3-烴基-4-苯基雙環硫（氧）化磷酸酯的合成研究

凃紀強，黃　強，黃　龍，巨修練

武漢工程大學化工與制藥學院，湖北 武漢 430074

3-烴基-4-苯基雙環硫（氧）化磷酸酯的合成研究

凃紀強，黃強，黃龍，巨修練*

武漢工程大學化工與制藥學院，湖北 武漢 430074

研究雙環硫化磷酸酯類化合物在大鼠及家蠅神經節結合部位有抗GABA（γ-氨基丁酸）作用，并對其進行了放射性配體與大鼠及家蠅GABA受體的結合活性測定，研究其抑制活性和生物選擇性.以2-苯基丙二酸二乙酯為原料，經?；?、還原及環合3步反應得到10個3-烴基-4-苯基雙環籠狀磷酸酯類化合物，所有化合物均通過1H NMR和MS進行了結構確認，采用放射性配體—受體結合試驗，測定了10個化合物抑制［3H］EBOB（4'-乙炔基-4-正丙基原苯甲酸酯）與家蠅及大鼠GABA受體的結合活性，結果表明部分化合物在10-5mol/L具有較好的抑制活性，且在大鼠與家蠅GABA受體之間有一定的選擇性.

雙環籠狀磷酸酯；γ-氨基丁酸受體；殺蟲劑；活性；生物選擇性

1　引言

含磷化合物雙環籠狀磷酸酯是重要的GABA受體非競爭性拮抗劑［1-2］，自1960年Verkade［3］等第一次合成了具有新穎結構的雙環磷酸酯后，由于其分子呈高度對稱的籠狀結構，具有特殊的理化性質，引起人們的極大興趣，化學家、昆蟲毒理學家爭相研究已發現它的某些衍生物可用作殺蟲劑，殺菌劑，也有較高的殺螨活性［4］.1977年，Korenaga等人［5］報道，雙環硫化磷酸酯類化合物在大鼠神經節結合部位有抗GABA作用.1982年，松村等［6］通過殺蟲劑作用機理研究，首先確認林丹的作用受體為GABA受體.1990年代中期我國南開大學李玉桂等［7-10］、邵瑞鏈［4］等報道了大量雙環磷酸酯的合成及生物活性研究，部分化合物顯示較高的生物活性.

殺蟲劑的離體篩選具有高效、經濟、可重復等特點，農藥科學工作者在不斷開發新的離體篩選方法，美國加州大學Casida［11-14］研究小組在合成雙環硫化磷酸酯的基礎上，成功開發出［35S］TBPS （4-叔丁基雙環硫化磷酸酯）和［3H］EBOB（4'-乙炔基-4-正丙基原苯甲酸酯）作為同位素示蹤試劑，用于研究GABA受體的藥理作用及放射性配體—受體結合實驗，測定作用于GABA受體化合物的相對活性.巨修練等［15］在研究雙環硫化磷酸酯類化合物過程中發現在4-叔丁基雙環硫化磷酸酯的3位引人合適體積的烴基，可提其化合物的選擇性（LC50大鼠/LC50家蠅）50倍以上，通過計算機模擬，推測哺乳動物（大鼠）與昆蟲（家蠅）GABA受體結構具有一定差異性，這種差異性為開發選擇性殺蟲劑提供了理論依據.

目前有關研究多限于3，4位烴基取代的雙環籠狀亞磷酸酯及磷酸酯類衍生物等方面的合成和應用，Ozoe等［16］及巨等［15］研究發現3位取代在選擇活性上起主要作用.本文設計、合成了以3位為不同烴基4位為苯基的一系列化合物，以2-苯基丙二酸二乙酯為原料，經過?；?，還原及環合3步反應得到10個3-烴基-4-苯基雙環硫（氧）化磷酸酯類化合物，并對其進行了離體活性測定.

