（有机化学专业论文）螺甲螨酯和弥拜霉素类似物的合成及其生物活性研究.pdf

s y n t h e s i z i n ga n a l o g u e s o fs p i r o m e s i f e na n d m i l b e m y c i na n d t h e i r b i o a c t i v i t ye v a l u a t i o n j im i n g - h u a i n s t i t u t eo f s c i e n c e , z h e j i a n gs c i _ t e cu n i v e r s i t y h a n g z h o u , 只尼c h i n a n o v e m b e r2 0 0 9 l 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本 人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己明确注明和引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的 内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名：季明擘 日期：2 a o 年3 月1 1 日 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权浙江理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密i ：1，在 不保密r 学位论文作者签名： j i i 学 日期：2 咖年3 月1 1 日 i v 年解密后使用本版权书。 指导教师签名_ 耍匀支 日期：f 睥月f j 日 论文项目支持 浙江省科技厅重大专项重点项目：“微生物活性物质结构修饰和新型 抑菌杀虫产品的研制 项目编号：2 0 0 8 c 0 2 0 0 7 3 ；( 2 0 0 8 6 2 0 11 5 ) v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章概论。1 1 1 当今国际新农药的发展趋势1 1 2 新农药创制的主要途径2 1 3 杀虫杀螨剂的研究现状。5 1 4 生物活性筛选概况6 1 5 本论文的立体依据与研究思路7 1 6 参考文献9 第二章螺甲螨酯衍生物的合成及其生物活性研究1 2 2 1 前言1 2 2 2 螺甲螨酯衍生物的合成1 6 2 - 3 实验部分1 9 2 4 化合物的表征2 2 2 5 衍生物的生物活性筛选3 0 2 6 结果与讨论3 4 2 7 本章小结。3 8 2 8 参考文献3 9 第三章弥拜霉素类似物的合成及其生物活性研究4 2 3 1 前言4 2 3 2 弥拜霉素类似物的合成4 6 3 3 实验部分4 9 3 4 化合物的表征5 2 3 5 衍生物的生物活性筛选7 3 3 6 结果与讨论8 2 3 7 本章小结。8 8 3 8 参考文献8 8 附图：9 l 攻读硕士期间发表论文12 2 至5 谢1 2 3 浙江理工大学硕上学位论文 螺甲螨酯和弥拜霉素类似物的合成及其生物活性研究 摘要 螺环类化合物以其独特的结构和性质在医药和农药中都占有重要的位置。已 引起科学家的广泛关注。目前在国内外使用的主要是非螺环农药，而螺甲螨酯是 由拜耳公司开发的第二个螺环季酮酸类新型杀虫、杀螨剂。其具有独特的螺环季 酮酸结构、新颖的作用机制和优异的杀虫、杀螨活性，因此该类化合物是创制新 的杀虫、杀螨剂理想的先导化合物。 近年来，大环内酯类化合物在医药和农药中发挥着巨大的作用。应用较广的 大环内酯化合物螺旋霉素、红霉素a ，具有抗菌谱广，抗菌力强等优点。大环化 合物农药多以易于降解对环境友好和高效、广谱的生物活性，而引起了科学家的 极大兴趣。弥拜霉素作为天然存在的十六元大环内酯化合物，具有广谱的驱虫、 杀虫杀螨活性。广谱、高效的生物活性和复杂的分子结构吸引了无数的化学工作 者对其进行研究。许多经结构改造的衍生物具有更好的生物活性并且已经商是 赫 化。 本论文选取了螺甲螨酯、弥拜霉素类似物脱糖依维菌素作为先导化合物，依 据新农药创制中分子设计的有关原理，共合成了1 0 5 个化合物，其中结构未见报 道的新化合物为8 7 个，所有合成化合物均经核磁共振、质谱表征，对代表化合 物测定了其晶体结构；同时，对合成的化合物进行了详细的生物活性研究。具体 研究内容如下： 1 设计了一条简洁、高效的合成路线，通过7 步反应制得螺甲螨酯关键中间 体3 一( 2 ，4 ，6 三甲基苯基) 2 氧代1 一氧杂螺【4 4 1 壬3 烯4 醇。并以此4 一羟基螺环内 酯中间体作为母体制得系列化合物5 1 5 2 7 。同时测定此系列化合物对朱砂叶 螨、小菜蛾、南方粘虫和蚕豆蚜虫的生物活性。