（物理化学专业论文）1h124三氮唑衍生物的合成、表征及杀菌活性研究.pdf

1 h 一1 ，2 ，4 三氮唑衍生物的合成、表征 及杀菌活性研究 摘要 拶_ c h 2 一国r 1 盱譬卜妒 我们对所合成的化合物通过核磁共振氢谱( 1 h n m r ) 、红外( 瓜) 、质谱( m s ) 、 元素分析( e a ) 等表征手段进行了结构表征，并对培养出的四个化合物的单晶通 过x 射线衍射分析进行结构测定，确证了化合物的结构，并探索了化合物的反应 机制及合成方法。采用离体平皿法测试了化合物的杀菌活性，结果表明，合成化 合物具有一定的杀菌活性。部分化合物采用g a u s s i a n0 3 程序进行了量化计算，初 步探讨了其活性与结构的关系。 关键词：三唑衍生物合成结构表征杀菌活性构效关系 s t u d i e so nt h es y n t h e s i s c h a r a c t e r i z a t i o n a n df u n g i c i d a l a c t i t i e so fn o v e l c o m p o u n d sc o n t a i n i n g1 - h - 1 ，2 ，4 - t r i a z o l e a b s t r a c t t r i a z o l ec o m p o u n d sh a v eb e e nf o u n dt os h o ww i d es p r e a db i o l o g i c a la c t i v i t i e s ， m a n yo ft h e mh a v eb e e nd e v e l o p e da n du s e da sf u n g i c i d e s ，p l a n tg r o w t hr e g u l a t o r s a n dm e d i c i n e t r i a z o l ec o m p o u n d sh a v eb e e nt h em o s ti m p o r t a n to ft y p e so f f u n g i c i d e s i n n i t r o g e nh e t e r o c y c l i cc o m p o u n d s d i f f e r e n t s t r u c t u r e so ft r i a z o l e c o m p o u n d sh a v ed i f f e r e n tb i o l o g i c a la c t i v i t i e s ，d e v e l o p i n gn o v e ls t r u c t u r a l t f i a z o l e c o m p o u n d s i st h er e s e a r c hf o c u so na tp r e s e n t i nt h i st h e s i s ，w eh a v er e v i e w e dt h er e c e n ta d v a n c e si nt h es t u d i e so nt h e s t r u c t u r e s ，s y n t h e s i s ，a c t i o nm e c h a n i s m ，s t r u c t u r e a c t i v i t yr e l a t i o n s h i pa n df u n g i c i d a l a c t i v i t i e so ft f i a z o l e s ，d i f f e r e n ta c t i v eg r o u p so fa c t i o nm e c h a n i s mw e r ei n d u c t e di n t o t h et f i a z o l ec o m p o u n d sa c c o r d i n gt ot h ec o n c e p to fb i o i s o s t e r i s m t w e n t y o n en o v e l t r i a z o l ec o m p o u n d si nt h r e et y p e so fs t r u c t u r ew e r ed e s i g n e da n ds y n t h e s i z e d t h e ya r e s u m m a r t i z e da sf o u o w s ： r 、n 一8 u时仑 曰h r i ( r 2 ) 一c c ，n n | | n r 一曰c c ，f c 焉 “一n h 飞，) 心 t h e i rs t r u c t u r e sw e r ec o n f i r m e db ym e a n so f1 hn m r , 珉，m s ，e aa n dx - r a y d e t e r m i n a t i o n ( f o u rs i n g l ec r y s t a l so f t h e s