（物理化学专业论文）新型杀菌剂的合成及反应机理分析.pdf

硕士学位论文 摘要 s t r o b i l u r i n 类杀菌剂是在天然甲氧基丙烯酸甲酯类衍生物的基础上开 发成功的，它具有高效、广谱、对环境安全、作用机制独特等特点，已成为 杀菌剂创制研究的热点。从19 9 6 年第一个s t r o b i n 类品种问世，此类杀菌剂迅 速占据很大的市场份额，预计在今年内将会占整个杀菌剂市场份额的2 0 。 本文综述了s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的研究开发过程和最新研究进展，对以- 烷氧基氨基甲酸酯为药效基团的衍生物研究情况进行了比较全面的文献总 结，并以此为基础，从s t r o b i n 类杀菌剂独特的机理阻碍细胞色素b c l 之问 的电子传递出发，运用分子设计理论，采用“亚结构连接法”、“生物电子 等排理论”等“m et o o ”方式，引入具有生物活性的结构，合成了2 0 个新的- 甲氧基- 取代苯基氨基甲酸酯类衍生物，所合成化合物按结构可分为以下两 类： i 甲氧基- 2 【2 甲硫基亚甲基( 取代苯亚胺) 硫亚甲基】苯基) 氨基甲 酸甲酯 ，s c h 3 0 n 、c 0 2 c h 3 - 甲氧基- n = 2 - 【l 一( 取代吡唑环或嘧啶环) 氧亚甲基】苯基氨基甲酸甲酯 ，o _ r h 2 c h 3 0 、c 0 2 c h 3 r ：为取代吡唑环或嘧啶环 本文从物理有机化学的角度对反应的机理和合成条件进行了比较详细的 分析和研究，列出了所有中间体的理化数据，对所合成的目标化合物均采用 i r 、1 hn m r 、m s 和元素分析等测试手段进行了表征，并讨论了其波谱特性。 本文对目标化合物( i ) 和( i i ) 进行了杀菌活性测试，结果表明：部分 化合物在5 0m g l 下表现出了良好的抑菌活性，其中1 1 2 和i i 。对小麦赤霉病 ( g i b b e r e l l az e a e ) 的抑菌率分别达9 3 5 和9 0 9 ；i l o 和1 1 6 对稻瘟病 ( p y r i c u l a r i ao r y z a e ) 的抑菌率分别达到8 0 0 和8 6 8 。 关键词：杀菌剂；n 一甲氧基氨基甲酸酯；模仿法：合成；反应机理 i i a b s t r a c t s t r o b i l u r i n ，w h i c hw a sf o u n db a s e do nn a t u r a lp r o d u c tm e t h y l 尸一m e t h o x y 。 a c r y l a t e s ，h a v i n gt r i b u t e so fh i g he f f e c t i v e ，b r o a ds p e c t r u m ，b e i n gs a f e t y t o e n v i r o n m e n ta n dan o v e lm o d eo fa c t i o n ，h a sb e e nah o tt o p i co ff u n g i c i d a l r e s e a r c hn o w f r o mt h ef i r s ts t r o b i l u r i n - t y p ef u n g i c i d el a u n c h e d i n19 9 6 ，t h i s c l a s so ff u n g i c i d eh a sg o t t e na ni n c r e a s i n gm a r k e ts h a r es o o n i ti ss u p p o s e dt o b et h eb i g g e s tf u n g i c i d a lt y p et h i sy e a r ，a c c o u n t i n g f o r2 0 o ft h ew h o l e f u n g i c i d em a r k e t t h i sp a p e rr e v i e w st h ed i s c o v e r ya n dt h er e c e n td e v e l o p m e n to fs t r o b i l u r i n f u n g i c i d e s ，a l s od e s c r i b e si n d e t a i lt h es t r o b i l u r i n d e r i v a t i v ec o m p o u n d st a k i n g n a i k o x y l c a r b a m a t e s a sp h a r m a c o p h o r e f u r t h e r m o r e ，b a s e do n t h es p