（农药学专业论文）脱落酸的全合成及其23环丙化类似物的合成研究.pdf

摘要 a b a 是一种广泛存在于植物体内的抑制性植物激素，与植物离层形成、诱导休眠、抑制发 芽、促进器官衰老和脱落、增强抗逆性等密切相关。本论文设计并完成了一条全新的外消旋脱落 酸( 1 ) 全合成路线，从廉价的工业原料氧化异佛尔酮和丁炔醇出发，经过缩酮化反应、氧化反应、 w i t t i g h o m e r 反应、c r s o 。选择性还原反应以及水解等七步反应实现了脱落酸的全合成，总产率 达1 3 ，与以往路线相比，该路线所用试剂廉价、台成路线简单，但产率有待提高。 为解决脱落酸2 位双键在环境中易光异构化为反式结构的问题，依据电子等排体原理，将2 , 3 位的烯丙型的结构改变为环丙型结构，将可能解决光异构化的问题。为此，我们通过环丙烷化、 亲核加成及三键选择性还原等一系列反应成功合成了a b a 的2 , 3 环丙化类似物0 8 ) 。 o o o c 2 h 5 o h 2 h 5 所台成i ；t 标化合物及1 5 个来见文献报道的中间体都经过了1 h 和”c n m r 、g c i v i s 及红外谱 图的验证 关键词：脱落酸，衍生物，全合成，电子等排，植物激素 a b s t r a c t a b s c i s i ca c i di s o n eo ft h en a t u r a l p l a n t h o r m o n ee x t e n s i v e l yd i s t r i b u t e di n h i g h e rp l a n t s a n d r e g u l a t e sm a n yp r o c e s s e s i n p l a n t s s u c ha st h ea c c e l e r a t i o no fa b s c i s s i o n ，i n d u c t i o no fd o r m a n c y , i n h i b i t i o no fr o o t i n g , a n ds t i m u l a t i o no fs t o m a t a lc l o s u r e i nt h i st h e s i s ，w ed e s c r i b eaf a c i l ea n d e c o n o m i c a l s y n t h e s i s o f ( ) 一a b s c i s i c a c i d ( 1 ) f r o mk e t o - i s o p h o r o n e a n d 3 - b u t y n 一2 一o lt h r o u g h k e t a l i z a t i o n o x i d i z a t i o n ，w i t t i n g - h o m e rr e a c t i o n ，r e d u c t i o nw i t hc h r o m i u m ( i t ) s u l f a t e a n do t h e rs t e p s i n1 3 t o t a ly i e l d s c o m p a r e dt ot h ep r e v i o u sr o u t e s ，t h es t a r t i n gm a t e r i a l sa l em o r ec o m m e r c i a l l y a v a i l a b l ea n dc h e a p e ra n dt h es y n t h e t i cp r o c e s si sm o r ee a s i l yc o n t r o l l e di no u rm e t h o d ，b u tt h ey i e l do f t h i sr o u t ei ss t i l lt ob ei m p r o v e d a st oi s o s t e r ep r i n c i p l e c y c l o p r o p y la n dm e t h y lv i n y la r eac o u p l eo fi s o s t e r e c s c c o n f i g u r a t i o n o n2p o s i t i o ni se a s i l yi s o m e r i z e dt ot r a n s - f o r mi ne n v i r o n m e n ta c c o r d i n gt ol i t e r a t u r e s ，b u tc y c l o p r o y l d oi td i f f i c u tr e l a t i v e l y s o r e p l a c e m e n to f2 , 3 - a l l y lu n i tb yc y c l o p r o p y lg r o u pm i g h tg i v eap