ec o m p o u n d sw e r eo b t a i n e d ) a n dt h er e a c t i o n m e c h a n i s ma n dt h eb e t t e rs y n t h e t i cm e t h o dw e r ed i s c u s s e d f u n g i c i d a la c t i v i t i e sw e r e a l s ot e s t e db ym e a n so fm y c e l i u mg r o w t hr a t et e s ta n da l lt h ec o m p o u n d sw e r ef o u n dt o 2 s h o w s o m el u n g , i c i d a la c t i v i t i e s t h es t r u c t u r e - a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p s f o rs o m e c o m p o u n d s w e r ed i s c u s s e dv i ag a u s s i a n0 3p r o g r a m k e yw o r d s ：t r i a z o l ed e r i v a t i v e s s y n t h e s i s s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i z a t i o n f u n g i c i d a la c t i v i t i e s s t r u c t u r e a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p 3 青岛科技人学研究生学位论文 刖吾 含氮杂环是一类具有重要应用价值和良好生物活性的化合物，已有许多杂环 被开发为新的医药和农药品种，在人类健康和农业生产中发挥着重要的作用。国 际上许多课题组在从事这一领域的研究和开发，使得有关新型杂环的合成及生物 活性的研究十分活跃。在现有众多杂环化合物中，1 ，2 ，4 一三唑类衍生物由于其具 有高效、广谱、低毒、内吸性等特点及其广阔的应用前景一直颁受世界各大农药 公司的关注 1 。2 】。内吸性优良的杀菌剂三氮唑的出现，使得某些曾经无能为力的病 害得到了有效的防治，并目肪治的对象和应用范围得到了大大扩大。杀菌剂的用 量、用药次数、使用方式和方法都得到了相应的改善，整个植物病害的防治能力 和水平都得到了较大的提高。杀菌剂的应用也越来越广泛，市场需求逐年增长， 其中增长最快的是三唑类杀菌剂1 3 】。 内吸杀菌剂的作用特点较单一，病原菌的繁殖速度较快，因此，抗性产生较 快，同除草剂、杀虫剂相比，内吸杀菌剂的寿命较短；由于短时期内农业上的转 基因技术对杀菌剂的工业影响较小( 对除草剂工业影响最大) 4 - 5 】；又由于我国加 入了w r o 以后，签订了世界知识产权保护的各种条约，走捷径及时仿制国外新 的好的杀菌剂品种，已不太可能，因此，设计和开发新型三唑类化合物的前景卜 分广阔，潜力巨大。我们要努力赶上和超过国外的水平，加快新农药的创制，开 发出更高效广谱的替代品显得日趋重要。 目前的研究工作集中在三个方面：其一，以现有三唑类化合物为模块，研究它 们的构效关系，并对其进行结构改造和优化，得到更高活性的品种；其二，立体选 择合成高活性化合物，不同的立体异构的三唑化合物的活性有很大的差别，几何 异构化合物间的转换和立体选择合成是高活性化合物合成的捷径；其三，计算机辅 助分子设计合成三唑类药物。利用计算机图象模拟技术，以期得到高活性的新三 唑类化合物。 本文在吸收大量文献的基础上，经过结构修饰和改造，设计并合成三个系 列分别含有吡唑基团、邻苯甲酰磺酰亚胺基团和乙烯基芳基酮的三唑类化合物衍 生物，进行生物活性测试，从中筛选出高活性的三唑类化合物。 1 - h - 1 ，2 ，4 三氮唑衍生物的合成、表征及杀菌活性研究 参考文献 【1 】李正铭，杨华铮，迎接新农药创制研究所面临的挑战，2 1 世纪有机化学发展战略，北京 化学j ：业出版社，2 0 0 2 3 7 3 f 2 1 吴文君，刘惠霞，对农药的几点看法，农药1 9 9 8 ，3 7 ( 9 ) ：1 5 ( 3 】张一宾编译，1 9 9 4 年世界农药市场，农药译趔，1 9 9 6 , 1 8 ( 1 ) ：1 4 f 4 1 程华译，n - 取代i 唑类杀菌剂的化学，农势z 手丛1 9 8 4 ，6 ( 3 ) ：2 6 【5 】张敏恒，转基冈作物与农药，农药2 0 0 0 ，3 9 ( 4 ) ：1 - 5 2 青岛科技大学研究生学位论文 第一章文献综述 含氮杂环是一类具有重要应用价值和良好生物活性的化合物，已有许多该类 杂环被开发为新的医药和农药品种，在人类健康和农药生产中发挥着重要的作 用。唑类杂环化合物由于具有广泛的生物活性而备受重视，己发现了许多唑类杀 菌剂、除草剂、杀虫剂及药物等。在众多的真菌病害防治剂中，三唑类杀菌剂是 典型的杀真菌类型。以下就三唑类化合物的研究状况做一简单介绍。 