含酰氧基三嗪酮類化合物的合成及生物活性

楊 巖，崔培培

(太原理工大學 a.藝術學院，山西 晉中 030600，b.化學化工學院，太原 030024)

吡蚜酮是瑞士先正達公司于1988年開發的新型吡啶類殺蟲劑，具有高效、低毒、高選擇性、對環境友好等特點，可用于大部分同翅目害蟲的防治，適用于蔬菜、水稻、棉花、果樹等多種作物[1-2]。三嗪酮(1,2,3-triazin-4(3H)-one)是吡蚜酮合成中重要的中間體。保留吡蚜酮中的三嗪酮部分，對吡蚜酮環中的亞胺部分及吡啶環進行改造而得到的三嗪酮類殺蟲劑，顯示出較高的生物活性，是近年來新型殺蟲劑的重要研發方向之一[3-12]。

本文以三嗪酮為農藥先導，將烷氧羰基引入到三嗪酮分子中，設計并合成了8種未見文獻報道的含酰氧基三嗪酮類化合物。利用1H NMR、13C NMR和HRMS對其結構進行確證，并對其進行了生物活性測試研究。

1 實驗

1.1 儀器與試劑

1H NMR，13C NMR譜使用Bruck-AV400核磁共振儀測定；高分辨質譜使用VG ZAB-HS高分辨質譜儀測定；熔點使用SWG X-4顯微熔點儀測定；所有溶劑均以標準方法純化處理；柱層析使用青島化工廠生產的硅膠(100～200目)。

1.2 目標化合物3a-3h的合成方法

中間體1參照文獻[3]方法制備。在100 mL單口瓶中，加入氨基三嗪酮1(5 mmol)，二氯甲烷(40 mL)攪拌溶解。加入K2CO3(2.5 mmol)，冰水降溫至0 ℃.氯甲酸甲酯2a-2h(5 mmol)溶于二氯甲烷(10 mL)，慢慢滴加到上述溶液中。滴加完畢后，在0 ℃繼續攪拌0.5 h，然后加熱回流8 h，TLC監測反應完畢。將反應液減壓脫溶后，用V(二氯甲烷)/V(甲醇)=(100∶1～50∶1)進行硅膠柱層析，得到目標產物3a-3h(見圖1、圖2).

1 2a-2h 3a-3h圖1 目標化合物3a-3h的合成路線Fig.1 Synthetic route of target compounds of 3a-3h

圖2 目標化合物3a-3h的結構(圖中%為產率)Fig.2 Structure of target compounds of 3a-3h

甲基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3a)：白色固體，產率72%.m.p.169～170 ℃;1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ9.83(s,1H,NH),9.47(s,1H,NH),4.05(s,2H,CH2),3.61(s,3H,CH3),1.85(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ156.2,151.3,145.0,52.1,51.5,19.8.ESI-HRMS(m/z):Calcd.for C6H11N4O3[M+H]+187.083 1;found 187.082 8.

乙基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3b)：白色固體，產率70%.m.p.127～128 ℃;1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ9.81(s,1H,NH),9.41(s,1H,NH),4.06(q,J=7.2,2H,CH2CH3),4.05(s,2H,CH2),1.85(s,3H),1.19(t,J=7.2 Hz,3H,CH2CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ155.8,151.4,145.0,60.8,51.6,19.8,14.8.ESI-HRMS(m/z):Calcd.for C7H13N4O3[M+H]+201.0982;found 201.098 3.

異丙基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-酰基)氨基甲酸酯(3c)：白色固體，產率55%.m.p.125～126 ℃;1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ9.79(s,1H,NH),9.41(s,1H,NH),4.05(s,2H,CH2),3.81(d,J=6.4 Hz,2H,CH2CH(CH3)2),1.85(brs,4H,CH3,CH2CH(CH3)2),0.89(d,J=6.4 Hz,6H,CH2CH(CH3)2);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ156.0,151.5,145.2,70.7,51.7,27.7,19.9,18.9.ESI-HRMS(m/z):Calcd. for C9H17N4O3[M+H]+229.129 5;found 229.129 8.

烯丙基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3d)：白色固體，產率63%.m.p.111～112 ℃;1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ9.83(s,1H,NH),9.54(s,1H,NH),5.85(m,1H,=CH),5.32(d,J=16.2 Hz,1H,=CH2),5.22(d,J=10.8 Hz,1H,=CH2),4.55(d,J=5.1 Hz,2H,OCH2),4.06(s,2H,CH2),1.85(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ155.5,151.4,145.0,132.9,117.7,65.2,51.6,19.8.ESI-HRMS(m/z):Calcd.for C8H13N4O3[M+H]+213.098 2;found 213.098 5.