e c i f i c m o d eo fa c t i o n i n h i b i t i n gt h em i t o c h o n d r i a le l e c t r o nt r a n s p o r t a t i o n a tt h e c y t o c h r o m eb c lc o m p l e x ，u s i n gm o l e c u l a rd e s i g nt h e o r y ，a t t h es t r u c t u r eo f p h a r m a c o p h o r e ， i n t r o d u c i n g t h e b i o l o g i c a l a c t i v e s t r u c t u r e ， 2 0n e w n - a i k o x y l n s u b s t i t u t e dp h e n y l c a r b a m a t e sh a v eb e e ns y n t h e s i z e dw i t h “m et o o ” d e s i g n i n gp r i n c i p l e ss u c ha s c o n n e c t i o no fs u b s t r u c t u r e a n d b i o i s o s t e r i s m t h e o r v ”a c c o r d i n gt ot h e i rs t r u c t u r e s ，t h e yc a nb e d i v i d e di n t ot w os e r i e sa s f o l l o w s ： ( i ) m e t h y ln - m e t h o x y 2 【2 m e t h y l t h i o m e t h a n o ( s u b s t i t u t e d p h e n y l i m i n o ) t h i o m e t h y l e n e p h e n y llc a r b a m a t e c h 2 c h 3 0 1 ) m e t h y ln - m e t h o x y l r - 和无生物活性的( 2 ) 的结构式以及( 3 ) 的 光降解途径4 图1 3 嘧菌酯( a z o x y s t r o b i l u r i n ) 与醚菌酯( k r e s o x i m m e t h y l ) 的创制思路小5 图1 4 苯氧菌胺( m e t o m i n o s t r o b i l u r i n ) 的先导( 4 ) 和( 5 ) 以及 创制思路5 图1 5 已商品化及正在开发的s t r o b i l u r i n 类杀菌剂6 图1 6s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的作用机理7 图1 7 先导化合物及其结构修饰部位7 图1 8 芳桥的改造研究8 图1 9 药效基团的改造研究9 图1 10p y r a e l o s t r o b i n 与s t r o b i l u r i na 的结构比较1 l 图1 1 1n 烷氧基n 取代苯基氨基甲酸酯衍生物的母体结构和侧链变化1 2 图1 1 2 二硫代氨基甲酸结构式1 3 图1 13 福美类杀菌剂结构通式：1 3 图1 1 4 结构连接法合成d u 19 1 1 实例14 图2 1n 甲氧基n 2 溴甲基苯基氨基甲酸甲酯的合成15 图2 2 中间体( a ) 在酰化反应中的两种可能作用方式1 8 图2 3 中间体( d ) 的反应历程2 0 图2 4 中间体( d ) 的可能碎裂途径一2 2 图3 1 目标化合物( i ) 的合成2 4 图3 2 目标化合物1 9 和1 1 0 的结构式2 5 图3 3 中间体e 的反应历程2 6 图3 4 中间体( f ) 的反应历程2 6 图3 5 中间体( f ) 反应过程的能量变化2 7 图3 6 中间体( g ) 的共振异构型2 8 图3 7 目标化合物i i1 hn m r 谱3 3 图3 8 目标化合物i3 的结构模板3 5 图4 1 唑螨酯( f e n p y r o x i m a t e ) 的结构式3 7 v i i 硕士学位论文 图4 2 吡嘧黄隆( p y r a z o s u l f u r o n e t h y l ) 的结构式3 8 图4 3 带吡唑环的目标化合物( i i l 3 ) 的合成路线3 9 图4 4 带嘧啶环的目标化合物( 1 1 4 1 0 ) 的合成路线4 0 图4 5 吡唑环合成机理4 2 图4 6 甲基肼可能的进攻路径4 2 图4 7 嘧啶环合成机理4 3 图4 8 目标化合物1 1 51 hn m r 谱4 6 u 新型杀菌剂的合成及反应机理分析 表1 