（农药学专业论文）二氮氧化喹喔啉甲醛衍生物的合成及除草活性的研究Ⅰ.pdf

摘要 摘要 旺麓马旺坠生q o c 心 8 h o 中间体a 2 用脂肪醛酮、芳香醛酮与水合肼反应合成了1 0 种相应的醛酮单腙。 反应式如下； r h 2 n n h 2 只 、 = = = n r n h 。 中间体b 3 以氨基酸为原料，用亚硫酰氯使其转变成氨基酰氯，再经醇解生成氨基酸甲 酯盐酸盐，肼解生成氨基酰肼盐酸盐。共合成了1 0 种氨基酰胼盐酸盐的中间体。 反应式如下： r 丫i 渤“型k8丫咖旦譬r丫一心二rjh朋i n 心 n h 2 h c i i ：i h 2 h c i 5 h 。h 岔 中间体c yi q 华中农业大学硕士研究生毕业论文 4 用中间体醛酮单腙、氨基酰肼盐酸盐分别与二氮氧化喹喔啉甲醛反应，合成 了1 0 种二氮氧化喹喔啉甲醛混合双腙和1 0 种二氮氧化喹喔啉甲醛氨基酰腙。 反应式如下： o 8 、人n ，n h 2 lh h 竺一q hf 、r 目标化合物d 0 ；1 1 1 p 一，n 岬 r r 一 凸 目标化合物e 5 对合成的二氮氧化喹喔啉甲醛混合双腙的结构用取、m s 和1 h m 江r 等方法 进行了表征。 对涉及上述相关化学反应的反应条件进行了探讨，优化了反应条件。 6 用2 0 种合成的新化合物对单子叶植物水稻和双子叶植物野苋菜进行了除草活 性方面的试验，测定了新化合物在不同质量浓度下对水稻和野苋菜的生长抑制率。 试验结果表明，除草活性随新化合物的品种、浓度和植物品种不同丽异。新化 合物的质量浓度较低( 1 0 0 m g l ) 时，对水稻和野苋菜的除草活性并不明显。随着 质量浓度的增加，除草活性也随之增加。当质量浓度达到8 0 0 m g l 时，病情指数有 较大提高。其中二氮氧化喹喔啉甲醛一4 一( - - 甲氨基) 苯甲醛双腙和二氮氧化喹喔啉 甲醛一糠醛双腙对水稻的病情指数分别达到了6 5 8 3 和7 3 3 3 ( 全杀灭效果的病情指 数为1 0 0 ) 总体来说，新化合物对单子叶植物水稻的除草活性高于对双子叶植物 野苋菜。 本论文为一类新型除草活性化合物二氮氧化喹喔啉甲醛衍生物的合成与除草活 性研究积累了科研数据。 关键词：新型除草活性物质；二氮氧化喹喔啭甲醛衍生物；合成；除草活性 o o 入 oo q 擒妥 a b s t r a c t n o w a d a y s ，t h eu s eo fc h e m i c a lh e r b i c i d e sh a sb e e nu s e dw o r l dw i d e i tr e d u c e st h e h a r mc a u s e db yw e e d so uc r o p s ，t l a 硪ca n ds h i p p i n g , a n db r i n g sf f c m e n d o o ae c o n o m i c a l b e n e f i t b u t , t h eh e r b i c i d e si nu a tp r e s e n th a v es o m ed e f e c t s ，f o re x a m p l e , t h es e c u r i t yi s u n d e rs u s p i c i o n , t h es e l e c t i v i t yi sn o ts a t i s i f a c t o r y , t h ea n t t h e r b i c i d eo fw e e di sa l s oa p r o b l e mw h i c hc a nn o tn e g l e c t s ot h ed e v e l o p m e n to fn o v e lh e r b i c i d e sh a sb e c o m et h e m o s tp o p u l a rs u b j e c ti np e s t i c i d ef i e l d d e r i v a t i v e so fd i - n - o x i d eq u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d eh a v eb e e nw i d e l yu s e di nt h e r e s e a r c ho fm e d i c i n e 、a n i m a lr e m e d ya n df o o da d d i f i v e sd u et ot h e i ra n t i b a c t e r i a la c t i v i t y a n di n n o c u i t yt oh u m a na n dl i v e s t o c k r e c e n t l y , w ef o u n dd e r i v a t i v e so fd i n - o x i d e q n i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d eh a do b v i o u sh e r b