CN102718807B

CN102718807B - 手性双位点几丁质合成抑制剂类杀虫剂

Info

Publication number: CN102718807B
Application number: CN201210190478.6A
Authority: CN
Inventors: 王平安; 陈卫平; 刘雪英; 高鹏; 孙晓莉
Original assignee: Fourth Military Medical University FMMU
Current assignee: Fourth Military Medical University FMMU
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2032-06-11
Also published as: CN102718807A

Abstract

本发明公开了通式（I）所示的手性双位点几丁质合成抑制剂类杀虫剂，其中R为氢或酰基；R¹为氢、芳基、芳甲基或C₁-C₄的烷基；Z为-CH₂OH 或 -CO₂R²，其中R²为氢、甲基或乙基，*代表手性中心。本发明既含有几丁质合成酶的识别位点，又含有几丁质合成酶的作用位点，且容易降解，对人、畜无害，是一类新型无公害的绿色农药。初步杀虫活性筛选试验证明，该类化合物对粘虫的生长发育有明显的抑制作用，抑制率最高达47.38%。

Description

手性双位点几丁质合成抑制剂类杀虫剂

技术领域

本发明涉及一类新型绿色农药，即手性双位点几丁质合成抑制剂类杀虫剂，属于农药技术领域。

背景技术

农药及其正确使用是农作物丰收的重要保证，更是为人类提供充足食物资源和能量的强力支撑。绿色农药指对人类安全无害、低用量、高靶标性以及具有绿色生产工艺流程的环境友好型农药。诞生于二十世纪七十年代中期的几丁质合成抑制剂类（Chitin Synthesis Inhibitors）杀虫剂能强效干扰和抑制害虫生长过程中所特有的几丁质生物合成，兼有昆虫生长调节剂和特殊酶抑制剂的双重功效。现有商品化的几丁质合成抑制剂类杀虫剂经过三十多年的发展和使用，害虫对该类杀虫剂已产生抗性。同时，由于抗性所导致的使用量增大和难降解性使其累积残留日趋明显，这些负面影响还在进一步加剧，目前还无法有效解决这些负面效应。

几丁质（Chitin）是节肢类昆虫表皮或外壳的组成部分，其化学构成为2-乙酰胺基葡萄糖多聚体。几丁质及其衍生物在医药、化妆品和保健品等领域有着很广泛的用途。

研究表明，害虫几丁质的生物合成受控于几丁质合成酶（Chitin Synthase，简写为CS，也称海藻糖酶），CS是一种膜结合的糖苷转化酶，在其参与下，害虫利用几丁质前体——脲苷二磷酸酯-N-乙酰氨基葡萄糖（UDP-GlcNAc）生物合成几丁质，其中脲苷二磷酸酯（UDP）是几丁质合成酶的作用位点，而N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）是几丁质合成酶的识别位点，几丁质合成抑制剂的作用机理是利用抑制剂分子替代UDP-GlcAc同CS相结合，阻断1,4-糖苷键的形成，使害虫的表皮或外壳无法形成，从而达到杀虫效果。

目前，商品化和在研的几丁质合成抑制剂主要集中在两类化合物上，一类是核苷肽类，如尼可霉素-Z（Nikkomycin-Z）等；另一类为苯甲酰脲类，如氟铃脲（Hexaflumuron）等，后一类在市场上占有绝对优势，但其结构中仅含有几丁质合成酶的作用位点（指酰脲单元），不含识别位点，且无任何手性因素，这很可能是害虫对该类药物产生抗性的重要原因。天然几丁质合成抑制剂Trehazolin、 Allosamidin和Nikkomycin-Z的分子结构与UDP-GlcAc非常相似，其结构同时具有CS所需的识别（指糖单元）和作用位点（指异脲杂环单元），被CS误识别为是几丁质前体，并参与几丁质合成，从而在分子水平上阻断生物合成几丁质。

糖类成为继氨基酸、多肽、蛋白质和核酸之后的又一生命信息分子，越来越多的事实证明，糖类在细胞识别和信号传导方面具有重要功能，许多基于糖的药物用来治疗人类疾病。事实上，许多生物农药中均含有糖单元，包括正在研发的蔗糖八羧酯和已经上市的Azadirachtin0、Monordicin-Ⅱ、Ivermectin、 Emamectin等杀虫剂都是糖的衍生物，该类化合物对环境友好，易降解，对人类、哺乳动物和鱼类无害，有望成为绿色杀虫剂中的一员。