2　實驗部分

2.1試劑與儀器

Varian核磁共振儀400 MHz（TMS作內標）；RY-1型熔點儀（溫度計未校正）；FINNIGAN TRACE GC-MS質譜儀.

實驗中所用試劑和溶劑均為化學純或分析純，THF經無水處理.

2.2化合物的合成

目標化合物的合成路線見圖1：

圖1　目標化合物的合成路線Fig.1　Synthetic route of target compounds**Reagents and conditions：（a）Carbonyl chloride，Sodium hydride，THF；（b）LiAlH4，Ether，0℃-10℃，reflux；（c）POCl3or PSCl3，Py，CH3CN，60℃.

2.2.1中間體1的合成2-苯基-2-乙?；岫阴ィ?a）的制備：將80 mL的無水四氫呋喃加到三口燒瓶中，再加入4.27 g（106.8 mmol）的質量分數60%的氫化鈉，通入氮氣保護，冰浴降到0℃攪拌，在0℃滴加用30 mL的四氫呋喃稀釋的苯基丙二酸二乙酯18 g（76.3 mmol），滴加完畢，加熱回流至10 h，將反應液冷卻，滴加用20 mL的四氫呋喃稀釋的7.2 g（91.6 mmol）的乙酰氯，1 h滴加完畢，滴加完畢后加熱回流反應10 h，三口燒瓶中出現大量的白色固體，將反應液冷卻到10℃以下，加100 mL的蒸餾水，攪拌30 min白色固體溶解，反應液用pH試紙檢測為酸性，靜置分層，分出上層有機層后，水層用乙酸乙酯（30 mL×3）萃取3次，合并有機層，有機層用100 mL飽和食鹽水洗2次，用無水硫酸鈉干燥，過濾，將有機液用水泵減壓蒸干，得亮黃色油狀物17.4 g，產率82%，直接進行下一步反應.

2.2.2中間體2的合成1-甲基-2-苯基-2-羥甲基-1，3-丙二醇（2a）的制備：將8.2 g（215.6 mmol）的LiAlH4加到干燥的250 mL的三口燒瓶中，再將100 mL的無水乙醚加到三口燒瓶中，在冰鹽浴下攪拌并通入氮氣保護，當溫度降到0℃時開始滴加用40 mL無水乙醚稀釋的2-苯基-2-乙?；岫阴?5 g（53.9 mmol），控制滴加速度，使溫度始終保持在10℃以下，大約1 h滴加完畢，滴加完畢后撤掉冰浴，將反應液加熱到37℃回流反應至20 h，停止加熱，反應液恢復到室溫，配置200 mL（質量分數25%）的硫酸溶液，使其冷卻到0℃，將上述反應液滴加到硫酸溶液中，滴加過程有放熱現象，保持溫度在10℃以下，約1 h低價完畢，攪拌過夜，將反應液靜止至分層，水層用150 mL（5× 30 mL）的乙酸乙酯萃取，合并有機層，有機層用80 mL（2×40 mL）飽和食鹽水洗滌，用無水硫酸鈉干燥，過濾，旋蒸，得到黃色油狀物，將油狀物進行柱層析分離（洗脫劑為石油醚：乙酸乙酯=2∶1→1∶1）得到亮黃色純品3.8 g，產率36%.