i c i d a la c t i v i t y t h e yc o u l db ep o t e n t i a la n d n o v e lh e r b i c i d e s b a s eo i lo u re a r l yr e s e a r c h ，t h i sp a p e ra c c o m p l i s h e dt h ew o r k sa s f o o w s ： 1 b c n z o f u r a z a n ew 蹈s y n t h e s i z e du s i n go - n i t r o 幽e f o l l o w e db yr e a c t i n gw i t h a c e t o n et op r o d u c et h em e t h y ld i - n - o x i d eq u i n o x a l i n et h r o u g hb e i r u tr e a c t i o mn e p r o d u c tw a so x i d i z e db y s e l e n i u md i o x i d et of o r mt h ed i - n - o x i d e q u i n o x a l i n e f o r m a l d e h y d e ( i n t e r m e d i a t e a ) mr e a c t i o ne q u a t i o na sf o l l o w s ： n 0 2 n a c i o - - - - 卜 n h 2 o i n t e r m e d i a t e a 2 t e nk i n d so fs i n g l eh y d r a z o n e ( i n t e r m e d i a t e 鳓w e r eo b t a i n e db yr e a c t i o no f a l i p h a t i ca n da r o m a t i ca l d e h y d ek e t o n ew i t hh y d r a z i n eh y d r a t er e s p e c t i v e l y t h er e a c t i o ne q u a t i o na sf o l l o w s ： 只 。一r h 心 i i i i n t e r m e d i a t eb q 生 oin，o、n旺 华中农业大学硕士研究生毕业论文 3 a m i n oa c i d sw e r et r a n s f e r r e di n t oa m i d oa c y lc h l o r i d eb yt h i o n y lc h l o r i d e t h e n , a m i d oa c y lc h l o r i d ew e r ea l c o h o l y s e dt of o r ma m i n oa c i de s t e rm u r i a t e ，w h i c hw e r e f o l l o w e db yh y d r a z i n o l y s i st oo b t a i nt e ns o r t so fa m i d oa c y l h y d r a z i n em u r i a t e t h er e a c t i o ne q u a t i o na sf o l l o w s ： r 丫“兰9r 丫渊旦 n h 2c i u u ， r 丫c 洲3 攀r n i - 1 2 h c l i n t e r m e d i a t ec 4 u s i n gi n t e r m e d i a t eb a n dcr e a c t e dw i t hi n t e r m e d i a t e 八w h i c hs y n t h e s i z e dt w e n t y k i n d so fn o v e lc o m p o u n d so f1 , 4 - d i o x o q u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d ed i h y d r a z o n e sf f m a l p r o d u c td ) a n da m i d oa c y l h y d r a z o n e ( a n a lp r o d u c te ) r e s p e c t i v e l y a st h ef i n a l p r o d u c t s t h er e a c t i o ne q u a t i o na sf o l l o w s ： o r h 2 n 7 r - - 王1 n 7 n 也 h n h 2 d , , i c a h - - - - - - - - - - - - - - 卜 卜 o f j n a lp r o d u c t se 5 t h ei n v e s t i g a t i o no