羥基香茅醛肟及其烷基醚的合成與除草活性

彭 云,肖轉泉,廖圣良,范國榮,陳尚钘,王宗德*

(1. 江西農業大學 林學院,國家林業草原木本香料(華東)工程技術研究中心,國家林業草原/江西省樟樹工程技術研究中心,江西 南昌 330045； 2. 江西師范大學 化學化工學院,江西 南昌 330027)

肟類化合物是含有羰基的醛酮與羥胺反應生成的產物,其具有良好的生物活性。由于肟分子中有活潑的羥基,可以衍生成肟酯、肟醚類化合物,可被開發成農藥產品,如殺蟲劑辛硫磷類、滅多威等和除草劑肟草酯、肟草胺等[1-2]，也可應用于抗植物病毒[3-5]、體外抗腫瘤活性[6]和抗乙型肝炎病毒[7]。作者所在課題組在研究松節油和山蒼子油的化學加工利用方面,合成得到的莰烯醛肟及其烷基醚[8]、香茅醛肟及其烷基醚[9]對多種植物病原真菌都顯示出優良的抑制活性。本研究以山蒼子油的主要成分檸檬醛合成得到的羥基香茅醛為原料，先與鹽酸羥胺反應合成羥基香茅醛肟,再與4種溴代烷在相轉移催化條件下進行醚化反應制得4種羥基香茅醛肟烷基醚,并采用平皿法測試所合成的化合物在不同濃度下對一年生黑麥草的根與莖生長的抑制活性,以期為山蒼子油的深加工利用提供新的依據。

1 實 驗

1.1 原料、試劑與儀器

一年生黑麥草(LoliumperenneL.)種子,購于南昌市種子批發市場。羥基香茅醛(純度95%)、鹽酸羥胺、四丁基溴化銨(TBAB)、溴乙烷、溴代正丙烷、溴代正丁烷、溴代正戊烷、N、N-二甲基甲酰胺(DMF)、敵草隆等試劑均為市售化學純。

GC9790型氣相色譜儀,浙江溫嶺福立分析儀器有限公司；HW-2000色譜工作站,上海千譜軟件有限公司；Agilent 5977型質譜儀、Agilent 7890氣相色譜儀,美國Agilent 公司；Nicolet iS10紅外光譜儀,美國賽默飛世爾科技公司；Bruker AVANCE- 400型核磁共振儀,瑞士Bruker 公司；GHP 智能培養箱,上海科學儀器有限公司；YL-100BD 實驗室超純水機,深圳市億利源水處理設備有限公司；KQ-300DE 型數控超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 羥基香茅醛肟及其烷基醚的合成

1.2.1合成路線 羥基香茅醛(1)與鹽酸羥胺反應得到羥基香茅醛肟(2),然后與溴代烷在相轉移催化劑四丁基溴化銨作用條件下進行醚化反應,得到4種羥基香茅醛肟烷基醚(3a～3d),合成路線見圖1。

圖1 羥基香茅醛肟及其烷基醚的合成路線

1.2.2羥基香茅醛肟(2)的合成 在250 mL錐形瓶中放入0.2 mol羥基香茅醛、0.12 mol碳酸鈉和50 mL 體積分數為75%的乙醇水溶液，磁力攪拌。將0.22 mol鹽酸羥胺溶于40 mL 水中,通過滴液漏斗緩慢滴加至錐形瓶中,約30 min滴完，水浴加熱升溫至50～60 ℃。10 h 后取樣(靜置后的上層),石油醚稀釋,搖勻后去下層(水),用無水硫酸鈉干燥后進行氣相色譜分析,若無羥基香茅醛則可結束反應。反應液于旋轉蒸發儀上減壓蒸除乙醇和部分水,冷卻后用石油醚萃取2次(每次50 mL),萃取液合并后用飽和食鹽水洗滌,無水硫酸鈉干燥,先蒸餾回收溶劑再減壓蒸餾得到產品羥基香茅醛肟(2)。

1.2.3羥基香茅醛肟烷基醚(3a～3d)的合成 在150 mL錐形瓶中加入0.05 mol羥基香茅醛肟(2),40 mL 石油醚,6 g質量分數為40%的氫氧化鈉溶液,0.15～0.20 mol溴代烷,0.5 g四丁基溴化銨,攪拌并加熱回流。10 h后取有機層液體進行氣相色譜分析。當有機層中含羥基香茅醛肟低于5%時可停止加熱,冷卻后分出水層,有機層經食鹽水洗滌,無水硫酸鈉干燥,先蒸餾回收溶劑,再減壓蒸餾得到目標化合物3a～3d。

1.3 化合物結構分析

1.3.1GC-MS分析 色譜柱采用Agilent HP-5 mS 型毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。試樣溶解于甲醇,每次進樣量約為5 μL,氣化室溫度240 ℃,質譜接口溫度250 ℃,EI 離子源,EI 電離電壓70 eV,離子源溫度230 ℃,四極桿溫度150 ℃。程序升溫:80 ℃保持2 min 后以升溫速率8 ℃/min升溫至180 ℃,再以升溫速率10 ℃/min升溫至240 ℃保持15 min。

