新的苦參堿衍生物的設(shè)計、合成及殺蟲活性研究

摘要：以苦參堿為原料，通過水解內(nèi)酰胺、甲酯化、還原、酯化4步反應合成了27個苦參堿的衍生物；松材線蟲（Bursaphelenchu xylophilus）的室內(nèi)殺蟲活性測試表明，這些合成的化合物對松材線蟲有一定的殺蟲作用.研究結(jié)果可為苦參堿衍生物殺蟲活性的進一步研究提供數(shù)據(jù)參考.

關(guān)鍵詞：苦參堿; 苦參堿衍生物; 半合成; 松材線蟲

中圖分類號：O621.3； R914.5"" 文獻標志碼：A

Design， Synthesis and Insecticidal Activity of New Derivatives of Matrine

KOU Ming-ze，ZHAN Hui-ying

（School of Chemical Engineering， Lanzhou University of Arts and Science， Lanzhou 730000， China）

Abstract：Starting from matrine， twenty-seven matrine derivatives were synthesized through subsequent hydrolysis， methyl esterification， reduction， and re-esterification. The investigation of their insecticidal activity showed that these synthetic compounds had insecticidal effect against bursaphelenchu xylophilus. The results can provide data support for the further studies of the insecticidal activity of matrine-type derivatives.

Key words：matrine; derivatives of matrine; semisynthesis; bursaphelenchu xylophilus

0 引言

生物堿是自然界中結(jié)構(gòu)類型多樣、生物活性最為廣泛的一類化合物，也是創(chuàng)新藥物研究中發(fā)現(xiàn)先導化合物的重要來源.由于其結(jié)構(gòu)的多樣性和重要的生物生理活性等，生物堿的合成和結(jié)構(gòu)改造一直是藥物化學家青睞的重要研究領(lǐng)域［1］.

作為四環(huán)喹諾里西啶類生物堿，苦參堿的結(jié)構(gòu)如圖1所示.苦參堿由兩個喹嗪啶環(huán)稠合而成，含四個手性中心（其絕對構(gòu)型分別為 5S、 6S、7R 和 11R）.苦參堿具有多種藥理活性，包括抗腫瘤、抗病毒、抗炎、保肝、抗心律失常、鎮(zhèn)痛、解熱等［2-6］ .另外，苦參堿也被廣泛用作農(nóng)藥；由于其屬于一種植物源的殺蟲農(nóng)藥，具有低毒具有對人畜無毒害、安全、低殘留的特點，是研發(fā)高效低毒的植物性殺蟲劑的先導化合物［7］ .所以，設(shè)計合成新的苦參堿的衍生物增強其殺蟲活性一直是農(nóng)藥工作者的研究方向之一［8-9］.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker AM-400 核磁共振波譜儀（德國 Bruker公司，以氘代氯仿為溶劑，以四甲基硅烷為內(nèi)標）;柱層析用硅膠（200～300目，青島海洋化工有限公司產(chǎn)品） ; 苦參堿（純度 99%， 內(nèi)蒙古巴彥淖爾市啟源藥業(yè)有限責任公司）; 其他試劑均為分析純試劑.

1.2 化合物的合成

以苦參堿 （1） 為原料，先在堿性條件下水解，其四環(huán)骨架中D環(huán)的內(nèi)酰胺得到鈉鹽（2），再酸化后生成相應的羧酸 （3），然后酯化合成甲酯4，還原甲酯4中的酯基合成一級醇5；在縮合劑——二環(huán)己基碳二亞胺（DCC）的作用下，醇5再與不同位置、不同電性的取代苯甲酸衍生物縮合，轉(zhuǎn)化成相應的苯甲酸酯，從而合成了一系列新的苦參堿衍生物（6a-6aa）.具體合成路線如圖2所示.

合成化合物的核磁氫譜數(shù)據(jù)歸屬如下：

化合物6a： 1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.42-7.24（m， 5H），6.04（s，1H），4.08- 4.02（m，1H），3.50-3.49（m，1H），2.05-1.98（m，2H），1.82-1.79（m，4H），1.66-1.55（m，10H），1.32-1.08（m，6H），0.94-0.85（m，4H）.

化合物6b： 1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.41-7.34（m， 1H），7.33-7.31（m，1H），7.25（t，J=3.0 Hz，1H），7.61（d，J=8.4 Hz，1H），6.05（s，1H），4.09-4.03（m，1H），3.51-3.50（m，1H），2.06-1.97（m，2H），1.83-1.78（m，4H），1.65-1.55（m，10H），1.31-1.07（m，6H），0.93-0.84（m，4H）.