fc o r r e l a t i v er e a c t i o nc o n d i t i o n sw a sc a r r i e do u ti no r d e rt o i m p r o v et h er a t eo fp r o d u c t i o n t h es t r u c t u r e so fs o m ef i n a lp r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e d b y i r m s a n d l h n m r 6 m o n o c o t y l e d o no r y z as a f f v aa n dd i c o t y l e d o na m a r a m h u sa s c e n d e 埘l o i s e lw e r e s e l e c t e da sb i o m a r k e rt ot e s t i f yt h eh e r b i c i d a la c t i v i t yo ff i n a lp r o d u c t sb ym e a s u r i n gt h e g r o w t hr e s t r a i n i n g - r a t i ou n d e r d i f f e r e n tm a s sc o n c e n t r a t i o no f f i n a lp r o d u c t s t h er e s u l ts h o w st h a t , t h eh e r b i c i d a l a c t i v i t y v a r i e sf r o md i f f e r e n t s p e c i e sa n d c o n c e n t r a t i o no fn o v e lc o m p o u n d s v n e nm a s sc o n c e n t r a t i o no fn o v e lc o m p o u n d sw a s 1 0 0 m 儿t h eh e r b i c i d a la c t i v i t yo no r y z as a t i v aa n da m a r a n t h u sa s c e n d e n sl o i s lw a s yi q 摘要 n o to b v i o u s a st h ei n c r e a s eo fm a s sc o n c e n t r a t i o n ，t h eh e r b i c i d a la c t i v i t ya l s oi m p r o v e d w h e nm a s sc o n c e n t r a t i o ng o t8 0 0 m 叽v i r u l e n c ei n d e xi n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y ：t h a to f 1 ，4 d i o x o q u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d e4 - ( d i m e t h y l a m i n o ) b e n z a l d e h y d ed i h y d r a z o n e a n d 1 4 d i o x o q u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d e f u r f u r a l d i h y d r a z o n er e a c h e d6 5 8 3 a n d7 3 3 3 r e s p e c t i v e l y ( t h ev i r u l e n c ei n d e xo fa l lw e e dd i e di s1 0 0 ) a saw h o l e ，t h eh e r b i c i d a l a c t i v i t yo fn o v c lc o m p o u n d st om o n o c o t y l e d o no o , z ns a t i v aw a sm o r ea c t i v et h a nt o d i c o t y l e d o n a m a r a n t h u sa s c e n d e n s l o i s e l 僦p a p e ra c c u m u l a t e dt h es c i e n t i f i cr e s e a r c hd a t af o rs y n t h e s i sa n d h e r b i c i d a la c t i v i t y o fal a t e m o d e lk i n do fd e r i v a t i v e so fq u i n o x a l i n ed i - n - o x i d ef o r m a l d e