3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙的合成與生物活性

彭 浩,賀紅武

(華中師范大學化學學院 農藥與化學生物學教育部重點實驗室，湖北 武漢 430079)

3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙的合成與生物活性

彭 浩,賀紅武*

(華中師范大學化學學院 農藥與化學生物學教育部重點實驗室，湖北 武漢 430079)

以3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸(Ⅰ)為起始原料，經酯化、肼解后得3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰肼(Ⅲ)，再與不同的芳香醛縮合，合成了4個未見文獻報道的3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙(Ⅳa～Ⅳd)。目標化合物經1HNMR、IR、MS和元素分析進行結構表征和確認。測試了目標化合物對油菜和稗草的生長抑制活性。結果表明：化合物Ⅳa和Ⅳb在100 μg·g-1濃度下，對油菜根和稗草根的生長具有較好的抑制活性，且經化合物Ⅳa處理后的植株表現出明顯的白化現象，植株葉綠素和類胡蘿卜素生物合成受到明顯抑制。

苯甲酰腙；抑制活性；白化活性

酰腙官能團是一種具有較強配位能力的基團，能夠與生物體內的眾多金屬離子形成穩定的配位化合物，并以此影響相關的酶促反應，因此含有酰腙結構的化合物，一般表現出優良的生物活性，同時酰腙類化合物具有較好的親脂性和較低的毒性，具有很好的研究前景[1-4]。目前，對酰腙類化合物的研究多集中于其作為配體以及藥理活性方面，但其農藥活性方面的研究報道相對較少[5-6]。3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸衍生物是一類重要的原卟啉原氧化酶抑制劑[7-8]，目前已有多個相關品種被成功開發上市，如三氟羧草醚、氟磺胺草醚、乙羧氟草醚等。本課題組曾對3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸進行結構改造，設計合成了具有植物生長調節活性的酰胺類化合物[9-10]和具有較高除草活性的酰基硫脲類化合物和酯類化合物[11-12]。為了進一步研究其它結構類型化合物的生物活性，作者以3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸(Ⅰ)為起始原料，經亞磺酰氯氯化，乙醇酯化，水合肼肼解，最后與芳香醛反應，合成了4個未見文獻報道的酰腙化合物(Ⅳa～Ⅳd)，并初步測定了它們對油菜和稗草的生長抑制活性和白化活性，以及對植株葉綠素和類胡蘿卜素生物合成的影響。化合物Ⅳa～Ⅳd的合成路線見圖1。

圖1 化合物Ⅳa～Ⅳd合成路線Fig.1 Synthetic route of compounds Ⅳa～Ⅳd

1 實驗

1.1 試劑與儀器

所用試劑均為分析純，二氯亞砜使用前重蒸。

MR3001型磁力攪拌器，德國Heidilph公司；SHZ-D型循環水真空泵，鞏義英裕予華儀器廠；R-200型旋轉蒸發儀，德國Buchi公司；AVATAR 360型傅立葉紅外光譜儀，美國Nicolet公司；XL-400M型超導核磁共振儀，美國Varian公司；TRACE MS型質譜儀，Finnigen 公司；Vario EL Ⅲ型元素分析儀，德國Elementar公司；WRS-IB型熔點儀，上海精密科學儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸乙酯(Ⅱ)的合成

在50 mL 亞磺酰氯中加入0.01 mol (3.64 g，87%) 3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸(Ⅰ)，回流反應3 h，60 ℃以下減壓蒸除未反應完的亞磺酰氯，再經油泵減壓蒸餾收集(155～160 ℃)/0.67 kPa 餾分，得淺黃色液體酰氯3.2 g，含量95%，收率91%。在冰水浴條件下，將0.005 mol (1.76 g，95%)3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰氯滴加到25 mL無水乙醇中，攪拌反應5～10 min，脫溶，加入25 mL二氯甲烷，分別用飽和碳酸氫鈉水溶液和食鹽水洗滌2遍，無水硫酸鈉干燥，過濾脫溶，得淺黃色液體。在冰箱中冷凍，得白色固體3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸乙酯(Ⅱ)，m.p.36～37 ℃，收率93%。1.2.2 3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰肼(Ⅲ)的合成在50 mL圓底燒瓶中加入0.005 mol (1.76 g，98%)化合物Ⅱ和25 mL 80%的水合肼溶液，電磁攪拌混合均勻。于110～115 ℃下回流反應5 h，脫溶除去乙醇和過量的水合肼，用50%乙醇重結晶，得白色固體3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰肼(Ⅲ)1.60 g，m.p.115～117 ℃，收率95%。