1 表2 1 表2 2 表3 1 表3 2 表3 3 表3 4 表3 5 表3 6 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 附表索引 s t r o b i l u r i n 类杀菌剂及其所衍生出来的杀菌剂3 不同温度对邻甲基苯基羟胺反应收率的影响18 中间体c 的浓度( c c l 4 中间体c ) 对溴化反应收率的影响2 0 中间体( e ) 的结构和物理参数2 9 中间体( f ) 的结构和物理参数3 0 目标化合物i i n i l o 的理化性质3 0 目标化合物i l i i l 的红外光谱和元素分析数据3 1 目标化合物i l i l o 的核磁共振氢谱数据3 2 目标化合物i 的抑菌活性3 4 目标化合物i i 的理化性质4 4 目标化合物的i i i 的红外光谱数据和元素分析数据4 5 目标化合物i i l i i l o 的1 hn m r 测试数据4 6 目标化合物i i 的抑菌活性4 7 i x 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特另, j j n 以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：启钎、 日期：- 2 卯年，月7 珀 学位论文版权使用授权书 本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 阅和借阅。本人授权湖南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 l 、保密团，在2 年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“、”) 日期：夕彻僻d - 月日日期：彻6 年月日 日期：力o r e 为年，月) 乙日 羽 扪娃劈专 名名 签签 者师作导 硕士学位论文 第1 章绪论 一直以来，中国能以世界7 的耕地养活了世界2 2 的人口是一个奇迹，这 一方面固然要归功于农作物改良品种的研制和推广，另一方面农药在防治病虫害， 提高粮食产量也起到了功不可灭的作用【1 1 。世界谷物生产统计表明：每年因虫害的 损失占整个粮食产量的1 4 ，因草害的损失占1 l ，因病害的损失占1o 【2 1 ，因 此通过使用农药来提高粮食产量还有很大的提升空间。据统计，每投资农药一元 可得到数元到数十元的经济效益。并且对一些病虫害的防治，化学防治在今后很 长的一段时间内仍是最有效和不可替代的。目前我国杀菌剂的在农药中所占的比 例严重失衡【3 1 ，因此我们应该尽快发展杀菌剂，以适应我国乃至世界现代农业可持 续发展的需要。 杀菌剂的广泛使用，减少了农业因为病菌而产生的重大损失。但由于不断的使 用，使病菌产生了抗药性【4 5 】，同时出于可持续发展和绿色化学的需要，这就迫使 人们不断寻找和发现新类型的活性化合物，发现新的作用机制，研制超高效、可 降解、对自然界和谐的新型杀菌剂。 s t r o b i l u r i n 类( 又称s t r o b i n 类) 杀菌剂是上个世纪9 0 年代研究开发的，它以 其独特的作用方式引起了人们的广泛兴趣。s t r o b i l u r i n 类杀菌剂已成为预防和控 制植物病害的重要药剂之一。其广谱的杀菌活性是其它类型杀菌剂无法比拟的， 它是至今能唯一有效防治卵菌纲、担子菌纲和子囊菌纲植物主要病害的杀菌剂。 s t r o b i l u r i n 杀菌剂具有高效、低毒、广谱、安全、环境友好等特点。在短短十年时 间里，s t r o b i l u r i n 类杀菌剂就有9 个品种实现商业化，已夺取了统治杀菌剂市场长 达近2 0 年的三唑类杀菌剂的霸主地位。s t r o b i l u r i n 类杀菌剂已成为杀菌剂创制与 研究开发的热点。 1 1s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的研究现状 以天然化合物为先导，对其结构进行修饰是新农药创制的一条非常有效的途径 1 6 】。例如，拟除虫菊酯类农药、沙蚕毒素类杀虫剂、烟碱类杀虫剂等等的成功开发 都是以天然化合物为先导。s t r o b i l u r i n 类杀菌剂就是以天然抗生素s t r o b i l u r i n 和 o u d e m a n s i n 为先导化合物开发成功的。 1 1 1s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的发现 s t r o b i l u r u st e n a c e l l u s 是一种生长在松树球果上一种较小的可食用蘑菇，它具有 很强的抗植物病原真菌活性，属于一类新型的抗真菌抗生素【8 l 。