（化学专业论文）strobilurin类杀菌剂的合成.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 s t r o b i l t w i n s 是指含有e 型b 一甲氧基丙烯酸甲酯或相似结构的农用杀菌剂， 部分杀菌剂已经商品化，其作用机制是通过阻断真菌体内的呼吸通道来完成的， 具有极为广范的应用前景，因此设计并合成更具生物活性的s t r o b i l u r i n 类杀菌剂 具有十分重要的现实意义。 本论文在对文献进行全面调研的基础上，对s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的设计与合 成进行了研究。在合成药效团的过程中，始终选用具有高度立体选择性的c l a i s e n 酯缩合及o 甲基化反应。 论文分为四个部分。第一部分主要介绍了s t r o b i l t t r i n 类杀菌剂的构效关系及 合成方法，并设计了带一个及两个药效团的新型杀菌剂，为后面的合成工作指明 了方向。第二部分采用先合成侧链再合成药效基团的思路合成了带有两个药效团 的新型s t r o b i l u r i n 类杀菌剂，并优化了合成路线，这对带单个药效团杀菌剂的合 成具有很好的指导意义。活性测试表明，这一结构有待迸一步优化。第三部分对 噻吩侧链进行了合成，并在第二部分所得结论的基础上合成了带有单个药效基团 的s t r o b i l u r i n 类杀菌剂。结果表明，先合成药效团再接侧链这一反应思路不具有 可行性。第四部分对全文进行了概括，总结了合成类似化合物的规律，这对 s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的迸一步研究具有一定的借鉴意义。 关键词：s t r o b i l u r i n 类杀菌剂，质谱解析，2 一噻吩甲基一2 一溴乙基醚，2 一( 4 ，6 一二甲基一2 一氧基嘧啶) 一2 一甲氧基苯丙烯酸甲酯 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t r o b i l u r i n sa r ea g r i c u l t u r a lf u n g i c i d e sw h i c hc o n t a i n ( e ) 一p m e t h o x y a c r y l a t e s u b u n i to rs i m i l a rs t r u c t u r a lu n i t s of a r , s o m eo ft h e s ef u n g i c i d e sh a v eb e e n c o m m e r c i a l i z e d s t u d i e so nt h em o d eo fa c t i o no fs t r o b i l u r i n sl - e v e a l e dt h a tt h e s e c o m p o u n d si n h i b i tt h er e s p i r a t i o nc h a i no ff u n g i a n dt h e i rw i d ea p p l i c a t i o np r o s p e c t s m a k ei tv e r yi m p o r t a n tt od e s i g na n ds y n t h e s i z es i m i l a rc o m p o u n d sw i t hm o r e b i o l o g i c a la c t i v i t y i nt h i sp a p e gw ef o c u s e do u ra t t e n t i o no nm o l e c u l a rd e s i g no fs t r o b i l u r i n sa n d t h e i rs y n t h e t i cr e s e 剐c i lh i g h l ys t e r e o s e l e e t i v er e a c t i o n s ( c l a i s e nc o n d e n s a - t i o na n d o - m e t h y l a t i o nr e a c t i o n ) w e r es e l e c t e dt os y n t h e s i z ep h a r m a c o p h o r e t h ep r e s e n tt h e s i sf a l l si n t of o u rc h a p t e r s i nt h em s tc h a p t e r , s 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 so fs t r o b u u r i n sa n dm e i rs y n t h e t i cm e t h o d sw e r ei n 佃o d u c e d w h i c hc a n b eu s e dt od i r e c to u rr e s e a r c ho ns t r o