1 三唑类化合物的研究进展 危害动植物而使动植物致病的有害生物主要是真菌、细菌和病毒。对植物而 言，植物的主要病害是真菌病害。已商品化的杀菌防病药剂绝大多数为杀真菌剂， 杀细菌剂则屈指可数，防病毒剂为数甚少。因素之一就是真菌病害具有普发性， 造成的危害和损失也最大。近3 0 年来，三唑类杀菌剂以其高效、低毒、广谱而 备受青睐，不仅如此，多数三唑类杀菌剂同时具有植物生物调节功能，成为最受 关注的抗真菌感染药物类型。 1 1 三唑类化合物的开发及应用概况 六十年代中期，荷兰的p b i l i p h - d u p h e r 公司开发出第一个1 ，2 ，年三唑类杀菌荆 一威菌灵【l 】，六十年代末，西德拜耳( b a y e r ) 公司和比利时( j a n s s e n ) 公司首先 报道了1 取代唑类衍生物的杀菌活性。随后，b f i c h e l 及其合作者报道了1 一三苯甲 基唑类化合物对病原真菌具有高度活性，并由此开发了代表性化合物氟三唑，该 化合物对黄瓜、桃、葡萄和大麦等的白粉病有优良的防治疗效。 七十年代，唑类化合物的高效杀菌活性引起国际农药界的高度重视，各大公 司先后开发研究，发现苯基可广泛地被其他基团所取代，而其生物活性保持不变 或更加提高。通过对n 甲基碳上取代基团的变换，合成并筛选出一系列具有杀菌 活性的三唑类化合物。例如，苯基可以被五元或六元杂环、各种类型的饱和或不 饱和的烷基、酯、酮等官能团或桥苄基所取代。这种结构甚至可进一步改变，以 至于中心碳原子不再带有芳香性，通过对n 甲基碳上取代基团的变换，合成并筛 选出一系列具有杀菌活性的三唑类化合物，其中包括活性很高的三唑基o 、n - 乙 缩醛类化合物。继而又开发了内吸性杀菌剂1 h 一1 ，2 ，4 一三唑酮【z 】、三唑醇1 3 】和1 ，2 ，3 一 三唑、4 h 一1 ，2 4 三唑、1 h 1 ，3 ，4 三唑类化合物。迄今为止，已开发的内吸性杀菌 1 - h 1 ，2 ，4 三氮唑衍生物的合成、表征及杀菌活性研究 剂主要有三唑类，苯并咪唑类、嘧啶类、咪唑类、吗啉类等，其中最重要的内吸 性杀菌剂是三唑类化合物1 4 】。已经问世并商品化的三唑类化合物有西德拜耳公司 的氟i 哗( p e r s u l o r ) 、三唑酮( b a y l e t o n ) 、三唑醇( t r i a d i m e n 0 1 ) ，比利时j e n s s e n 公司 的乙环哗( e t a c o n a z o l e ) 、丙环唑( p r o p i c o n a x o l e ) ，英国c i c 公司的多效唑( p p 3 3 3 ) 、 苄氯三唑醇( d i c l o b u t r a z o l e ) ，日本住友化学公司的s 一3 3 0 7 ( p e t e f e z 0 1 ) 、 s - 3 3 0 8 ( p e n t e c o n a x 0 1 ) 等2 0 余种。此外，三哗类植物生长调节剂、杀虫剂、杀螨剂 也常见于各类文献中，这些为三唑类的应用提供了广阔的前景。 近几年来新研制的三唑类杀菌剂的结构出现以下几个特点：以多取代的三哗 为母核，并对其它结构进行修饰，如以多个卤原子取代甲基上的氢原子【5 】；分子 中含两个或两个以上手性碳原子【6 】；形成稠杂环【7 】等多个方法来达到提高活性或 专一性的目的。 随着对三唑类化合物的研究不断深入，研究人员除了继续研发原有的杀菌三 唑类化合物外，还相继开发出了具有除草、杀虫、杀螨和调节植物生长等不同作 用和功能的三唑类化合物。下面分别加以说明： 植物生长调节功能：1 9 7 5 年，b i j _ c h e l 等人首先报道了具有植物生长调节活性 的三畔化合物，某些化合物在o 0 5 的浓度时可使豆类增产4 0 闸。三唑衍生物 植物生长调节活性的发现使该类化合物的研究更加活跃，各大公司先后开发并推 出高效植物生长延缓剂p p 3 3 3 ，植物生长抑制剂“抑芽唑”( t r i a p e n t h e n 0 1 ) 1 9 1 ， s u m i s e v e n 等三唑类化合物。这些化合物在植物生长调节方面所表现出的特异性 能，为植物生长调节剂的研究开辟了新的领域。新近研究开发的一类植物生长调 节剂的一个主要特点是分子中带有氨基的三氮唑酯类希夫碱类化合物【1 0 l 。 杀虫杀螨功能：t i s d e l l i n d 2 l 等人开发出具有杀虫杀螨生理活性的多取代 1 2 ，4 三唑化合物，其代表化合物以5 0p p m 的浓度就可以很好地防止棉田蚜虫， 以1 0 0p p m 的浓度则叫很好防治两星蜘蛛( t w o s p o ts p i d e r ) ；| = = | 本专利则合成了 以1 h 一1 ，2 ，3 一三唑为母核的杀虫剂f “。 除草活性：早期研究开发的并已商品化的有1 9 8 7 年日本中外制药公司开发 用于稻田的选择性除草剂苯酮唑【1 4 】，用于麦田的高效选择性除草剂解草唑 ( f e n c h l o r a z o l e e t h y l ) 1 5 1 ，后者对动物几乎无影响，此类化合物的结构特征是三 唑环上有三个或三个以上的取代基；近年来开发的三唑类除草剂的结构特征是二 取代的三唑环衍生物【1 6 】 化学治疗功能：三氮唑杀菌剂属于内吸性杀菌剂，是继化学保护剂后发展起 来的新型杀菌剂。