r a c t i c a l m e t h o dt og e to v e rt h ep r o b l e m f o rt h ei n t e r e s to f t h i so p i n i o n ，w ed e s i g n e da n ds y n t h e s i z e dc o m p o u n d ( 8 8 ) s u c c e s s f u l l yt h r o u g hr e a c t i o n s s u c ha sc y c l o p r o p a n a t i o n ，n u c l e o p h i l i ca d d i c t i o n sa n ds e l e c t i v e r e d u c t i o no f t r i p l eb o n de t c o ( 1 ) o o c 2 h 5 o h ( 8 8 ) 2 h 5 t h es t r u c t u r e so ft h et a r g e tc o m p o u n d sa n d15i n t e r m e d i a t e sh a v eb e e nc o n f i r m e db y1 hn m r ，1 3 c n m r ，g c m s a n di r k e y w o r d s ；a b s c i s i ca c i d ；a b s c i s i ca c i da n a l o g u e ：t o t a ls y n t h e s i s ；l s o s t e r e ；p l a n th o r m o n e i i 独创性声明 v - 6 5 9 6 19 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，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。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作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 关清荻 时间：2 础年6 月2 口日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表t 传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 导师签名： 笑历采 时间：2 c 哪毕年 月d _ 曰 时间：年6 月砂f 日 ， 金 耋垦堡些尘i 鲨耋垄i ，鳖，詈詈 ! 一暑 詈：! ，薹；耋塞螫鳖鎏 第一章文献综述 引言 1 9 6 3 年o h k u m a 等首次从棉铃中分离得到脱落酸( a b s c i s i ca c i d ，a b a ，1 ) ，从而引发了对脱 落酸研究的热潮。一般认为a b a 是一种广泛存在于植物体内的抑制性植物激素，研究表明，脱 落酸与植物离层形成、诱导休眠、抑制发芽、促进器官衰老和脱落、增强抗逆性等密切相关。其主 要的生理功能是通过控制气孔的关闭，阻碍赤霉素和细胞分裂素对植株的促生长作用，加速器官 的脱落口】。但是在低温或干早条件f ，脱落酸又能显著地促进植物的生长和发育【3 4 j 6 “。因此脱 落酸的合理利用对农作物的增产、增收及改良作物品种都具有十分重要的意义。 o h s a b a ( 1 ) 在我们熟知的5 大类植物激素生长素类( a u x i n ) 、赤霉素类( g i b b e r e l l i n ) 、细胞分裂素类 ( c y t o k i n i n ) 、乙烯和a b a 中，前4 类( 还包括油菜素内酯，有人认为它是第6 类植物生长激素) 都在农业生产中获得了广泛的应用，创造了非常可观的经济效益，只有a b a 还未被全面利用， 限制其使用的障碍是天然型a b a ( 1 ) 的生产成本高、稳定性差。稳定性差表现在两个方面：一 是在植物体内快速代谢失活，a b a 在植物体内最主要的代谢方式是先被代谢为( + ) - 8 羟基 a b a ，然后通过分子内的m i c h a e l 加成反应，关环生成活性很低的菜豆酸”) 一p h a s e i ca c i d ，p a 】， 而p a 进一步转化为活性更低的氢化菜豆酸【( 一) - d e h - y d r o p h a s e i ca c i d ，d p a ”j 。a b a 的另一条代 谢途径是c 1 位羧基或c 1 位羟基与植物体内的葡萄糖结合生成活性较低的衍生物，但是相对于 。焱趴一乃外 ( + ) a b a l 仃下奢令 人2 。：八 c o o h ( + 卜乳h y d r o x y a b a i 佑衙 吣吵 c o o h ( - ) - p a 【- 】d p a 上述代谢途径而言，这条途径还不是很明确。