从中筛选到化合物5 1 9 对蚕豆 蚜表现出极高的抑制率，其l c 5 0 为1 0 9 m g l 。为了进一步研究此类化合物的构 效关系，运用x 射线衍射仪对具有代表性的化合物5 - 4 、5 - 8 和5 1 2 进行了晶体 结构的研究。 浙江理工大学硕士学位论文 2 分别以5 - 0 t b d m s 一单糖依维菌素和无糖依维菌素作为原料与相应的酰 氯、羧酸、异氰酸酯进行衍生化反应，制得6 0 个弥拜霉素类似物。同时测定两 个系列化合物对朱砂叶螨、南方粘虫和蚕豆蚜虫的生物活性。从中筛选到单糖类 似物4 1 3 和无糖类似物4 ，- 9 、4 1 1 对粘虫和蚕豆蚜都表现出较高生物活性，其 l c s o 分别为0 2 5 m g l 和0 1 5 m g l 、0 2 0 m g l 、0 0 7 m g l 、0 3 5 r n g l 和0 1 2 m g l 。 同时还初步研究分析了化合物的结构与生物活性的相互关系。 关键词：螺甲螨酯、弥拜霉素、类似物、生物活性 浙江理工大学硕上学位论文 s y n t h e s i z i n ga n a l o g u e s o f s p i r o m e s i f e na n dm i l b e m y c i na n d t h e i rb i o a c t i v i t ye v a l u a t i o n a b s t r a c t o w i n gt os o m es p e c i a la n de x c e l l e n tf e a t u r e ，s p i r a lc y c l ec o m p o u n d s ，e s p e c i a l l y s p i r a lh e t e r o c y c l i cc o m p o u n d s ，h a v eb e e np l a y i n ga ni m p o r t a n tr o l ei nt h en e w p h a r m a c e u t i c a la n dp e s t i c i d e sd e v e l o p m e n t i nr e c e n ty e a r s ，t h e r eh a sl i t t l es p i r a l c y c l ep e s t i c i d e sb e e nd e v e l o p e di nd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lm a r k e t i n t e r e s t i n g l y , s p i r o m e s i f e n ，d e v e l o p e db yb a y e rc r o p s c i e n e e ，i san e wi n s e c t i c i d ea n dm i t i c i d e 、析t hc l a s sk e t o e n o ls t r u c t u r ea n db i o a e t i v ea g a i n s tw h i t ef l i e sa n ds p i d e rm i t e s b e c a u s eo fi t sn o v e lm o d eo fa c t i o na n de x c e l l e n tb i o l o g i c a la c t i v i t i e s ，s p i r o m e s i f e n b e c o m e sa ni d e a ll e a dc o m p o u n di nd e v e l o p i n gn e wi n s e c t i c i d e sa n dm i t i c i d e s r e c e n t l y , m a c r o c y c l i cl a c t o n e sp l a yag r e a tr o l e i nt h ep h a r m a c e u t i c a la n d p e s t i c i d e ss u c h a ss p i r a r n y c i na n de r y t h r o m y c i na n o m m l l y ，s i n c em a c l o c y c l i c ” l a c t o n e sa l eb o t he n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l ya n dh a v i n ge f f i c i e n ta n dw i d eb i o l o g i c a l a c t i v i t yf e a t u r e s ，t h e yh a v eb e e na t t r a c