化学治疗剂与内吸性杀菌剂有联系又有区别。化学治疗剂的特 征是在植物内部感病区施药，药剂从植物表皮渗入植物组织内部，又在植物体内 输导、扩散，可以杀死萌发的病原孢子或抑制病原孢子的萌发，以消除病源或中 4 青岛科技大学研究生学位论文 和病源物所产生的有毒代谢物，治疗已发病害。内吸性杀菌剂主要特征是内吸传 导药剂，通过植物的叶、茎、根部吸收，进入植物体内，并在植物体内输导扩散、 存留或产生代谢物，以保护作物免受病原物的侵染或治疗植物的病害。实际上， 作为真菌病害杀菌剂，三唑类杀菌剂具有内吸性杀菌剂、化学治疗剂和保护剂的 综合功能。 1 2 三唑化合物的作用机制【1 7 - 1 8 1 1 2 1 杀菌作用机制 杀菌剂对病原菌的作用有两个方面：一是能量代谢中抑制能量生成，称为能 量生成抑制剂；二是在物质代谢中抑制生物合成，称为生物合成抑制剂。前者又 分为巯基( s h ) 抑制剂、电子传递抑制剂、氧化磷酸化抑制剂、糖酵解抑制剂、 脂肪酸b 一氧化抑制剂等等。后者又分为细胞壁功能及其合成抑制剂、蛋白质合成 抑制剂、核酸合成抑制剂、甾醇合成抑制剂以及酶系统抑制剂等等。其中甾醇合 成抑制剂实际上也属于细胞膜组份合成抑制剂，它涉及许多重要的内吸性杀菌 剂，特别是三唑类杀菌剂。 菌体细胞的膜脂中有一种重要成分，就是甾醇。它与膜脂中的碳氢键相互作 用，有保持脂膜的流动性和稳定分子的重要作用。如果甾醇合成受阻，膜的结构 和功能就要受到损害，最后导致菌体细胞死亡。与杀菌剂有关的主要是麦角甾醇， 其分子结构如图1 - 1 所示： 图1 - 1 麦角甾醇的分子结构 r g 1 - 1s t r c t u r ef o rc o m p o u n de r g o s t e r i n 麦角f ! i ；醇的生物合成包括许多步骤，反应简式可用图1 2 来表示。其中主要 的有：c 2 4 上的甲基化反应；c 4 和c 1 4 上三个甲基的去甲基反应；8 的双 键移到17 上的异构化反应；5 上引入一个双键；冰删上双键的还原；d 2 2 上引入一个双键。由此可知，合成麦角甾醇需经过很多步骤，另一方面，麦角甾 醇生物合成抑制剂( e r g o s t e r o lb i o s y n t h e s i si n l l i b i t o r ，e b i ) 的种类和数量也很多， 但它们对麦角甾醇合成抑制的部位，目前知道的却不多。在e b i 中，大部分都是 c “上的脱甲基化反应，故也称为脱胎换骨甲基化反应抑制剂( d e m e t h y l a t i o n 1 - h 1 ，2 ，4 一三氮哗衍生物的合成、表征及杀荫活性研究 i n h i b i t o r , d m i ) 。其次是8 一7 上的异构化反应抑制剂。 拶斗 图1 - 2 麦角甾醇生物合成历程简式 f i g 1 2s i m p l ys y n t h e t i cp r o c e s s i o nf o rb i o l o g i ce r g o s t e r i n n a d p ：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；n a d p h ：还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷 酸磷酸；c y t 一4 5 0 ：细胞色素p 一4 5 0 。 三唑类杀菌剂分子中三唑环上经s p 2 杂化的n 原子具有孤对电子，可与铁卟 啉的中心铁原子实行原子配位而阻碍铁卟啉铁氧络合物的形成，因而抑制了羊毛 f 箱醇c 1 4 的脱甲基化反应，最终导致了麦角甾醇不能合成。 由于三唑类杀菌剂抑制麦角甾醇的合成，对真菌造成两种影响。首先，在大 多数真菌中，麦角甾醇是组成细胞膜不可缺少的物质，如果缺少麦角甾醇，会导 致细胞壁不可修复性损伤，从而使病原真菌致死。其次，三唑类杀菌剂通过抑制 麦角甾醇的生物合成，不仅损伤真菌细胞壁，还可以改变真菌孢子的形态，并影 响其功能，达到杀菌作用。 三唑杀菌剂除通过抑制麦角甾醇的生物合成杀菌外，还可诱导植物产生抗病 能力。如用三哗酮或三唑醇处理易感染白粉病的各类作物后会产生一种吸器包 囊，从而阻止病原均侵入作物体内。而在不易感病的作物种同样可以观察到这一 保护性反应。三唑类杀菌剂一方面作用于病原菌，同时也可诱导机体产生保护性 反应，这种独特的作用机制使得三唑类杀菌剂有其它杀菌剂不可比拟的优异防治 效果，在杀菌剂中少见的。 三唑类杀菌剂中作为植物生长调节活性的机制被证明是通过阻碍植物体内贝 壳杉烯c 。的氧化脱甲基化来抑制赤霉酸的合成，其过程也与p - 4 5 0 有关。这反映 了杀菌作用机制与植物生长调节机制有某种程度上的类似性。 12 2 除草作用机制【”】 在除草过程中三氮哗类化合物作为原卟啉原氧化酶抑制剂而达到除草效果 的。原卟啉原氧化酶( p r o t o x ) 是植物体内亚铁原卟啉与叶绿素生物合成过程中 的一种关键酶，它催化原卟啉原氧化为亚铁原卟啉与叶绿素生物合成中最后 6 青岛科技人学研究生学位论文 一个中间产物原卟啉。 