2,2,2-三氯乙基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3e)：白色固體，產率36%.m.p.207～208 ℃;1H NMR(300 MHz,DMSO-d6)δ10.5(s,1H,NH),9.90(s,1H,NH),4.88(s,2H,OCH2),4.09(s,2H,CH2),1.86(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ154.3,151.2,145.2,95.6,73.9,51.5,19.9.ESI-HRMS(m/z):Calcd. for C7H10Cl3N4O3[M+H]+302.981 8;found 302.981 5.

苯基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-酰基)氨基甲酸酯(3f)：白色固體，產率91%.m.p.181～182 ℃;1H NMR(300 MHz,DMSO-d6)δ10.08(s,1H,NH),9.92(s,1H,NH),7.42(t,J=7.8 Hz,2H,Ar-H),7.25(t,J=7.2 Hz,1H,Ar-H),7.14(d,J=7.8 Hz,2H,Ar-H),4.15(s,2H,CH2),1.88(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ154.0,151.2,150.5,145.2,129.5,125.6,121.5,51.5,19.9.ESI-HRMS(m/z):Calcd.for C11H13N4O3[M+H]+249.098 2;found 249.098 8.

4-氯苯基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3g)：白色固體，產率59%.m.p.184～185 ℃;1H NMR(300 MHz,DMSO-d6)δ10.15(s,1H,NH),7.48(d,J=8.7 Hz,2H,Ar-H),7.19(d,J=8.7 Hz,2H,Ar-H),4.14(s,2H,CH2),1.87(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ153.7,151.2,149.2,145.1,129.6,129.4,123.3,51.4,19.8.ESI-HRMS(m/z):Calcd. for C11H12ClN4O3[M+H]+283.059 8; found 283.059 8.

芐基(6-甲基-3-氧-2,3-二氫-1,2,4-三嗪-4(5H)-?；?氨基甲酸酯(3h)：白色固體，產率65%.m.p.126～127 ℃;1H NMR(300 MHz,DMSO-d6)δ9.84(s,1H,NH),9.58(s,1H,NH),7.37(brs,5H,Ar-H),5.10(s,2H,OCH2),4.07(s,2H,CH2),1.85(s,3H,CH3);13C NMR(100 MHz,MSO-d6)δ155.7,151.4,145.1,136.3,128.5,128.1,128.0,66.2,51.6,19.8.ESI-HRMS(m/z):Calcd. for C12H15N4O3[M+H]+263.113 9;found 263.114 3.

1.3 生物活性測試

1.3.1 棉鈴蟲、玉米螟、粘蟲、蚊幼蟲的生物活性測定

棉鈴蟲的實驗方法：飼料混藥法。從配置好的溶液中移取3 mL加入約27 g的剛配置好的飼料中，從而得到稀釋10倍的所需濃度。藥劑混勻后均勻地倒入干凈的24孔板中，晾涼后接入24頭3齡棉鈴蟲，觀察3～4 d后檢查結果。

玉米螟的試驗方法：浸葉法。配置所需濃度后，把直徑約為5～6 cm的葉片浸入藥液中5～6 s，取出，放在吸水紙上晾干，放在指定的培養皿中，接入10頭3齡幼蟲，放入(27±1) ℃的養蟲室中觀察，3～4 d后檢查結果。

粘蟲的實驗方法：浸葉法。配置所需濃度后，把直徑約為5～6 cm的葉片浸入藥液中5～6 s，取出，放在吸水紙上晾干，放在指定的培養皿中。接入10頭3齡幼蟲，放入(27±1) ℃的養蟲室中觀察，3～4 d后檢查結果。

蚊幼蟲的實驗方法：尖音庫蚊淡色亞種，室內飼養的正常群體。稱取供試化合物約5 mg于盤尼西林藥瓶中，加5 mL丙酮(或適宜溶劑)，振蕩溶解，即為1 000 mg/L母液。移取0.5 mL母液，加入盛有89.5 mL水的100 mL燒杯中，選取10頭4齡初蚊子幼蟲，連同10 mL飼養液一并倒入燒杯中，其藥液的質量濃度即為5 mg/L.放入標準處理室內，24 h后檢查結果。以含有0.5 mL實驗溶劑的水溶液為空白對照。

1.3.2 抑制真菌活性的測定

以番茄早疫病菌(Alternariasolani)為例，其他病菌的測試方法相同。離體測試方法：將番茄早疫病菌接到PDA培養基上培養7 d，用打孔器在菌落邊緣制取直徑4 cm的菌碟接種到含有50 μg/mL和不含藥劑的PDA培養基上培養4 d，量取菌落直徑，與對照比較計算出藥劑的抑制百分率。抑菌率(%)的計算公式為：

殺菌活性=[(對照菌落直徑-處理菌落直徑)/(對照菌落直徑-菌碟直徑)]×100% .

