一種新型硫醇菊酯衍生物的合成修飾及其抗蚊殺蟲活性

張炳杰

(廣東工業大學生物醫藥學院，廣東 廣州 510006)

蚊蟲特別是雌性成蚊，具有吸血的特性，是傳播黃熱病、登革熱、瘧疾、絲蟲病、日本腦炎等病原體的中間宿主，嚴重危害人類生命健康。只要有適合人類居住的地方，都會有蚊子分布和存在；只要環境溫度上升到15℃以上，就會有蚊蟲的繁衍出沒。夏季，甚至部分秋季只要溫度較高，就會出現大量的繁殖和活動。由于夏季和秋季，同時是農作物生長和收獲的季節，這個時候特別容易受到病蟲的危害，導致農作物產量受到影響。常用的傳統殺蟲劑，如有機磷、有機氯、氨基甲酸酯，或者家庭室內使用的驅蚊水，如驅蚊胺和驅蚊酯，在農業和生活中曾被長期廣泛地使用。由于有機磷類等殺蟲劑對環境污染大，對生物的毒害性大，殘留時間長，不容易代謝及自然分解等問題，逐步被部分的禁止使用。驅蚊水或者驅蚊香等長期使用，導致蚊子很容易產生免疫作用而不受影響。最近30年開發出來的新一代的擬菊酯，因其對蚊蟲類害蟲具有高效、低毒、低殘留、環境毒性低等優點而受到廣泛的應用[1]。

越來越多的研究發現，擬除蟲菊酯類殺蟲劑對水生生物毒性較大，例如:聯苯菊酯對水生生物，如幼魚及魚卵具有高毒性。特別是，當人們使用這類殺蟲劑農藥后，這些化合物會隨著雨水溶于土壤或江河水系中，從而對水生魚卵產生嚴重的危害。因一些傳統低成本的擬除蟲殺蟲劑長期、單一、大量的使用，使得蚊蟲等害蟲對于該類農藥的耐藥性不斷提高[2]?；诖?，就需要推陳出新的合成出新一類更加友好的高效低毒型的殺蟲劑結構化合物。硫醇酯在藥物類中是一種常見的基團，這種結構與酯基類似，極性小，但沒有酯基穩定，容易代謝或者自然分解[3-4]。主要的合成方法是硫醇與酰氯的酯化反應，這與擬除蟲菊酯類殺蟲劑的合成方法和結構是相類似的，如二氯醚菊酯、四氟苯菊酯、殺滅菊酯和聯苯菊酯等[5]。

本文保留了四氟苯菊酯或聯苯菊酯中的菊酸和苯環等基本結構并力圖簡化，用硫醇酯代替酯基，同時用三氟氯菊酸替換二氯菊酸。這樣做的目的是提高光穩定性和降低化合物極性，能夠盡可能簡化化合物的結構，以期望保持優良抗蚊殺蟲活性，同時，能夠降低對水生生物的毒性。以一個對氟芐硫醇與三氟氯菊酸為原料，經過S-酯化反應合成一種硫醇酯基的硫醇菊酯化合物(LCA-CSF,圖1)，其結構經1H NMR，13C NMR分析表征確定，并對其抗蚊殺蟲活性進行了測試。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker-400型核磁共振儀 (CDCl3溶劑，TMS為內標)；WFH-203B型三用紫外分析儀；4-氟芐硫醇，阿拉丁試劑有限公司；三氟氯菊酸，北京伊諾凱有限公司；其余試劑均采用分析純或者化學純。

圖1 硫醇菊酯化合物合成路線

1.2 LCA-CSF的合成

用電子天平稱取300 mg（1.007 mmol）的三氟氯菊酸放入50mL的圓底燒瓶內，用氮氣做反應的保護氣。用注射器取20mL左右超干的無水二氯甲烷于燒瓶中攪拌并完全溶解，然后加入乙二酰氯0.257 mL（3.020 mmol），攪拌約0.5 h，然后用注射器加入0.15 mL的無水N,N-二甲基甲酰胺（DMF）。注意反應劇烈程度并在通風櫥內，注意換氣球，然后在氮氣保護和室溫條件下反應1 h。1h后將圓底燒瓶利用真空旋蒸儀盡量旋干，然后在氮氣保護條件下，加入適量的超干二氯甲烷溶劑，攪拌溶解，并加入無水吡啶0.164 mL（2.013 mmol），反應30 min之后。最后加入4-氟芐硫醇286 mg（2.013 mmol），在室溫條件下，反應2 h以上。以TLC檢測反應的終點 [展開劑:（石油醚）/（乙酸乙酯） =50/1]，通過洗滌萃取干燥等步驟得到LCA-CSF的粗產物，然后通過硅膠柱層析 [洗脫劑:（石油醚）/（乙酸乙酯） =100/1]得到純化合物LCA-CSF，無色油狀液體，Rf=0.58[展開劑:（石油醚） /（乙酸乙酯） =50/1]，產率:74%。1H NMR（400 MHz,Chloroformd） δ 7.24（dd,J=8.5,5.4 Hz,2H） ,6.98（t,J=8.6 Hz,2H） ,6.93-6.87（m,1H） ,4.10（d,J=5.0 Hz,2H） ,2.31（d,J=8.2 Hz,2H） ,1.31（s,3H） ,1.28（s,3H）.13C NMR（101 MHz,CDCl3δ 194.04,162.18,133.45,130.56,130.48,129.69,121.89,120.745,115.76,115.54,41.83,34.00,33.05,31.58,28.43,14.97.