原卟啉原氧化酶受到抑制后，导致原卟啉原大量积累，通过氧化酶诱导 而迅速氧化为原卟啉i x 。而原卟啉是一种很强的光敏剂，其在光下吸收能量 变为分子氧，近而产生单态氧。单态氧使细胞膜的不饱和脂肪酸及酯类过氧化、 细胞内含物渗漏、细胞膜破坏，特别是质膜、液泡膜和叶绿体膜等被分解，从而 引起离子渗漏及细胞水分丢失。迸步的效应是光合作用受到抑制，叶绿素、亚 铁原卟啉及细胞色素合成、能量传递及解毒作用受阻，作为膜过氧化的终点产物 1 一氨基环丙烷1 羧酸( a c c ) 形成，乙烷与丙醛释放，最终造成叶绿体色素白化 及细胞死亡，绿色组织坏死及褐变，数日后植株死亡。 原卟啉原氧化酶是一种过氧化酶，此种酶产生氧化酶反应，过氧化物酶诱导 的原吡啉原氧化作用的反应机制是： 过氧化物酶 厉卅啉原一原日懈杠x ( 游离基) 心呸 原口h 麟( 游j 蘑基) + q 一原口 啉d c i + 0 2 + w 卅 呸一峨+ 0 2 1 3 结构与活性的关系【2 0 】 1 3 1 基团性质对活性的影响 杀菌剂分子中，主要起杀毒作用的基团或结构单元称为活性基或毒团 ( t o x i p h o r e ) ，分子中具有通过真菌细胞膜而对毒团作用产生影响的取代基团称为 成型基( s h a p e dc h a r g e s ) 。分子中极性部分一般被看为“活性基”，亲腊性纂团往 往被看成是“成型基”。三唑类杀菌剂中的活性基为三唑环。三唑环对细菌产生 活性的一个首要条件，就是能够进入到细菌里面去，和细菌中的铁卟啉的中心铁 实行原子配位来阻碍铁卟啉铁氧络合物的形成，抑制麦角甾醇的合成，从而达到 杀菌的目的。成型基就起着这样的作用。菌体的细胞壁和细胞膜是防御外界物质 入侵的屏障，因此，能透过菌体细胞防御层的化合物应有这样的结构特点：既要 有为细胞膜外层极性基所能接受的一个以上活性基，同时也必须具有为脂肪基所 接受的一个以上的成型基，这样才能有利于通过菌体细胞防御屏障达到破坏细胞 内某些生物活性的目的。 三哗类杀菌剂分子中的脂肪基是一种能透过细胞脂肪障层的成型基。此外， 分子中脂肪基的形状应与所透过的细胞膜上的脂基形状具有一定的相似性。部分 7 1 、h 一1 ，2 ，4 三氮唑衍生物的合成、表征及杀菌活性研究 真菌的膜脂肪属丁c 1 6 - c ，8 的饱和脂肪酸的h 油酯类，所以c 1 6 一c 1 8 的脂肪基是容 易透过细胞膜脂肪的成型基。但并不是所有成型基都是含有c 1 6 一c ，。的饱和与不饱 和脂肪烃的基团， 。般来说，直链烃基比带有侧链的烃基透性强；低级烃基透性 强；对卤素来说，小原子的透性强。包括三唑类化合物，杀菌剂的杀菌作用通常 是活性基与成型基共同作用的结果。活性基一定的情况下，成型基决定杀菌剂的 杀菌效果。改变成型基中的结构骨架或取代基可使该类杀菌剂由低效变高效，或 有高效变低效甚至无效。f u n d l d 等人【2 1 】曾研究了分子亲酯性的大小对三唑类化台 物的生理活性的影响。他们发现，分子亲脂性太大或瓜小，生理活性均不理想。 此外，带有芳环的分子中，环上的取代基的变化和分子稳定性的变化对三唑化合 物活性也有影响。 1 3 2 立体异构对生物活性的影响 有机化合物分了中由于原子或原子团在空间位罱排布不同而出现的立体异 构现象有顺反异构、旋光异构及构象异构。化合物结构不同，其效能也不同。对 三唑类化合物而言，立体异构体不同其活性不同。 几乎所有的三唑类杀菌剂分子中都有一个或多个不对称中心。例如第一个商 品化的含手性碳的三唑类杀菌剂三唑酮，虽然它的两个异构体之间的生物活性并 没有明显的差异，但被还原成三唑醇以后，四个异构体之间的生物活性便表现明 显的差异，其中活性最高的是( i s ，2 r ) ，( 1 r ，2 r ) 次之，而( 1 r ，2 s ) ，( 1 s ， 2 s ) 的活性为( 1 s ，2 r ) 的1 7 0 2 2 1 。当三唑醇分子中的醚键被亚甲基取代后，其 情况便大不一样。与三唑酮相反，多效唑和氯哗醇的( 1 r ，2 r ) 异构体只表现出 杀菌活性，而( 2 s ，3 s ) 只表现生长调节作用，在氯唑醇中( 2 r ，3 r ) 杀菌活性 大于( 2 s ，3 s ) 。 除此之外，不仅光学异构体对活性有影响，e z 异构体对活性也有较大的影 响。通过对s - 3 3 0 7 和s - 3 3 0 8 的研究结果表明，反式异构体的植物生长抑制活性 和抑菌活性均高于顺式异构体。另外，2 , 4 二氯取代苯环衍生物的活性最高。 三唑类化合物作为杀菌剂和植物生长调节剂之间有一条明显的界线，这是由 分子中的手性部分引起的。实际上，有些三唑类化合物( 如多效唑、抑芽唑和烯 效唑) 是作为植物生长调节剂使用的。大多数情况下，不同异构体( 一般为两种， 有时为四种) 通常以外消旋混合物的形式使用。 不同异构体具有不同的生物活性，这种情况在实际应用中有很大的影响。第 一，有的光学异构体是无效体，这等于在施药时给环境投入了多余的化学品，这 无疑是一种浪费；第二，有的手性异构体不但对防治对象无效，还表现出不必要 的其它性质，特别是有害的性质，这将对人类和环境造成极大的危害和污染。