1 9 7 7 年德国a n k e 新型杀菌剂的合成及反应机理分析 和s t e g l i c h 教授于首次从s t r o b i l u r u st e n a c e l l u s 培养液中分离得到了s t r o b i l u r i n sa 和b 【7 1 。而在此之前m u s i l e k 等曾从o u d e m a n s i e l l am u c i d a 中分离得一个抗真菌活 性物质m u e i d i n 。研究发现s t r o b i l u r i na 与m u c i d i n 的红外、紫外光谱以及元素组 成一致，但旋光度不同。在o u d e m a n s i e l l am u c i d a 后续研究中，除分离得到了 s t r o b i l u r i na 外，还分离到了o u d e m a n s i na1 9 】。1 9 8 1 年s e d m e r a 等发表了m u c i d i n 的结构，将m u c i d i n 的构型定为e ，e ，e 【10 1 。1 9 8 4 年a n k e 和s t e g l i c h 研究组合成 了s t r o b i l u r i na ，并确定了其立体构型为e ，z ，e 【1 1 】。直到1 9 8 6 年，将m u e 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。期间发现了一系列同系物，如 s t r o b i l u r i ne 和9 m e t h o x y s t r o b i l u r i na 【12 1 。后来发现此类化合物存在于1 2 属3 4 个 蘑菇种中，结构简单的有1 7 个，其中s t r o b i l u r i n 类1 2 个、o u d e m a n s i n 类4 个、 m y x o t h i a z o l 类1 个( 见图1 1 ) 。在对其结构进行分析确定后，发现这些化合物几 乎都具有甲氧基丙烯酸酯( 或酰胺) 结构单元，因此将这类化合物称之为伊甲 氧基丙烯酸酯类化合物。 o m e x y s t r o bn u ra = 1 4 , y - m s t r o bi l u r i nb ( x = o c h 3 y = c d x o m e y o m e o u d e m a n s i na 仪= h ，y 兰h ) o u d e m a n s i nbf x = h ，y = o c h 3 ) 0 m e m e t l l o t h i a z o ia 图1 1 天然抗生素s t r o b i l u r i na ，b 和o u d e m a n s i na ，b 和m e t h o t h i a z o la 的结构式 1 9 8 1 年b e c k e r 等人首次报道了s t r o b i l u r i na ，s t r o b i l u r i nb 及o u d e m a n s i na 不仅结构相似【l3 1 ，而且它们的杀菌活性均源于同一种新的作用机制，这种作用机 制与当时的商品化杀菌剂的作用机制不同。然而实验发现，s t r o b i l u r i na 虽有杀菌 能力，但对光非常不稳定且容易挥发，因而难以直接应用。后来通过结构分析， 发现是由于其拥有较多的双键所致。此后以s t r o b i l u r i na 为模型，研究人员合成了 一系列具有杀菌活性的s t r o b i l u r i n 衍生物。1 9 9 6 年首例s t r o b i l u r i n 类杀菌剂上市， 到目前为止已有9 个品种商品化，还有多个化合物在开发中【1 4j ( 见表1 1 ) 。 硕士学位论文 表1 1s t r o b i l u r i n 类杀菌剂及其所衍生出来的杀菌剂 1 i c i 公司发现，2 安万特公司发现。 1 1 2s t r o b i l u r i n 类杀菌剂研究开发过程 s t r o b i l u r i na 和o u d e m a n s i na 在离体条件下虽然有较好的杀菌活性，但光稳 定性差、易挥发，不适合用作农业杀菌剂。然而知道了它们的结构和理化性质为 捷利康公司( i c i ) ( 现属先正达) 和巴斯夫公司( b a s f ) 同时独立地对s t r o b i l u r i n 类化合物进行了研究提供了起点【1 4 】。他们以结构最简单的s t r o b i l u r i na 为先导化 合物，在保留活性基甲氧基丙烯酸结构的前提下进行了结构优化。结果发现一 甲氧基丙烯酸结构的构型对化合物的生物活性有着决定性的影响，含倒印一甲氧基 丙烯酸酯的化合物( 如图1 2 ，结构式1 ) 具有一定的生物活性，而含( 刁- 式( 如 结构式2 ) 的则没有活性【”】。研究中，两个公司都发现了s t r o b i l u r i na 的佃烯键 可以被邻取代苯基取代，从而都得到了l ，2 二苯乙烯类化合物( 如结构式3 ) l l 引。 