1.3 抗蚊殺蟲活性測試

用24孔板法來測定對硫醇菊酯衍生物LCACSF進行白紋伊蚊幼蟲（Aedes albopictus larva）的幼蟲殺蟲活性測試。幼蟲半致死濃度測試方案:本實驗采用無菌24孔板對新型硫醇菊酯衍生物LCA-CSF進行了對白紋伊蚊幼蟲半致死濃度的測試。實驗樣品溶液配置過程中使用丙酮溶劑采用二倍稀釋法得到15個濃度梯度的樣品和陽性組化合物，然后使用移液槍向每個孔板中加入985μL的去氯水和5 μL的營養液（13 mg/mL的魚粉末食物溶液），并向每個24孔板中加入5只以上的1齡期幼蟲[6-7]。并向每個孔板中加入10 μL的樣品溶液，測試的幼蟲的死亡率能夠覆蓋0%～100%，每次樣品測試平行重復三次，并放在室溫條件下培養24 h，記錄孔板中幼蟲的死亡率。并計算出LCA-CSF對1齡期幼蟲的半致死濃度LC50值。

采用CDC bottle bioassay方案對LCA-CSF化合物進行白紋伊蚊雌性成蚊（Aedes albopictus female adult mosquito）的殺蟲活性測試:空白組和丙酮模型組中成蚊的死亡率一般控制在2%以內[8-9]。成蚊實驗采用標準CDC bottle bioassay（接觸法），將LCA-CSF利用丙酮溶劑配置成12.5μg/mL的標準暴露時間濃度，然后向每個惠頓瓶中加入1 mL配置好的樣品溶液，并使得溶液均勻分布在整個惠頓瓶的內部瓶壁上，然后避光陰涼出自然干燥2～3 h，待得惠頓瓶完全干燥后，向每個瓶子中加入25只以上的雌性成蚊，每隔30 min記錄一次蚊子的死亡數，最終統計并計算出LCA-CSF對雌性成蚊30 min、60 min和120 min等3個不同時間段的致死率[10]。

2 結果與討論

2.1 合成與表征

本文保留了商品化的擬菊酯的菊酸和苯環結構，主要以硫醇酯基替換酯基，合成一種含氟的硫醇菊酯衍生物。采用菊酸酰氯與芐硫醇的酯化反應方法，采用無水二氯甲烷作反應溶劑和無水吡啶作縛酸劑，反應時間短，操作簡單，快速柱層析純化，且可以較高的產率得到目標化合物。

對衍生物結構進行的表征，1H NMR分析表明:δ1.28吸收峰為菊酸上的兩個甲基氫吸收峰；δ2.20和δ2.13吸收峰為菊酸上環丙基的兩個氫吸收峰；13C NMR分析表明:δ 194.05處的吸收峰為C=O的碳吸收峰，δ 162.13處的吸收峰為苯環上C-F的碳吸收峰，并且該峰形出現裂分，與理論情況相一致。

2.2 殺蟲活性

本文研究了化合物LCA-CSF對白紋伊蚊1齡期幼蟲和雌性蚊蟲的殺蟲活性，其測試結果表明了，LCA-CSF對白紋伊蚊幼蟲的半致死濃度LC50值為7.2μmol/L，同時該合成目標化合物在12.5 μgobottle-1在30 min對雌性成蚊的致死率為74%，其在60 min對成蚊的致死率能達到83%，在120 min后對成蚊的致死率達到87%；且LCA-CSF藥物對成蚊殺蟲滅蚊活性具有劑量依賴關系，且也具有時間依賴關系。該化合物有必要對耐藥性蚊蟲做進一步的研究，還應對水生生物如對斑馬魚的毒性研究作進一步論證。