二是2 位很容易光异构化成活性低的反式结构 b o j t , 1 2 1 ，这也间接造成了其使用成本的上升。另外，天然脱落酸的含量很低，尽管现在已可通过 生物发酵的方法比较大规模地生产，但寻找其成本低廉的全合成方法，以及合成并筛选出活性更 高、稳定性更好的脱落酸类似物，仍然一赢是合成化学家们的目标，这对于加速其在农业生产中 的应用都具有非常重要的意义。 。富垦垄些蛰土茎蒌g 盗。一：一；：。： ：! ：薹= 鍪：塞蹩垒鋈 1 1 脱落酸的全合成研究进展 a b a 的全合成是1 9 6 5 年c o r n f o r t h 等首先在n a t u r e 上的报道的。随后越来越多的人投入 到了a b a 的合成研究之中，时至今日，有关脱落酸及其类似物的的合成研究报道已经较多。f 面按起始原料的不同，将脱落酸的全合成路线作一分析和比较。 1 。1 。1c o r n f o r t h 合成路线 1 9 6 5 年，c o m f o n h 等第一次用化学合成的方法，：| 生实验室合成了外消旋的脱落酸。首先 他们利用已有的方法合成了关键中间体3 甲基一s - ( 2 ，6 ，6 一三甲基- l 一环己烯基) 一( 2 z a e ) 一戊二烯酸， 再通过氧化等几步反应得到目标化合物( 图1 ) 。 汝吐一一汝。一一故士。 故吐删n a o h 。斛c o o 。 图lc o r n f o r t h 的合成路线 $ c h e m e lc o r n f o r t h ss y n t h e s i so f f 土) 一 b 该路线的起始原料难以直接获得，而且合成脱落酸的产率很低( 不过7 ) ，所以很难用于实 际应用。随着更好的新路线的不断涌现，此合成路线已很少被用于脱落酸的合成了。 1 1 2 紫罗兰酮( i o n o n e ) 路线 ( 1 ) o 紫罗兰酮( i o n o n e ) 路线 1 9 6 8 年，r o b e r t s 等【1 4 l 在前人工作的基础上，首先提出这条路线。随后k i m 等( 15 , t 6 1 叉进一步 完善和发展了该路线，从而形成了一条完整的a b a 合成路线( 图2 ) 。 o担丁基氯 叔丁醇 o ( e t o ) 1 p ( o ) c h 】c o o e i d 烈d 矿 d 科一凼斗4 - d 斗 嵛n 。胍。 一l “”“l “ r 再y 、爻* k 圈2 以d 一紫罗兰酮为原料的( ) - a b a 全合成 s c h e m e 2t o t a ls y n t h e s i so f f 士) - n b as t a r t l n gf r o m a - i o n o n e 2 ：窭i i ! 垒些茎堡圭耋堡垒塞 ：一；：。 ：。：董二耋苫墼堡鋈 o 紫罗兰酮路线较c o r n f o r t h 台成路线大有进步，首先，起始原料改为商品化且价格便宜的 a 紫罗兰酮，使该路线变得经济实用：其次，合成路线简单，可操作性强，产率也有所提高。 k i m 等用该路线合成2 氟代a b a 时，获得了光学纯度大于9 9 、总收率约为1 0 的目标产物。 但是该路线依然存在很多问题，其中最关键的问题是选择性差主要表现在两个方面其 一，在w i t t i g - h o m e r 反应中，生成的是顺、反两个异构体( z e = i ：1 ) 1 1 4 1 ”1 的混合物，即存在顺 反异构选择性差的问题：其二，没有解决对映选择性问题，所得产物为一外消旋体，要获得单一 的天然光活性化合物，必须依靠拆分。 ( 2 ) 1 3 紫罗兰酮( b i o n o n e ) 路线 b 紫罗兰酮路线( 图3 ) 可以说是c o r n f o r t h 合成路线的发展和延伸。相对于c o m f o r t h 合成 路线而言，1 3 ，紫罗兰酮路线主要是就起始原料和反应条件作了很大的改进1 ”，进而使反应路线 更加经济可行。 d i o n o n e ( 2 z n e - - 4 5 ：5 5 ) 2 、畦琳 ( 4 2 * t 一6 0 ) 汉旷汪儿 融一鬻一熊。x i k o h e t o h 悠 n 图3l ；lb 紫罗兰酮为原料的( 士) - a b a 全合成 s c h e m e 3t o t a ls y n t h e s i so f f 士) - a b as t a r t i n gf r o mb i o n o n e 随着对a b a 衍生物研究的深入人们根据需要对该路线做了更多的改进，但是这些改进大 多集中在获得衍生化的b 紫罗兰酮上【1 8 , t 9 , 2 0 主要路线仍基本按图3 进行，在这里就不一一赘 述_ 厂。同样，b 紫罗兰酮路线也存在和a 紫罗兰酮路线一样的问题，即没有解决反应的立体选 择性问题。 l 1 3 化异佛尔酮路线 从上述路线所存在的问题中我们不难明白，提高反应的选择性，包括顺反选择性和对映选择 性，合成效率将会大大提高，路线也将会更加行之有效。为了寻求高选择性的反应路线，m a y e r 等经过长期的研究，提出了氧化异佛尔酮路线8 ”( 图4 ) 。 + a 删豢p 删一心。 塞雪堡些占耋塑土耋堡鎏耋。：，。： 。：董三茎塞蓝辇鋈 圈4 以氧化异佛尔酮为原料的( 蛉a b a 全合成 s c h e m e 4t o t a ls y n t h e s i so f ( 士) - a b a s t a r t i n gf r o mi s o p h o r o o o 氧化异佛尔酮路线在选择性上有所提高，首先，它解决了前面路线中存在的顺反异构问题， 简化了操作，提高了产率。其次，氧化异佛尔酮路线在立体选择性上，也有提高的空间，根据不 对称合成的原则，人们在合成氧化异佛尔酮缩酮时，采用手性邻二醇，引进一手性因子，对下一 步手性中心的形成产生诱导作期，从而获得一定光学纯度的目标产物。1 9 9 2 年，r o s e 等采用以 光活性2 , 3 r 二醇台成的氧化异佛尔酮缩酮为原料，获得了目标光活体与其对映体之比为3 ：l 的 选择性2 2 1 ( 图5 ) 。后来，他们用同样的方法在合成a b a 的衍生物时，又获得了( 固体与( 固体之比 为7 ：3 的选择性”。这说明分子内的手性诱导因子对其立体选择性有很大影响。 k 。k 。 人人一“似 仝。， = 异丙量基埋 + 圈5 以氧化异佛尔酮为原料的( 士卜a b a 立体选择全合成 s c h e m e 5s t e r e o s e l e c t l v cs y n t h e s i so f a b a s t a r t i n gf r o m3 , 5 ，5 - t r i m e t y l c y c l o h e x e n e - i ，4 - d l o n e 在氧化异佛尔酮路线的形成和发展过程中，围绕起始原料的研究一直是一个热点。一方面是 将烯炔醇换成烯炔酸酯或烯炔醇醚2 4 ，2 “，以减少反应中的氧化步骤或负反应，对提高反应产率很 有帮助：另一方面，这条路线最关键的就是氧化异佛尔酮缩酮的获取，因此，它的合成研究也是 人们研究最多的地方，目前已经形成了以下几条分支路线。 ( 1 ) 异佛尔酮合成法胁2 3 川 方法一：将异佛尔酮经异构化、环氧化、水解、氧化等步骤转化为氧化异佛尔酮，再与 乙二醇形成缩酮，由于氧化异佛尔酮的4 位羰基位阻较大，所以反应选择性很好，与乙二醇反应 时产物基本为1 位羰基缩酮。 x 爿焉c 牙m g t 弘x 问氯过氧苯甲酸 c h c l 3 7 7 n a o h 可广 一1 0 0 , 放明一8 6 4 o 姒k 。一9 0 6 k n - - 0 k 。 这条路线从经济的角度考虑，以价格低廉的商品异佛尔酮为原料，这是目前用于合成氧化异 佛尔酮缩酮最常用的方法之一。 方法二：先将异佛尔酮转化为缩酮，同时双键移位，经k m n 0 4 氧化，然后脱水得到氧化异 佛尔酮缩酮。 4 h h 2 q 州 必十必 积吾k m n 0 4 积n 专救： 该路线同样是从异佛尔酮出发但是反应步骤简单了很多，所用试剂也都是较为便宜的常用 试剂。第一步反应虽然生成的是混合物，但是两者通过精馏的方法能较好分离，副产物可以回收 利用。 ( 2 ) b 酮酸醑合成法2 6 。7 ，2 ” p h s c c i 猡熹驻告鼗 h o c h 2 c h 2 0 h 敝一积 同样，此路线在单纯地用于合成a b a 时，意义不大，因为这条路线的实验条件比较苛刻， 反应步骤较多，所用试剂比较昂贵成本较高。但在用于a b a 的结构修饰、合成a b a 的衍生物 中，同样具有很大的潜力。 ( 3 ) l ，4 一环己二酮合成法 此方法以l ，4 环己二酮为原料，经单缩酮化、甲基化、硅醚化、氧化等步骤直接得到氧化异 佛尔酮缩酮。 p 。警 焱亭 烈“3 专稍 这条路线虽然也较为简单，但是很少直接应用于a b a 的台成，这是因为第一步反应很难控 制，产物复杂，分离也较为困难，而且所用试剂较为昂贵，成本较高。不过该路线在用于a b a 的结构修饰时，可发挥的余地比较大，具有前面的路线不具各的优势。因此，该路线在a b a 类 似物的合成研究中常被采用。 1 1 4 醛路线 在有关a b a 的合成研究中，立体选择性问题没有得到很好解决是一直困扰诸多研究者的关 键问题也是脱落酸一直未能在生产上得到广泛应用的主要原因之一。随着顺反异构问题逐步得 斋 酽 以解决，从上世纪8 0 年代后期，人们开始着手提高反应对映选择性的研究，如前面在氧化异佛 尔酮路线中提到过的r o s e 等人的工作，在这方面做的最好的应是以s a l ( a i 等。“建立起来的醛路线。 醛路线是1 9 8 8 年a c e m o g l u 等首先报道的。其反应路线如( 图6 ) 所示。 妖铲微删詈被“詈放 p h p - c h c ( c h l k h c o ：m o 7 0 菇一熹强n 。 e z = 7 ：l 圈6m u r a t 的研a l i a 全合成 s c h e m e 6 m u r a t ss y n t h e s i so f ( s ) - a b a 虽然他们使立体选择性有很大的提高，在环氧化时，获得了e , e 值高达9 7 4 的选择性，但 是在进行w i t t i g h o m e r 反应时却对顺反异构问题没有予以关注，得到的产物是e z = 7 ：1 的混合物。 