该类化合物挥发性较低，在室温下有活性，然而因在光照下降解( 如图1 2 ) 太快 新型杀菌剂的合成及反应机理分析 而不能在田间表现出高活性【17 1 。 2 0 2 图1 2 有生物活性的( 1 ) 和无生物活性的( 2 ) 的结构式以及( 3 ) 的光降解途径 经过结构与活性的关系分析得出：s t r o b i l u r i na 结构上由b 历e 式的共轭双键 结合，将s t r o b i l u r i na 结构改变成l ，2 二苯乙烯类后二式双键固定在苯环上，从而 改善了其光稳定性，但仍未达到实际应用的要求，为此两大公司进行了切断双键 引入杂原子支链，这样不仅使其亲水亲油性平衡而提高内吸活性，而且可以克服 其光不稳定性。捷利康公司自1 9 8 2 年开始此类化合物的研究，终于在1 9 8 6 年获 得含天然( d 节甲氧基丙烯酸甲酯基团的s t r o b i l u r i n 合成物的专利权，合成了1 4 0 0 多个化合物，最终发现了化合物嘧菌酯( a z o x y s t r o b i l u r i n ) 1 8 - 2 0 】。不久b a s f 公 司又发现以倒甲氧基亚氨基乙酸甲酯为药效基团的化合物 2 1 , 2 2 】的良好生物活性， 并提交了专利申请，并最终发现了醚菌酯( k r e s o x i m m e t h y l ) 。从化学结构上来看 倒甲氧基亚氨基乙酸甲酯基团与倒一伊甲氧基丙烯酸甲酯是电子等排体。嘧菌酯 ( a z o x y s t r o b i l u r i n ) 和醚菌酯( k r e s o x i m m e t h y l ) 的创制思路如图1 3 所示： a z o x y s t r o b i l u r i n 和k r e s o x i m m e t h y l 都是对天然化合物s t r o b i l u r i na 的成功模 拟，而日本盐野义公司的苯氧菌胺( m e t o m i n o s t r o b i l u r i n ) 的发现却是另辟蹊径 2 7 - 2 9 l 。其先导化合物并不是s t r o b i l u r i na 或o u d e m a n s i na ，而是抗生素s i n o m i n ( 如结构式4 ) 和除草剂i s o x y l ( 如结构式5 ) 。其仓j j 制思路如图1 4 所示。 m e t o m i n o s t r o b i l u r i n 是世界上第三个被发现的s t r o b i l u r i n 类化合物，同时也是 第一批独立发现s t r o b i l u r i n 类化合物中的最后一个。它拥有倒n - 甲基甲氧亚氨基 乙酰胺药效基团，它也是天然s t r o b i l u r i n s 化合物中何印甲氧基丙烯酸甲酯药效基 团的电子等排体。 硕士学位论文 蛔妇一m 甜叫 图1 3 嘧菌酯( a z o x y s t r o b i l u r i n ) 与醚菌酯( k r e s o x i m m e t h y l ) 的创制思路 彳啪2 仑刚如巧洲2 c h v - g - 0 r y n l 瑚g - 承n 地趴r , o n 如 先正达公司和巴斯夫公司的早期专利发布后，其它农药公司如拜耳、汽巴、 杜邦、山道土、住友、三菱、石原、日本农药、a g r e v o 、l u c k y 及我国的一些大 专院校和科研院所如南开大学【3 0 - 3 2 1 、沈阳化工研究院3 3 5 1 、湖南化工研究院【3 6 3 引、 江苏化工研究院【3 9 , 4 0 】等纷纷意识到s t r o b i l u r i n 类化合物的重要性，并开始在该领 域的研究，从而导致了其它商品化s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的发现。1 9 9 8 年诺华公司 发现和开发了肟醚酯( t r i n o x y s t r o b i l u r i n ) 1 4 1 , 4 2 j ( 后来卖给了拜耳公司) 。两年后， 先正达公司宣布发现了啶氧菌胺( p i c o x y s t r o b i l u r i n ) 4 3 , 4 4 ，巴斯夫公司发现了唑 菌胺酯( p y r a c l o s t r o b i l u r i n ) 4 5 , 4 6 j 。这三个新的s t r o b i l u r i n 化合物具有三个不同的 药效基团。p i c o x y s t r o b i l u r i n 和t r 讯o x y s t r o b i l u r i n 具有天然的御- p 甲氧基丙烯酸甲 酯和御甲氧基亚氨基乙酸甲酯药效基团，而p y r a c l o s t r o b i l u r i n 的药效基团则为前 两个药效基团的生物等排体_ 甲氧基氨基甲酸甲酯。 