1.2.3 3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙(Ⅳa～Ⅳd)的合成

在50 mL三頸燒瓶中加入0.004 mol (1.35 g，98%)化合物Ⅲ和0.004 mol (0.39 g，98%)糠醛，然后加入30 mL無水乙醇，電磁攪拌混合均勻。76 ℃下回流反應30 min，冷卻后加入水，析出固體，抽濾，得粗品；用50%乙醇重結晶，過濾烘干，得淺黃色固體目標化合物Ⅳa 1.27 g，收率78%。

采用上述方法分別合成目標化合物Ⅳb、Ⅳc和Ⅳd，收率78%～90%。

1.2.4 生長抑制活性及白化活性的測試

將目標化合物Ⅳ 配制成濃度為100 μg·g-1和10 μg·g-1的藥液，采用平皿法對稗草和油菜進行初步的生長抑制活性測試。在直徑為9 cm的培養皿中平鋪2張濾紙片，然后倒入藥液10 mL，再均勻放置15～20粒稗草和油菜的種子，保證每粒種子浸藥均勻。用等量蒸餾水作空白對照。將培養皿放入人工氣候箱中培養，溫度為25 ℃，培養3 d后每天光照8 h，5 d后調查生長最茂盛的10株植物的根長和莖長及整體的發芽情況，按下式計算效果，進行藥效評價。

效果=[(空白-處理)/ 空白]×100%

效果為正值說明藥劑具有抑制作用，為負值說明藥劑具有促進作用。抑制活性評價標準：A級，≥90%；B級，70%～89%；C級，50%～69%；D級，<50%。 同時，根據植物葉片的外觀，采用目測法檢測其白化程度，每次處理結果用20粒種子的平均值表示。

1.2.5 植株色素含量的測定

在50 mL的燒杯(鋪有玻璃珠和濾紙)中加入一定濃度的藥液5 mL，播種浸種2～4 h的油菜種子12粒，在(25±1) ℃、光暗周期12 h/12 h條件下培養。7 d后從植株上選取有代表性的葉片數張，去葉柄及中脈，剪碎后稱取0.5 g置于研缽中，加入蒸餾水2～5 mL、碳酸鈣少許及適量石英砂，仔細研磨成勻漿，用蒸餾水定容至10 mL，搖勻后用移液管吸取2.5 mL置于試管中，加入丙酮10 mL，搖動試管，促使葉綠素溶于丙酮中，以80%丙酮為參比，測定上清液在445 nm、645 nm和663 nm波長下的吸光度。具體測試方法見文獻[13]。

2 結果與討論

2.1 目標化合物的結構表征

采用1HNMR、IR、MS等手段對目標化合物進行結構表征，同時采用元素分析進一步確定目標化合物的結構。目標化合物的理化常數及結構表征數據如下：

Ⅳa：淡黃色固體，收率78%，m.p.165.2～166.4 ℃。1HNMR (CDCl3-TMS)，δ:6.47～7.73 (m，11H，Ar-H and N=CH)，8.42、9.72 (br 2s，1H，CONH);IR(KBr),ν,cm-1:3 448，3 193，3 064，1 651，1 621，1 562，1 544，1 326，1 301，1 268，1 170，1 120，1 083，748;MS (EI),m/z:408[M+];Elemental Anal.Calad.For C19H12ClF3N2O3:C 58.83，H 2.96，N 6.85;Found：C 59.15，H 3.08，N 6.86。