而同时期的g o m e s 等f 嘲则有效地解决了2 位顺反异构的问题，生成单一的顺式产物e 他们 从o ，1 3 一不饱和醛出发，通过r e f o r m a t s k y 反应。找到了一条更适合合成a b a 的方法( 图7 ) ，该 路线中4 步反应的总收率为3 2 4 。 甲酸 圈7g o m e s 的( + ) - a b a 全合成 s c h e m e 7g o m e s ss y n t h e s i so f ( 4 - ) - a b a g o m e s 等更多的是解决了顺反异构问题，大大提高了产率，却对光学选择性问题又没有给予 关注，所得产物为外消旋体。 1 9 9 2 年，s a k a i 等综台了前人工作的优缺点，不但解决了顺反异构问题，光学选择性问题 也在很大程度得到了解决使得醛路线成为目前人们合成光活性a b a 最好的方法。其路线如图 8 所示。 6 放一敬旅詈遴。趟 於。 k 1 3 m 2 j m c o h i _ ” 圈8s a k a i 的( s ) - a b a 全合成 s c h e m e 8s a k a i ss y n t h e s i so f ( s ) - a b a l _ 1 52 6 - 二甲基苯酚路线： 1 9 9 4 年，l e i 等在a b a 衍生物的合成研究中建立了2 ，6 - 二甲基苯酚路线。随后，y a s u s h 1 3 4 1 等和i n o u e 等进一步完善了该路线，进而形成了从2 ，6 - 二甲基苯酚出发合成a b a 及其衍生 物的方法( 图9 ) 。 1 斟每必a 一芈曲卦。 半菇一。专菇一一。麒。 尉告。苍n 。 圈9 以2 , 6 = 甲基苯酚为原料的( ) - a b a 全合成 s c h e m e 9t o t a ls y n t h e s i so f ( ) - a b as t a r t i n gf r o m2 , 6 一d i m e t h y l p h e n o l 该路线可操作性较强，是目前几条路线中成本最低、产率最高的路线，总收率约为1 6 。不 过这一路线未涉及到光学异构问题。在这方面还存有很大的提高的空间。 1 1 6 其它路线： 除子前面陈述的路线之外，1 9 9 2 年，c o r n f o r t h 等1 3 6 1 又从另一个全新的途径( 图l o ) 实现了 a b a 的全合成。 迤爿蓑 鬯一 o o o p h 3 p ：c m l l 0 e e + c 坞c i i c h 2 c i i 。日j ! o 5 42 乙睦酐 蓝 夸哪t 。a 哂e 1 翌h ，o 令删+ 。a 岛。 c 嘎h 二氟亚砜 o ! 竺! ：! 竺! 或s e oz ，瓤六环 1 2 叫7 n c 1 o 0 叔丁基乙酰己酸乙酯 0 ，l i a i h 4 i t h f o 毗咯烷酮 料 办从 c 。“ 圈1 0 以乙酰乙酸乙醑为原料的( ：t ：) - a b a 全合成 s c h e m e l 0t o t a ls y n t h e s i so f ( 士) - a b as t a r t i a gf r o me t h y la c e t o a e e t a t e 这条路线很有新意，但是总收率太低( 约为o ，s ) ，而且在选择性1 4 题上也没有突破，有待 进一步完善。 1 1 7结语 脱落酸因其在植物体内的重要作用及在农业生产中巨大的应用前景，自c o m f o r i h 等开创 a b a 的化学全合成以来，人们关于a b a 全合成的研究一直没有中断过，不断有新的全合成路线 出现。从目前的情况来看，c o r n f o r t h 合成路线起始原料难以获得，反应条件苛刻，且产率低， 实际应用价值不大；随后发展起来的紫罗兰酮路线虽然反应步骤简单，反应条件也有很大改善， 但是选择性差，由此带来的目标产物分离纯化困难、产率降低等问题一直是阻碍其发展的关键。 后来的氧化异佛尔酮路线、醛路线、2 ，6 - 二甲基苯酚路线及c o r n f o r t h 提出的路线在选择性上都有 提高，但它们都只是重点解决了2 位顺反异构选择性问题，而在1 位的对跌选择性问题上，目前 只有氧化异佛尔酮路线和醛路线有所突破，不过仍远设有达到实际生产、应用的要求。可以预料， 不对称合成方法的应用将是这些路线进一步深化研究的方向。 相信随着a b a 全合成研究的深入，相关技术问题将会逐步得以解决，脱落酸作为一类非常 重要的植物激素，将会在农业生产中发挥其应有的作用和价值。 1 2 脱落酸衍生物及类似物研究进展 为了解决脱落酸在植物体内快速代谢失活f 8 9 | 及其2 位容易光异构化成活性低的反式结构 t o , l l , 1 2 等问题，人们对a b a 的结构与活性的关系进行了系统的研究，并合成了一系列的衍生物 或类似物。