手性α－氰基丙烯酸酯類化合物的合成及生物活性研究

張慧蘋，姜琳琳

（濟寧學院化學與化工系，山東濟寧 273115）

手性α－氰基丙烯酸酯類化合物的合成及生物活性研究

張慧蘋，姜琳琳

（濟寧學院化學與化工系，山東濟寧 273115）

α－氰基丙烯酸酯類化合物是一類抑制植物光合作用PSⅡ的重要除草劑，引入手性因素可以提高其活性。以氰基乙酸乙酯為原料，合成了3－對三氟甲基苯胺－3－（R／S）－α－甲基芐胺－2－氰基丙烯酸酯，對中間體及目標化合物進行了結構表征；并對α－氰基丙烯酸酯類化合物的生物活性進行了研究。結果表明，該類化合物除草活性不突出，但具有一定的抗煙草花葉病毒活性及抗癌活性，具有深入研究的價值。

α－氰基丙烯酸酯；手性；反應機理；生物活性

研究表明，α－氰基丙烯酸酯類化合物是一類抑制植物光合作用的重要除草劑，它作用于光合作用PSⅡ中質體醌QB的結合部位，競爭性替換與D1蛋白質結合的質體醌QB，導致電子傳遞受阻［1，2］。由于丙烯酸酯類化合物具有作用機制新穎、對有益生物無毒、環境友好等特點，已成為該領域的研究熱點。Huppatz等［3］運用CoMFA方法對系列光學活性α－氰基丙烯酸酯及其HiⅡ活性進行了較為系統的研究，發現S異構體較R異構體活性高。因此，作者以氰基乙酸乙酯為原料，與二硫化碳反應合成3，3－二甲硫基－2－氰基丙烯酸酯（Ⅰ），然后與對三氟甲基苯胺合成3－對三氟甲基苯胺－3－甲硫基－2－氰基丙烯酸酯（Ⅱ），再與（R／S）－α－甲基芐胺反應合成了手性化合物3－對三氟甲基苯胺－3－（R／S）－α－甲基芐胺－2－氰基丙烯酸酯，對中間體及目標化合物進行了表征，并對手性α－氰基丙烯酸酯類化合物的生物活性進行了測試。

1 實驗

1.1 合成方法

1.1.1 3，3－二甲硫基－2－氰基丙烯酸酯（Ⅰ）的合成

在1000mL四口瓶中加入無水乙醇400mL、氰

基乙酸乙酯34.0g（0.301mol）、二硫化碳23.0g（0.303mol），控制溫度低于20℃，滴加360mL（0.610mol）1.7mol·L－1的乙醇鈉，1h滴加完畢，常溫攪拌8h；再滴加38.5g（0.305mol）硫酸二甲酯，30min滴加完畢，加熱回流2.5h；反應畢，將反應體系倒入500mL水中，靜置過夜，得白色針狀固體，抽濾，烘干；用正己烷－乙醚（1∶1）重結晶2次，得化合物Ⅰ。

1.1.2 3－對三氟甲基苯胺－3－甲硫基－2－氰基丙烯酸酯（Ⅱ）的合成

將化合物Ⅰ2.17g（0.01mol）、對三氟甲基苯胺1.61g（0.01mol）加到50mL三口瓶中，快速加入0.80g（0.02mol）60%的NaH；控制溫度低于10℃，迅速滴加8mL DMF－8mL甲苯混合溶劑（干燥處理），常溫超聲反應3h；反應畢，將反應體系倒入100 mL冰水中，分出水相，用10%HCl緩慢調節pH值，析出淡黃固體，烘干，稱重2.25g；用乙醇重結晶，得化合物Ⅱ。

1.1.3 3－對三氟甲基苯胺－3－（R／S）－α－甲基芐胺－2－氰基丙烯酸酯（Ⅲ－R／S）的合成

將1.2g（0.036mol）化合物Ⅱ和0.44g（R／S）－α－甲基芐胺加到20mL無水乙醇中，在微波功率為600W、97℃的條件下回流20～30min后，TLC跟蹤顯示反應基本結束，脫溶，得黃色粘稠液體；用無水乙醇重結晶，得到目標化合物Ⅲ－R／S。

1.2 生物活性測試

1.2.1 除草活性測試［4］

采用盆栽法測試除草活性：以油菜（B.campestrisL.）、反枝莧（A.retroflexusL.）和稗草（E.crusgalliB.）為試材，采用播后苗前土壤處理和苗后1～1.5期莖葉處理，10d后計算地上部分鮮重抑制率。

1.2.2 對TMV侵染的活體治療作用測試［5］

采用半葉枯斑法測試對TMV侵染的活體治療作用：選長勢一致的心葉煙，先用毛筆蘸取病毒汁液，全葉接種病毒，接種后用水沖洗。待葉片干后，在左半葉涂施藥劑，右半葉涂施對應濃度的溶劑作對照，3～4d后記錄枯斑數（取3次實驗的平均值）。按下式計算抑制率：