这 些情况表明，为有效合理的利用手性化合物的生物活性，应对一种手性化合物的 8 青岛科技大学研究生学位论文 各个异构体进行分别考察，了解它们各自的生理活性、毒性等等，也就是对手性 化合物的不同异构体作为不同的化合物来看待。 基于三唑类化合物对受体的专一性与空间作用的稳定性，三唑类化合物在构 效关系上往往表现出结构相似的化合物，不同的取代基导致化合物活性显著差 别。即使是同一结构的化合物，不同的z e 异构体，光学异构活性明显不同：同 一结构中，不同构象存在的不同状态在活性上有明显差异。因此，研究者在三唑 化合物的研究中也摸索出了一些规律，并提出以下设计建议。 ( 1 ) 保持三唑环中4 n 原子一定程度的裸露。 ( 2 ) 与三唑环相邻的碳有氧原予存在以及一定长度的碳链或一定碳原子数 ( 3 5 ) 的脂环、氧、硫、杂脂环的存在。 ( 3 ) 分子中引入一定的不饱和度。 ( 4 ) 分子构象的可变性。( 即引入手性中心) 但遗憾的是，至今人们还没有得到细胞色素p 4 5 0 的晶体结构，因而难以进 行基于受体结构的生物合理设计。人们只好从其它的角度开展研究以得到一些有 用的信息，进而进行分子设计。 随着对三唑化合物的深入研究及有机合成技术的发展，关于三唑类化合物的 立体化学结构和生物活性之间关系的研究，越来越引起研究人员的注意。随着社 会对农药趋于高效、低毒、低残留的要求，这将是三唑类化合物研究的重要趋势。 1 4 三唑类化合物的主要类型 三唑类杀菌剂是在其分子中均有一个n 取代的三氮唑母核。由于三唑环中氮 原子的相对位置及n 取代的位置不同，又有1 i - 1 - 1 ，2 ，4 一三唑( i ) 、1 i - i - 1 ，2 ，3 三唑( i i ) 和4 h 1 2 ，4 三唑( 1 i d 三种形式的衍生物。 r 1r fr q ( i ) ( i i )( i i i ) 在目前已有的大量三唑类杀菌剂中，绝大多数属于衍生物( i ) ，只有极少数 属于( i i ) 、( 1 i d 类衍生物。在( i ) 类衍生物中，由于直接和环上n - 原子相连的 原子和基团不同，可分为以下五类： 1 4 1 三氮唑和烷基碳原子相连 其中最重要的化合物为1 , 3 二氧戊环三唑类衍生物，其通式为： 9 1 h 1 ，2 ，4 三氮唑衍生物的合成、表征及杀菌活性研究 它最早由比利时j a n s s e n 公司研制成功，后由瑞士g i g b g e i g y 公司进一步开 发研究，从中筛选了几个化合物。据j a n s s e n 公司报道，具有2 ，4 一二位取代苯基的 化合物杀菌活性最高。代表化合物有已商品化的乙环唑( 下左) 和丙环唑【2 3 】( 卜_ 右) ，其结构为： y 趟r 乙环唑和丙环唑都是广谱内吸性杀菌剂，具有保护和治疗作用，对大多数真 菌在粮食作物、蔬菜、水果以及观赏植物上发生的多种病害，都有很好的防治效 果。 a 一三唑羰基类化合物也是一类重要的三唑类化合物，这类化合物大多是通过 羰基活化a 位上的氢而形成的。其典型化合物有： 聊 烈杏a 这些化合物都具有优良的植物生长调节和杀菌性能。如化合物( 2 ) 1 2 4 1 可抑 制大麦高度4 3 4 ，而对照物“矮壮素”的抑制率只有9 8 。在结构( 1 ) 中， 当x ：o 时，结构变为三唑酮，此化合物是七十年代拜耳公司开发的内吸性杀菌 剂【z 5 - 2 6 1 。 唑基有机硅化合物是美国杜邦公司的w i l l i a m h m o b a g 通过对三唑类杀菌剂 共有特征的观察首先合成的，其化合物( 3 ) 的生理活性属中等，杀菌普较窄。 最近提出的实验性杀菌剂p x h 6 5 7 3 ( 4 ) 是这类化合物的代表。在温室中，使用 浓度为1 0 0 p p m 时，对黄瓜白粉病，小麦锈病、花生褐斑病的防治均为1 0 0 1 2 7 1 ； 对谷类病害亦有很好的防治效果，且用量较少。 1 0 州 n擘n 青岛科技大学研究生学位论文 一 向 n 伊珍 谢3n 蔷4 舻挚 n o r 4 弋，、，。r ， h 叭，# 、甲 。 k ， 念 6 1 4 2 三氮唑与烯基碳原子相连 此类化合物的通式为： 甲飞扩 。n 通常通过羟醛缩合而制得，产物常常是z 体和e 体的混合物。这类化合物由 于双键的存在，使其有生物活性的机率有所增加，这可能与双键的富电子性易于 接受质子形成正离子有关。事实上，多数含双键的唑类化合物均具有较好的生物 活性，如目前开发的特效唑是一种特别高效的植物生长调节剂【2 9 】。它具有用量少、 活性强、见效快、使用安全等特点。其它两个突出代表为：烯唑醇( 7 ) 【3 0 - 3 1 、 s - 3 3 0 7 ( 8 ) 1 3 2 1 ，其结构式分别为： c l c l 7 烯唑醇为日本住友化学公司研制开发， 8 拥有极高的杀菌活性和杀菌广谱性。 1 - h 1 ，2 ，4 三氮唑衍生物的合成、表征及杀菌活性研究 能预防和治疗白粉病、叶斑病、火麦网斑病等，还可用于拌种剂，防治多种水果， 经济作物的疑难病害。s - 3 3 0 7 的牛理活性主要是植物生长调节作用，用量小，活 性强，植物活性谱广，是一类很有发展前途的植物生长调节剂和杀菌剂。 