使其在综合性能上比天然a b a 有了比较大的改善，从而更接近于实际应用。下面从 a b a 的衍生化和结构改造两个方面综述了这方面的最新研究成果。 1 2 1a b a 的衍生化 8 查雪塞錾奎耋堡圭茎耋奠圣：。 ：。：蚕= 耋苫墼堡鉴 1 2 1 1以阻止或延缓其在植物体内代谢为菜豆酸为目的的研究 8 。位甲基或97 位甲基易发生氧化是脱落酸在植物体内稳定性差的关键所在。因此，对8 ，9 7 以及7 位甲基的衍生化改造，成了很多科学家研究的对象。1 9 9 2 年，p a r o s e 等”报道合成了 化合物( 2 1 ，活性研究表明该化合物在水芹萌芽和雀麦草耐寒细胞悬浮培养试验中，表现出与a b a 相当的活性。 1 9 9 5 年，平井等为解决8 c 在植物体内容易被氧化的问题，设计并台成了( ) - 8 。，8 8 + 一 二氟甲基a b a 甲酯( 3 ) ，采用的是1 3 紫罗兰酮路线。同年，金范泰等p ”用异佛尔酮路线也合成 了化合物( 3 ) ，相比之下，异佛尔酮路线的产率大大提高。而实现8 ，8 ，87 - 三氟甲基a b a 的立 体合成，则是k i m 等 4 0 1 后来的研究者更深入研究的结果。活性研究表明8 ，8 ，8 - 三氟甲基a b a 在各项测试中均表现出比a b a 更好的生物活性，其中在抑制水稻幼苗生长的测试中表现出的活 性为a b a 的3 0 倍以上，是目前活性最高、稳定性最好的脱落酸衍生物之一。 o 0 x = f ，c l 。1 3 r , f 1 9 9 5 年，y a s u s h it o d o r o k i 等1 4 1 根据用氟原子取代3 位质子将把“电子由c 3 推向c 2 + ， 而增加c - 2 。的电子云密度的原理，设计合成了 m 斛嬲。 o o ) 依据同样的原理j a n e ，l w a r d 等【5 1 1 又报道了下列化合物( 3 2 ) 的合成，结果表明：这些酯根 容易在植物细胞体内被光解成相应的游离酸，从而起到缓慢释放a b a 的作用这进一步证明了 该思路的可行性。 必趴n r 譬n 0 2 n 厂江c h r = ( 3 2 、 1 9 9 3 年，n a n c yl a m b 等报道了a b a 的d - 葡萄糖酯的合成，但是发现，该化合物作为a b a 在植物体内的一种代谢物，其活性是非常低的。 1 2 2 脱落酸的骨架改造 1 2 2 1 羧基的变化 1 9 9 2 年l , v g u s 诅等【5 2 】对脱落酸的羧基还原物( 3 3 ) 和( 3 4 ) 的研究发现，它们在种子萌芽试验中 表现出来的抑制活性比a b a 还高。化合物( 3 4 ) 还被发现有增强植物抗寒作用和在低温下促进植物 生长的作用 ( 3 3 ) 1 2 2 22 位顺式结构的必要性研究 ( 3 4 ) 为了研究2 位顺式结构的必要性，人们合成了一系列2 位反式结构的衍生物5 4 1 4 3 2 “，结果显 示化合物( 3 5 ) 在燕麦中胚轴切片的生长实验中活性只是天然型a b a 的1 ，3 0 而化合物( 3 6 ) 和( 3 7 ) 【2 0 】在莴苣种子萌芽等四个生物测试中都没有表现出活性这表明2 位顺式结构是保持脱落 酸及其类似物生物活性所必需的。 与o hy 心渺r r i 一地j r r 2 $ 儿c 0 0 r ( 3 5 ) 1 2 2 33 位甲基对活性影响 a ：r = c h f 2 ，r i = c h ， b ：r h 3r i ；c h f 2 ( 3 6 ) a ：r = h ，r i = ! c h 2 0 m e ，r 2 凡 b ：r = h ，r l t c h * r 2 = c h 2 q m e cr = h ，r l h 2 0 m e ，r f c h 3 d r = h 。r t = c h 3 ，r f c h 2 0 m e ( 3 7 ) 1 9 8 2 年k y a m a s h - 协等报道瞬i ，化合物( 3 8 ) 和( 3 9 ) 对水稻幼苗没有明显活性，表明侧链3 位上 的甲基是a b a 具有生物活性所必需的。 1 2 胁o hc o o h 勰 1 2 2 4l 位羟基的变化 ( 3 8 ) ( 3 9 】 1 9 9 6 年，p ar o s e 等报道了化台物( 4 0 ) 【2 3 1 在抑制小麦胚芽萌芽试验中，( - ) 型光学体表现出比 ( + ) 或( 一) “b a 更高的活性，而( + ) 型光学体表现出低于( + ) 或( - ) - a b a 的活性。在抑制小麦幼苗蒸腾 作i j 的试验中，活性都比a b a 要弱。1 9 9 7 年，y a s u s h i t o d o r o k i 等报道合成了化合物( 4 1 ) 和( 4 2 ) ， o 发现在所有的测试中化合物( 2 4 ) 只表现出了天然a b a l 2 0 到1 1 0 的活性，如果将氟原子换做氢原 子( 4 2 ) 则活性完全丧失。 1 2 2 54 ，位羰基的变化 m 。埘。hh 。，- 三烈。