h y d e k e yw o r d s ：n o v e lh e r b i c i d a la c t i v i t yc o m p o u n d ；d e r i v a t i v eo fd i - n - o x i d eq u i n o x a l i n e f o r m a l d e h y d e ；s y n t h e s i s ；h e r b i c i d a la c t i v i t y v 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 是否保密召 如需保密，解密时间年月日 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 研究生签名：胡遣易 帆“年7 月，日 学位论文使用授权书 本人完全了解。华中农业大学关于保存使用学位论文的规定”，即学生必须按 照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版和电 子版，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印。缩印或扫描等复制手段保存，汇 编学位论文本人同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表，传播学位论 文的全部或部分内容 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书 学位论文作者签名：文起雾导师签名：弓羟呻 签名日期：矗茄年7 月，日 签名日期：年月 日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 第一章裁吉 弟一草刖舌 杂草与作物争肥、争水、争阳光、争土地，造成其产量和品质下降，直接造成 种植业经济损失。有些杂草还是病虫害的中间寄主，有利于病虫害的蔓延与传播。 有些有毒杂草种子随庄稼籽实进入食品，影响食品安全。 杂草还会影响到绿化、森林、水陆交通、水产养殖和工业库区，所以杂草对社 会的危害面甚为广泛。 化学除草剂的应用，给相关产业带来了诸多优越性，如减轻了除草者的劳动强 度，有效地控制了杂草的滋生与蔓延，减少了农作物的损失。与其它除草方法相比， 用除草剂除草具有除草效率高、效果稳定、成本低等优点。 随着时代的发展和科学技术的进步，化学除草剂的应用已越来越普遍。化学除 草高效、彻底、省工、增产，是大幅度提高劳动生产率、实现农业机械化和现代化 的重要技术措施，对改革现有栽培制度也有重要意义( 韩熹莱，2 0 0 0 ) 。 1 除草剂的研究进展 1 1 除草剂的产生与发展 在农药领域，除草剂的研究及应用起步较杀虫剂晚。1 9 世纪末期，人们发现 c u s 0 4 能防治麦田等一些十字花科杂草，而不伤害作物，由此开始在农田中使用。农 药领域出现化学除草剂这一新类型成员，拉开了化学除草剂的序幕( 藏开保和王晓 光，2 0 0 0 ) ， 1 9 3 2 年，选择性化学除草剂二硝酚和地乐酚的问世，成为除草剂由无机化合物 向有机化合物发展的里程碑 1 9 4 1 年，美国首先发现2 年d 丁酯具有防除双子叶杂草的效果，而对小麦、水稻 很安全，且单位面积用药量小、成本低，2 , 4 - d 丁酯作为商品除草剂迅速推广开来。 2 ，斗d 丁酯的成功开发，开创了新的化学工业。随后，各工业发达国家，相继开 展了除草剂的研究实验。到6 0 年代，除草剂已发展到1 0 0 余种。 1 9 4 5 年，偶尔发现苯氧羧酸类除草剂2 ，4 d 具有植物生长调节作用，同时也具 有内吸传导及选择性除草作用，这一发现开创了化学除草的新纪元。之后又以2 , 4 - d 为先导化合物，开发出一系列防治对象各异的多种除草剂。 2 0 世纪5 0 年代，相继出现了取代脲类、酰胺类、均三氮苯类等不同化学结构的 高效除草剂，日本和欧洲一些国家开始进入化学除草的盛期。 1 2 国外除草剂发展近况 2 0 世纪8 0 年代，美国的杜邦公司推出了磺酰脲类高效除草剂( 石桂珍和王兴涌， 2 0 0 5 ) 。这一类新除草剂单位面积使用量比传统除草剂单位面积使用量大幅度减少， 华中农业大学硕士研究生毕业论文 使除草剂的研究和使用及其经济效益都向前迈进了一大步。 随着生物化学和植物生理学等科学的发展，生物测定技术的进步和计算机的应 用，除草剂的理论研究，如除草剂作用机理、作用靶标和构效关系等研究蓬勃开展 起来。 除草剂新颖的作用机理不仅可克服杂草抗药性的产生，而且还可替代那些已表 现出抗药性的除草剂品种。因此，未来的除草剂应朝着高效、低毒、可防治抗性杂 草和不易引起环境问题的方向发展 国外一些专家通过研究除草剂的作用靶标，提供了一种研究植物生理生化途径 中的关键酶及其分子空间大小的新工具。此外，除草剂新的分子靶标部位确定之后， 人们亦可通过基因重组技术来改变作物对除草剂的耐受性。从理论上讲，植物体内 每一个基因都可作为潜在的除草剂靶标，问题在于如何确定这些基因具有作为有效 除草剂靶标的基本特征，即对它们的抑制是否导致植物生长停止、代谢作用受阻和 毒素中间体发生积累等( 欧晓明和唐德秀，2 0 0 3 ) 。 