氟嘧菌酯( f l u o x a s t r o b i l u r i n ) 4 7 , 4 8 l 是拜耳作物科学公司报道的新型、广谱二氢 嗯嗪类( d i h y d r o d i o x a z i n e s ) 类杀菌剂，兼属s t r o b i l u r i n 类杀菌剂。为了研制新的 具有更优活性的新化合物，拜耳公司科研人员将上述两类化合物结合在一起，即 将s t r o b i l u r i n 杀菌剂药效基团甲氧基丙烯酸酯中的羧酸衍生物变成二氢嗯嗪，并 在杀菌剂嘧菌酯( a z o x y s t r o b i l u r i n ) 的结构基础上进行结构优化，最终得到新型化 合物氟嘧菌酯( f l u o x a s t r o b i l u r i n ) 。 新型杀菌剂的合成及反应机理分析 此外，还有d i m o x y s t r o b i l u r i n 4 9 ，5 们、o r y s a s t r o b i l u r i n 5 1 1 、 u b f3 0 7 【15 1 、 e n s t r o b i l u r i n ( s y p z 0 7 1 ) 3 3 , 3 4 】、韩国开发( k r e a d e v e l p o p i n g ) f 1 5 】等均是在老产 品a z o x y s t r o b i l u r i n 、k r e s o x i m m e t h y l 和m e t o m i n o s t r o b i l u r i n 等的基础上通过“m et o o c h e m i s t r y ”组合优化所得。 它们的结构如图1 5 所示： o - c h 3 h 3 c , o 、c h 3h p i c c 3 0 y s l r o b i nd i m o x y s 如o b i n o r y s a s l r o b i n 苫球队，9 雹叩h ，早仨 o 、c h 3 t r i f l o x y s t o b i n p y r a c b s t o b i n f l u o x a s l r o b i n 0 、c h 3 o 、c h 3 o 、c h 3 ( u b f3 0 7 ) k r e a d “e l 。p i n g e 鸺的b i n ( s y pz 0 7 1 ) 图1 5 已商品化及正在开发的s t r o b i l u r i n 类杀菌剂 1 1 3 生化作用机制 s t r o b i l u r i n 类杀菌剂是线粒体呼吸作用抑制剂。它进入病原菌细胞内，与线粒 体上细胞色素b 的q o 位点结合，阻断细胞色素b 和细胞色素c l 之间的电子传递( 通 过阻断u b i q u n o l 的氧化) ，从而抑制线粒体的呼吸作用，破坏病菌能量合成。由于 缺乏能量供应，病菌孢子萌发、菌丝生长和芽孢的形成均受到抑制。大量研究表 明：s t r o b i l u r i n 类杀菌剂与q o 位点的结合是可逆的。 细胞色素b 是复合体i i i ( 细胞色素b c l 复合体) 的一部分，位于真菌和真核 生物线粒体膜内。复合体i i i ( 细胞色素b c l 复合体) 包含了1 1 个亚单元结构，分 子量在2 4 0k d 左右。近几年，在复合体i i i 的结构研究方面取得了很大的进展， q 洲 硕士学位论文 已从牛、鸡和酵母的线粒体中分离出了复合体i i i ，并对其结构进行了深入研究。 i 中心 o 中心 2 h + l e i 打i e - b h r n e i c y c l e 了h 2 罡 t _ - 剀 i 。一 e - l _ 2 q o 一1 1 l 制位i l l ， 2fe一2se 】 图1 6s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的作用机理 呼吸作用抑制剂种类许多，作用机制不尽相同。如在复合体i i i 内，s t r o l i l u r i n 杀菌剂作用点为i ，u h d b t ( u n d e c y l h y d r o x y d i o x o b e n z o t h i a z 0 1 ) 作用点为i i ，s h a m ( s a l i c y l h y d r o x a m i ca c i d ) 的作用点为i i i ( 图1 6 ) 1 5 4 5 6 。 1 1 4 结构与活性的关系研究 1 1 4 1 结构通式 专利报道的s t r o b i l u r i n 类化合物的化学结构变化很多，但它们主要是围绕先 导化合物二苯乙烯类化合物的侧链、桥和药效基团三部分来进行修饰，具有如下 的结构通式【3 7 5 2 】： s i d ec h a i n 图1 7 先导化合物及其结构修饰部位 x o p h o r e 新型杀菌剂的合成及反应机理分析 1 1 4 2 结构与活性的关系 构效关系是先导化合物优化的指针。