1.3.3 除草活性的測定

盆栽法：在直徑8 cm的塑料小杯中放入一定量的土，加入一些清水，播種后覆蓋一定厚度的土壤，于花房中培養，幼苗出土前以塑料覆蓋。每天加一定量的清水以保持正常生長。測試試材：油菜、反枝莧、稗草、馬唐。處理19 d后檢查結果，測定地上部鮮重，以鮮重抑制百分數來表示藥效。

2 結果與討論

2.1 化合物的核磁共振譜解析

以目標化合物3a的核磁氫譜和碳譜數據為例對其結構進行說明。δ9.83處的單峰為側鏈上氮上連接的氫的吸收峰；δ9.47處的單峰為三嗪酮環氮上氫的吸收峰；δ4.05處的單峰為三嗪酮環上亞甲基的吸收峰；δ3.61處的單峰為酯的甲基氫的吸收峰；δ1.85處的單峰為三嗪酮環上甲基的吸收峰。δ156.2處的峰為支鏈上羰基碳的吸收峰;δ151.3處的峰為三嗪酮環上的亞胺碳的吸收峰；δ145.0處的峰為三嗪酮環上羰基碳的吸收峰；δ52.1處的峰為三嗪酮環上亞甲基碳的吸收峰；δ51.5處的峰為酯的甲基碳的吸收峰；δ19.8處的峰為三嗪酮環上甲基碳的吸收峰。

2.2 殺蟲活性測試

2.2.1 化合物3a-3h在添加量600 mg/kg時對棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性

本文對化合物3a-3h在添加量為600 mg/kg時對棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性進行了測試，結果見表1.測試表明，化合物3b，3f的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性均為100%，高于對照藥吡蚜酮的殺蟲活性(20%，35%，50%)；化合物3a，3g的殺棉鈴蟲活性(25%、30%)高于吡蚜酮(20%)，殺玉米螟和粘蟲活性(15%，20%；20%，25%)低于吡蚜酮(35%，50%)；化合物3e的殺棉鈴蟲活性(20%)與吡蚜酮(20%)相當，殺玉米螟和粘蟲活性(15%，25%)低于吡蚜酮(35%，50%).其余化合物對棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性均低于對照藥吡蚜酮。因此，化合物3b，3f在添加量為600 mg/kg時表現出優于吡蚜酮的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性。

表1 目標化合物3a-3h在添加量為600 mg/kg時對棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性Table 1 Insecticidal activity of compounds 3a-3h against cotton bollworm, corn borer, oriental armyworm at 600 mg/kg

2.2.2 化合物3a-3h在添加量200 mg/kg時對棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性

鑒于化合物3b，3f的在添加量為600 mg/kg時表現出比吡蚜酮優異的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性，本文對化合物3b，3f在添加量為200 mg/kg時的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性進行了測試，結果見表2.測試表明，化合物3b在添加量為200 mg/kg時的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性分別為30%，30%，40%，化合物3f在添加量為200 mg/kg時的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性分別為30%，20%，60%，而吡蚜酮在此含量時沒有活性。因此，化合物3b，3f在添加量為200 mg/kg時的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性高于吡蚜酮。

表2 目標化合物3b，3f在200 mg/kg時對棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲的殺蟲活性Table 2 Insecticidal activity of compounds 3b, 3f against cotton bollworm, corn borer, oriental armyworm at 200 mg/kg

2.2.3 化合物3a-3h對蚊幼蟲的殺蟲活性

本文對化合物3a-3h的殺蚊幼蟲活性進行測試，結果見表3.在含量為10 mg/kg時，除化合物3e活性較低(40%)外，其余化合物的殺蚊幼蟲活性均為100%.在添加量為5 mg/kg時，僅化合物3b，3f的殺蚊幼蟲活性為100%，高于對照藥吡蚜酮的殺蚊幼蟲活性(40%).當添加量降低到2 mg/kg時，化合物3b，3f的殺蚊幼蟲活性仍為100%，此時對照藥吡蚜酮不具有殺蚊幼蟲活性。當添加量降低至1 mg/kg，化合物3b，3f殺蚊幼蟲活性仍達到100%，40%.當添加量降低至0.5 mg/kg，化合物3b殺蚊幼蟲活性仍達到40%，而化合物3f不具有殺蟲活性。因此，化合物3b的殺蚊幼蟲活性最高。