采用不用类型的分子结构参数从不用角度建立定量构效关系( q s a r ) 方程， 通过对q s a r 方程的分析及对除草剂的结构进行优化，预测新型除草剂的活性，为 新型高活性、作用温和除草剂的分子设计提供线索，同时还可能获得一些关于其除 草作用机理的有关信息( 杨蕾等，2 0 0 4 ) 。 先进的科学理论和科学技术大大促进了新除草剂品种的筛选与开发。众多广谱 性、高选择性的新除草剂不断被开发出来，除草剂成为农药工业的主要产品，其年 产量、销售值和使用面积都稳居农药之首。 目前全世界生产的除草剂品种多达a 0 0 4 左右，制剂有6 0 0 0 多种，在农药市场中 除草剂已占4 6 的份额。发达国家所占比例更高，根据f r e e d o n i a g r o u p 公司的报道， 美国对农药的需求量将以每年1 3 的速度递增，到2 0 0 8 年将达到8 1 亿美元。无论从 市场份额还是价值上除草剂都占据6 0 的比例( 敖聪聪，2 0 0 5 ) 。 随着农业现代化程度的提高，除草剂的发展更为迅速，总的趋势是向着高效、 低毒、选择性强、杀草谱广的方向发展且以茎叶处理剂为主流。联合国粮农组织估 算，除草剂的应用使粮食增产1 0 n 以上，为解决世界粮食不够问题作出了重大贡献。 权威专家预计今后除草剂在世界农药销售额中仍占主导地位，化学除草剂在未 来相当长的一段时间内仍是防治杂草最为有效的武器。 1 3 国内除草剂研究状况 我国是一个农业大国，也是生产和使用农药最多的国家之一，但化学除草剂的 应用和研究比国外晚。除草剂作为保证农业高产丰收的特殊农业生产资料，从建国 以来就受到国家的高度重视。经过5 0 多年的建设，我国除草剂工业已有很大的发展， 已形成包括研究开发、中间体生产、原药合成及制剂加工在内的比较完整的工业体 2 第一章前言 系( 苏少泉，2 0 0 2 ) 。 1 9 5 6 年黑龙江省九三农场管理局下属的鹤山农场开始进行除草试验。1 9 6 2 年选 出了2 , 4 - d ，敌稗、二甲四氯、茅草枯等除草剂，并逐步在小麦、水稻、大豆等农作 物田大面积应用自2 0 世纪5 0 年代中期开始到以后的2 0 年间，化学除草剂的使用 面积虽然大幅度的增加，但品种单一，使用范围只局限于黑龙江等少数省区( 张泽 搏，1 9 9 7 ) 。直到8 0 年代初，我国化学除草剂的防治才进入快速发展阶段。 据统计，我国现有1 亿公顷耕地受草害，每年作物产量损失超过1 0 ，仅粮食 损失近7 0 亿公斤我国目前使用除草剂，已达到4 0 0 0 万公顷，超过了种植面积的 3 0 目前国内合成的除草剂有7 0 多种，商品化生产的有2 0 多种，同时引进国外品 种6 0 多种，国内外品种搭配使用，初步改变了过去品种少、剂型单一的状况，己基 本解决了水稻、小麦、棉花、杂粮等作物田的化学除草问题。 除草剂应用技术不断提高，通过试验，从国内外除草剂中选出了一批安全经济 适用的新除草剂，在水稻、小麦、大豆、棉花、玉米和部分经济作物上的除草剂已 基本配套。比如在水稻田化学除草后主要使用的品种有：丁草胺、乙氧氟草醚、乐 草特、苄嘧黄隆、吡嘧黄隆、杀草丹、恶草灵、敌稗，等；旱地主要使用的品种有： 恶唑禾草灵、甲黄隆、苯黄隆、灭草松、氟草定、百草敌，等( 王泳等，2 0 0 1 ) 。 初步形成了新的化学除草体系，使化学除草剂发展迅速，除草面积逐年上升。就2 0 0 5 年头8 个月，我国除草剂产量，折合1 0 0 的原药，达到了1 9 9 8 2 0 吨，与2 0 0 4 年比较， 同比增长了1 7 6 ( 中国石油和化学工业协会，2 0 0 5 ) 除草剂的生产在我国取得 了显著的经济效益和社会效益。 1 4 除草剂所面临的问题 近几年来，随着农村劳动力的减少和农业耕作栽培方法的改变，农民对化学除 草剂的需求量大增，除草剂对发展农业生产起到了十分重要的作用。但目前在除草 剂的生产和使用上不尽人意。 一是部分除草剂安全性能受到质疑，对环境的污染及食品中的残留，造成了潜 在性慢性毒害。除草剂种类繁多、性质各异，用途和使用方法也不一样，因此在环 境中的行为和对生态的影响是很复杂的。其中主要包括两方面的内容：首先是除草 剂施用后在环境中的物理、化学变化和归趋( 如物理性迁移飘移、沉降、挥发、吸 附、淋溶、流失等以及降解、代谢、光解等化学变化) 。其次是残留成分及代谢物 在转移变化过程中，对环境和非靶标生物群体的影响( 黄顶成等，2 0 0 5 ) 。持久性 的高残留除草剂，通过食物链在生物体内逐渐富集，对处于高位的生物和人类会造 成潜在的危害。 除此以外，还有相当的除草剂品种常常引起药害。如甲磺隆、氯磺隆在麦田使 华中农业大学硕士研究生毕业论文 用后容易对下茬作物( 棉花、蔬菜、水稻等) 产生药害( 于浩等，2 0 0 6 ) 。 二是除草剂品种结构不够合理，在目前生产的除草剂品种中，稻田、大豆田、 麦田使用的比较多，而适用于油菜田、棉田、蔬菜田的品种少，导致这些作物的化 学除草面积难以扩展，很多情况下不得不使用人力来除草。 三是已经显现部分杂草对某些除草剂产生抗性。除草剂大量和高频率的使用， 形成了巨大的选择压力，导致杂草种群内产生适应性的突变体，形成抗药性，产生 抗药性突变体的发生频率一般为l o - 3 1 0 - 2 0 。