化合物6c：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.60-7.56（m，2H），7.11-7.07（m，2H），5.93（s，1H），4.13-4.07（m，1H），3.51-3.49（m，1H），2.05-1.96（m，2H），1.84-1.78（m，4H），1.64-1.51（m，7H），1.32-1.07（m，6H），0.94-0.85（m，4H）.

化合物6d：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.43-7.40（m，1H），7.35（td，J=8.1，7.4，2.6 Hz，1H），7.30（dd，J=6.9，1.7 Hz，2H），3.82（s，1H），3.51（d，J=9.9 Hz，1H），2.04（s，2H），1.88-1.56（m，8H），1.39-1.21（m，2H），1.19-0.90（m，6H）.

化合物6e：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.53（s，1H），7.44-7.42（m，2H），7.36-7.32（m，1H），6.04（s，1H），4.11-4.04（m，1H），4.52-4.47（m，1H），2.05-1.95（m，2H），1.84-1.79（m，4H），1.66-1.52（m，6H），1.32-1.17（m，6H），1.14-1.07（m，2H）.

化合物6f：1H NMR（400 MHz， Chloroform-d）δ7.84（dd，J=8.0，1.1 Hz，1H），7.38（td，J=7.5，1.1 Hz，1H），7.24（dd，J=7.7，1.7 Hz，1H），7.10（td，J=7.7，1.7 Hz，1H），3.82（s，1H），3.51（s，1H），2.03（s，2H），1.94-1.72（m，5H），1.65-1.53（q，J=12.6 Hz，6H），1.35-0.93（m，5H）.

化合物6g：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.34（ddd，J=13.7，8.5，1.8 Hz，2H），7.28-7.20（m，1H），3.88（td，J=11.5，9.9，5.6 Hz，1H），3.58-3.53（m，1H），2.07-1.98（m，1H），1.83-1.73（m，6H），1.68-1.54（m，4H），1.36-1.25（m，3H），1.22-1.14（m，3H），1.10-1.00（m，2H）.

化合物6h：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.90（d，J=7.3 Hz，1H），7.54（dd，J=5.6，3.4 Hz，1H），7.41-7.35（m，2H），7.33-7.14（m，6H），5.50（s，2H），3.72（t，J=12.3 Hz，1H），3.59-3.54（m，1H），2.58（s，3H），2.35（s，3H），2.20（tt，J=13.2，6.3 Hz，2H），1.74（q，J=8.4，4.5 Hz，8H），1.69-1.49（m，6H），1.36-1.26（m，4H），1.19-0.96（m，6H）.

化合物6i：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.85（s，1H），7.79（d，J=8.0 Hz，1H），7.75（d，J=7.8 Hz，1H），7.57-7.51（m，5H），5.84（s，1H），4.19-3.99（m，1H），3.49（s，2H），2.04-1.88（m，3H），1.87-1.76（m，7H），1.61-1.56（m，4H），1.28-1.22（m，4H），1.19-1.02（m，2H），0.96-0.85（m，2H）.

化合物6J：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ8.42（t，J=5.4 Hz，1H），8.32（d，J=12.6 Hz，1H），7.89（t，J=9.6 Hz，1H），7.61（t，J=12 Hz，1H），5.95（d，J=10.8 Hz，1H），4.13-4.09（m，1H），3.52-3.50（m，1H），1.96-1.81（m，6H），1.66-1，53（m，8H），4.13-4.09（m，1H），0.97-0.89（m，2H）.

化合物6k：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.52（d，J=9.0 Hz，2H），6.63（d，J=9.0 Hz，2H），6.06（d，J=7.8 Hz，1H），4.18-4.11（m，1H），3.58-3.50（m，1H），3.01（s，6H），2.31-1.99（m，2H），1.80（t，J=13.5 Hz，3H），1.72-1.66（m，2H），1.61-1.48（m，5H），1.38-1.05（m，9H），1.00-0.74（m，5H）.

化合物6l：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.99（d，J=8.4 Hz，2H），7.73（d，J=8.4 Hz，2H），6.12（d，J=7.8 Hz，2H），4.04（tt，J=11.9，3.7 Hz，1H），3.57-3.42（m，1H），3.06（s，3H），2.08-1.89（m，3H），1.89-1.77（m，4H），1.70-1.49（m，7H），1.42-1.14（m，6H），1.16-1.01（m，2H），0.99-0.81（m，2H）.

化合物6m：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ8.73（s，1H），7.45-7.26（m，2H），7.24-7.17（m，1H），7.13-6.91（m，2H），4.51-4.25（m，1H），3.86-3.64（m，1H），3.51-2.99（m，2H），2.37（s，1H），2.14-1.82（m，5H），1.84-1.50（m，10H），1.48-1.03（m，17H），0.99-0.66（m，4H）.