表3 目標化合物3a-3h對蚊幼蟲的殺蟲活性Table 3 Insecticidal activity of compounds 3a-3h against mosquito

2.2.4 化合物的抑制真菌活性

本文對化合物3a-3h的抑菌活性進行測試，結果見表4.在添加量為50 mg/kg時，化合物2d，3h的抑制番茄早疫菌活性(29.4%，29.4%)高于吡蚜酮(23.8%)，其它化合物的活性低于吡蚜酮；化合物3f，3g，3h的抑制小麥赤霉病菌(FusariumgraminearumSehw.)活性(20.0%，22.9%，20.0%)高于吡蚜酮(13.3%)，其它化合物的活性低于吡蚜酮；化合物3a-3h的抑制馬鈴薯晚疫病菌(Phytophthorainfestans(Mont.)deBary)、辣椒疫霉病菌(Phytophthoracapsici)、油菜菌核病菌(Sclerotiniasclerotiorum(Lib.)deBary)活性低于吡蚜酮(22.2%，36.7%，31.7%)；化合物3g的抑制黃瓜灰霉病菌(Botrytiscinerea)、水稻紋枯病菌(Rhizotoniasolani)活性(63.2%，62.8%)高于吡蚜酮(47.5%，19.0%)，其他化合物的活性低于吡蚜酮；化合物3a-3h的抑制黃瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporum)、花生褐斑病菌(CercosporaarachidicolaHori)、蘋果輪紋病菌(Physalosporapiricola)、小麥紋枯病菌(Rhizoctoniacerealis)、玉米小斑病菌(Bipolarismaydis)、西瓜炭疽病菌(Watermelonanthracnose)活性高于吡蚜酮(5.0%，15.8%，27.6%，63.6%，16.7%，16.7%)；化合物3e，3f的抑制水稻惡苗病菌(Fusariummoniliformesheld)活性(25.8%，32.3%)高于吡蚜酮(19.0%)，其他化合物的活性低于吡蚜酮。因此，所有化合物均有一定的抑菌活性，其中化合物3g，3h表現出較為優異的抑菌活性。

表4 目標化合物3a-3h的抑菌活性(添加量為50 mg/kg)Table 4 Insecticidal activity of compounds 3a-3h against mosquito

2.2.5 化合物的除草活性

本文對化合物3a-3h的除草活性進行測試，結果見表5.在1 500 g/公頃時，化合物3d，3f對土壤處理過的油菜除草活性(10.0%，5.0%)高于吡蚜酮(0)，其他化合物沒有活性；化合物3b對土壤處理過的反枝莧除草活性(10.0%)高于吡蚜酮(0)，其他化合物沒有活性；化合物3a-3h對土壤處理過的稗草、馬唐沒有除草活性；化合物3a，3b，3c對莖葉處理過的油菜除草活性(5.0%，5.0%，10.0%)高于吡蚜酮(0)，其他化合物沒有活性；化合物3b，3f，3h對莖葉處理過的反枝莧除草活性(20.0%，10.0%，5.0%)高于吡蚜酮(0)，其他化合物沒有活性；化合物3a，3b對莖葉處理過的稗草沒有除草活性，其他化合物的除草活性高于吡蚜酮(0)；化合物3g，3h對莖葉處理過的馬唐除草活性(10.0%，10.0%)高于吡蚜酮(0)，其他化合物沒有活性。因此，大部分化合物沒有除草活性，僅有部分化合物具有微弱的除草活性。

表5 目標化合物3a-3h的除草活性Table 5 Insecticidal activity of compounds 3a-3h against mosquito

3 結 論

本文設計合成了8種含羰基氧的三嗪酮類化合物，經1H NMR、13C NMR和HRMS確證了其結構，并測試了其殺蟲活性、抑菌活性及除草活性。

1) 殺蟲活性測試表明，在添加量為200 mg/kg和600 mg/kg時，化合物3b，3f的殺棉鈴蟲、玉米螟和粘蟲活性優于吡蚜酮。當添加量降低至0.5 mg/kg，化合物3b殺蚊幼蟲活性仍達到40%，優于吡蚜酮。

2) 本文測試了8種化合物對14種病菌的抑菌活性，實驗表明，所有化合物均有一定的抑菌活性，其中化合物3g，3h的抑菌活性較為優異。化合物3a-3h僅有微弱的除草活性。相關化合物的合成及生物活性研究還在進行中。