抗药性杂草的出现一方面使常规的防除 方法表现出局限性，除草剂用量被迫提高，当用量达到一定程度时，则可能会出现 完全抗药性。另一方面，随着抗性杂草的不断发生，使得一些对生态环境影响较小 或无公害的除草剂品种被迫放弃使用。同时除草剂品种不断变换，最终会出现同一 生物型杂草对各种除草剂产生多抗性和交互抗药性( 王庆亚等，2 0 0 2 ；韩庆莉和沈 嘉祥，2 0 0 4 ) 。 由于除草剂的广泛使用日益受到生态学方面的制约，需要不断地开发新的除草 剂品种。然而，除草剂的发展面临着越来越长的开发周期和巨大的开发风险，开发 一个新品种需耗时近十年，所需费用上亿美元；同时杂草的抗性又使新品种的使用 寿命逐渐缩短。因此，除草剂的广泛应用也受到经济学方面的制约。如何充分利用 现有品种，提高防治效果，同时减少环境污染，已成为研究者所关心的问题。 2 高通量筛选技术( h t s ) 在新农药创制中的应用 2 1 常规筛选与高通量筛选 在农药研究中，具有生物活性物质的发现是一个重要的过程。通常农药发现有 两种方式，即偶然发现和通过对活性化合物的筛选。其中偶然发现具有很大的随机 性，活性化合物筛选才是药物研究中发现新药的重要方式。 我国从“六五”开始一直对农药行业给予大力支持，使我国农药工业的落后面 貌逐步得到了改观。但在筛选活性化合物的方法上，目前国内多采用传统的常规筛 选方法。传统的农药筛选技术一般是利用生物作靶标，通过靶标生物对化合物在生 长发育、形态特征、生理生化等方面的反应作为评价指标，判断新化合物的生物活 性。 这种常规筛选方法具有其优点：由于采用生物活体作靶标，包含生物体的全部 信息，与在田间条件下获得的结果更加接近，而且不易漏选。但是常规筛选受作物 生长规律的限制，试验周期比较长，而且这种方法需要的化合物量和实验空间也比 较大，还易受使用化学助剂的影响。此外，常规筛选还需要较大的人力、物力，难 以实现标准、规范的操作，所以在短期内的筛选量是比较小的( 王树风等，2 0 0 2 ) 。 在这种情况下，缩短开发新型农药周期以赢得激烈的市场竞争，就需要更加有 效、可靠的新的检测手段。高通量筛选法就是在常规筛选的基础上，运用生物化学、 4 第一章絷言 分子生物学以及细胞生物学原理，综合了组合化学、基因工程技术、生物信息和自 动化等先进技术进行的高效、快速、准确、灵敏的新型筛选方法。 高通量筛选除草剂的方法是在微量滴定板孔中加入待测药液，然后加入小粒植 物种子以及植物生长发育所需的营养液或培养基，用透明盖封好，置于适宜的温度、 光照条件下培养一定时间，观察种子萌芽及植物生长发育情况。如果种子萌芽受阻、 植物生长矮小、叶片发黄、枯萎等，说明药莉有除草活性( 邱立红等，2 0 0 2 ) 。 高通量筛选法由于高度的自动化操作使得其对化合物的需要量大大减小，因此 随着高通量筛选技术在新农药创制领域中应用的扩大，发现和得到新农药的几率和 速率也将大大提高浏晓智等，2 0 0 5 ) 。 2 2 高通量筛选技术在新农药创制中的应用 高通量筛选法广泛用于新化合物的研制、开发中，如曾有入用栅列藻评价氯乙 酰胺类化合物的活性( 孙艳红和叶非，2 0 0 5 ) 。 m i l l e r 等人在细胞色素啡氧化酶抑制剂的研究中，将高通量筛选用于大量化 合物的生物活性筛选。 有文献报道将高通量筛选用于对卤代烷与各种单一亲核试剂反应生成的混合物 进行除草剂活性的筛选。通过高通量筛选，两个人组成的工作小组从合成的7 0 0 + 混 合物中发现了1 3 类物质具有除草活性 在除草剂的研究中，还有报道使用双予叶植物拟南芥、单子叶植物浮萍、匍茎 翦股颖等指示植物通过高通量筛选对新化合物进行生物活性筛选。 另外，还有研究者使用蛋白核小球藻( c h l o r d l ap y r e n o i d o s a ) 评价除草剂活性 的微型高通量筛选方法( 马建义等，2 0 0 0 ) ，以蛋白核小球藻为模式生物对2 4 种可能 具有除草活性物质进行了生物筛选试验，这种筛选除草剂活性的方法快速、敏感， 恰好弥补了培养皿法的不足之处。还可以构成除草剂活性筛选的第二套筛子，并能 减少具有潜在活性化合物的漏筛，并且可以对常用的1 1 种乳化剂、湿润剂、高渗剂 和溶剂对蛋白核小球藻生长的影响进行研究( 宋小玲等，2 0 0 4 ) 。 总之，高通量筛选技术在新化合物的筛选中有很大的优势，但其他方面的除草 剂活性测定还只能是常规的生物测定方法。 3 二氦氧化喹喔啉研究概况 二氮氧化喹喔啉是具有生物活性的杂环化合物。在上世纪六十年代以前，人们 用邻苯二胺与邻二羰基化合物进行缩合反应制备喹喔啉，再用过氧化物氧化喹喔啉 制备二氮氧化喹喔啉( 仉文升等，1 9 9 5 t 李广仁等，1 9 9 5 ) 。 用该合成路线合成的二氮氧化喹喔啉由于副反应多，产率很低，分离提纯困难， 而且很难合成环上带有特殊基团的二氮氧化喹喔啉。自从发现苯并呋o f l - n 氧化物 5 华中农业大学硕士研究生毕业论文 ( b e n z o f u r o x a n 简称b f o ) 可以与羰基化合物反应，容易合成二氮氧化喹喔啉环的 方法后，合成二氮氧化喹喔啉衍生物的过程就变得很方便了。苯并呋咱就成为了实 验室和工业上合成二氮氧化喹喔啉的重要中间体g e 乃兴等，1 9 9 5 ；周红萍等，2 0 0 3 ： 张田林和赵志超，1 9 9 6 ) 。 