t i n gg r e a ti n t e r e s t so fs c i e n t i s t s f o re x a m p l e ， m i l b e m y c i n s ，a s16 一m e m b e r e dm a c r o c y e l i cl a c t o n e s 埘t hm i t i c i d a l ，i n s e c t i c i d a la n d a n t h e l m i n t i cb i o a c t i v i t i e s ，h a v eb e e na t t r a c t i n gg r e a ti n t e r e s t so fs c i e n t i s t sa n dal o to f i n t e r e s t i n gd e r i v a t i v e sh a v eb e e nd e v e l o p e de v e nc o m m e r c i a l l y u s e d i nt h i sp a p e r , s p i r o m e s i f e na n dm i l b e m y c i nw e r es e l e c t e da sl e a dc o m p o u n d st o d e v e l o pn e wp e s t i c i d e si nt h i sd i s s e r t a t i o n a c c o r d i n gt o t r a d i t i o n a ld e v e l o p i n g d e s i g n a t i o na n dt y p i c a lp r e p a r i n gm e t h o d s ，10 5c o m p o u n d sd e r i v a t i v e s ，i n c l u d i n g8 7 n e wc o m p o u n d sw e r es y n t h e s i z e d a n dt h e i rs t r u c t u r e sw e r ec o n f i r m e db y1 hn m r a n dm se v e nb yx r a yd i f f r a c t i o n a tt h es a m et i m e ，b i o l o g i c a la c t i v i t i e sw e r ea l s o e v a l u a t e d t h er e s e a r c hw o r ki nt h i sp a p e rc a nb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 a na p p r o p r i a t es y n t h e t i cm e t h o do fk e yi n t e r m e d i a t e4 - h y d r o x y - 3 一( 2 ，4 ， 6 - t r i m e t h y l p h e n y l ) 1 - o x a - s p i r o 【4 4 】n o n - 3 一e n - 2 - o n eo fs p i r o m e s i f e nw a sf o u n d e d a tt h es a m et i m e ，s e r i e so fn e wc o m p o u n d sw e r ea l s of o r m e db a s i n go nt h i sk e y n 1 浙江理t 大学硕士学位论文 i n t e r m e d i a t e a n dc o m p o u n d5 - 9s h o w sa ne x c e l l e n ti n h i b i t i o na c t i v i t ya g a i n s ta p h i d 、析t hl c s o1 0 9 m g l 2 6 0a n a l o g u e so fm i l b e m y c i nw e r eo b t a i n e df r o m5 一o t b d m s i v e r m e c t i n a g l y c o n e sa n di v e r m e c t i nm o n o s a c c h a r i d c a n dt h e i r b i o a e t i v i t i e sa g a i n s ts p i d e r m i t e s ，a r m y w o r ma n da p h i dw e r ea l s oe v a l u a t e d i n t e r e s t i n g l y , c o m p o u n d s4 - 1 3 ，4 - 9 a n d4 1 1h a v es h o w na ne x c e l l e n ti n h i b f f i o na c t i v i t ya g a i n s ta r m y w o r ma n da p h i d t h e i rl c s 0w e r e0 2 5 m g la n d0 15 m g l ，0 2 0 m g la n d0 0 7 m g l ，0 3 5 m g la n d 0 12 m g lr e s p e c t i v e l y a tt h es a m et i m e ，w es t u d i e dt h er e l a t i o n s h i po ft h es t r u c t u r e a n db i o l o g i c a la e t i v i t i e s k e yw o r d s ：s p i r o m e s i f e n , m i l b e n y c i n , d e r i v a t i v e s ，b i o l o g i c a la c t i v i t i e s 浙江理工大学硕上学位论文 第一章概论 1 1 当今国际新农药的发展趋势 近年来，随着社会的发展人口的逐年增长，导致人们对粮食的需求量也在逐 年的增多。但是社会的发展却导致了人均可耕地面积的急剧减少。要想克服这个 难题，只有提高单位面积的粮食产量或者改善弄作物的品种。这就必须依靠科学 发展采用各种高科技方法。我们可以培育更加优良的品种、应用无土栽培或者施 加肥料等，而喷洒农药减少虫灾、草灾对作物的产量的危害是其中非常重要的手 段之一。但是，传统的速效、高毒、高残留的农药也为人们的健康和人们赖以生 存的生态环境带来了极大的影响。随着社会的发展科学技术的进步和人们对生 态、环境观念的转变，创制出高效、低毒、安全、环境友好的绿色农药己成为当 今新农药创制的主导【l j 。 随着科学技术的不断发展，农药化学水平已经得到了很大的提高，而人们观 念的改变使新农药创制发生了重大的改变。未来农药的发展将进入到“高效、低 毒、安全”的全新阶段1 2 1 。进入到“高效、低毒、安全 的新阶段的主要标志是： 高毒、高残留的传统农药将被完全取缔，取代它的将是高效、低毒、安全、对环 境友好符合现代人们观念的的杂环和稠杂环等新型农药。所谓新型农药就是作用 化合物对靶标生物个体的生物活性较之传统的农药高出数十倍，乃至百倍【3 1 。一 般该类新型农药的毒性：致死中量 s h 矿= n 图1 2 - 4 水杨酸嘧啶类除草剂改造后的品种 类同合成的特点是：衍生合成思路清晰目标明确，有一个先导化合物母体作 为参照，因此所需投入的人力物力相对较少，而发现高活性的农药品种几率较大。 但其缺点是：其开发的衍生系列衍生农药往往靶标生物接近，生物活性雷同。但 这种开发方法和研究思路成功的机会多，因而在世界农药行业中相当流行而被普 遍采用。 1 2 3 天然生物活性物质模型( n a t u r a lb i o a c f i v es u b s t a n c em o d e l ) 天然活性物质模型，是指从天然物质中通过现代分离、分析手段提取出具有 具有生物活性的物质，并选择其作为先导化合物来创制新农药的一条渠道。这条 途径除先导化合物的来源不同外，在合成方法上与类同合成没有无本质上的区 9 一 图1 2 5 依维菌素合成路线 例：甲胺基阿维菌素和乙酰氨基阿维菌素蚴结构式如图1 2 6 所示： 图1 2 - 6 甲胺基阿维菌素和乙酰氨基阿维菌素结构式 1 2 4 生物合理设计( b i o r a t i o n a ld e s i g n ) 生物合理设计是：通过对某一特定的作用靶标定向设计，并通过化学合成手 4 浙江理工大学硕士学位论文 段获得具有作用靶标专一的化学物质，这是创制新型农药的一种新方法。生物合 理设计是在了解药物作用的原理和作用机制的基础上。它要求科学工作者具有逆 向思考的思维，能够将化学、生物学以及其它相关科学相融合，再根据药物作用 原理和作用机制，选择与此匹配、专一的作用作为靶标模型、设计并合成出合乎 作用机理的先导化合物，这一创制方法的难度较大但是成功的几率相对较高。 目前新农药的创制中还没有成功的先例，但是随着计算机技术广发应、化学 合成方法以及化学分离、分析手段的不断进步，此类创制新农药的方法必将越来 7 越受到人们的关注和更为开阔的发展前景和发展空间【1 3 j 。 1 3 杀虫杀螨剂的研究现状 1 3 1 杀螨剂的重要性 螨作为蛛形纲蜱螨目的一个类群，在我国各地受其为害最为严重的农业害螨 有4 0 余种，而农作物中深受其害的主要是柑桔、苹果和棉花等农作物。被公认 围最难防治的危害生物群体之一。