发明内容

本发明的目的是针对目前几丁质合成抑制剂类杀虫剂结构单一、缺乏手性因素以及害虫的耐药抗性问题，以糖和氨基酸为起始原料，合成一系列手性双位点几丁质合成抑制剂类杀虫剂。

本发明另一目的是提供上述几丁质合成抑制剂类杀虫剂的合成方法。

本发明还有一个目的是提供上述几丁质合成抑制剂类杀虫剂的应用，经杀虫活性测试，对粘虫的生长发育抑制率最高达47.38%。

本发明实现过程如下：

通式（I）所示的化合物，

R = 氢或酰基；

R¹= 氢、芳基、芳甲基或C₁-C₄的烷基；

Z = -CH₂OH 或 -CO₂R²，其中R² 为氢、甲基或乙基，*代表手性中心。

上述新型手性双位点几丁质合成抑制剂类杀虫剂的合成方法：

先由天然或非天然单糖经酰化反应合成1-溴代四酰基糖1，化合物1再与硫氰化钾（KSCN）或硫氰化铅（Pb(SCN)₂）生成异硫氰酸酯2；化合物2和天然或非天然氨基酸酯3或氨基醇4反应获得新型手性双位点几丁质合成抑制剂 5。

本发明提供的新型手性双位点几丁质合成抑制剂类杀虫剂的结构特点是具有手性因素，既含有几丁质合成酶的识别位点（糖单元），又含有几丁质合成酶的作用位点（硫脲基团），且容易降解，对人、畜无害，是一类新型无公害的绿色农药。通过初步杀虫活性筛选试验证明，该类化合物对粘虫的生长发育有明显的抑制作用，抑制率最高达47.38%。

附图说明

图1为α-1-溴代四乙酰葡萄糖1a的氢谱；

图2 为β-四乙酰葡萄糖-1-异硫氰酸酯2a的氢谱；

图3 为目标化合物5a的氢谱；

图4 为目标化合物5b的氢谱；

图5 为目标化合物5c的氢谱；

图6 为目标化合物5d的氢谱。

具体实施方式

实施例1：α-1-溴代四乙酰葡萄糖1a的合成

将400 mL分析纯醋酐加入到1升的圆底三口烧瓶中，冷却至0℃，搅拌下逐滴加入2.4 mL 60%的高氯酸。撤去冰浴，逐渐升至室温，分批次加入100克（0.55 mol）粉末状α-D-葡萄糖，使反应液温度保持在30到40℃之间，搅拌反应5分钟。冷却至20℃，向反应液中加入31克分析纯红磷，然后逐滴加入181克液溴，始终使反应液温度不要超过20℃。加完后，于半小时以上小心加入36 mL水，仍然使反应液温度不要超过20℃。室温搅拌反应2小时。用300 mL二氯甲烷稀释，于通风橱中过滤，用少量二氯甲烷润洗反应瓶3次，合并到滤液中。将滤液转入到3升的分液漏斗，用冰水快速洗涤滤液（2 × 800 mL），静置分层，将二氯甲烷层放入500 mL含有碎冰的饱和碳酸氢钠溶液中，并搅拌，有大量气体放出，待气体放出结束，将混合液转入分液漏斗，静置分层，将二氯甲烷层转入含有10 g硅胶的大烧瓶中，10分钟后过滤，滤液减压蒸干，残余物用乙醚和石油醚重结晶（乙醚和石油醚体积比约为1比50），得白色固体206 g（产率90%）。

化合物1a的氢谱（图1）：¹HNMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 6.62 (m, 1H), 5.56 (m, 1H), 5.17 (m, 1H), 4.86-4.83 (m, 1H), 4.35-4.29 (d, 2H), 4.15-4.12 (d, 1H), 2.11-2.04 (m, 12H)。

将α-D-葡萄糖更换为其它天然或非天然单糖，如D-半乳糖等，采取上述同样操作，可获得其它一系列1-溴代四乙酰糖，直接用于下一步反应。

实施例2：β-四乙酰葡萄糖-1-异硫氰酸酯2a的合成

将48.5 g（0.15 mol）硫氰化铅（Pb(SCN)₂悬浮于100 mL干燥的二氯甲烷中，室温下逐滴加入100 ml溶有41.1 g（0.10 mol）1a的干燥的二氯甲烷溶液，约半小时滴加完毕。室温搅拌反应24小时，过滤，滤饼用适量二氯甲烷洗涤，合并后减压蒸干得淡黄色浆状残余物，稍冷后固化成淡黄色块状固体35.6 g，产率：91.3%。该产物无需进一步纯化，直接用于下一步反应。