b i l u r i n s i nt h es e c o n dc h a p t e r , w ea d o p t e dt h e s o - c a l l e d “s i d ec h a i nf i r s t ，p h a r m a c o p h o r es e c o n d m e t h o dt os y n t h e s i z es t r o b i l u r i n s h a v i n gt w op h a r m a c o p h o r e s s u b s e q u e n t l y , w eo p t i m i z e d t h e s y n t h e t i cr o u t e s n e v e r t h e l e s s ，a c t i v i t yt e s t ss h o w e dt h a tt h ed e s i g n e dc o m p o u n dn e e d sf u r t h e r m o d i f i c a t i o n i nt h et h i r dc h a p t e r , t h i o p h e n es i d ec h a i nw e r ef i r s t l ys y n t h e s i z e d , t h e n b a s e do nt h er e s u l to b t a i n e do nc h a p t e rt w o ，s t r o b i l u r i n sh a v i n go n ep h a n n a e o p h o r e w e r es y n t h e s i z e d i tr e v e a l st h a t t h es o - c a l l e d p h a r m a e o p h o r ef i r s t , s i d ec h a i n s e c o n d m e t h o dd o s en o th a v es y n t h e t i cf e a s i b i l i t y i nt h el a s tc h a p t e r , w e s u m m a r i z e d0 1 1 1 r e s e a r c ho ns t r o b i l u r i n s a l lo ft h e s ew o r k sg i v e sv a l u et of u r t h e r r e s e a r c h k e y w o r d s ：s t r o b i l u r i nf u n g i c i d e s ，m sa n a l y s i s ，2 - ( ( 2 b r o m o e t h o x y ) m e t h y l ) t h i o p h - e r e ，( e ) - m e t h y l2 - ( 2 一( 4 ，6 一d i m e t h y l p y r i r n i d i n - 2 一y l o x y ) p h e n y l ) - 3 - m e t h o x y a c r y l a t e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，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，也不包含为获得迸垄盘堂或其他教育机 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谢意。 学位论文作者签名：乏斌 签字目期； 加7 年，月厶自 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解澎鎏盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权迸鎏盘堂可以将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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：乏武 签字日期：弘7 年 月一日 导师签名：忿五缸 签字日期：撕7 年厂月7 口日 工作单位：上晦钙嵋康键、翻历彳岩鸡锻幺争话：。1 崩“7 通讯地衄b 崎增暂铼艰巴言行中狰叼邮编：加仰 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导下 完成的成果，该成果属于浙江大学理学院化学系，受国家知识产 权法保护。在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专 利，均需由导师作为通讯联系人，未经导师的书面许可，本人不 得以任何方式，以任何其它单位作全部和局部署名公布学位论文 成果。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名 日期：孙7 危献 年少月二日 浙江大学硕士学位论文 第一章s t r o b i l u r i n 类杀菌剂综述 第一节s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的背景及意义 1 1 引言 在大自然中，各种各样的生态系统总是保持着一定的动态平衡。