14 3 三氮唑与羰基碳原子相连 这类化合物的代表结构式如下式( 9 ) 和( 1 0 ) 所示： c 1 1 0 r 它们都具有生理活性，但这一类化合物活性不太突出，实际应用很少。 14 4 三氮唑与杂原子相连 此类化合物出现于八十年代末，主要代表有德国人于1 9 8 9 年报道的通式为 ( 1 1 ) 的化合物，如( 1 2 ) 及其还原产物( 1 3 ) ： 1 1 1 2 1 3 化合物( 1 2 ) 对小麦锈病有很好的控制作用，化合物( 1 3 ) 对小麦秋茁白粉 病的抑制活性较高。 三唑与氮原子相连的主要代表化合物是美国d o p o n t 公司于1 9 9 0 年报道的 新型三唑类杀菌剂，通式为( 1 4 ) ，代表化合物为( 1 5 ) ： p 挚 n 。 k 一 f 1 41 5 1 4 5 三氮唑与杂环化合物相连 德国专利曾报道了取代吡唑基- 4 h - 1 ，2 , 4 三唑类化合物有较好的除草活性，但 对这一类化合物研究较少，商品化的品种还未见报道。此外，还有已报道的其它 a 文 一曲， 青岛科技大学研究生学1 ： 7 = 论文 类型的三唑类化合物，如含有吡啶环的三唑吡啶化合物【3 引，含锡的三唑类化合物 【州，羰基衍生物的肟类【3 5 1 、酯类【3 6 1 、酰胺类【3 7 1 、硫醚类和砜类【3 8 1 等三唑化合物， 这些类型的三哗类化合物中不少化合物也具有很强的生理活性。 1 5 典型三唑类化合物的合成方法及应用 1 5 1n 一烷基化法 三唑与氯代烷在碱存在f ，发生n _ 烷基化反应，是制备三唑衍生物最常用的 方法： e + 醢鸟+ 山 是 许多三唑类杀菌剂可直接n 一烷基化反应制得，下面指出一些该方法制备的三 唑杀菌剂：三唑酮( 粉锈宁，t r i a d i m e f o n ) 3 9 】、嗯醚唑( d i f e n o c o n a z o l e ) 4 0 l 、 烯效唑( u n i c o n a z o l e ) 1 4 1 1 、三唑醇【4 2 】、双苯三唑醇【4 3 1 、三氟苯唑 4 4 1 、戊菌唑 4 5 1 、 戊环唑 4 6 1 、乙环唑【们、丙环哗f 4 8 1 、康菌唑【4 9 】、呋醚唑 5 0 1 、氟醚唑【5 1 1 、氰菌唑1 5 2 1 、 唑菌氰【5 3 1 、粉唑醇1 5 肿、氟硅唑【5 5 1 、酰胺唑【5 6 1 、环氧菌唑1 5 7 1 、氟喹唑f 5 8 1 、多效唑 5 9 1 、 苄氯三哗醇 6 0 l 、缩株唑【6 1 1 、烯唑醇1 6 2 1 、抑芽唑【6 3 1 等。 1 5 2 环氧化物法 这是制备b 羟基三唑类杀菌剂的重要方法，利用三唑与环氧化物的反应，中 间体环氧化物的制各，常采用硫叶立德与酮作用得到。该方法优点在于不需要以 较贵的n a b h 4 来还原唑酮以制得8 羟基三唑类杀菌剂。其合成路线如下： ，：q 哩厂一n 、 r j r 2 用此法合成的三唑类杀菌剂有：戊唑醇( t e b u c o n a z o l e ) 刚、氟康唑 ( f l u c o n a z o l e ) 6 5 1 、己唑醇( h e x a c o n 北o l e ) 6 6 1 、环唑醇( c y p r o c o n a z o l e ) ( 6 7 1 、 环菌唑( t d t i c o n a - z o l e ) 1 6 8 1 等。 1 5 3 加成反应法 三唑可以与c i 、1 3 不饱和羰基化合物发生加成反应，生成三唑类衍生物，如 翌鹏 八喜 o i 1 - h 一1 ，2 ，4 一三氮唑衍生物的合成、表征及杀菌活性研究 杀菌剂辛唑醇f 6 卅。辛唑醇( p p 9 6 9 ) 7 0 j 是内吸性三唑类杀菌剂，用于低于1 毫升 升药剂浸根处理能完全防治大、小麦和苹果、葡萄白粉病、小麦锈病、苹果黑星 病及花生叶斑病。其合成路线如f ： 逻飞 _ | k r ，k 上j_ | l 、r ，k lj 望坠- r - - - i - 、( l c o h q 。 还有，三唑也可与醛发生加成反应【7 1 】，如三唑与多聚甲醛或三氯乙醛反应， 可生成相应的三唑衍生物t r - c h 2 0 h 和t r - c h ( o 均c a 。然而，三唑与其它脂肪醛或 芳香醛的反应，则为一可逆反应，只有经进一步反应，才能得到三唑类衍生物【7 2 】。 2 存在问题、建议及展望 2 1 存在问题 三唑类杀菌剂在我国生产及推广应用方面取得了巨大的经济和社会效益，但 尚存在以下几个方面的问题： 1 登记作物及防治范围的局限性：目前国产三唑类杀菌剂只登记用于小麦白 粉病、锈病、梨树黑腥病的防治，其它作物病害尚未取得登记，严重影响了该类 杀菌剂的推广应用。 2 急需解决的抗性问题：三唑类杀菌剂是内吸治疗型杀菌剂，作用机制和作 用位点单一，长期频繁的使用，病害已经产生了较严重的抗药性，不少品种由于 抗性问题已失去原有的高效性，如三唑酮防治草莓白粉病，用量少防效低，用量 大则易产生药害，抑制草莓生长，导致减产。其他几个三唑类杀菌剂面临同样处 境。 3 三唑类杀菌剂只对真菌起作用，对细菌及病毒无活性。植物病害往往是多 种病害同时发生，因此使用三唑类杀菌剂需要配合其它杀菌剂或防病毒剂才能有 良好的综合防效。 