化合物2a的氢谱（图2）：¹HNMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 5.25-5.21 (m, 1H), 5.14-5.11 (m, 1H), 5.06-5.04 (d, 1H), 4.28-4.24 (m, 1H), 4.18-4.15 (m, 1H), 3.79-3.76 (m, 1H), 2.13-2.04 (m, 13H)。

将α-D-葡萄糖更换为其它天然或非天然单糖，如D-半乳糖等，采取上述同样操作，可获得其它一系列四乙酰糖-1-异硫氰酸酯，直接用于下一步反应。

实施例3：L-苯丙氨酸乙酯盐酸盐的合成

将33.4 g（0.20 mol）L-苯丙氨酸悬浮于150 mL 干燥的无水乙醇中，冷却至0℃。逐滴加入25 mL SOCl₂，约半小时滴加完毕，室温搅拌8 h。TLC监测反应结束后，将反应液蒸干得45.0 g白色固体，产率为99%。该产物无需进一步纯化，直接用于下一步反应。

将L-苯丙氨酸更换为其它天然或非天然氨基酸，如L-苯甘氨酸等，采取上述同样操作，可获得一系列氨基酸酯，用于下一步反应。

实施例4：目标化合物5a的合成

将2.3 g（10 mmol）L-苯丙氨酸乙酯盐酸盐加入到 10 mL无水乙醚中，室温搅拌下，滴加5 mL Et₃N，立刻有白色固体生成。室温搅拌下2小时。过滤，滤饼用少量无水乙醚洗涤，合并滤液。

将上述滤液室温下缓慢加到入 20 mL溶有3.90 g（10 mmol）化合物2a的无水乙醚溶液中，加完后室温继续搅拌24小时。减压除去溶剂，残余物快速柱层析（洗脱液为石油醚和乙酸乙酯，体积比为10比1）得目标化合物5a 5.25 g，产率90%。目标化合物5a的核磁共振氢谱见附图3。将L-苯丙氨酸乙酯3a换成D-苯丙氨酸乙酯，采取上述同样方法可获得目标化合物5b，产率86%。5b的核磁共振氢谱见附图4。

目标化合物5a的氢谱：¹HNMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.30-7.25 (m, 3H), 7.13-7.11 (m, 2H), 6.95-6.94 (m, 2H), 5.36-5.32 (b, 1H), 5.00-4.96 (dd, 2H), 4.36-4.33 (m, 1H), 4.19-4.07 (m, 4H), 3.82-3.81 (b, 1H), 3.28-3.17 (m, 2H), 2.07-2.02 (m, 14H), 1.26-1.25 (m, 3H)。

目标化合物5b的氢谱：¹HNMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.30 (m, 4H), 7.06 (m, 2H), 6.82 (m, 2H), 5.36-5.32 (b, 1H), 5.00-4.96 (m, 2H), 4.95 (m, 1H), 4.31-4.23 (m, 1H), 3.88-3.85 (m, 2H), 3.45-3.41 (m, 1H), 3.22-3.19 (m, 1H), 2.07-2.04 (m, 13H), 1.28-1.26 (m, 3H)。

将L-苯丙氨酸酯3a更换为其它天然或非天然氨基酸酯，如L-苯甘氨酸乙酯等，采取上述同样操作，可获得一系列其它目标化合物。

目标化合物5a可在在碱性或酸性条件下水解得到除去酰基的另一类目标产物5a’。具体操作步骤如下。

将5a（2.9克，5.0 mmol）溶于15 mL无水乙醇中，冰水浴冷却至0℃，缓慢滴加事先配好的KOH-EtOH溶液，约1小时滴加完全，自然升至室温，搅拌反应10小时，薄层层析检测反应完全。减压除去溶剂，残余物用甲苯重结晶，得目标化合物5a’ 1.56 g，产率82%。