某个物种数 量大量增长的同时，抑制这种趋势的生物及非生物因素也会不断的增强。因此如 若将大量同种作物栽培到一起，以植物为生的其他生物有机体( 特别是真菌) 的生 存空间就会大大扩张，从而使其大量繁殖，危害农作物的生长。历史上记载，自 从人类有农业以来，农作物就直遭受真菌的侵害。例如1 9 世纪4 0 年代爱尔兰 发生的土豆疫病( p h y t o p h t h o r ai n f e s t a n s ) 就曾经饿死了大量的人，即便在科学技术 快速发展的今天，全世界作物损失的三分之一还是由真菌引起的。例如所有的苹 果品种都容易感染苹果疮痂病，每个生长季节要发生2 0 次。因此可以不夸张地 说，假如不进行任何人为保护，那么果园将生产不出任何可以拿出来销售的水果。 然而在相当长的时间内，人类对此却一直没有有效的解决方法。 为了提高农作物的产量，人类在1 9 世纪初便开始尝试使用农用杀菌剂。到 目前为止，农用杀菌剂的发展大约经历了三代。第一代农用杀菌剂是由一些简单 的无机化合物所组成的混合剂，这其中最著名的便是m i l l a r d e t 教授于1 9 世纪8 0 年代在法国著名葡萄酒生产地波尔多发明的波尔多液，它是由硫酸铜和生石灰混 合而成的杀菌剂。虽然这些杀菌剂在控制真菌疫情方面起到了一定的作用，但是 它们对环境及人类的负面影响也是显而易见的。由于此类杀菌剂为无机化合物， 存在着一定的金属残留，这对动物的毒性是比较大的。与此同时，农作物对无机 物的吸收能力普遍较差，因此第一代农用杀菌剂对作用在农作物体内的真菌并不 起多大的作用。随着有机化学的兴起，人们开始用一些人类新合成的有机物替代 无机物，由此产生了第二代农用杀菌剂。这一类杀菌剂品种繁多，有最初的有机 汞和有机锡，五苯酚及4 , 6 一二硝基甲酚。2 0 世纪3 0 年代引入了二硫氨基甲酸酯 类化合物。另一类重要的有机杀菌剂是邻苯二酰胺类，著名的有克菌丹( c a p t a n ) ( 图1 1 ) ，与它的前一代相比，第二代农用杀菌剂拥有更强的杀菌能力，但是它 依然没有有效的克服农药残留，例如著名的邻苯二酰胺类农药克菌丹具有致癌作 1 浙江大学硕士学位论文 用。第三代杀菌剂诞生于2 0 世纪6 0 年代，苯菌灵( b e n o m y l ) 是第一个，它具有 广谱、稳定、毒性低的特点。这些杀菌剂的广泛使用，确实减少了很多损失。由 于不断的使用，使真菌产生了抗药性。因此，需要不断地寻找和发现新的活性化 合物，发现新的作用机制，研制新的杀菌剂。 二必 克菌丹( c a p t a n ) 图1 1 7 h n 乒0 ， q 卜弋。 苯菌灵( b e n o m y l l 天然产物作为生态系统的一部分，具有环境的适应性和兼容性。与传统的人 工合成化合物相比天然产物具有丰富的结构变化。近些年来，随着天然产物化学 的发展，人类开始把微生物资源中已经发现了的一系列次生代谢产物和它们的合 成类似物或衍生物用于疾病的治疗，但是，发现的农药先导却很少，如：多氧菌 ：素( p o l y o x i n s ) 1 1 1 、膦丝菌素( p h o s p h i i l o t h r i c i n ) 嘲。从自然产物衍生而来的嗜球果伞 ：素( s t r o b i l u r i n ) 1 3 4 1 类杀菌剂是世界农药界继三唑类杀菌剂之后的又一类极具发展 潜力和市场活力的新型农用杀菌剂。它与目前在国内市场上使用的其它杀菌剂没 有互交抗性，而且用量少，杀菌广普，能在植物体内、土壤和水中很快降解，具 有保护、治疗、铲除、渗透作用，无致癌和致突变等特点，因而引起了广泛关注。 1 2s t r o b i l u r i n 类杀菌剂简介 在一项始于1 9 7 6 年年底的研究计划中，人们在担子菌类( b a s i d i o m y e e t e s ) i - 发现了新的抗生素嗜球果伞素( s t r o b i l u r i n ) 。1 9 7 7 年德国生物技术和制药研究机 构( i b w f ) 自qt i m ma n k e 和w o l f g a n gs t e g l i c h 两位教授对一种生长在松果上的菌 类嗜球果伞菌的培养液( s t r o b i l u r u st e n a c e l l u s ) 进行发酵并最终分离得到嗜球果 2 浙江大学硕士学位论文 伞素a 和b i s l 。( 图1 2 ) j o s t r o b i l u r i n a ：r i = r 2 = h s t r o b i l u r i nb ：r l = o c h 3r 2 = c l 图1 2 嗜球果伞素a 和b 实验证明嗜球果伞素a 具有很好的广谱杀菌能力，并且在1 9 7 8 年经美国多 罗斯国家癌症学会验证，它对携带肿瘤的老鼠没有什么毒性。这就说明嗜球果伞 素类杀菌剂对动植物并不会产生毒害作用。但是它在日光和空气下并不稳定，为 此人们越来越关注它的分子结构，并试图以此为切入点合成一些衍生物来不断的 改进它的生化性能。起初，人们认为嗜球果伞素a 拥有一个全反式9 e 结构，但 在1 9 8 4 年人们对其进行了校正，认为它含有一个全反式的9 z 结构。