影响杀菌剂活性主要有两个方面的决定 因素：其一是活性物质对菌体中分子靶标的亲和力，就s t r o b i n 类杀菌剂而言，即指 活性物质对呼吸链的b c l 络合物的亲和力；其二活体活性取决于实际到达靶标的活 性物质的量，对此最重要的是活性物质的生物动力学行为，即决定吸收、传导、 分解、排泄的分子特性。先导结构的改变不仅影响活性物质对靶标的亲和作用， 而且影响分子的生物动力学行为，最终影响其对活体病菌的活性、非靶标有机体 的选择性及环境行为。由于药剂分子结构和生物活性之间的关系非常的复杂，所 以到目前为止还没有全部掌握其普遍规律性。最近有人把反映药物研究上构效关 系的h a n s c h 方程运用于农药的构效研究，在一定范围内能反应他们之间的某些关 系【5 3 】。 1 侧链变化及对活性的影响 专利报道的s t r o b i l u r i n 类化合物的研究中，侧链是变化较多的部位，且侧链 大多在活性基的邻位，如取代的( 杂) 芳基，包括苯环、萘环、吡唑、咪唑、吡 啶、嘧啶、嗯嗪、三嗪、嗯二唑、噻二唑等；或( 杂) 芳氧( 硫) 基或( 杂) 芳 氧( 硫) 甲基，取代的氨基，取代的羰基或酯基，取代的1 3 个碳原子的烷基或 2 - 6 个碳的烯基或炔基及多种的取代亚胺氧基( r l r 2 = n o ) 等。 s a n t e rh 等对k r e s o x i m m e t h y l 侧链改用不同取代基团的研究表明，侧链的改 变将影响整个分子的亲脂性。对具有相同药效基的化合物而言，分子的亲脂性、 亲水性对杀菌剂的活性有着非常重要的影响。因此，对先导化合物的结构优化必 须充分考虑引入基团对整个分子亲脂性、水溶性的影响。 2 桥部分的变化及对活性的影响 桥部分相对侧链而言，其变化范围小得多，主要以苯环为主，同时也有如图1 7 等报道。 r q 酋 r 产弋 r 凹r 弧鼠r h n , , s 出 伽 r 7 、 n 夕n r y 图1 8 芳桥的改造研究 试托衄 顿士学位论文 由于桥部分的变化相对较小，且变化的基团同为芳环，它们的结构、性质都 相差不大，故生物活性的差别也较小。从目前的研究情况来看，还是以结构简单 而取代基变化较多的苯环为主导地位。 3 药效基的变化及对活性的影响 药效基团部分通常具有如图1 8 中前四种结构，也有其它变化的报道。从研究 发展情况来看，天然的甲氧基丙烯酸酯和等排体亚氨基或酰胺与- 甲氧基氨基甲 酸酯占主导地位，尤其是前两者。 o 少少义 呤。掣一 n h h 少p r n o r 。咿l ! i y 。 今o q 媳 少洲 。古。小o 、 h n 图1 9 药效基团的改造研究 o o 通过固定侧链与芳桥，改变药效基结构，可以较清楚地看出药效基对杀菌活 性的影响情况。s a n t e rh 等通过改变k r e s o x i m m e t h y l 的药效基团得出了药效基团 结构与活性的关系：、甲氧基丙烯酸甲酯基、丁烯酸甲酯基、甲氧基亚氨基乙 酸甲酯或酰胺基、甲氧基亚氨基丙( 或丁) 酮基及n 甲氧基氨基甲酸酯基处于同 一活性水平；、当双键结构由反式变顺式时，活性骤减；、当侧链的体积增 大时，或多或少有些活性损失；、由于羰基氧对靶标起氢键受体的作用，故当 羰基变为硫代羰基时活性大减。 药效基结构的改变对分子的亲脂性、蒸汽压、降解速率等也有明显的影响，这 些因素将影响分子的生物动力学性质，最终影响活性。 1 1 5 研究展望 s t r o b i l u r i n s 类杀菌剂不但具有新颖的作用机制、非常广泛的杀菌谱和良好的 新型杀菌刑的合成及反应机理分析 环境相容性，而且能使禾谷类作物保持绿色直到收割前，从而提高了作物的产量 和质量，这是三唑类杀菌剂所不及的，目前已经发展成为欧洲谷物市场的主要杀 菌剂品种【5 7 1 。 国内外对s t r o b i l u r i n s 类杀菌剂的研究和开发非常活跃，涉足该领域的公司大 约有二十几个，发表专利近5 0 0 篇，合成该类化合物数万个。有关s t r o b i l u r i n s 类 杀菌剂的结构变化内容主要在以下两个方面：一是侧链的结构变化，通过改变侧 链的结构来改变化合物的亲水性和亲油性的，从而提高化合物的活性；二是药效 基团结构的变化，药效基团从最先的甲氧基丙烯酸酯( 酰胺) 结构，发展到最近 的_ 甲氧基氨基甲酸甲酯类结构。 我国在这方面起步较晚，因此在我国加强这一领域的研究和开发是很有必要 的。从文献报道来看，南开大学【3 0 一3 2 1 、沈阳化工研究院【3 3 - 3 5 1 、湖南化工研究院【3 6 - 3 8 l 以及江苏化工研究院【3 9 , 4 0 等已开展了这方面的工作，其中沈阳化工研究院与 r o h m & h a s s 合作已取得了一些成果。 