h ( 4 3 ) 1 2 2 ，6 六元环的变化 ( 4 4 ) 1 9 6 9 年，s t a m u r a 和m n a g a o 报道1 5 7 , 5 9 j 合成了化台物( 4 5 ) 、( 4 6 ) 和( 4 7 ) ，生物活性研究发现， 它们在抑制莴苣种子萌芽和抑制水稻幼苗生长的测试中都表现出了显著的生长抑制活性，相当 于或优于a b a 的抑制活性。 。主。 ：。 ：三，外。h 同年他们又报道下列化合物的合成5 ”，生物活性如表2 。 t a b l e 2e f f e c t so f a b s c i s i ca c i da n a l o g so ng r o w t ho f t h es e c o n dl e a fs h e a t ho fr i c es e e d l i n g s n o s t r u c t u r e c o n c n ( m g l i t e r ) ，为”。洲 v 1 ，吨 ，酋外呱心 、 ，吨 ，为外。 ，涣 。 ，凶砖雠喝 l r 丫令 。参、声，人 。”“ ( 二) a b a l5 5 85 4 5 28 6 89 5 5 8 3 08 8 79 4 2 9 9 21 0 2 81 0 43 5 6 67 8 63 i 09 1 3 9 44 4 646 7 17 5 88 9 19 0 7 9 3 0 0 0 21 0 831 0 8 71 0 201 0 0 61 0 3 2 0 65 0 3 ：c o m p l e t ei n h i b i t i o n 19 9 6 年，y a s u s h it o d o r o k i 等i ”1 在关于六元环是否为a b a 衍生物必须结构研究中合成了下面 几个化合物，活性研究表明：在控制气孔关闭的实验中。( 1 固- 5 6 和( 1 s ) - 5 8 根本没有活性化 台物( i 研5 5 与( i d a b a 的活性差不多，而( 1 印一5 9 和( 1 司- 5 7 分别只是( 17 回- a b a 的1 4 0 和 l 8 ；抑制水稻幼苗生长的测试中，( 1 国一5 6 和( 1 s ) 5 8 同样没有活性，但是( i 固- 5 5 、( 1 5 9 、 ( 1 s ) 5 7 的活性却比( 1 s ) - a b a 还要高尤其是( 1 研- 5 5 的活性要远高于( 1 + 研- a b a ，与( 1 。尺) 寸) 一 8 ，8 ，8 三氟一a b a 差不多了。而以上化合物的( 1 固对应体在所有活性测试中都表现为没有活 性或者活性很低。 肇n 料。：埘。2 h 。，料c o 一搿q 。 1 9 9 3 年n l a m b 等1 2 5 】为了研究环上双键对a b a 衍生物活性的影响，合成了化合物( 6 0 ) 和( 6 1 ) ， 活性研究表明化合物( 6 0 ) 具有生长抑制活性在抑制水稻幼苗生长试验中表现出的抑制活性为 耋璺垒錾銮茎堡圭茎堡鎏塞!薹；至錾墼堡垄 a b a 的1 1 0 ，而化合物( 6 1 ) 在控制气孔关闭的试验中表现出来的活性要低于a b a 。进一步研究 发现l “1 ，化合物( 6 0 ) 的( + ) 型光学异构体在雀麦草耐寒细胞悬浮培养试验中和抑制水芹种子萌芽及 小麦胚芽生长的测定中，表现出与( + ) a b a 相当的活性。但是( - ) 型光学异构体在这些测定中没表 现出活性。 o。h埘。h ( 6 0 ) 1 2 3 类似物 ( 6 1 ) 1 9 8 2 年，k y a m a s h i t a 等【”1 报道了下列化合物的合成，并进行活性研究，发现除了化合物( 6 2 ) 在2 l o 一4 m 的浓度下对水稻幼苗生长表现出很弱的抑制活性；化合物( 6 6 ) 在1 0 1 m 的浓度下对 水稻幼苗生长表现出相当于a b a s 0 的抑制活性外：其他化合物在1 0 “m 的浓度下都没有表现 出很好的抑制活性。这些化合物相应的酯和( 2 司异构体也都没有抑制水稻幼苗生长的活性。 。：兰：ts气。f：三i：卜。讯。主三：t。：三卵。 ( 6 2 )(63)(“) 6 s ) ( 6 6 ) m ，k w a l k e r - s i m m o n s 等”i 发现下列化合物具有增强植物抗寒作用和在低温下促进植物生长 的作用，其中化合物( 6 8 ) 和( 7 0 ) 尤其突出。 似 。人人甚 ( 6 7 ) ( 6 8 )( 6 9 )( 7 0 ) 1 9 8 8 年h y a m a m o t o 等”2 坼究发现，化合物( 7 1 ) 在抑制莴苣和红萝h 种子萌芽的试验中表现 出报弱的生物活性，只有a b a 的百分之一；在抑制水稻幼苗生长试验中没表现出抑制活性。化 合物( 7 2 ) 在莴苣种子萌芽试验中表现出a b a 十分之一的抑制活性。 h。、n。，f：三!：。 ( t t ) t 7 2 )( 7 ( 7 4 ) 1 9 9 0 年t j b l a k e 等f 6 3 1 研究发现外消旋的化合物( 7 3 ) 对i n c o n i f e r 幼苗的蒸腾作用表现出抑制 活性，1 9 8 3 年d c w a l t o n 报道i 删了外消旋的化合物( 7 4 ) 具有很强的萌芽和蒸腾抑制作用。这些结 果显示，4 位的反式似乎可由线型的三键来代替。 石德清和陈茹玉等i ”6 6 , ”1 采用活性子拼接的原理，合成一系列含磷或氮的脱落酸类似物( 7 5 ) 、 ( 7 6 ) 、( 7 7 ) 和( 7 8 ) ，并对所有化台物进行小麦芽鞘伸长和黄瓜子 耋里堡些銮耋鎏圭耋堡鎏蚤：，：。，。星；耋鲞螫丝垂 予宵 r 氏午h p ( o 硭) 2 r 4 c l p h ，4 c 伊h ，4 一m e p h ，1 ，3 - b e n z o d i o x o l - 5 一y l ；r = m e , h ；刚= m e ，e t n 6 h( 7 5 ) r 沁7 专c o n h 7 h c o o c h 3 ( e 0 r = p h , 4 - c h 3 p h ；础= p h ，b e n z y l ，c h 3 ，h 副 ( 7 6 ) 1 1 i i 生根生物测定试验，发现其中的一些化合物表现出较好的抑制植物生长活性，个别化合物在 10 m g l 的浓度下对黄瓜子叶生根抑制率高达1 0 0 。 曹 。p 柚一c i ；a 硪2 吼们州枷锄，2 一，2 。d 州 删2 0 确 r 它弋4 壬c o n h c h p ( o p h ) 2 r = p h , 4 - c i p h , 2 - f u r y i ；a r = p h ，2 c l p h ，4 一c l p h ，4 - m e o p h f 7 8 1 结语 脱落酸因其在植物体内的重要作用及在农业生产中远大的应用前景自c o r n f o r t h 等”开创 a b a 的化学合成以来，人们关于a b a 及其衍生物和类似物的研究一直没有中断过，不断有新的 衍生物和类似物出现。从目前的情况来看，对8 或9 位甲基的衍生化是相对比较成功的，也是 a b a 衍生化研究的热点，其中出现了一些活性较好的化合物，如：8 ，8 ，8 三氟甲基a b a 、8 ， 8 二氟甲基a b a 、8 甲氧基甲基a b a 、87 乙烯基a b a 、8 乙炔基a b a 及8 ，87 ，8 三氘代 a b a 等，这些化合物的生物活性都优于天然型a b a ，其中8 ，8 ，8 三氟甲基a b a 、8 己炔基 a b a 在某些方面的活性是天然型a b a 的3 0 到4 0 倍。其次是对a b a 的缓释衍生物的研究，也 获得了一些成功的范例，如：脱落酸的酯化。同时，在有些方面的衍生化或结构改造是不成功的， 如：3 位的卤代、8 位甲基的单卤代及8 位甲基的烷基衍生物，相对于天然型a b a 活性增加很 小或没有增加，甚至有所减弱；3 脱甲基a b a 没有明显的生物活性，表明侧链上的3 - c h 3 是a b a 具有生物活性所必需的；如果将i o h 甩氟原子或氢原子取代，只表现出( 1 回( + ) 一a b a 的1 2 0 到1 1 0 活性，甚至没有活性，表明氟和氢原子不能取代c 1 ，位的羟基。其他的一些a b a 衍生 化或结构改造产生的结果相对来说比较复杂，还难以做出最终评论，但是也没有获得很成功实例， 因此，也为人们留下了问题和广阔的研究空间。 相信随着a b a 衍生化和结构改造研究的深入，活性更高、稳定性更好的脱落酸类似物将会 出现脱落酸作为一类非常重要的植物激素。将会在农业生产中发挥其应有的作用和价值。 1 6 耋垦堡錾套茎堡圭茎堡鍪吝：。薹三耋鲨吝基董 第二章论文设计 2 1 设计依据 ( 1 ) 在我们熟知的5 犬类植物激素中，只有a b a 还未被全面利用，主要是因为目前化学合成 a b a 的方法还很不完善成本高、产率低且大多没有立体选择性6 ”。因此，寻找一种简便而 成本低廉的脱落酸全合成方法，仍然一直是合成化学家们的目标。 ( 2 ) 天然型a b a ( 1 ) 的稳定性差。稳定性差表现在两个方面：一是在植物体内快速代谢失活； 二是2 位很容易光异构化成活性低的反式结构 1 0 , 1 1 , 1 2 l ，这也间接造成了其使用成本的上升。因此， 合成并筛选出活性更高、稳定性更好的脱落酸类似物，对于加速其在农业生产中的应用具有非常 重要的意义。 ( 3 ) 从目前的情况来看，脱落酸的结构改造大多是针对其在植物体内快速代谢失活这一问题进 行的，而对于脱落酸2 位很容易光异构化成活性低的反式结构的问题，目前为止，还少有研究【6 。 有研究表明【i ，a b a 戊二烯酸部分的( 2 z ，4 e ) 几何构型是其具有植物生长调节活性必不可少的保 证，然而。这部分很容易光异构化成活性低的( 2 e ，4 e ) 异构体。分子轨道计算表明a b a 的这种异 构化只需要6 5k c a l m o l 的能量。1 9 9 7 年k i m 等l i ”在c - 2 处引进一个氟原子( 8 ) 后，异构化所需 要的能量为7 8 7k c a l