Ⅳb：淡黃色固體，收率75%，m.p.168～169 ℃。1HNMR (CDCl3-TMS)，δ:7.03～7.79 (m，11H，Ar-H and N=CH)，8.79、9.43 (br 2s，1H，CONH);IR(KBr)，ν，cm-1:3 425，3 184，3 048，1 646，1 580，1 560，1 498，1 406，1 325，1 268，1 169，1 119，1 082，834，707;MS (EI)，m/z:424 [M+];Elemental Anal.Calad.For C21H13Cl2F3N2O2:C 53.72，H 2.85，N 6.59;Found：C 53.62，H 2.92，N 6.61。

Ⅳc：淡黃色固體，收率 87%，m.p.175～176 ℃。1HNMR (CDCl3-TMS),δ:7.07～7.75 (m，12H，Ar-H and N=CH)，8.34、9.40 (br 2s，1H，CONH);IR(KBr)ν,cm-1:3 425，3 166，3 008，1 642，1 605，1 563，1 510，1 402，1 326，1 304，1 237，1 127，1 080，892，836;MS (EI)，m/z:436 [M+];Elemental Anal.Calad.For C21H13Cl2F3N2O2:C 57.75，H 3.00，N 6.41;Found：C 57.52，H 2.92，N 6.61。

Ⅳd：淡黃色固體，收率 90%，m.p.175～177 ℃。1HNMR (CDCl3-TMS)，δ:7.03～7.82 (m，12H，Ar-H and N=CH)，8.33、9.19 (br 2s，1H，CONH);IR(KBr)，ν，cm-1:3 448，3 148，3 058，1 640，1 580，1 491，1 477，1 440，1 403，1 354，1 325，1 301，1 288，1 171，1 128，1 079，893，851，827，700;MS (EI)，m/z:452[M+];Elemental Anal.Calad.For C21H13Cl2F3N2O2:C 55.65，H 2.89，N 6.18;Found：C 55.32，H 2.92，N 6.61。

2.2 合成反應條件的探討

反應起始原料Ⅰ在無溶劑條件下，與過量二氯亞砜反應制備中間體酰氯。酰氯經油泵減壓蒸餾提純，在室溫條件下，直接與乙醇發生酯化反應，得中間體乙酯Ⅱ。由于此反應為放熱反應，宜在冰水浴條件下緩慢滴加酰氯。用飽和碳酸氫鈉水溶液可洗除粗產品中大部分酸性及鹽類雜質，用乙醇和水重結晶可得到白色固體Ⅱ。中間體Ⅱ與過量水合肼反應制備中間體Ⅲ，水合肼既作反應原料，又作溶劑，過量5～10倍。反應溫度需控制在115 ℃左右，回流反應5 h，收率在90%以上。酰肼與醛的反應可在加熱回流條件下進行，反應約30 min基本進行完全。用50%乙醇重結晶得到純品。

2.3 目標化合物的生物活性

2.3.1 生長抑制活性

采用培養皿法測試了目標化合物Ⅳa～Ⅳd對雙子葉植物油菜和單子葉植物稗草的生長抑制活性，結果見表1。

由表1可知，化合物Ⅳa～Ⅳd對根的抑制作用均高于對莖的抑制作用。在100 μg·g-1濃度條件下，化合物Ⅳa和Ⅳb對油菜根和稗草根的抑制率均在85%以上，對油菜莖和稗草莖的抑制率小于55%。但化合物在較低濃度下抑制活性普遍不高，在10 μg·g-1濃度條件下，化合物Ⅳa～Ⅳd對油菜和稗草根、莖的抑制率均低于55%。

2.3.2 白化活性

化合物Ⅳa～Ⅳd的白化活性測試結果表明，在100 μg·g-1濃度條件下，經化合物Ⅳa處理后的油菜葉片全部白化，說明化合物Ⅳa對油菜葉片葉綠素和類胡蘿卜素的生物合成有一定的抑制作用。