1.3.2紅外光譜分析 通過液膜法制備紅外分析樣品,在紅外光譜儀上分析，其中分辨率4 cm-1,波數范圍為400～4000 cm-1。

1.3.3核磁共振分析 以TMS為內標,CDCl3為溶劑在核磁共振儀上分析,1H NMR頻率為400 MHz,13C NMR 頻率為100 MHz。

1.4 化合物除草活性測試

1.4.1種子萌發 選取顆粒飽滿的一年生黑麥草種子放在燒杯中,種子數量由實際情況而定,向杯中倒入蒸餾水至浸沒種子。然后將燒杯置于智能培養箱中,在28 ℃下避光培養24 h使種子吸水萌發[10-11]。

1.4.2含藥溶液的配制 準確稱取2 mmol的羥基香茅醛肟于200 mL容量瓶中,依次加入0.25 mL DMF和1～2滴吐溫80(促進樣品溶解),用蒸餾水定容至刻度線,得10 mmol/L的樣品溶液。取100 mL 配制的溶液作為試樣,剩余100 mL溶液作為母液,然后吸取一定量的母液采用二倍稀釋法依次制得濃度為5.00、 2.50、 1.25、 0.63、 0.31、 0.16 mmol/L的羥基香茅醛肟溶液,備用。

同法配制羥基香茅醛肟烷基醚、陽性對照試劑敵草隆溶液。對于加入DMF和吐溫80后仍不大溶解的樣品液,則進行水浴加熱或者超聲波處理,使樣品在溶液中分布均勻。

1.4.3除草活性測試 采用平皿法[12-13]測試化合物的除草活性,具體操作如下:取兩張定性濾紙(φ9 cm)置于培養皿(φ9 cm)底部,用10 mL移液槍分別取8 mL配置好的樣品溶液于培養皿中,用鑷子取已萌發的種子10粒置于濾紙上,種子之間間隔均勻適中,每個樣品每個濃度重復做3組；以加入等量的蒸餾水、DMF和吐溫80混合液的樣品作為空白對照組。將做了處理的培養皿貼好標簽,置于恒溫培養箱中28 ℃黑暗培養。將培養3 d后的種子取出,測量種子幼根及幼芽的生長長度(即根長和莖長),取3組平行實驗的平均值,按下式計算出化合物對種子的根的生長抑制率及莖的生長抑制率[14-15]。

2 結果與分析

2.1 化合物結構表征

2.2 羥基香茅醛肟及其烷基醚的除草活性

6個化合物在不同濃度下對一年生黑麥草根的生長抑制率和莖的生長抑制率結果見表1。

表1 不同濃度時化合物對一年生黑麥草根與莖的生長抑制率

從表1數據可以看出，羥基香茅醛肟的乙基醚(3a)、正丙基醚(3b)、正丁基醚(3c)、正戊基醚(3d)對一年生黑麥草根的生長抑制率較高,化合物3b濃度為0.31 mmol/L、3c濃度為0.63 mmol/L、3d和3a濃度為2.50 mmol/L時的抑制率均高于陽性對照試劑敵草隆濃度為10.00 mmol/L時的抑制率(94.1%),說明羥基香茅醛肟的乙基醚、正丙基醚、正丁基醚和正戊基醚對黑麥草根生長的抑制效果很好。

從表1數據還可以看出，羥基香茅醛肟的正丙基醚(3b)、正丁基醚(3c)、正戊基醚(3d)對黑麥草莖的生長抑制效果最好,化合物3b濃度為0.31 mmol/L、化合物3c濃度為0.63 mmol/L和化合物3d濃度為0.31 mmol/L時的抑制率均高于敵草隆濃度為10.00 mmol/L時的抑制率(88.10%),化合物2和羥基香茅醛肟乙基醚(3a)在濃度較高(5～10 mmol/L)時對黑麥草莖的生長也有很好的抑制作用,抑制率高于同濃度的敵草隆。

3 結 論

3.1由羥基香茅醛與鹽酸羥胺合成了羥基香茅醛肟(2),然后分別與溴乙烷、溴丙烷、溴丁烷和溴戊烷反應合成得到4種羥基香茅醛肟的烷基醚(3a～3d),經GC-MS、FT-IR、1H NMR和13C NMR對化合物結構進行確證。

3.2采用平皿法測定了5種目標化合物在不同濃度下對一年生黑麥草根與莖生長的抑制率,結果表明：羥基香茅醛肟的正丙基醚(3b)、正丁基醚(3c)對黑麥草根與莖的生長抑制效果最好,低藥液濃度(0.31～0.63 mmol/L)時的抑制率在85%以上,并且在0.63 mmol/L時的抑制率高于陽性對照物敵草隆在高濃度(10 mmol/L)時的抑制率。