2.2.3目標產物3的合成1）3-甲基-4-苯基雙環磷酸酯（3a）

將10 mL的乙腈加到100 mL三口燒瓶中，再加入1.96 g（10 mmol）1-甲基-2-苯基-2-羥氧基-1，3-丙二醇，攪拌使其溶解后再加入2.53 g （32 mmol）的吡啶，在冰鹽浴下攪拌使其冷卻到0℃，待溫度降到0℃后向三口燒瓶中滴加用8 mL乙腈溶解的1.84 g（12 mmol）POCl3，控制滴加速度使溶液的溫度始終保持在10℃以下，約30 min滴加完畢，然后撤掉冰浴，室溫反應1 h，TLC檢測發現反應結束，將溶劑減壓蒸干，加30 mL的CHCl3溶解固體，再加50 mL的水，靜置分層，再用90 mL的CHCl3（3×30 mL）萃取水層，合并有機層，有機層用飽和食鹽水洗2次，用無水硫酸鈉干燥，過濾，旋蒸，得暗黃色稠狀物，該粗品用乙醇重結晶干燥得到白色固體粉末825 mg，產率34.4%，mp.：194～195℃，1H NMR（CDCl3，400MHz）δ：1.34 （d，3H，J=7.2Hz），δ：4.54～4.58（m，1H），δ：4.84～4.97（m，2H），δ：5.16～5.21（m，2H），δ：7.05～7.07 （m，2H），δ：7.36～7.44（m，3H）；MS（EI）：m/z 240.

參照3a的合成方法，合成3b-3e.

2）3-乙基-4-苯基雙環磷酸酯（3b）

為白色固體，產率36.7%，mp.：127～129℃，1H NMR（CDCl3，400 MHz）δ：1.02（t，3H，J= 7.2 Hz），δ：1.32～1.34（m，1H），δ：1.80～1.84（m，1H），δ：4.53（t，1H，J=8.2 Hz），δ：4.85～4.97（m，3H），δ：5.10～5.16（m，1H），δ：7.05～7.07（m，2H），δ：7.38～7.44（m，3H）；MS（EI）：m/z 254.

3）3-丙基-4-苯基雙環磷酸酯（3c）

為白色固體，產率33%，mp.：168～170℃，1H NMR（CDCl3，400 MHz）δ：0.84（t，3H，J= 7.6 Hz），δ：1.21～1.36（m，2H），δ：1.69～1.82（m，2H），δ：4.52（t，1H，J=8.4 Hz），δ：4.82～4.99（m，3H），δ：5.13～5.18（m，1H），δ：7.04～7.05（m，2H），δ：7.38～7.45（m，3H）；MS（EI）：m/z 268.

4）3-異丙基-4-苯基雙環磷酸酯（3d）

為白色固體，產率30%，mp.：168～170℃，1H NMR（CDCl3，400 MHz）δ：0.66（d，3H，J= 6.8 Hz），δ：0.78（d，3H，J=6.8 Hz），δ：1.50～1.54 （m，1H），δ：3.60（d，1H，J=2.8 Hz），δ：4.76～4.87 （m，1H），δ：4.94～4.98（m，2H），δ：5.01～5.21（m，1H），δ：7.25～7.51（m，5H）；MS（EI）：m/z 268.

5）3-丁基-4-苯基雙環磷酸酯（3e）

為白色固體，產率28%，mp.：109～110℃，1H NMR（CDCl3，400 MHz）δ：0.82（t，3H，J= 7.2 Hz），δ：1.22～1.29（m，4H），δ：1.60～1.82（m，2H），δ：4.52（t，1H，J=4.4 Hz），δ：4.82～4.86（m，1H），δ：4.84～4.96（m，2H），δ：5.14～5.18（m，1H），δ：7.04～7.06（m，2H），δ：7.41～7.44（m，3H）；MS （EI）：m/z 282.

參照3a的合成方法，將合環試劑POCl3替換為PSCl3合成3f-3j.

6）3-甲基-4-苯基雙環硫化磷酸酯（3f）

為白色固體，產率28.5%，mp.：207～209℃，1H NMR（CDCl3，400 MHz）δ：1.34（d，3H，J= 6.0 Hz），δ：4.52～4.55（m，1H），δ：4.82～4.97（m，2H），δ：5.12～5.18（m，2H），δ：7.05～7.15（m，2H），δ：7.37～7.38（m，3H）；MS（EI）：m/z 256.