1.2.3 對PC3、A431細胞增殖的抑制作用測試［6］

采用四甲基偶氮唑藍（MTT）比色分析法測試對PC3、A431細胞增殖的抑制作用：取對數生長期的PC3、A431細胞分別加入到96孔細胞培養板中，每孔細胞數為1×103個，過夜培養，次日加入合適終濃度的相應藥劑，總體積為200μL。同時設陰性對照組和空白對照組，每組設6個平行孔。將培養板置于5% CO2、37℃培養箱中培養72h后，每孔加入20μL MTT繼續培養4h，吸去上清液，每孔加入150μL DMSO，混勻，10min后于酶標儀上測定各孔吸光度（A490）。按下式計算細胞增殖抑制率：

2 結果與討論

2.1 中間體及目標化合物的結構表征

2.2 目標化合物的生物活性

2.2.1 除草活性（表1）

由表1可知，手性化合物Ⅲ－R、Ⅲ－S的除草活性均不突出。

表1 手性化合物Ⅲ的除草活性Tab.1 Herbicidal activities of chiral compoundsⅢ

2.2.2 對TMV侵染的活體治療作用

選取寧南霉素、病毒A、娃兒藤堿、化合物Ⅱ、化合物Ⅲ－R、化合物Ⅲ－S，對心葉煙進行活體治療隨接試驗，結果見表2。

表2 手性化合物Ⅲ對TMV侵染的活體治療作用Tab.2 Curative effect of chiral compoundsⅢagainst TMVinvivo

由表2可知，手性化合物Ⅲ－R、Ⅲ－S的用量在500 mg·L－1時對TMV侵染有較好的活體治療作用，抑制率分別為41.7%、44.5%，與對照藥劑效果相當，具有進一步研究的價值。

2.2.3 對PC3、A431細胞增殖的抑制作用（表3）

由表3可知，目標手性化合物Ⅲ－R、Ⅲ－S均對PC3、A431細胞增殖表現出與5－氟尿嘧啶（5－Fu）相當的抑制活性，甚至高出其10%～20%。針對目前市場抗癌藥物品種較少、特效藥極其匱乏的現狀，該發現具有關注價值。

表3 手性化合物Ⅲ對PC3、A431細胞增殖的抑制作用（5μmol·L－1，P＜0.01）Tab.3Inhibition rate of chiral compoundsⅢto growth of PC3cells and A431cells in 72h（5μmol·L－1，P＜0.01）

3 結論

以氰基乙酸乙酯為原料，合成了3－對三氟甲基苯胺－3－（R／S）－α－甲基芐胺－2－氰基丙烯酸酯，該類化合物除草活性不突出，但具有一定的抗煙草花葉病毒活性及抗癌活性，具有深入研究的價值。

［1］Mackay S P，O′malley P J.Molecular modelling of the interaction between DCMU and QB－binding site of photosystemⅡ［J］.Z Naturforsch C，1993，48（3－4）：291－298.

［2］Huppatz J L.Quantifying the inhibitor－target site interactions of photosystemⅡherbicides［J］.Weed Science，1996，44（3）：743－748.

［3］Huppatz J L，Phillips J N，Rattigan B M.Cyanoacrylates.Herbicidal and photosynthetic inhibitory activity［J］.Agricultural Biology and Chemistry，1981，45（12）：2769－2773.

［4］譚惠芬，劉華銀，楊華錚，等.希爾反應測定中新型抑制劑活性的鑒定方法［J］.植物生理學通訊，1998，34（2），126－129.

［5］李樹正，王篤祜，焦書梅，等.農藥實驗法：殺菌劑篇［M］.北京：農業出版社，1991：93－94.

［6］Skehan P，Storeng R，Scadiero D，et al.New colorimetric cytotoxicity assay for anticancer－drug screening［J］.Journal of the National Cancer Institute，1990，82（13）：1107－1112.

Study on Synthesis and Bioactivity of Chiralα－Cyanoacrylate Compounds

ZHANG Hui－ping，JIANG Lin－lin
（CollegeofChemistryandChemicalEngineering，JiningUniversity，Jining273115，China）

α－Cyanoacrylate is a kind of important herbicide targeted in photosystem PSⅡ.Introduction of chiral factor can improve its activity.Using cyano ethyl acetate as raw material，ethyl 3－（R／S）－1－phenylethylamino－3－（4－（trifluoromethyl）－phenylamino）－2－cyanoacrylate were synthesized.The intermediates and the target compounds were characterized，and the bioactivities of chiralα－cyanoacrylate compounds were determined.The results showed that herbicidal activity of chiralα－cyanoacrylate compounds were not prominent，but they had a certain resistance activity to tobacco mosair virus and anti－cancer activity.

α－cyanoacrylate；chirality；reaction mechanism；bioactivity

TQ 225.24

A

1672－5425（2012）10－0051－03

10.3969／j.issn.1672－5425.2012.10.014

濟寧學院青年科研基金項目（2011QNKJ11）

2012－07－06

張慧蘋（1978－），女，山東菏澤人，講師，研究方向：農藥學，E－mail：15963790553＠163.com。