这与m u s i l e k 等人先前从小奥德蘑( o u d e m a n s i e l l am u c i d a ) q b 分得一个抗真菌活性物质粘蘑菌 素( m u c i d i n ) 扣j 的结构极为相似，因为它们在红外光谱、紫外光谱以及元素组成上 一致，仅仅是旋光不同而已。在随后的研究中，人们把从小奥德蘑上收集来的样 品作为菌丝培养的初始原料用于研究抗生素的形成。但最终人们在这些培养液上 没有发现预料中的粘蘑菌素，取而代之的却是一个新的有光学活性的天然抗生素 小奥德蘑素a ( o u d e m a n s i na ) 1 ( 图1 3 ) 和油状的嗜球果伞素a 。与嗜球果伞素a 相比，小奥德蘑素a 同样有很强的杀菌性。与此同时，s e d m e r a 等人于1 9 8 1 年 发表了m u e i d i n 的结构【8 l ，t i m ma n k c 和w o l f g a n gs l e g l i c h 也在1 9 8 4 年研究组 合成了s t r o b i l u r i na ，1 9 8 6 年人们将m u c i d i n 和s t r o b i l u r i na 直接对比才证实了 两者的一致性 9 1 ，这期间发现了系列同系物，如s t r o b i l u f i ne t l 0 - 1 1 和 9 - m e t h o x y s t r o b i l u r i n a 等【12 1 。( 图1 4 ) 3 浙江大学硕士学位论文 0 三 o o u d e m a n s i n a ：r i = r 2 = h 图1 3 小奥德蘑素a s t r o b i l u r i ne - x = h 圈1 4 嗜球果伞素e 叮墨。 o 9 - m e t h o x y s l x o b i l u r i na 圈1 5 9 - m e t h o x y s t r o b i l u r i na 很显然，所有嗜球果伞素的衍生物都拥有e 型1 3 甲氧基丙烯酸结构，这代 表了一类新的抗生素，这类抗生素不仅仅局限于嗜球果伞素a 这一种( 图1 6 ) s t r o b i l u r i nc ：r 1 = o c h 2 c h = c ( c h 3 h ， r 2 ；h s t r o b i l u r i nf - 2 ：r i2h ， r e = o c h 2 - c h = c ( c h 3 ) 2 s t r o b i l u r i n f 1 ：r l = o h ，r 2 = h s t r o b i l u r i nh ：r z = h ，r 2 = o c h 3 s t r o b i l u r i nd ( s t r o b i l u r i ng 1 ：x = h 图1 6s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的衍生物 4 浙江大学硕士学位论文 1 3s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的前景 嗜球果伞素( s t r o b i l u r i n ) 类杀菌剂因其独具特色的作用机制，迅速成为杀菌剂 市场上的一只生力军。自其被发现以来，经过二十多年的结构优化和生物活性验 证，已经成功的开发了一系列相关的品种，s t r o b i l u r i n 类杀菌剂首例上市时间为1 9 9 6 年，到2 0 0 3 年为止已有8 个品种商品化，它们分别是：嘧菌酯( a z o x y s n | o b i n ) 2 h 、蝴( k r e s o x i m m e t h y l ) 【2 2 1 、肟菌酯( “n o x y s t m b i n ) 1 2 3 、苯氧菌胺( m e t o m i n o s t r o b i n ) 2 4 1 、啶氧菌酯( p i c o x y s t r o b i n ) 【2 5 】、唑菌胺 y m c l o s t r o b i n ) 2 6 1 、恶 唑菌酯( f a m o x a d o n e ) 、咪唑菌酯( f e n a m i d o n e ) 。 表l以开发成功的s t r o b i l u r i n 类杀菌剂 杀菌剂品种公司公布时间首次面市时间 a z o x y s t r o b i n ( 嘧菌酯)捷利康 1 9 9 2 焦1 9 9 6 笠 k r e s o x i m m e t h y l ( 醚菌酯) 巴斯夫1 9 9 2 焦1 9 9 6 笠 m e t o m i n o s t r o b i n ( 苯氧菌胺) 盐野义1 9 9 3 薤1 9 9 9 矩 t r i f l o x y s t r o b i n ( 肟菌酯) 拜耳1 9 9 8 笠1 9 9 9 年 p i c o x y s t r o b i n ( 啶氧菌酯) 先正达2 0 0 0 正2 0 0 2 正 p y r a c l o s t r o b i n ( 唑菌胺) 巴斯夫 2 0 0 0 年2 0 0 2 笠 f a r n o x a d o n e ( 恶唑菌酯) 杜邦1 9 9 6 年1 9 9 7 矩 f e n a m i d o n e ( 咪唑菌酯) 安万特 1 9 9 8 焦2 0 0 1 年 嘧菌酯( a z o x y s t r o b i n ) n h m e 苯氧菌胺( m e t o m i n o s t r o b i n ) f 5 肟菌酯( t r i f l o x y s t r o b i n ) 浙江大学硕士学位论文 f 啶氧菌酯( p i c o x y s t r o b i n l c l 心仃。