1 2 - 烷氧基一_ 取代苯基氨基甲酸酯衍生物的研究进展 - 甲氧基_ 取代苯基氨基甲酸甲酯衍生物是s t r o b i l u r i n 类杀菌剂的一个分 支，1 9 9 3 年德国的巴斯夫公司发现这类化合物具有很好的生物活性，并于2 0 0 1 年推出了唑菌胺酯( p y r a c l o s t r o b i l u r i n ，f 5 0 0 ) 。这类化合物与传统的s t r o b i l u r i n 类 化合物相比，虽然在化学结构上( 特别是药效基团) 有很大的区别，但是作用机 制与s t r 3 b i l u r i n 类杀菌剂的相同，因此人们还是把它归入s t r o b i ! u r i n 类系列杀菌 剂。 1 2 1 商品化产品一唑菌胺酯 唑菌胺酯( p y r a c l o s t r o b i l u r i n ，f 5 0 0 ) 是巴斯夫公司继醚菌酯( k r e s o x i m m e t h y l ) 之后另一种新型广谱s t r o b i l u r i n 类杀菌剂。唑菌胺酯能防治由多种真菌病源引起 的病害，用于禾谷类病害的防治，可与防治此类病害的佼佼者啶氧菌 ( p i c o x y s t r o b i l u r i n ) ( 捷利康) 相媲美，是所有s t r o b i l u r i n 类杀菌剂中作用谱最广 的杀菌剂之一。它对氮还原酶的作用更大，能使作物吸收更多的氮：同时，它对 作物的生长更具刺激作用。因此它更具治疗作用，使作物增产的幅度比单纯的杀 菌剂要高得多，属新型的激素型杀菌剂【5 8 1 。 含有效成分唑菌胺酯的杀菌剂商品现有c a b r i oe g 5 9 ，6 0 l ( 2 0 p y r a l o s t r o b i n ) 、h e a d l i n e l 8 2 】( 2 5 0g lp y r a c l o s t r o b i l u r i n ) ，前者主要用于多种果树和蔬菜， 后者主要用于大田作物，两者已经在美国、加拿大、澳大利亚、新西兰等国家获 得登记。 硕士学位论文 h h s u r o b i l u r i na 图1 1 0p y r a e l o s t r o b i n 与 n世 a c 坞c 0 2 7 、0 0 1 3 p y r ml o s t r o b i n s t r o b i l u r i na 的结构比较 1 2 2 研究新进展 在巴斯夫公司发现唑菌胺酯后，立即引起人们对此药效基团( n - 烷氧基一- 取 代苯基氨基甲酸酯) 的关注，并纷纷以为基础开展研究。研究主要集中在对唑菌 胺酯的侧链的变化上：如将羟基吡唑改为三唑酮、噻唑酮及各种肟等，但还没有 见到过对芳桥进行改造的报道。专利报道的取代基的变化如图1 1 1 所示【6 1 7 9 】： 从其结构变化可以看出： ( 1 ) 与芳桥相接的几乎都为亚甲基，只有n o v a r t i s 公司【7 8 1 报道了亚胺甲叉基 的特例； ( 2 ) 与亚甲基相连的杂原子以氧为主，中间体大多为带羟基的取代苯环、杂 环、肟或酰基肼等，除氧外，还有氮( 中间体主要为取代芳胺等) 、硫( 中间体主 要为巯基苯( 杂、稠环等) ； ( 3 ) 这类化合物的电子都具有很大的共轭性，形成一个大的7 c 键。 - 甲氧基取代苯基氨基甲酸酯类衍生物的研究得到了很大发展，目前的研 究主要集中在侧链的变化上。我们可以在侧链或芳桥上积极引入各种杂环、稠杂 环等拥有大兀键的结构以提高体系的电子流动性，也可以对药效基团进行适当的 改造，以改变分子的亲酯性、蒸汽压、降解速率等参数，从而提高其杀菌活性。 我们相信，烷氧基氨基甲酸酯类杀菌剂凭借其独特的作用机理和作用方式将会 有更大的发展。 1 3 含硫杀菌剂简介 人类在生产实践中逐渐认识到含硫化合物在生活中具有重要的作用，例如常用的 抗生素青霉素、头孢菌素、磺胺药、维生素b l 等都是含硫有机化合物【8 叭。含硫化 合物在杀菌剂的发展史上有着不可磨灭的贡献，早在古希腊时期，人们就知道把 元素硫作为杀菌药物来使用。1 8 0 2 年，w i l l i a mf o r s y t h 首次制备出石灰一硫磺合 剂，并应用于防治果树白粉病。此后，各种元素硫和石硫合剂在欧洲和美国进一 步得到应用。1 7 6 1 年，s h c u l t h e s s 首次将硫酸铜用于防治小麦黑穗病，此后发展起 来的波尔多液在18 8 2 - - 19 3 4 年间成为重要的杀菌剂，主要用来防治葡萄的霜霉病。 新型杀菌剂的合成及反应机理分析 s u b s t i r u t eg r o u p n c h 3 0 ，、c 0 2 c h 3 0 一n = c ( r 4 ) r ，( r 4 = s c h 3 ，s e t ) 一s p n r 7 ( r 6 = m e ，e t ) i s r 6 o n r 3 一 一￥r q t 飓诹。一 。一_