4 现有三唑类杀菌剂均为水不溶性，通常加工成可湿性粉剂、胶悬剂和乳剂。 可湿粉展着、渗透性差，有效利用率低；胶悬剂稳定性差，不易贮放：乳剂浪费 大量有机溶剂，造成环境污染。水溶性三唑类杀菌剂有待开发。 2 2 建议 根据三唑类杀菌剂存在的问题，提出以下改进措施【7 3 】 1 4 青岛科技大学研究生学位论文 1 拓展防治范围的登记试验，如腈菌唑代替进口敌力脱防治香蕉叶斑病；多 效唑( 或烯效唑) 用于花生、大豆、果树等的控长；烯唑醇用于水稻病害的综合 治理等。 2 引入其它活性基团，改造三唑类杀菌剂结构。如将长碳链叔胺与含三氮唑 氯代物反应形成季铵盐三唑杀菌剂，即可发挥三氮哗杀真菌性能，又可利用季铵 盐对细菌、病毒的杀灭活性，从而提高三唑类杀菌剂的综合防治性能；同时季铵 盐的引入又使该杀菌剂具有水溶性，研制出水溶性三唑类杀菌剂。 3 引入植物生长调节活性基团，抵消三唑类杀菌剂对作物的抑制生长作用。 女u 与生长素( 苯氧乙酸基团) 、细胞分裂素、赤霉素类活性化合物或活性基团结 合，开发无抑制生长作用的三唑类杀菌剂，对提高种子发芽、促进作物生长大有 裨益，这对无须控长作物尤为适宜。 2 3 展望 骨架结构或基团的变化可以衍生出无数个三唑类化合物，这为新农药和医药 的创制奠定了基础。基团的变化或修饰可以开发出活性更高的杀菌剂品种，结构 骨架的改变可以创制出新的三唑类杀菌剂类型，分子结构中引入n 、p 、s 等杂原 子或杂环对扩大防治谱，提高功能性将十分有利，从而使该类杀菌剂在农业及医 疗卫生领域的优势更加明显，尤其近年来含氟三唑类化合物的研究【7 弛1 1 ，二茂铁 替代芳环【8 2 1 ，以及正在进行的光活性和多酶多重抑制。三唑类化合物的设计合成， 将使人们防治真菌疾病的水平再上新台阶。 3 课题的提出及研究内容 有害生物的抗药性及抗性治理是植物保护和农药工业永恒的主题。多数农药 品种尤其是内吸治疗性药剂易被有害生物产生抗药性，研制开发新药剂是解决抗 性问题的有效途径。随着人们生活水平的提高及环保意识的增强，人们对绿色无 公害食品的需求越来越迫切，开发超高效、低公害药剂是新农药开发的必然趋势。 知识产权保护法、法律、法规的实施也迫使人们改道易弦，从仿制走向创制。 结构不同的三唑化合物具有不同的生物活性，完善原有的结构类型、研制开 发新的结构类型的三唑化合物，通过波谱性质、晶体结构表征及生物活性的研究， 为该类化合物的物化性能、谱学特征及构效关系等方面积累经验和数据。对该类 化合物的新菌剂创制具有理论和实际意义。 鉴于三哗类化合物具有良好的生物活性，依据新农药刨制原则，利用生物电 子等排原理对现有三唑类杀菌剂高效品种进行基团变化和修饰，引入不同作用机 1 - h - 1 ，2 ，斗三氮唑衍生物的合成、表征及杀菌活性研究 拶嘞蹦蚴一繁卜鼍尹囝 1 6 宣曼型茎查兰婴塞竺堂垡笙苎 参考文献 【1 】e t o ，m o r g a n i ca n db i o l i g i c a lc h e m i s t r y ：o r g a n o p h o s p h o m sp e s t i c i d e s 【m 】c l e r e d a n d ， u s a ：c r cp r e s s 1 9 7 4 【2 唐湖，章希如，三唑酮的合成研究，欲；甄1 9 8 3 ，2 ：7 1 0 【3 】林柄栋，新1 ，2 ，4 三唑类杀菌剂，农巍1 9 8 3 ，1 ：3 1 3 5 4 】4 陈文整理，内吸杀菌剂的近况，农药1 9 8 8 ，2 7 ( 2 ) ：3 7 8 3 9 0 【5 】a r a k i ，t o m o h i r o ；k i n o s h i t a ；y o s h i h a m d i f l u o m e t h y lt r i a z o l o n ec o m p o u n d su s co ft h es a n ea n d i n t e r m e d i a t e sf o rt h ep r o d u c t i o nt h e r e o f p c ti n t a p p l w e0 14 2 ，2 2 7 , j u n1 4 , 2 0 0 1 【6 】6p i c o m e l l ；d a r d e r ；c a r l o s p r o c e s sf o rt h ep r e p a r a t i o no ft h ea n t i f u r g a la g e n t s p a n e s 2 ，1 4 1 ，6 6 7 ，m a r1 6 ，2 0 0 0 7 】a n d o t r a ，c s ；k u m e r ；r a j i n d e r b r i d g e h e a dn i t r o g e nh e t e r o c y c l e s ：s y n t h s i sa n t i b a c t e f i c ma n d a n t l f u n g a l a c t i v i t i e so f 2 - a r y l - 6 - ( p - d d o r o - p h a