化合物6n：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.90（d，J=7.3 Hz，1H），7.54（dd，J=5.6，3.4 Hz，1H），7.41-7.35（m，2H），7.33-7.14（m，6H），5.50（s，2H），3.72（t，J=12.3 Hz，1H），3.59-3.54（m，1H），2.58（s，3H），2.35（s，3H），2.20（tt，J=13.2，6.3 Hz，2H），1.74（q，J=8.4，4.5 Hz，8H），1.69-1.49（m，6H），1.36-1.26（m，4H），1.19-0.96（m，6H）.

化合物6o：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ8.11（s，1H），8.00-7.95（m，1H），7.46（dd，J=5.6，3.5 Hz，1H），7.37（ddd，J=14.0，6.8，3.1 Hz，1H），7.32（dd，J=7.7，2.8 Hz，1H），7.31-7.17（m，3H），7.12（dd，J=7.5，2.7Hz，2H），6.02（s，1H），5.46（s，1H），4.46-4.15（m，2H），3.51-3.41（m，2H），2.03-1.74（m，11H），1.72-1.44（m，5H），1.43-0.98（m，6H）.

化合物6p：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.27（dd，J=8.5，5.8 Hz，1H），7.15（dd，J=8.4，2.4 Hz，1H），7.01（td，J=8.3，2.5 Hz，1H），3.80（s，1H），3.57-3.41（m，1H），2.00（t，J=9.8 Hz，2H），1.86-1.69（m，4H），1.68-1.53（m，4H），1.27（q，J=11.9 Hz，2H），1.20-1.06（m，4H），1.00（d，J=11.5 Hz，2H）.

化合物6q：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.44-7.28（m，1H），7.14-6.74（m，2H），3.55（s，1H），2.02（s，2H），1.78-1.66（m，5H），1.58（d，J=4.2 Hz，4H），1.46-1.20（m，3H），1.11-0.80（m，6H）.

化合物6r：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.45-7.23（m，1H），7.14-7.04（m，2H），3.55（s，1H），2.03（s，2H），1.77-1.65（m，5H），1.60-1-56（m，4H），1.47-1.21（m，3H），1.12-0.78（m，6H）.

化合物6s：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.47-7.26（m，1H），7.19-7.00（m，2H），3.57（s，1H），2.03（s，2H），1.80-1.69（m，5H），1.59（d，J=4.0 Hz，4H），1.46-1.20（m，3H），1.13-0.82（m，6H）.

化合物6t：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.88（d，J=2.4 Hz，1H），7.52（dd，J=5.6，3.4 Hz，1H），7.46（ddd，J=8.5，7.8，2.4 Hz，3H），7.41（t，J=3.3 Hz，2H），7.26（d，J=8.6 Hz，3H），5.51（s，2H），3.52（s，2H），2.01（s，3H），1.88-1.55（m，5H），1.41-1.19（m，6H），1.19-0.74（m，6H）.

化合物6u：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.34（ddd，J=13.7，8.5，1.8 Hz，2H），7.28-7.20（m，1H），3.88（td，J=11.5，9.9，5.6 Hz，1H），3.58-3.53（m，1H），2.07-1.98（m，1H），1.83-1.73（m，6H），1.68-1.54（m，4H），1.36-1.25（m，3H），1.22-1.14（m，3H），1.10-1.00（m，2H）.

化合物6v：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.68（dd，J=5.7，3.4 Hz，1H），7.65（d，J=2.1 Hz，1H），7.63（d，J=2.1 Hz，1H），7.57（d，J=2.1 Hz，1H），7.51（dd，J=5.7，3.3 Hz，1H），7.12（d，J=8.4 Hz，1H），3.51（s，1H），2.01（s，2H），1.86-1.56（m，12H），1.48-1.35（m，3H），1.34-1.24（m，9H），1.15-1.11（m，4H），0.98-0.79（m，6H）.

化合物6w：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ8.23-8.18（m，2H），7.61（d，J=8.8 Hz，1H），6.05（s，1H），4.09-4.03（m，1H），3.51（s，1H），2.05-2.01（m，1H），1.90-1.80（m，4H），1.74-1.54（m，11H），1.34-1.25（m，2H），1.56-0.99（m，5H）.

化合物6x：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.45-7.29（m，1H），7.15-6.75（m，2H），3.56（s，1H），2.01（s，2H），1.79-1.65（m，5H），1.59-1.54（m，4H），1.46-1.20（m，3H），1.11-0.80（m，6H）.