投 恶唑茵酯( f a m o x a d o n e ) 图1 8 以开发成功的杀菌剂 唑菌胺( p y r a c l o s t r o b i n ) o 咪唑菌酯( f e n a m i d o n e ) 这些化合物都具有高效、广谱、保护、治疗、铲除、渗透、内吸活性、耐雨 水冲刷、持效期长，无致癌和致突变等特点，与当前在国内市场上使用的其它杀 菌剂没有交互抗性，而且能在植物体内、土壤和水中很快降解，是目前被广泛应 用的一类杀菌剂。甲氧基丙烯酸甲酯类杀菌剂主要作用于禾谷类、草坪、葡萄、 马铃薯、水果、核果类及蔬菜等。 由于s t r o b i l u r i n 类杀菌剂是一种极具有发展潜力和市场活力的新型农用杀菌 剂，因此是当前杀菌剂研发的热点f 2 7 圳1 。1 9 9 9 年s t r o b i l u d n s 及其相关杀菌剂的总 销售额约为6 2 亿美元，代表了全球杀菌剂市场的t 0 以上，尽管目前限制了这 类杀菌剂的使用次数，然而嘧菌酯在其首先开发的四年内已经成为世界上销售最 好的杀菌剂品种，1 9 9 9 年的销售额为2 9 5 亿美元，2 0 0 2 年销售额为4 7 2 亿美元。 另外，醚菌酯2 0 0 2 年的销售额和肟菌酯2 0 0 0 年的销售额也分别达到4 0 8 亿美 元和4 5 0 0 万欧元。由于甲氧基丙烯酸甲酯类杀菌剂具有独特的作用机制和高效、 广谱、安全等优点，目前几乎全世界所有的大农药公司都参与了此类化合物的研 究，迄今已申请专利6 0 0 余篇，合成类似物超过3 万个。这对于刚开发4 年的品 种来说取得的成就是相当杰出的，销路领先的应用领域包括谷物、草坪、葡萄、 马铃薯、水果、坚果和蔬菜作物。嘧菌酯是s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的典型代表，其 现有特征极好地反映了s t r o b i l u r i n 类杀菌剂在农业方面的巨大影响，目前该品种 6 浙江大学硕士学位论文 已在世界上7 2 个国家的8 4 种不同作物上登记，代表了4 0 0 多个作物，病害体系。 1 9 9 9 年嘧茵酯的销售额为4 1 5 亿美元，跃为世界上最大的杀菌剂品种。 第二节s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的作用机制及构效关系 2 1 s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的作用机制及作用靶标 s t r o b i l u r i n 类杀菌剂作用机制的发现来源于对粘噻唑生物活性的研究。1 9 8 0 年，g e r t h 首次从黄褐粘球菌中分离到具有杀菌活性的天然抗生素粘噻唑【1 3 l 。粘 噻唑对大多数酵母菌和丝状真菌的生长都有较强的抑制作用，当粘噻唑作用在白 色念珠菌上时，人们发现其它具有很强的抑制生长作用的同时还发现葡萄糖对这 种抑制现象存在着拮抗作用。由于葡萄糖在生物发酵过程中还与呼吸作用有关， 受此启发，人们确认粘噻唑干扰了酵母菌的呼吸作用。为了使问题更快的解决， 人们又将粘噻唑与当时已知的呼吸作用抑制剂抗霉素a ( a n t i m y c i n ) 1 4 1 进行了对 比研究。根据此前对抗霉素a 的研究所得到的结论，t h i e r b a e h 掣1 5 1 人将粘噻唑 和抗霉素a 分别加入到牛心脏和酵母菌的线粒体中，结果发现两者均作用于呼 吸链( r e s p i r a t o r yc h a i n ) 中细胞色素b c l 复合物( c y t o c h r o m eb c lc o m p l e x ) 的片段 上，并且都拥有相似的结合常数。在t h i e r b a c h 的研究基础上，y o nj a g o w t l 6 】进一 步分析了它们对细胞色素b ( 细胞色素b c l 复合物的一部分) 及其还原动力学的影 响，他发现两者的具体作用部位并不相同。随后不久，h u b e r ts a u t e r 、w o l f g a n g s t e g l i c h 和t l m m a n k c 联合报道了s t r o b i l u r i n a 、s t r o b i l u r i n b 、o u d e m a n s i n a 和 m y x o t h i a z o l e 均键合在同一部位i 】，由于它们都具有e 型1 3 甲氧基丙烯酸结构， 因此可以肯定这一结构是引发键合的关键。 生物体细胞是通过呼吸作用不断的将体内的有机物质进行氧化分解，释放能 量来维持自身的新陈代谢的。在这个过程中，糖酵解和三羧酸循环中所产生的辅 酶n a d h 和一需要通过电子传递链传递后，才能与游离氧相结合。