。 3 1 国外二氮氧化喹喔啉化合物合成研究概况 从2 0 世纪5 哞代起，国外科学家就发现了该类化合物具有抗菌、抗癌等生物活 性( j u t u sc ta l ，1 9 5 6 ；s i 避1 9 5 6 ) 。因这一类化合物的主要特点是具有较明显抑菌活性， 且低毒、无副作用，所以被广泛作为兽药和医药进行研究开发( m a c a n n e ta l ，1 9 7 5 ； k a r e le ta t , 1 9 7 6 ) 2 0 世纪7 0 年代8 0 年代，国外将此类化合物作为饲料添加剂开发，其种类局限 于二氮氧化喹喔啉甲酸的衍生物( 如酯和酰胺类化合物) 和喹喔啉环上取代集衍生 物。 2 0 世纪9 0 年代，该类化合物又见诸于国外医学领域的研究报道( w a n gc la k1 9 9 2 ； m o n g ec ta t , 1 9 9 5 ；a c r e ec ta l , 1 9 9 7 ；s a i n z m o n t o y ae ta l ，1 9 9 9 ；c e r e c e t t oe ta l ，1 9 9 9 ) 。主 要集中在1 , 4 - 二氮氧化喹喔啉的烃基衍生物、二氮氧化喹喔啉甲酸酯类衍生物和甲酰 胺类衍生物 二氮氧化喹喔啉类化合物的合成始于1 9 5 6 年，j u t u sk l a n d q i s t 制备y 3 - q | 基二氮 氧化喹喔啉- 2 甲酸酯及其酰胺类化合物。并且发现了这些衍生物具有抗真菌和抗原 生物的生物活性，但他们的发现并没有引起科学界的重视。 直到1 9 6 5 年，荷兰的一份专利又报道了二氮氧化喹喔啉甲酸酯及其n 原子上二 取代酰胺的制备方法。同年，黎巴嫩贝鲁特的h a n d d i n 和i s s i d o r i e s 发现二氮氧化喹喔 啉可以用苯并呋1 1 自- n - 氧化物与羰基化合物合j 或( h a n d d i na n di s s i d o r i e s ，1 9 6 5 ) ，这一 反应称之为贝鲁特( b e i r u t ) 反应。在此之前，合成二氮氧化喹喔啉化合物是用二羰基 化合物与邻苯二胺反应合成喹喔啉，然后用喹喔啉与过氧化物反应，在两个n 原子 上引入两个氧原子，如下式所示： 旺o 三 o h 3 c 八o 。h n n n 一，r 0il k r ， 0 q x o 由于制备过程中需要使用氧化剂进行氧化反应，合成化合物种类受到限制。 支 第一章裁言 b e i r u t 反应的发现为制备二氮氧化喹喔啉提供了一个方便途径，特别是2 3 具有不同 取代基的衍生物，都可以选择相应的原料。羰基旁边具有亚甲基的化合物与苯并呋 咱n - 氧化物反应一步合成，如下式所示： o c ( 吣r i h 2 c 、r n v r i r 1 0 同样，苯环上具有不同取代基的衍生物，也可以选用苯环上带有不同取代基的 苯并呋a f t - n - 氧化物步合成，如下式所示： 铲 r e + x 二一r o x 三 0 自此以后，所报道的合成新的二氮氧化喹喔啉衍生物，大部分用b e i r u t 反应进行 合成。 1 9 6 6 年，法国一份专利报道了二氮氧化喹喔啉甲酰胺n 原子上可分别用烷基、 环烷基、芳香基取代成为新一类化合物。 。 1 9 6 7 9 ，比利时专利申请保护的作为药剂中间体的品种有：二氮氧化喹喔啉甲 酰胺的n 原子上带取代基、取代苯基，十二烷基等化合物。 1 9 8 2 年，美国专利报道3 2 , 3 - 二取代二氮氧化喹喔啉系列衍生物的制备方法 ( i s s i d o r i e sa n dh a n d d i n , 1 9 8 2 ) 。所报道的多达近百种衍生物是由2 ，3 啦取代基改变而 成。这些取代基有羰基、烃基、氨基、羟基、脂环基、芳香基及杂环基。 2 0 世纪9 0 9 代后，二氮氧化喹喔啉系列衍生物的合成方法的报导越来越多， g a n l e yb 和c h o w d h u r ye 台成了3 - 氨基2 氰基二氮氧化喹喔咻。s a i n z ，y 等合成了 2 , 3 ，6 ，7 - 位有不同取代基的二氮氧化喹喔啉( s a i n ze ta l , 1 9 9 9 ) ：c e r e c e t t oh d i 等( 1 9 9 9 ) 合成了数种i ，2 , 5 - 恶三唑氮氧化物和二氮氧化喹喔啉衍生物；o r t e g am a 等( 2 0 0 0 ) 报道合成了1 6 种新的2 氰二氮氧化喹喔啉衍生物，这些衍生物都具有基本侧链( 侧 链为哌嚷或苯胺基) ，侧链的3 位有不同的取代基。喹喔啉环的6 ( 乃啦上也有不同取 代基。 j i a m i n gl i ( 2 0 0 1 ) 等用苯并呋咱- n - 氧化物与烯烃反应合成了六种新的2 取代二 氮氧化喹喔啉衍生物，并且提出了反应的自由基机理。这是继b e i r u t 反应后在合成方 法上的新内容。毫无疑问，j i a m i n gl 等发明的合成二氮氧化喹喔啉杂环化合物的新 方法为广泛研究该类化合物提供了一个有力的工具。 