实施例5：L-苯丙氨醇4a的合成

将33.4 g（0.20 mol）L-苯丙氨酸悬浮于于500 mL 干燥的THF中，冷却至0℃，一次性加入18.3 g硼氢化钠（0.48 mol），搅拌成悬浮液，从滴液漏斗逐滴加入溶有51.0 g碘（0.20 mol）THF（125 mL）溶液，约40分钟滴加完毕。反应液温度升至室温，加热回流搅拌18小时。TLC检测反应进程。反应结束后，降至室温，小心加入250 mL 甲醇，搅拌半小时直至获得澄清溶液。将该溶液转入一圆底烧瓶，减压蒸除至白色半固体状物质出现。将该物质溶于375 mL 20%KOH水溶液，室温搅拌反应5小时。用二氯甲烷萃取6次（每次约需300 mL），合并后蒸干，得29.03 g白色固体，产率为96%。该产物无需进一步纯化，直接用于下一步反应。

将L-苯丙氨酸（L-Phe）更换为其它天然或非天然氨基酸，如L-缬氨酸（L-Val）等，采取上述同样操作，可获得一系列氨基醇，用于下一步反应。

实施例6：目标化合物5c的合成

将1.51 g（10 mmol）L-苯丙氨醇4a固体粉末一次性加入到溶有3.90 g（10 mmol）化合物2a的二氯甲烷溶液中，加完后室温继续搅拌24小时。减压除去溶剂，残余物快速柱层析（洗脱液为石油醚和乙酸乙酯，体积比为5比1）得目标化合物5c 4.35 g，产率82%。目标化合物5c的核磁共振氢谱见附图5。将L-苯丙氨醇4a换成D-苯丙氨醇，采取上述同样方法可获得目标化合物5d，产率84%。5d的核磁共振氢谱见附图6。

目标化合物5c的氢谱：¹HNMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.90-7.27 (m, 6H), 5.76-5.73 (m, 1H), 5.37-5.34 (m, 1H), 5.05-4.99 (m, 2H), 4.30-4.28 (m, 1H), 4.12-4.11 (m, 2H), 3.85-3.83 (m, 2H), 2.08-1.99 (m, 14H)。

目标化合物5d的氢谱：¹HNMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.33-7.27 (m, 5H), 6.97 (b, 1H), 5.38-5.34 (m, 1H), 5.12-5.08 (m, 1H), 5.05-5.03 (m, 1H), 4.32-4.29 (m, 2H), 4.18-4.15 (m, 1H), 3.88-3.73 (m, 1H), 3.62-3.60 (m, 1H), 2.86-2.84 (m, 1H), 2.09-2.05 (m, 14H)。

将L-苯丙氨醇4a更换为其它天然或非天然氨基醇，如L-苯甘氨醇等，采取上述同样操作，可获得一系列其它目标化合物。

实施例7：目标化合物杀虫活性测试

材料与方法

供试昆虫

粘虫（Mythiman separata Walker），由西北农林科技大学无公害农药研究服务中心养虫室提供，饲养条件：温度25±1℃，RH70%~80%，光周期12L：12D，饲料燕麦叶。选择个体发育一致的3龄初幼虫供试。

供试化合物

上述合成的糖基硫脲类化合物5a、5b、5c、5d等。

试验方法

1、毒杀作用测定

将样品用丙酮配制成不同浓度的溶液，浸渍燕麦叶（约1.2×1.2cm）10片，每次浸1片，待药液挥干后，放入直径9cm培养皿中，每皿接10头3龄初刚蜕皮幼虫，置培养室（温度25±1℃）中饲养，24 h后每日更换新鲜叶片。每处理重复3次，以丙酮处理为对照。96 h后检查结果，计算死亡率。幼虫触之不动者为死亡。

2、生长发育抑制作用测定

将样品用丙酮配制成不同浓度的溶液，浸渍燕麦叶（约1.2×1.2cm）10片，每次浸1片，待药液挥干后，放入直径9 cm培养皿中，每皿接10头3龄初刚蜕皮幼虫，置培养室（温度25±1℃）中饲养，24 h后每日更换新鲜叶片。每处理重复3次，以丙酮处理为对照。分别于处理前和处理96 h后称量幼虫体重，计算体重增加量和生长发育抑制率。

目标化合物5a、5b、5c和5d在供试浓度下对粘虫3龄幼虫的生长发育均具有一定的抑制作用，其中化合物5c的抑制作用最强，在100mg/L浓度处理下生长发育抑制率为47.38%（测试结果见表-1）。

Claims

1.通式（I）所示的化合物在预防或防治粘虫中的应用，

Z = -CH₂OH 或 -CO₂Et。