电子传递链 ( e l e c t r o nt r a n s p o r tc h a i n ) 就是呼吸链，是呼吸代谢中间产物的电子和质子，沿着 一系列有顺序的电子传递体组成的电子传递途径( 图1 7 ) t 。组成电子传递链的 传递体可分为氢传递体和电子传递体。氢传递体是指一些脱氢酶的辅助因子，主 要有n a d + 、f m n 、f a d 、u q 等。它们既传递电子也传递质子，电子传递体是 7 浙江大学硕士学位论文 指细胞色素体系和铁硫蛋白( f e s ) ，细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的结合蛋白 质，根据吸收光谱的不同分为a 、b 和c3 类，每类又再分为若干种。细胞色素 传递电子的机理，主要是通过铁卟啉辅基中的铁离子完成的，f e 3 + 在接受电子后 还原为f e 2 + ，f e 2 + 传出电子后又氧化为f e 3 + 。细胞色素b c l 复合物氧化还原型泛 醌( q h 2 ) ，生成u q h 2 ，u q h 2 使电子经过1 个f e s 中心，2 个细胞色素b ( c y t b ) 和1 个细胞色素c k c y t e 0 使电子最后传到细胞色素c ( c y t c ) 。细胞色素c 是小蛋白 体，疏松地附在线粒体内膜的外表面，其功能是在复合体i 和之间传递电子。 由于细胞色素b c l 酶能促进电子从细胞色素b 的q o 位置到细胞色素c 1 的转移， 所以它是细胞呼吸链的重要组成部分。细胞色素b 位于真菌和其它真核体的线粒 体内膜，s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的作用区域正好在细胞色素b 的位置，其作用方式 是利用甲氧基丙烯酸结构键合细胞色素b c l 复合物中细胞色素b 的q o 位置，从 而阻断细胞色素b 和c 1 之间的电子传递，达到阻止三磷酸腺苷合成的目的，并 最终通过干扰真核生物能量代谢过程丽发挥杀菌活性【1 9 - 2 0 l 。研究表明，嗜球果伞 素和它的合成衍生物的键合是可逆的，因此，s t r o b i l u r i n 类杀菌剂对不同的真菌 可能会表现 图1 7s t r o b i l u r i n 类杀菌剂在呼吸链中的作用部位及机理 8 浙江大学硕士学位论文 2 2 s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的构效关系1 3 2 】 在现实条件下，杀菌剂所作用的对象通常处在一个复杂的体系中，这个体系 包括真菌病原体、植物以及环境，是受各种因素影响的。因此把这些复杂的因素 和活性分子的物化性质分开来讨论对先导杀菌剂分子的设计是很有必要的。就 s t r o b i l u r n 类杀菌剂而言，影响其杀菌活性的决定因素主要有两方面：方面是 活性分子对呼吸链中b c l 复合物中的细胞色素b 的亲和力大小，也就是关于活性 分子中药效基团的优化问题。另一方面就活体活性来说，取决于实际到达靶标的 活性分子的量，对此最重要的是活性分子的生物动力学行为，即决定吸收、传导、 分解、排泄的分子特性。先导分子结构的改变不仅会影响活性分子对靶标的亲和 力，而且会影响分子的生物动力学行为，并最终影响其对活体病菌的活性、非靶 标生物体的选择性，也就是对其它生物产生的毒性大小，及在自然环境中的保存 时间。传统s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的结构，以二苯乙烯类杀菌剂为例，包括药效基 团、芳香桥链和侧链【3 3 】。( 图1 9 ) 图1 9s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的结构 2 2 1 不同药效基团对活性分子的影响 h u b e r ts a u t e r 等人通过固定侧链和芳桥，改变药效基团的结构，并测试这些 化合物的生物活性的方法来定性的描述药效基团的结构与活性的关系。虽然这种 变化是微小的，但往往会对分子活性造成极大的改变。1 5 0 值是活性分子达到对 5 0 目标菌种产生抑制作用的最低浓度值，它定量的表示杀菌剂的活性大小。f 值为两个不同活性分子1 5 0 值的比值，在这里规定f = 1 5 “被测物) 1 5 0 ( 标准) ，1 5 0 ( 标 准) 表示二苯乙烯类杀菌剂的活性大小，f 值越小则表示被测活性分子的抑制活 性越高。 9 浙江大学硕士学位论文 r r 吣人n ，。 o o r o n ，o ( 4 ) f = 0 6 n ，o ( 5 ) f = 3 5( 6 ) f 1 0 0 ( 7 ) f = 2 2( 8 ) f = 0 7 r r r r s p n ，o 咚a ，0 ，o o n hf ：f h 2 ( 9 ) f = 1 3( 1 0 ) f - 1 9 0( 1 1 ) f - l o ( 1 2 ) f = 6 3 o r n o r i o v n 、0 7 i o r i 吣y n 、o l o ( 1 3 ) f 1 0 0 0( 1 4 ) f = 6 6 ( 1 5 ) f = i 4 ( 1 6 ) f = 1 2 3 r 、n y o i n 。