在我国用于防治植食性害螨的专用农用杀螨数 量与市场额在农用杀虫杀螨剂中仅次于鳞翅目和同翅目，为1 0 左右，由此可见 开发新型的农用杀螨剂的必要性【1 4 1 。 1 3 2 我国杀虫杀螨剂的应用现状 节 目前在我国专一、高效杀螨剂的农药极为稀缺1 5 1 7 】：在我国农药市场上主要 杀螨剂品种有：哒螨酮( 如图1 3 1 所示) 、浏阳霉素、阿维菌素和炔螨特等。其 中最重要的是哒螨酮，又名哒螨灵。哒螨酮具有杀螨谱广，对螨的各个发育阶段 都具有非常好的防治效果，为我国农业害螨防治工作作出了极大的贡献。但是近 年来全国各生产厂家大多研制含有哒螨酮的农药制剂，加上农民连续不断地只用 此类农药制剂或与其他农药进行混合使用，从而导致害螨对此类杀螨剂产生抗性 很快。 ( h 3 c ) 3 c c ( c h 3 ) 3 图1 3 1 哒螨酮的结构式 由于缺少长效品种和专用杀螨剂，加之国内厂家只顾追求经济效益，刻意降 低混剂中有效成分的用量，从而致使用药次数增加，使害螨易于产生抗药性。 单一品种持续不断地应用、专用杀螨剂少，兼用现象严重等式害螨产生抗药 5 浙江理工大学硕士学位论文 性的主要原因。虽然很多有机磷、拟除虫菊酯类杀虫剂、阿维菌素以及此类衍生 物等都具有一定的杀螨效果。这些农药多数具有很高的杀螨效果，但是此类药剂 也有个致命的缺点即：对天敌和益虫也具有很强的毒害作用，而专用杀螨剂对天 敌和益虫具有和好的全性。若长期大量使用这些非专一杀虫杀螨剂，必然会导致 一些对害螨有较好控制作用的有益靶标生物种群数量的减少，从而导致了害螨的 更加猖獗难以控制，其给农作物带来的后果不堪设想。加之后续开发新品种更新 缓慢，除炔螨特( 如图1 3 - 2 所示) 这一老品种【1 8 】近期在国内实现了工业化生产 外，再没有其他新型专用杀螨剂得到推广应用。专一杀螨剂的创制研发速度已经 不能满足现代社会发展的脚步，螨害依然是农业生产中的大敌。 图1 3 - 2 炔螨特结构式 1 4 生物活性筛选概况 在新农药的创制研发过程中，始终主导我们的两项重要任务是：( 1 ) 生物活 性的筛选，( 2 ) 化合物的结构与生物活性的关系研究。这两项任务不仅可以帮助 我们预测化合物的可能具有的生物活性和判断化合物是否具有某种生物活性，而 且它还可以向我们反馈相关信息，这对选择合适的先导化合物的及其以此衍生化 的化合物具有指导性的作用。 生物活性筛选内涵是：运用相关的实验方法和操作步骤，以化学合成的方法 得到的或从天然产物中提取得到的先导物以一定的量处理供试对象，再根据供试 对象所作出的相关反应，并在经过一定的数学统计和结果分析后，筛选出有效化 合物应用于进一步的生物活性筛选、研究和应用开发，也可以作为先导化合物用 于进一步的衍生化f 1 9 1 。 1 4 1 筛选对象的选择 在新农药的创制研发过程中，生物活性测定筛选中，如何选择靶标对象是一 项非常重要的工作，特别对普筛而言显得尤为重要。生物活性靶标对象的选择主 要应注意一下几点：( 1 ) 必须根据供试化合物的具体结构特点，我们可以先预测 其可能具有的生物活性，然后更具生物活性再选择其靶标对象。然而这种预测需 要有相关的科学研究背景和大量相关经验，否则就会过于盲目准确性不高。( 2 ) 6 浙江理工大学硕士学位论文 我们可以参考已有的相似化合物的结构、毒理相关的研究数据或者是通过相关的 文献资料来帮助我们做出推测，这样就避免了盲目性。( 3 ) 化学物质结构的相似， 其生物活性可能也会具有一定程度的相似性，因此，我们可以根据这点找到合适 的靶标对象。 在生物活性测定过程中，鳞翅目和同翅目是我们在对化合物生物活性测定过 程中被用作新农药靶标最常见的两大昆虫。原因是：( 1 ) 它们所包含的害虫种类 最多( 2 ) 此类昆虫相对来源丰富，可进行人工饲养获得，有利于生测工作的展 开。其次蜱螨目也是常被用做供试靶标的生物，玉米螟及稻螟、粘虫及棉铃虫、 稻飞虱、蚜虫以及叶螨都是我们常用的靶标对象。这些靶标对象一般都易于人工 室内饲养，从而有利于进行大批量的生物活性测定工作。 1 4 3 生物活测定方法 生物活性的测定方法很多，而常常因供试靶标不同而有不同。农药作用于生 命个体的靶标部位是很多的，可以说生命个体活动过程中的任何一个过程或者是 生命体中所拥有某种的赖以生存的物质都可能成为一种作用靶标。所以生物活性 测定过程中我们不可能采用始终相同的测试方法去测试系列潜在生物活性物质， 否则就会很容易错过许多潜在的优异的具有生物活性的物质。本文所合成的系列 4 化合物的测试方法是参照“农药生物活性评价s o p 行内标准，选用了朱砂叶螨、 南方粘虫、蚕豆蚜虫和小菜蛾作为供试靶标生物。生物活性测试工作委托国家南 方农药创制中心湖南省化工研究院和浙江大学农药与环境毒理研究所进行，由其 提供原始数据及及正式的测定报告【2 0 】。 1 5 本论文的立体依据与研究思路 目前，在全世界农药市场中约8 0 的市场份额都被先正达、拜耳、等国际大 基团所垄断。我国现农药生产大部分都是仿制品种，不仅产值非常低、而且也结 构不合理，对我国的生态和环境带来了相当大的危害。