表1 目標化合物Ⅳa～Ⅳd對油菜和稗草的抑制活性和等級/%

Tab.1 Inhibitory activity and grade of compounds Ⅳa～Ⅳd against rape and barnyard grass/%

化合物Ⅳa對油菜葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量的抑制率，結果見表2。

表2 化合物Ⅳa對油菜葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量的抑制率

Tab.2 Inhibition rates of compound Ⅳa against

由表2可知，化合物Ⅳa對植株表現出較高的白化活性。在100 μg·g-1濃度下，植株完全白化，葉綠素含量抑制率達到96%，類胡蘿卜素含量抑制率達到90%；10 μg·g-1時葉片顯著白化，葉綠素含量抑制率為75%，類胡蘿卜素含量抑制率為62%；1 μg·g-1時葉片部分白化，葉綠素含量抑制為34%，類胡蘿卜素含量抑制率為24%。根據表2數據，進行回歸分析，化合物Ⅳa對類胡蘿卜素抑制率的回歸方程為y=9.66689+0.949x(R=0.9993)，IC50值為1.20×10-5mol·L-1。

3 結論

以3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酸(Ⅰ)為起始原料，合成了4個未見文獻報道的3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙類化合物(Ⅳa～Ⅳd)。采用1HNMR、IR、MS和元素分析等分析手段對目標化合物的結構進行了表征和確認。目標化合物的植株生長抑制活性和白化活性測試結果表明，化合物Ⅳa和Ⅳb在100 μg·g-1濃度下，對油菜根和稗草根的生長具有較好的抑制活性，而且經化合物Ⅳa處理后的植株表現出明顯的白化現象。葉綠素和類胡蘿卜素含量的測試結果也表明，化合物Ⅳa在100 μg·g-1劑量下，對油菜葉片葉綠素和類胡蘿卜素的生物合成有抑制作用，推測其可能為八氫番茄紅素去飽和酶抑制劑類除草活性化合物。

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Synthesis and Biological Activity of 3-(2-Chloro-4-trifluoromethylphenoxy)benzoylhydrazones

PENG Hao，HE Hong-wu*

(KeyLaboratoryofPesticide&ChemicalBiology，MinistryofEducation,CollegeofChemistry,CentralChinaNormalUniversity，Wuhan430079，China)

Using3-(2-chloro-4-trifluoromethylphenoxy)benzoicacid(Ⅰ)asarawmaterial,3-(2-chloro-4-trifluoromethylphenoxy)benzoylhydrazine(Ⅲ)wassynthesizedbyesterificationandhydrazinolysis.Aseriesofnovel3-(2-chloro-4-trifluoromethylphenoxy)benzoylhydrazones(Ⅳa～Ⅳd)weresynthesizedbythecondensationreactionsofdifferentaromaticaldehydeswithintermediateⅢ.Thestructuresofalltargetcompoundswerecharacterizedandidentifiedby1HNMR,IR,MSandelementalanalysis.Theinhibitoryactivitiesoftargetcompoundsagainstrapeandbarnyardgrassweretested.TheresultsofpreliminarybioassayindicatedthatcompoundsⅣaandⅣbhadgoodinhibitoryactivitiesagainsttherootsofrapeandbarnyardgrassattheconcentrationof100μg·g-1,andtheplantstreatedbycompoundⅣaexhibitedobviousbleaching,whichinhibitedthebiosynthesisofchlorophyllandcarotenoid.

benzoylhydrazone;inhibitoryactivity;bleachingactivity

國家973計劃資助項目(2010CB126100)，國家自然科學基金資助項目(21002037)

O 625.63

A

1672-5425(2017)01-0023-04

彭浩,賀紅武.3-(2-氯-4-三氟甲基苯氧基)苯甲酰腙的合成與生物活性[J].化學與生物工程，2017，34(1)：23-26.