n时p ( 17 ) f = 5 6( 1 8 ) f = 8 0 0 9 ) f = 3 5( 2 0 ) f = 3 9 r i 吣y n 、八 l o ( 2 1 ) f = 9 7 图1 1 0 不同药效基团的生物活性 l o r 基 产一 夕 p 卜一 夕 圆 一 b 晕x 浙江大学硕士学位论文 根据上图所给的f 值，可以从中归纳出一些经验性的规律以利于指导新活性 分子的设计和开发： 1 对于类甲氧基丙烯酸酯结构的活性分子而言，药效基团中某些原子及链 长的改变不会造成分子生物活性的大幅度改变，例如甲氧基丙烯酸酯( 1 ) 、肟醚 酯( 4 ) 、丁烯酸酯( 3 ) 、酮( 8 ) 和( 9 ) 以及n - 甲氧氨基甲酸酯( 1 5 ) 的活性大体相当。 2 增长基团的链长普遍会使分子活性降低，另外，由三个肟醚酯( 5 ) 、( 7 ) 和 ( 4 ) 之间的对比可以进一步说明在n o 键上增长链长后活性的下降速度要比在酯 基上增长链长的快得多。 3 当c = o 键傍边的双键由e 型变成z 型时，其活性会大幅度下降，例如分 子( 5 ) 和( 6 ) ，它们的活性就相差很大。 4 当药效基团的亲脂性指数( 1 9 p o w ) 大于4 时，增大其亲脂性就可以相应的增 加生物活性。例如三对电子等排体( 4 ) 和( 1 1 ) 、( 1 5 ) 和( 1 6 ) 、( 1 9 ) 和( 2 0 ) ，它们中的 酯类的亲脂性指数比相应的氨基类大0 7 的同时f 值却要比氨基类要小。 5 将c = o 键上的氧换成硫会极大的增加f 值，这是因为氧是很好的氢键接 受体，它能将药效基团固定在靶标上，硫在这方面的能力显然要弱于氧。 6 从成环分子( 1 7 ) 和( 1 8 ) 对比的结果看，如果c = o 键处于其所邻近双键的西 北角上，那么它的活性要比c = o 键处于南端的活性高。就药效基团整体而言， 应该从分子的亲脂性、挥发性、降解速率等方面考虑，因为这些因素影响分子的 生物动力学性质。 总的来看，在亲脂性上大致有这样的关系：环式( 1 妒。_ 2 3 ) 醚酰胺 ( 1 9 p o w = 2 8 ) 肟醚酯( 1 妒。w _ 3 5 ) n 一甲氧基氨基甲酸酯( 1 9 p o w 一3 7 声甲氧基丙烯酸 甲酯( 1 9 p 。w 3 7 ) 甲基酮0 9 p o 。- - - 4 o ) 丁烯酸酯( 1 9 p 。= 4 。4 ) ，为了使活性分子能够被 生物体吸收利用，亲脂指数不应超过4 。对于丁烯酸酯，则只能通过增加其侧链 基团的亲水性来弥补；在降解速率方面，环式s 醚酰胺“甲氧基丙烯酸酯s 甲氧 基胺基甲酸酯s 丁烯酸酯“肟醚酯，降解速率是描述分子在自然环境下分解快慢 的参数，对于杀菌剂，降解速率太快或太慢均会产生不良后果，太快会造成生物 体吸收不充分，太慢会残留在土壤里污染环境。 浙江大学硕士学位论文 2 2 2 不同侧链对分子生物活性的影响 h u b e r ts a u t e r 等利用定量构效关系描述了不同侧链对肟醚酯类杀菌剂( 2 1 ) 活 性的影响( 图1 1 0 ) ，定量构效关j 蔡( q s a r ) 分析是一种药物设计方法，它利用理论 计算和统计分析工具来研究系列化合物结构与其生物活性之间的定量关系。从一 系列已知活性的化合物中找出结构、性质与生物活性之间的定量关系，进而预报 新化合物活性，并指导新药的合成。纵坐标p 1 5 0 是1 5 0 值的负对数，它定性的衡 量了杀菌剂的活性，p 1 5 0 值越大，活性越高。横坐标是亲脂性指数，每一个黑点 代表一个化合物，从图中可清楚地看出：对具有相同药效基团的化合物而言，侧 链可以影响分子的亲脂和亲水性，从而影响杀菌剂的活性。因此在设计活性分子 时适当的侧链对提高其杀菌性能是有很大帮助的。 图1 1 0 不同侧链对肟醚酯类杀菌剂活性的影响 2 2 - 3 不同芳桥对分子生物活性的影响 桥部分相对侧链而言，其变化范围则小得多，s t r o b i l u r i n 类生物活性化合物 的桥大多为苯环，同时以杂环、稠环、稠杂环、环烯醚、环烯酰胺为桥的s t r o b i l u d n 类化合物亦有报道。 1 2 浙江大学硕士学位论文 第三节s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的合成综述 3 1s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的合成路线及方法 自从人们认识到天然s t r o b i l u r i n 类抗生素独特的杀菌性能后，为了能够得到 活性更好，光稳定性更高、易吸收、低残留的新型杀菌剂，人们对最初发现的 s t r o b i l u r i na 的结构不断的进行修饰，合成相应的s t r o b i l u r i na 类似物，并对新 化合物进行相关的生物活性测试。自1 9 8 4 年加山e 和s t e g l i e h 研究组合成了 s t r o b i l u r i na 以来，已经合成了数万个化合物，合成这些化合物的思路及方法也 各有不同。这些合成思路大致上可以分成三类： 第一，先合成药效基团而后再进行侧链基团的合成，一般采用这种方法的是 侧链较复杂的化合物，例如由捷利康公司研制成功的杀菌剂嘧菌酯就属于这一 类，具体合成路线如下阁： 篁c l 马牡一a 豫0 洲。 