7 华中农业大学硕士研究生毕业论文 3 2 国内二氮氧化喹喔啉化合物合成研究概况 国内对于二氮氧化喹喔啉类化合物的研究在合成和结构方面研究的较少，而且 起步也较晚。1 9 8 5 年，丛秋滋，林树坤等合成了两个1 ，4 - - - 氮氧化喹喔啉类的抗生素 化合物( 丛秋滋等，1 9 8 5 ) 。这是从网上查询出的中文期刊中最早的有关二氮氧化喹 喔啉的研究报道之一。 1 9 8 6 年，林树坤和王汉卿合作，用苯并呋咱- n 氧化物分别与i ，3 二酮，8 酮酸 酯在氢氧化钾( 钠) 的醇溶液中反应，合成了取代喹喔啉1 ，4 二氧化物，获得较高 的产率( 林树坤和王汉卿，1 9 8 6 ) 。并且将该方法与用有机胺合成这些化合物的b e i r u t 反应作了比较，探讨了溶剂和反应温度对产物的影响。 尔后，他们又采用喹喔啉氧化法和b e i r u t 反应两种方式合成j 1 1 种作抗菌剂用的 2 ，3 - - - - - 取代喹喔啉1 , 4 - 二氧化物，绘出了完整的u v 、i r 、n m r 数据和有关光谱学特 性( 林树坤，1 9 8 8 a ) 。而且发现喹喔啉i ，4 二氧化物与对位萘醌化合物的结构、物 性的类似性。 林树坤又阐明了n - 氧化物基态结构的特征是n - 0 2 问的极性配键( 林树坤， 1 9 8 8 b ) ，配键在热反应中，与亲核、亲电试剂皆可发生反应。论述了1 ，4 二氮氧化喹 喔啉及其衍生物的光化学反应。讨论了光重排反应，光还原反应，特别是脱氧、夺 氢反应中的自由基机理，光重排反应中的反应中间体，以及上述光化学反应的应用 前景。林树坤是中外学者中研究二氮氧化喹喔啉理化性质较多的学者。 叶盂兆等采用相转移催化技术，合成了2 乙酰基_ 3 甲基喹喔啉1 ，4 二氧化物， 得到了较高产率和较高纯度的合成品( 叶盂兆等，1 9 9 4 ) 。这是中国学者在合成二氮 氧化喹喔啉类化合物方法上有所创新的研究报道。 冯良波，王汉卿报导了2 甲基3 乙酰基二氮氧化喹喔啉和它与a 环糊精，8 环 糊精包结物的光化学性质。研究了包结物在室湿下应用紫外光( 九= 3 6 0 n m ) 进行原 位光化学反应，生成的自由基电子自旋共振情况( 冯良波和壬汉卿，1 9 9 5 ) 。这是国 内外有关二氮氧化喹喔啉包结物研究的首次报道。 仉文升等合成了一些二氮氧化喹喔啉类化合物，将其用于体外乏氧选择性细胞 毒及放射增敏作用研究，并且探讨了乏氧选择性细胞毒及放射增敏作用与化学结构 的关系( 仉文升等，1 9 9 5 ) 。这则用于医学的研究报道比国) f t a r r af u c h s 的相应研究 报道要早一些。 王继良，刘复初用苯并呋咱- n - 氧化物与乙酰乙酸酪和其酰胺作原料，用b e i r u t 反应合成了集中取代二氮氧化喹喔啉，为国内首例报道合成二氮氧化喹喔啉新化合 物。 综上所述，国内外二氮氧化喹喔啉类化合物的合成研究，主要集中在i ，4 二氮氧 化喹喔啉的烃基衍生物、二氮氧化喹喔啉甲酸酯类衍生物和甲酰胺类衍生物。而本 8 第一章前吉 文探讨合成的1 ，4 - 二氮氧化喹喔啉甲醛的衍生物如腙、席夫碱的研究在国内外均鲜见 报道。 3 - 3 国外二氦氧化喹喔啉类化合物生物活性研究概况 国外早在1 9 5 6 年，j u t u sk l a n d q i s t 就制备了3 甲基二氮氧化喹喔啉2 甲酸酯及 其酰胺类化合物，并且发现了这些衍生物具有抗真菌和抗原生物的生物活性，但并 没有引起科学界的足够重视。 1 9 6 5 年，荷兰一份专利报道了二氮氧化喹喔啉甲酸酯具有抗癌活性，同时，黎 巴嫩贝鲁特的h a n d d i n 和i s s i d o r i e s 发现二氮氧化喹喔啉可以用苯并呋咱n - 氧化物与 羰基化合物合成的方便途径后，科学工作者才开始重视这类化合物的生物活性研究。 1 9 6 6 年，法国一份专利报道了二氮氧化喹喔啉甲酰胺n 原子上分别用烷基、环 烷基、芳香基取代会显示出抗癌、抗病毒、抗真菌、抗结核病和抗原生质的不同活 性。直到2 0 世纪7 0 年代至8 0 年代，由于发现了二氮氧化喹喔啉衍生物，如喹乙醇、 喹噻哆，卡巴氧等，可以作为抗菌和促动物生长作用的饲料添加剂使用，二氮氧化 喹喔啉类化合物的生物活性和开发应用的研究才得以蓬勃发展。 进入2 0 世纪9 0 年代后，对于这一类化合物的研究又转向了该类化合物的抗菌和 抗癌活性等医学领域的研究。 t a r r af u c h s 等( 1 9 9 9 ) 研究发现氰基取代的二氮氧化喹喔啉是具有抗肿瘤活性， 可以选择性的杀死低氧细胞。当研究这些药物对于d l q a 损害过程时，发现了两种碱 性易变物质在紫外线( 九= 3 5 饷衄) 照射下选择性损害d n a 的2 - 脱氧鸟苷的二级结构： 在单股和双股链底物上诱导d n a 损害双股链上更多的可能是损害d n a 的构想。碱 性易变的损害在有氧和厌氧条件下均可以进行。碱性易变损害形成效能显示出某些 分子可能具有光引发毒性。 g a n l e yb 和c h o w d h u r yg 合作研究，也发现3 氨基2 氰基二氦氧化喹喔啉在低 氧的条件下，酶促单电子还原引起d n a 损伤。研究结果为了解各种二氮氧化喹喔啉 衍生物低氧选择d l q 缀解的性质提供了化学解释( g a n l