7）3-乙基-4-苯基雙環硫化磷酸酯（3g）

為白色固體，產率27%，mp.：142～144℃，1H NMR（CDCl3，400 MHz）δ：1.02（t，3H，J= 8.0 Hz），δ：1.32～1.34（m，1H），δ：1.80～1.85（m，1H），δ：4.49（t，1H，J=8.0 Hz），δ：4.48～4.92（m，3H），δ：5.09～5.15（m，1H），δ：7.04～7.07（m，2H），δ：7.37～7.44（m，3H）MS（EI）：m/z 270.

8）3-丙基-4-苯基雙環硫化磷酸酯（3h）

為白色固體，產率24.5%，mp.：153～155℃，1H NMR（CDCl3，400 MHz）δ：0.85（t，3H，J= 7.2 Hz），δ：1.20～1.34（m，2H），δ：1.68～1.84（m，2H），δ：4.50（t，1H，J=7.6 Hz），δ：4.52～4.95（m，3H），δ：5.09～5.14（m，1H），δ：7.04～7.06（m，2H），δ：7.26～7.44（m，3H）；MS（EI）：m/z 284.

9）3-異丙基-4-苯基雙環硫化磷酸酯（3i）

為白色固體，產率27%，mp.：120～121℃，1H NMR（CDCl3，400 MHz）δ：0.57（d，3H，J= 6.6 Hz），δ：1.11（d，3H，J=6.6 Hz），δ：2.04（m，1H），δ：4.35（t，1H），δ：4.77～4.95（m，4H），δ：5.21（d，1H，J=9.8），δ：7.06～7.43（m，5H）；MS （EI）：m/z 284.

10）3-丁基-4-苯基雙環硫化磷酸酯（3j）

為白色固體，產率18%，mp.：97～99℃，1H NMR（CDCl3，400 MHz）δ：0.82（t，3H，J= 6.0 Hz），δ：1.20～1.30（m，4H），δ：1.56～1.71（m，2H），δ：4.49（t，1H，J=10 Hz），δ：4.79～4.95（m，3H），δ：5.09～5.13（m，1H），δ：7.04～7.06（m，2H），δ：7.36～7.45（m，3H）；MS（EI）：m/z 298.

2.2.4生物活性測定采用離體測定方法，測定了所合成化合物的相對活性及初步選擇性，實驗操作過程參照文獻［15］的方法進行.

3　結果與討論

3.1合成

3.1.1酰基化反應苯基丙二酸二乙酯的α碳原子由于受到三個吸電子基團的吸電子作用，在堿性條件下非常容易形成碳負離子，該碳負離子親核進攻酰氯上的羰基碳原子，氯負離子離去，生成目標產物.本實驗文獻報道有以下幾種堿，主要是醇鈉，無水碳酸鉀，鈉氫，氨基鈉，筆者都分別進行了嘗試，用乙醇鈉作堿，乙醇為溶劑時，酰氯會與乙醇發生反應，生成酯，影響反應.用碳酸鉀作堿會生成水，能夠與酰氯發生反應.氨基鈉堿性太強，反應條件不好控制，副反應較多，最終我們選用氫化鈉作強堿，在無水THF中反應，得到較好的反應效果.

3.1.2還原反應將含兩個酯基和一個羰基的化合物1還原成三羥基化合物，選用LiAlH4在THF中還原化合物1，LiAlH4極不穩定，遇水、酸，含羥基化合物都會分解放出氫而形成相應的鋁鹽，因此反應需要在無水的非質子性溶劑中進行，在反應過程中為了防止空氣中的水，還需要進行N2保護，LiAlH4反應是一個強放熱的反應，因此本實驗采用在冰浴條件下滴加反應物，在反應結束時，加入計算量的酸，用以分解沒有反應完的LiAlH4，由于二個酯基的空間位置不對等，在還原過程中會出現只有一個酯基被還原的情況，所以影響收率.