加入w t o 后，由于我国 新农药创制过于落后只有极少数新农药品种问世，而国外新农药品种收到专利和 知识产权保护和在环境保护的压力下，我国农药工业正面临前所未有的极大挑 战。开发出具有自主知识产权的具有新型结构和独特作用机理的新型农药，提高 我国新农药创制水平已经迫在眉睫【2 l 】。 螺环类化合物以其独特的结构和性质在农药应用中占有重要的位置【2 2 2 4 1 。目 7 浙江理t 大学硕上学位论文 前在国内外使用的主要是非螺环农药，仅有少量螺环农药投入使用。而螺甲螨酯 作为拜耳公司开发的第二个螺环季酮酸类新型杀虫、杀螨剂，是一种主要用于防 治棉花、蔬菜和观赏植物的粉虱和叶螨的双重防治剂，具有影响粉虱和螨虫发育、 干扰其脂质体生物合成、降低粉虱和螨虫繁殖能力等独特的作用机理且与任何其 他已商品化的杀虫剂、杀螨剂无交互抗性。 弥拜霉素( m i l b e m y c i n s ) 是一十六员大环内酯抗生素类杀虫、杀螨剂，由日 本s a n k y o 公司和美国m e r c k 公司于1 9 7 5 年从链霉菌s t r e p t o m y c e sh y g r o s c o p i u s 发 酵产物中分离而得【2 5 1 。该类化合物具有结构新颖、作用机制独特、广谱生物活 性、有效剂量低、易于降解、安全性高等特点，而吸引了许多科学家进行研究。 作为弥拜霉素类似物伊维菌素也是一种大环内酯抗生素类杀虫杀螨剂一阿维菌 素【冽( a v e r m e c t i n ) 的衍生物，是一种新型、广谱杀虫杀螨剂，医学上用于人体 驱杀寄生虫，兽医学上用于动物体内外驱杀寄生虫，对农业害虫害螨也具有很高 活性。 有关结构与活性关系的基本理论【2 7 1 认为：分子是构成物质的基础结构，化合 物内部分子结构特征及分子间的组合方式等结构信息决定了化合物所表现的性 质，也就是说，化一台物的理化性质，生物活性等都是以分了为主体来表示和解释 的。影响生物活性的最主要因素是化合物的理化性质、空间结构等结构因素。因 此，化合物的分子设计与合成是新农药创制中最关键的步骤。 鉴于螺甲螨酯和弥拜霉素都是高效、安全的新型农药，与环境友好，符合生 态环境和现代绿色农药的标准，具有很好的应用前景。弥拜霉素类似物依维菌素 则是阿维菌素经过结构修饰后的一种重要衍生物，其基本保持了阿维菌素的高 效、广谱的生物活性，但其毒性却较阿维菌素低很多。因此，选择天然活性物质 或者具有高效、安全、结构独特的化合物作为先导化合物，并将计算机科学、生 物学与化学合成相结合进行新农药的创制研究，极大提高了新农药创制的成功 率。本论文就是按照这一思路，选择螺甲螨酯和弥拜霉素为先导化合物，分别以 螺甲螨酯的中间体为原料，以与弥拜霉素结构相似的脱糖依维菌素为原料来进行 分子设计与优化合成系列新型化合物，在充分了解其药物的作用机制、构效关系 和理化特性的基础上，依据新农药创制中分子设计的有关原理，采用化学合成的 方法对其进行结构修饰，期望能够提高化合物的生物活性、降低其毒性、扩展妻 8 浙江理t 大学硕上学位论文 活性普或者提高化合物稳定性等目的，从而筛选出高效、低毒、对环境友好的新 农药品种，为进一步创制新农药品种打下良好的基础。 本论文拟从以下几个方面来展开研究工作： 1 、选择一条简洁、高效的合成路线制得螺甲螨酯的中间体3 ( 2 ，4 ，6 一三甲基苯 基) 一2 一氧代1 一氧杂螺 4 4 】一壬3 烯4 醇。再根据类同合成法和亚结构连接 法的原理，以4 一羟基螺环内酯中间体作为母体来设计和合成新的目标分 子，即用卤代物、酰氯、羧酸与母体中的一o h 进行衍生化反应，制得系 列醚类和酯类化合物，同时对制得的化合物进行生物活性研究。 2 、根据类同合成法和亚结构连接法的原理，选择弥拜霉素类似物单糖依维 菌素作为原料来设计和合成新的目标分子，即用酰氯、羧酸、异氰酸酯 与先导物中的4 - o h 进行衍生化反应，制得系列新型大环内酯的酯类和 氨基甲酸酯基类化合物，同时对制得的化合物进行生物活性研究。 3 、根据类同合成法和亚结构连接法的原理，选择弥拜霉素类似物一无糖依维 菌素作为原料来设计和合成新的目标分子，即用酰氯、羧酸、异氰酸酯 与原料中的1 3 一o h 进行衍生化反应，制得系列新型大环内酯的酯类和氨 基甲酸酯基类化合物；同时对合成的化合物进行生物活性研究。 4 、根据类同合成法和亚结构连接法的原理，选择以上合成的4 一酯基和1 3 酯基系列化合物作为原料对c 5 o h 进行改造，制得系列c 一5 一甲氧亚氨基 c 5 一脱氧- 4 7 一酯基和c 5 甲氧亚氨基c 一5 一脱氧13 酯基系列化合物。 5 、重点对螺甲螨酯和弥拜霉素系列衍生物进行结构与活性的相互关系初步 分析，找出规律，为进一步的创制积累数据和经验。 