化合物6y：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.42（d，J=2.1 Hz，1H），7.37（d，J=8.2 Hz，1H），7.31（dd，J=8.2，2.1 Hz，1H），6.16（d，J=7.8 Hz，1H），4.06（tt，J=12.0，3.5 Hz，1H），3.60-3.44（m，1H），2.39（s，3H），2.03（q，J=11.0，9.9 Hz，2H），1.80（d，J=12.6 Hz，4H），1.71-1.48（m，8H），1.38-1.03（m，8H），0.97-0.84（m，3H）.

化合物6z：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ7.17（t，J=7.9 Hz，1H），6.84（d，J=8.4 Hz，1H），6.78（d，J=8.4 Hz，1H），3.83（s，3H），3.73-3.52（m，3H），2.28-2.17（m，2H），2.16（s，3H），1.79（d，J=12.2 Hz，1H），1.71-1.62（m，6H），1.39-1.23（m，4H），1.18-0.97（m，7H），0.91-0.76（m，1H）.

化合物6aa：1H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ8.20（s，2H），5.64（d，J=8.0 Hz，1H），4.21（t，J=11.8 Hz，1H），3.56（d，J=10.7 Hz，1H），1.89（t，J=15.0 Hz，4H），1.83-1.73（m，4H），1.68（t，J=14.8 Hz，3H），1.44-1.23（m，6H），1.23-0.97（m，4H），0.86（m，1H）.

1.3 殺蟲活性測試

1.3.1 對松材線蟲的殺蟲活性

松材線蟲（Bursaphelenchu xylophilus）由浙江農(nóng)林大學生物農(nóng)藥活性測定中心提供.采用浸漬法測定［10-12］.將松材線蟲配制成 2 500頭/mL左右的懸濁液，備用.

將苦參堿的衍生物溶于100 mL丙酮中配制成質(zhì)量濃度為 100 mg/L 的藥液，取其1 mL用丙酮分別稀釋成 1，5，10，20 和 50 mg/L的供試藥液.在 96 孔培養(yǎng)板中加入 90 μL 松材線蟲懸浮液及 10 μL供試藥液，置于25±1 ℃養(yǎng)蟲室內(nèi).每濃度為一個處理，以不含苦參堿衍生物的乳油為對照，以殺蟲藥物——阿維霉素為參照，每個處理重復3次.24 h后鏡檢統(tǒng)計檢查松材線蟲的存活和死亡數(shù)，計算死亡率和校正死亡率結(jié)果.

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS 18. 0 軟件對活性測定結(jié)果進行分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 化合物的合成

在實驗中曾嘗試分離中間體鈉鹽2，但發(fā)現(xiàn)其分離收率低，且雜質(zhì)不易除去、操作不方便，故將其酸化后可以比較理想的收率得到相應的酸3.分別采用了不同方法對甲酯進行還原，最終發(fā)現(xiàn)氫化鋁鋰的還原效果最佳.醇5 與不同的苯甲酸的酯化反應在縮合劑二環(huán)己基碳二亞胺（DCC）的作用下可以得到產(chǎn)物；但是，由于苯甲酸含有不同的取代基以及不同的取代位置，所以不同的苯甲酸的反應活性有明顯的差異，有些反應活性較差，導致部分產(chǎn)物的收率偏低，將在后續(xù)合成中加以改進.

2.2 殺蟲活性

苦參堿的殺蟲機理如下：首先使害蟲神經(jīng)中樞麻痹，進而導致蟲體蛋白質(zhì)凝固、氣孔堵塞，最后窒息而亡［13］.基于此，首先測試了合成的苦參堿的衍生物對松材線蟲的毒力，結(jié)果見表1.結(jié)果表明：所有合成的衍生物對的松材線蟲殺蟲活性均明顯低于目前廣泛使用的殺松材線蟲的常用藥物阿維霉素.從表1中還可以看出：化合物6d，6g，6m，6u，和6v對松材線蟲具有一定的毒性（在500 mg/L濃度下線蟲的死亡率分別為25.12%，25.77%，24.95%，30.00%，27.65%），但與阿維霉素相比，仍有明顯的差距.因此需要進一步優(yōu)化化合物的結(jié)構(gòu)來尋找活性先導化合物.

3 結(jié)論

以苦參堿為原料，通過一系列化學轉(zhuǎn)化合成了27個苦參堿的衍生物，并初步測試了這些化合物在室內(nèi)對松材線蟲（Bursaphelenchu xylophilus）的殺蟲活性.結(jié)果表明這些化合物對松材線蟲的殺滅效果不理想，但為進一步設(shè)計、合成新的苦參堿衍生物殺蟲劑提供了一定的借鑒作用.對其他農(nóng)業(yè)害蟲的殺蟲活性研究及相應的殺蟲活性的構(gòu)效關(guān)系還需進一步研究.

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［責任編輯：紀彩虹］