3.1.3合成條件的選擇環合反應的本質是磷酯化反應，中間體2三個羥基同時參與關環，每個羥基反應活性不同，故收率較低，考慮到分子間的反應，可能有4種反應形式（如圖2），為避免副反應，應加大環合試劑的濃度.另外，反應時間及溫度的控制也較為重要，控制反應時間在0.5～1 h之間，溫度＜30℃，反應效果相對較好.

3.2結構表征

從目標化合物（3a，3f）、（3b，3g）、（3c，3h）、（3d，3i）、（3e，3j）的［1H］NMR譜中可以看出，每組化合物氧代產物比硫代產物同一位置δH值要大，是由于氧的吸電子誘導效應比硫強，降低了氫核周圍的電子云密度，影響其共振吸收向低場移動，δ值增大.

3.3生物活性

目標化合物抑制EBOB與家蠅及大鼠的GABA受體的結合活性數據見表1.

圖2　4種磷酸酯的副產物Fig.2　Four kinds of byproduct of phosphates

表1　10-5mol/L 3-烴基-4-苯基雙環籠狀磷酸酯類化合物抑制EBOB與大鼠及家蠅GABA受體結合相對活性Tab.1　Activities of compounds inhibiting［3H］EBOB binding to rat and housefly GABA receptor at the concentration of 10-5mol/L

表1的結果顯示，除化合物3d以外，其它化合物均都有一定抑制EBOB與家蠅GABA受體結合的活性，3a，3b，3f，3g對大鼠GABA受體活性大于其對家蠅的活性，3位相同取代基的化合物，除3e，3j外，硫化磷酸酯比其磷酸酯對家蠅GABA受體的活性高于對大鼠GABA受體的活性.從3h，3i可以看出，硫化磷酸酯中3位相同碳原子取代的情況下，支鏈取代比直鏈取代活性高.

4　結　語

本研究合成的雙環硫（氧）化磷酸酯類化合物作為GABA受體拮抗劑在10-5mol/L的濃度下，其中9個化合物對家蠅GABA受體的抑制率＞50%，具有一定活性，5個化合物對大鼠GABA受體抑制率＞50%，具有一定活性.化合物對家蠅GABA受體的活性＞其對大鼠GABA受體的活性可認為具有選擇性，其中化合物3c，3e，3h的選擇性比較好.本研究所合成的化合物3i對家蠅GABA受體的活性最高且具有一定的選擇性，可以作為先導化合物繼續研究.

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本文編輯：張瑞

Synthesis of 3-alkyl-4-phenyl Bicyclophosphorothionate

TU Jiqiang，HUANG Qiang，HUANG Long，JU Xiulian*

School of Chemical Engineering and Pharmacy，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China

The anti-γ-aminobutyric acid（GABA）effects of the bicyclophosphorothionate compounds on the ganglion sites of rats and houseflies were explored，and the binding activities between the radioligands and GABA receptor were tested to study the inhibitory activities and biological selectivity of the bicyclophosphorothionate compounds.Ten 3-hydroxy-4-phenyl-bicyclophosphate compounds were synthesized by using 2-phenyldiethylmalonate as a starting material via acylation，reduction and cyclization，and their structures were determined by1H nuclear magnetic resonance spectrocopy and mass spectrometry.In addition，the radioligand binding assay was performed to evaluate the potencies of the bicyclophosphorothionate compounds to inhibit the binding of［3H］ethynylbicycloorthobenzoate to GABA receptors of rats and houseflies，and the results show that these compounds have relatively high binding activities and certain selectivity to GABA receptors of rats and houseflies at the concentration of 10-5mol/L.

bicyclophosphate；GABA receptor；insecticide；inhibitory activities；biological selectivity

巨修練，博士，教授.E-mail：xiulianju2008@aliyun.com

O626.23

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2016.04.002

1674-2869（2016）04-0319-05

2016-04-18

國家自然科學基金資助項目（20572084）

凃紀強，碩士研究生.E-mail：724820253@qq.com.