1 6 参考文献 1 】刘长令2 1 世纪农药的创制和展望化学工业出版社2 0 0 2 ，8 【2 】陈万义展望2 1 世纪的农药环境制约下的农药植物保护1 9 9 8 ，2 4 ( 5 ) 【3 】墨笪，逸垒童墓磺酰脲类除草剂的研究进展世界农药2 0 0 8 ，3 0 ( 0 1 ) 1 6 4 】柏再苏，王大祥，新杂环农药的研究发展及合成方法化学工业出版社， 2 0 0 4 ，1 【5 】刘缠民，蒋继宏关于吡虫啉对玉米田蝗虫群毒力的研究徐州师范大学学 报2 0 0 2 ，2 0 ( 2 ) 5 4 9 浙江理 二大学硕士学位论文 【6 】刘长令，韩亮，李正民，以天然产物为先导化合物开发的农药品种( i i 卜杀虫 杀螨剂农药2 0 0 3 ，4 2 ( 1 2 ) 1 【7 】刘长令，关爱莹，刘振龙新型甲氧基丙烯酸酯类杀螨剂嘧螨酯世界农药 2 0 0 2 ，2 4 ( 1 4 ) 4 6 8 】关爱萤火，李林，刘长令新型三唑硫酮类杀菌剂并硫菌唑农药2 0 0 3 ， 4 2 ( 9 ) 4 2 【9 】张梅凤，范金勇，张弘伟，张绣珍，马新刚新烟碱类杀虫剂的研究进展世 界农药2 0 0 9 ，3 1 ( 1 ) 2 2 【1 0 】亦冰水杨酸嘧啶类除草剂- - p y d m i n o b a c - - m e t h y l 农药译丛1 9 9 8 ，2 0 ( 6 ) 6 3 【1 1 】朱兆璋，李冀联，沈演初天然杀虫素a v e r m e c t i n 的结构改造物一依维菌素 农药译丛1 9 9 5 ，17 ( 6 ) 2 1 【12 】f i s h e r , m h r e c e n ta d v a n c e si na v e r m e c t i nr e s e a r c h p u r e & a p p a l c h e m 1 9 9 0 ，6 2 1 2 3 1 【1 3 】赵忠华，新农药研究开发程序化学工业出版社1 9 9 6 ，1 0 4 【1 4 】陈万义，薛振祥，王能武新农药研究与开发第一版化学工业出版社 2 0 0 1 ，1 6 1 5 】李钟华进入不同研究阶段的1 5 个创新化合物 n 】农资导报2 0 0 4 ，( 1 8 ) 2 【1 6 】李海萍我国杀虫剂工业与产业化开发现代农药2 0 0 2 ，( 4 ) 4 7 【1 7 】张弘，孟铃农药杀螨剂应用、开发现状及展望农药2 0 0 3 ，4 2 ( 3 ) 1 4 【18 】李进荣，于佰双，王家军7 中杀虫杀螨剂对大豆红蜘蛛的防效简报莫丹江 师范学院学报2 0 0 8 ，( 4 ) ，1 9 【1 9 】张宗捡新农药创制及其生物活性筛选研究进展农药2 0 0 4 ，4 3 ( 5 ) 4 3 【2 0 】国家南方农药创制中心，“生测标准操作程序”( 内部资料) 【2 l 】顾宝根中国农药如何面对w t o 中国植物病害化学防治研究中国农业 科技出版社2 0 0 0 1 2 2 】尚尔才创制新农药是发展我国农药工业的必由之路农药1 9 9 0 ，2 9 ( 5 ) 2 2 【2 3 】魏荣宝，刘洋，梁娅含螺环结构农药研究进展有机化学2 0 0 9 ，2 9 ( 3 ) 4 7 6 【2 4 】魏荣宝，刘博，刘洋，郭金晶，张大为具有生理活性的含氧、氮、硫杂原子 1 0 阴c h e m s o c 物一依维菌素 浙江理工大学硕：上学位论文 第二章螺甲螨酯衍生物的合成及其生物活性研究 螺甲螨酯作为一个含有螺环季酮酸结构的螺环类农药，其具有独特的作用机 制和优异的杀虫、杀螨活性。在本章中，作者设计了一条简洁、高效的合成路线， 通过7 步反应制得螺甲螨酯关键中间体3 - ( 2 , 4 ，6 三甲基苯基) 一2 氧代1 一氧杂螺 【4 4 】- 壬一3 一烯4 醇。并拟以此4 羟基螺环内酯中间体作为原料，与相应的卤代物、 酰氯、羧酸、进行衍生化反应制得系列醚类和酯类衍生物。在波谱分析的基础上， 通过对代表性化合物的x 射线单晶结构分析，对其结构进行确证。同时对制得 的衍生物进行生物活性研究，分析不同取代基对生物活性的影响，以指导进一步 的合成筛选工作。 2 1 前言 螺环类化合物以其独特的结构和性质在医药和农药中都占有重要的位置， 己引起越来越多科学家的关注1 卅。螺环化合物的两环平面相互垂直，对于杂环 螺环化合物可能还具有螺共轭、螺超共轭或异头效应等一般有机化合物不具备的 特殊性质。在一定的条件下，手性轴的存在，能够构成不对称分子或非对称分子 。由于杂环螺环化合物多含有电负强的o 、n 、s 等杂原子，而导致其与其它分之 间产生有较大的分子间作用力。因而它是很好的医药和农药先导化合物前体1 7 1 。近年来，国内外科学工作者已经越来越重视该领域的研究，合成了结构新型、 作用机制独特，含有螺环骨架的化合物，并从中筛选出了一批具有药用效果的的 化合物。 2 1 1 具有生物活性的螺环类化合物 2 0 0 5 年，姚新生等1 8 1 人从兰科属植物密花石豆兰( b u l b o p h y l l u m o d o m t i s s i m u ml i n d l ) 中分离得到一个新的螺环化合物，该化合物在体外可以显 著抑制巨噬细胞中n o 的释放，同时对一些肿瘤细胞也有一定的抑制作用。