篇，相关资料名称及数量）申报论文一篇：三联噻吩类光活化农药设计与合成科研管理部门签章 年 月 日C.当前国内外同类课题研究水平概述 说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。国外对于T的光活化杀虫活性大规模研究始于20世纪80年代中期，Arnson等首先研究了T制剂对伊蚊的杀蚊效果，并合成了具有部分取代基的T衍生物，对其结构与活性关系进行了研究，发现化合物的光活化活性按某种顺序递减57。随后Marchant等对于多聚炔与噻吩类的构效关系进行了研究，发现当多炔与芳香环相连时活性较高，他们还研究了多聚炔与噻吩类对微生物的光活化毒性，发现了相关规律8。Marles等通过对41种天然和合成的三连噻吩类对伊蚊的毒力研究，通过定量的结构活性分析，研究了这些化合物的理化性质，发现疏水性对噻吩类化合物的光活化毒力起重要作用9-10。另外，Guillet发现，在防治烟草天蛾时，倍半萜烯内酯对T有增效作用，进一步研究发现倍半萜烯内酯能降低害虫体内的谷胱甘肽的含量，从而引发了T类复配剂研究的热潮11-12。国内华南农业大学农药毒理室徐汉虹教授课题组于80年代末开展了这方面的工作,取得重要进展：徐汉虹首次报道了来源于菊科植物猪毛蒿中分离的茵陈二炔在光照下对害虫活性大大提高，用此种化合物点滴处理斜纹夜蛾幼虫，光照下幼虫发育停滞，5天后逐渐死亡。后又发现茵陈二炔对仓库害虫如赤拟谷盗、谷蠹、黄粉甲和麦蛾具有显著的繁殖抑制、杀卵及忌避作用13。随后乐海洋报道了我国万寿菊根和花的提取物对中华按蚊幼虫具有光活化毒杀作用，且有效杀虫成分比之国外报道的万寿菊更高14，整个课题组取得了一批重要研究成果，在昆虫学报，植物保护学报等期刊上发表了一系列高水平文章15-16，并申请了多个专利17-18，专著光活化农药受国家出版基金资助亦即将出版。进入21世纪以来，光活化农药研究的重心已开始由国外转移到我国，其中南开大学蒋志胜等研究了-T对棉铃虫和亚洲玉米螟谷胱甘肽过氧化物酶的影响19，华东理工大学黄青春等对T衍生物的生物活性进行了研究，合成了一系列噻吩基噁二唑化合物，发现此类化合物对淡色库蚊具有优越的光活化杀虫活性20。综上所述，国内外在T类光活化农药研究方面取得了一些进展，尤其对于保留三个噻吩环的T类衍生物的生物活性研究取得了重要进展，同时我们发现由于基于合理分子设计的T类新化合物数量较少，对其构效关系尚不能进行深入的研究，因而不能有效地指导先导化合物的合成，新化合物往往局限于一些简单官能团的替换，对于光活化农药存在的广谱杀虫活性差等问题没有得到根本解决。究其原因，可能有以下两个方面：其一是虽然以光活化农药为代表的生物农药是国内外农药发展的趋势，目前的研究力量仍然主要集中于化学农药这方面，其二是目前从事光活化农药研究的人员集中于植物保护、农药学等领域，具有农药分子设计与合成背景的研究力量还很缺乏。本项目申请者作为徐汉虹教授课题组研究人员，拟在课题组的现有研究基础之上，以天然光活化农药T及其衍生物2,5二噻吩2乙炔基噻吩作为先导化合物，在充分保留化合物的光活化性能同时，基于现有农药分子设计理论【21】，对先导化合物进行合理结构修饰，引入氨基甲酸酯、菊酯、磷酸酯类等广谱杀虫活性结构基团，设计和合成多类含噻吩环的多杂环及乙炔类化合物，探讨所合成化合物在杀虫、除草等方面的光活化活性，预期发现具有广谱杀虫活性的光活化农药先导化合物；对所合成化合物结构与活性的量化关系进行计算并建立quantitative structure-activity relationships (QSAR)模型，进一步揭示光活化农药作用机制，为先导化合物结构的进一步优化提供理论依据。关于密度泛函的在光活化分子催化效率的应用未见有文献报道。参考文献1 黄青春, 吴计划. 噻吩类光活化物质对淡色库蚊的活性及构效关系研究J. 中国媒介生物学及控制杂志, 2006, 17(4): 271-273. 2 Tamao K, Kodama S, Nakajima I, et al. Nickel-Phosphine complex-catalyzed grignard coupling-. Terahedron, 1982, 38(22): 3347-3354.3 Juzo N, Toru K, Masamatsu H. Preparetion of thiophene oligomers. Heterocycles, 1988, 27(7): 1732-1754.4 钱定权, 曹如珍, 刘纶祖. Vilsmeier试剂近年来在有机合成中的应用J. 有机化学, 2000, 20(1): 30-43.5 韩秀英, 林培华, 田美令, 等. 1,3-二苯基-5(4-氯苯基)-2-吡唑啉的合成J. 山西大学学报(自然科学版), 2003, 26(4): 327-329.6 常建华, 杨韵娜. ,不饱和醛酮与取代肼的反应J. 化学通报, 1988, 5: 39-42.7 草镛, 过丁, 叶成, 等. 2,5-噻吩集聚物链结果的表征J.化学学报, 1987, 15: 1072-1076. 8 H Chen, D Q Qian, G X Xu, Y X Liu, X D Chen, X D Shi, R C Cao, L Z Liu.The Synthesis of Phosphonyl Pyrazoles. Proceedings of the 14th International Conference on Phosphorus Chemistry, July, Cincinnati, 1998(in Press)9 Downum K R. Light-Activated Pesticides Control. ACS Symp. Ser., 1995:443. 10 杨淑娟,万树青,蒋志胜,等. 光活化2三噻吩诱发稗草愈伤组织保护酶系的反应. 武汉植物学研究, 2004, 22 (5) : 445 - 44811 Sheldrick, G. M. SHELXTL V 5. 1 Softw are ReferenceM anual,B ruker AXS, Inc,M adison,W isconsin,U SA , 1997.12 Vladimir C, Jitka V, Lenka K, et al. Phototoxic activity of a thiophene polyacetylene from Leuzea carthamoides. Fitoterapia, 2006, 77:194-198.13 徐汉虹,鞠荣. 植物源光活化毒素的研究与新农药开发J . 华南农业大学学报, 2003 , 24 (4) :100105.14 Shlrota YJ . Mater Chem ,2000 , (10) :1.15 Soerensen A R, Overgaard L, Johannsen I. Reactivity of 2,5-dithienylpyrroles and thiophenes. Synth. Met., 1993, 55(2-3): 1626-1631. 16 Takashi K S , Mareyuki T, Hitoshi M, et al. phototoxic precess after rapid photosensitive membrane damage of 5,5-bis(aminomethyl)-2,2,5,2-terthiophene dihydrochloride. J. Photochem. Photobiol., B: 2001, 61(2): 114-1