z 或e 型e 型 第二，先合成侧链，再进行药效基团的合成，例如日本盐野义公司研制开发 的产品m e t o m i n o s t r o b i n ，其合成路线如下【3 6 】： 1 3 q 渊 坠 浙江大学硕士学位论文 q 。hi , n o z b u l ia 。 第三，药效基团与侧链基团单独同时合成，到最终一步接上。即将药效基团 作为一个完整单元通过钯催化交联而连接到已接上侧链的芳桥上1 3 7 】： x 这一方法是在对第一种方法改进的基础上提出来的。对于第一种方法，在 合成药效基团的过程中，通常会产生e 和z 两种异构体。由于具有z 型结构的药效 基团生物活性极低，而且这两种异构体的分离比较困难，所以只能通过化学方法 解决。一般采用的有三种方法： 1 利用两种异构体在不同介质下稳定性不同的特点将结构进行转化，一般z 型异构体在l e w i s 酸、亲核试剂或自由基催化下可转化为相应的e 型异构体。 2 将具有高度立体选择性的反应类型应用到药效基团的合成上，例如对于 具有b - 甲氧基丙烯酸甲酯药效基团的化合物最广范使用的合成路线包括：苯乙酸 甲酯与甲酸甲酯在碱存在下进行c l a i s e n 缩合，所得6 羟基丙烯酸酯进行0 甲基 化。以上两步反应都有高度的立体选择性，所得产物绝大多数为所需的e 型异构 1 4 浙江大学硕士学位论文 3 即将事先合成好的e 型药效基团直接接到母链上，也就是上面所提到的方 法。 由于s 仃0 b i l 嘶n 类杀菌剂化合物的药效基团结构中大多含有c = c 或c = n 键， 因此合成这类化合物的关键步骤是双键的引入，针对这一点，在合成方法上，有 两种路线1 3 8 舢l 。第一种是由取代的苯乙酸甲酯为原料进行合成： 峨c 0 2 m e 一麓o h 旦m 父洲。 p h h ，、，、 p “ p h p h c h 2 c o ：m e 婴h o 、办c 。：m 。型里 m e 。、“c 洲。 另种方法是用取代苯基酮酸酯作原料进行合成，这种方法的缺点是引入的 双键是z 和e 型异构体的混合物，需要对其进行构型转化： p 。八0c 啪警 显塑! 竺， p h 人c 0 2 m 。坐坐一 w i t t i g 反应 m e 0 、n 几 p h 7 、c 0 2 m e 本论文的思路 通过对s t r o b i l u r i n 类杀菌剂构效关系的分析，设计了带有两个药效基团的杀 菌剂，并对其进行了合成，表征及生物活性测试。在带有单个药效基团的杀菌剂 方面，设计了带有不同侧链的分子结构，并进行了合成，表征和生物活性测试。 1 5 浙江大学硕士学位论文 根据s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的合成方法及路线分析和实际情况，在合成方法上， 采用具有高度立体选择性的反应类型( c l a i s e n 缩合及b 羟基丙烯酸酯的o 甲基化 反应) 来进行药效基团e 型b 甲氧基丙烯酸甲酯的合成。在合成路线上，选择两 种合成路线： 1 先合成侧链，再进行药效基团的合成。 2 先合成药效基团而后再进行侧链基团的合成。 希望通过这些工作能够获得具有较高活性的新型杀菌剂。 1 6 浙江大学硕士学位论文 参考文献 1 】：i s o n ok ，s u z u k is ，h e t e r o c y c l e s ，1 9 7 9 ，1 3 ，3 3 3 【2 】：b a y e re ，g u g e lk h ，h a e g e l ek ，h a g e n m a i e rh ，e s i p o vs e ，k o e n i gw a ， z a e h n e r h ，h e l v c h e m a c t a ，19 7 2 ，5 5 ，2 2 4 【3 】：s c h r a m mg ，s t e g l i c hw ，a n k et ，o b e r w i n k l e rf ，c h e m b e r ，1 9 7 8 ，111 ，2 7 7 9 【4 】：a n k et ，s c h r a m mg ，s c h w a l g eb ，s t e f f a nb ，s t e g l i c hw ，l i e b i g s a n n c h e m ， 1 9 8 4 ，1 6 1 6 【5 】：a n k et ，o b e r w i n k l e rf ，s t e g l i e hw ，s c h r a m mg ，za n t i b i o t ，1 9 7 7 ，3 0 ，8 0 6 【6 】：m u s i l e kv ，c e m aj ，s a s e kv ，s e m e r d z i e v am ，v o n d r a c e km ，f o l i a m i c r o b i 0 1 ，1 9 6 9 ，1 4 ，3 7 7 【7 】：a n k et ，h e c h th js c h r a m mg ，s t e g l i e hw ，za n t i b i o t ，1 9 7 9 ，3 2 ，111 2 【8 ：s e d m e mp ，m u s i l e kv ，n e r u df ，v o n d r a c e km ，一a n t i b i o t ，1