可以 用于防治肿瘤以及因n o 在体内过度释放诱发的疾病。其结构式如图2 1 1 所示： h o h 1 2 浙江理工大学硕士学位论文 图2 1 1 密花石豆兰中螺环化合物结构式 2 0 0 1 年，b e r g e r 等【9 1 人通过化学合成的方法制备了一系列螺环吲哚衍生物， 此系列化合物为非甾体类抗炎药，具有抗炎、解热及镇痛作用，特别是对慢性疼 痛有良好的治疗效果。其中代表化合物为5 氟螺【吲哚啉。3 ，3 哌啶】2 酮盐酸盐， 其结构式如图2 1 - 2 所示： h f 图2 1 - 2 螺环吲哚衍生物结构式 2 0 0 2 年，f o k a s - 等p o 合成了螺【四氢吡咯- 2 ，3 羟吲哚】化合物。这类化合物有很 好的生物活性。例如抗癌药、抗病毒药、抗生素、消炎药、止痛药、安定剂；杀 虫剂、灭鼠剂、除草剂等。其典型结构如图2 1 - 3 所示： 图2 1 - 3 螺i 四氢吡咯- 2 , 3 羟吲哚l 的结构式 2 0 0 5 年，c a s s a y r e 等以“具有杀虫效果的螺吲哚衍生物为标题的专利，公 开了具有杀虫性能的含吲哚啉环结构的螺环化合物的专利，详细介绍了近千种该 类化合物的合成及杀虫活性，其典型的化合物结构式如图2 1 4 所示： 1 3 浙江理工大学硕上学位论文 图2 1 - 4 螺吲哚衍生物的结构式 2 0 0 5 年，m o l l e y r e s 1 2 1 等人公开了具有杀虫性能的含有六氢吡啶环结构的螺 环化合物的专利，详细介绍了该类化合物的合成及对防治玉米根虫叶甲和桃蚜 虫有特效。其典型的化合物结构式如图2 1 - 5 所示： ，r，r o 图2 1 - 5 六氢吡啶环结构的螺环化合物结构式 2 1 2 螺环类农药应用现状 目前在国内外使用的主要是非螺环农药，螺环农药仅有螺环菌胺【1 3 j ( s p i r o x a m i n e ) 、灰黄霉素【1 4 】( g r i s e f u l v i n ) 和l u b i m i i i l 等少量品种投入使用。 螺环菌胺和灰黄霉素的结构式如图2 1 _ 6 和图2 1 7 所示： ( | 1 3 c ) 3 c h 3 c h 2 c h 3 n c h 3 图2 1 - 6 螺环菌胺的结构式 。 图2 1 7 灰贡霉素结构式 芳基和杂芳基取代的螺环季酮酸类化合物作为天然产物或天然产物的一个 重要结构单元广泛存在于自然界当中，由于它们具有很好的生物活性而成为当前 研究的热点之一。最具典型的是拜耳公司开发推广的第一代螺环季酮酸类新颖杀 螨剂螺螨酯( s p i r o d i c l o f e n ) 、第二代螺环季酮酸类杀虫杀螨剂螺甲螨酯 ( s p i r o m e s i f e n ) 、第三代螺环季酮酸类杀虫剂螺虫乙酯【1 扣1 6 1 ( s p i r o t e t r a m a t ) 。 尤其是螺甲螨酯是一种结构新颖的杀虫、杀螨剂具有作用周期长、对环境无害等 优点，已经凸显螺环农药的特殊效果。螺螨酯、螺虫乙酯和螺甲螨酯的结构式见 图2 1 名和图2 1 _ 9 所示。 1 4 浙江理t 大学硕士学位论文 o s p i r o d i c l o f e ns p i r o t c 血a m a t 2 1 3 本章研究思路 图2 1 - 8 螺螨酯、螺虫乙酯结构式 s p i 咖l t c a 0 图2 1 9 螺甲螨酯的结构式 螺甲螨酯( 通用名s p i r o m e s i f e n ，商品名：o b e r o n ) 是由拜耳公司开发的第 二个螺环季酮酸类新型杀虫、杀螨剂。首次在印度尼西亚和英国获准上市，印度 尼两亚防治茶叶和苹果短须螨属和红蜘蛛，英国己按照e u 农药登记法令( 9 1 4 1 4 1 临时批准用于温室西红柿。目前螺甲螨酯正在世界各地开发，不久将在欧洲、北 美、拉美和亚太地区登记；在美国准备登记的作物如棉花、葫芦、玉米、胡椒、 西红柿、草莓、甘蓝和其它蔬菜等1 7 1 。它是一种主要用于防治棉花、蔬菜和观 赏植物的粉虱和叶螨的双重防治剂，具有影响粉虱和螨虫发育、干扰其脂质体生 物合成、降低粉虱和螨虫繁殖能力等独特的作用机理且与任何其他己商品化的杀 虫剂、杀螨剂无交互抗性1 3 2 0 。 螺甲螨酯理化性质和环境影响【2 1 】：纯品为无色粉末，熔点9 8 ( 2 ，蒸气压为 7 x 1 0 。6p a ( 2 0 ) 水中溶解度0 1 3 m g m l 。分配系数( 正辛醇水) ：4 5 5 ( p h2 7 5 ，2 0 ) 土壤降解时间为5 d 。 螺甲螨酯毒性【2 1 】：大鼠急性经皮l d 5 0 2 0 0 0 m g k g ( 雌、雄) ；大鼠急性吸入 l c 5 0 4 8 7 3