CN106749199B - 赤霉酸衍生物及其制备方法和应用 - Google Patents

赤霉酸衍生物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于植物生长调节剂技术领域，具体涉及赤霉酸衍生物及其制备方法和应用。本发明将式II所示化合物与式III所示的取代炔酰胺进行点击反应，得到式IV所示三唑类化合物；三唑类化合物经路易斯酸脱除2,4‑二甲氧基苄基保护，得到赤霉酸衍生物CAU2016‑GA。本发明提供的赤霉酸衍生物CAU2016‑GA的制备方法所需原料便宜、反应路线简单、反应条件温和、所得化合物生物活性。所得赤霉酸衍生物CAU2016‑GA对拟南芥下胚轴的生长具有明显的抑制效果，是潜在的植物生长延缓剂。

Description

赤霉酸衍生物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于植物生长调节剂技术领域，具体涉及赤霉酸衍生物及其制备方法和应用。
背景技术
赤霉素是一种常见的植物激素，属于双萜类化合物，在植物的各个生长发育阶段都具有重要的调控作用，如可以调控植物种子的萌发、茎的伸长等。20世纪，半矮秆基因的利用降低了赤霉素的含量，使植物株高降低，得到抗倒伏、株型紧凑的优良作物形态，最终获得高产。
甲哌鎓、多效唑、烯效唑等赤霉素生物合成抑制剂一直以来都被用来降低株高、调节株型，也给农业生产带来了巨大的经济效益。然而，这些抑制剂的选择性较低，通常会抑制多种酶的活性，而影响植物的多种生理活性。例如烯效唑在抑制贝壳杉烯氧化酶的同时，也会强烈抑制脱落酸8’-羟基化酶的活性，对粮食作物穗发育带来副作用。因此，以赤霉素受体为靶标，设计并研发专一性抑制赤霉素信号转导的抑制剂非常必要。目前，这一类研究在国内外报道非常少见。
发明内容
本发明的目的是提出赤霉酸衍生物及其制备方法和应用，本发明通过分析已有的拟南芥与水稻赤霉素受体的晶体结构以及可能的作用机理，设计了一系列以赤霉素GA3(赤霉酸)为原料衍生出来的赤霉素受体抑制剂，并对这一系列化合物进行了生物活性测试，发现一些较好的调节植物生长的赤霉酸衍生物。具体技术方案如下：
赤霉酸衍生物(CAU2016-GA)为式I所示化合物或其药学上可接受的盐；
其中，R为苯基、苯甲基、对甲基苯甲基、对甲氧基苯甲基、对氯苯基、α-萘甲基、对氯邻异丙基苯基、丙基、2，2，3，3-四甲基环丙基、叔丁基、甲基、氯甲基、2-氯吡啶基、3，6-二氯吡啶基或吡啶基。
所述赤霉酸衍生物的制备方法，包括如下步骤：
1)将式II所示的化合物与式III所示的取代炔酰胺进行点击反应，得到式IV所示的三唑类化合物；
2)式IV所示的三唑类化合物经路易斯酸脱除2，4-二甲氧基苄基，得到式I所示的化合物；
其中式III和式IV中R的定义同式I。
式II所示化合物按照文献(Huigens III.Nat.Chem.2013,5,195-202.；Ghosh,P.The J.Org.Chem.2011,76,4168-4172.；MacMillan,J.J.Chem.Soc.PerkinTrans.I1986,309-313.；Saito,Y.Tetrahedron2008,64,3578-3588.)中的方法制备：
所述赤霉酸衍生物在植物生长调节剂中的应用。
所述植物生长调节剂对植物的调节为延缓植物生长、抑制茎杆伸长、缩短植物节间、促进花茎分化、促进叶片生长、提高植物抗逆性能和提高植物产量的一种及以上；所述植物为拟南芥、水稻、玉米或小麦。
所述植物生长调节剂的活性成分为式I化合物或其药学上可接受的盐。
所述植物生长调节剂为植物生长调节剂乳油、植物生长调节剂可湿性粉剂和植物生长调节剂组合物。
所述植物生长调节剂乳油由下述质量百分含量的物质组成：
1～10％式I所示化合物或其药学上可接受的盐；5～15％乳化剂；0.1～1％渗透剂；余量的溶剂。
所述植物生长调节剂可湿性粉剂由下述质量百分含量的物质组成：15～50％式I所示化合物或其药学上可接受的盐；10～20％表面活性剂；30～75％白碳黑。
所述植物生长调节剂组合物的活性成分由a)和b)组成，所述a)为式I所示化合物或其药学上可接受的盐，所述b)为多效唑、烯效唑、乙烯利的一种及以上，所述a)和b)的质量比为(1-90)：(10-99)。
本发明的有益效果为：本发明提供的赤霉酸衍生物(CAU2016-GA)的制备方法所需原料便宜、反应路线简单、反应条件温和、所得化合物生物活性好。赤霉酸衍生物CAU2016-GA对拟南芥下胚轴的生长具有明显的抑制效果，是潜在的植物生长延缓剂。
附图说明
图1为式CAU2016-GA-10所示的化合物的核磁共振氢谱图。
图2为式CAU2016-GA-10所示的化合物的核磁共振碳谱图。
图3为式CAU2016-GA-10所示的化合物的高分辨质谱图。
具体实施方式
本发明提出了赤霉酸衍生物及其制备方法和应用，下面结合实施例对本发明作进一步说明。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1：化合物CAU2016-GA-10(R＝叔丁基)的制备及结构鉴定。
(1)在100ml的圆底烧瓶中，将特戊酰氯(2.89g，24mmol)溶于30ml无水二氯甲烷，在冰浴和氮气保护条件下，缓慢滴加溶于少量无水二氯甲烷的三乙胺(3.04g，30mmol)和炔丙胺(1.10g，20mmol)混合物，滴加完毕后撤去冰浴，在氮气保护条件下继续反应3h，反应结束后用水猝灭，用二氯甲烷萃取，用30ml的1N稀盐酸水溶液，30ml饱和食盐水溶液洗涤有机相3次，无水硫酸钠干燥后减压浓缩除去二氯甲烷，石油醚乙酸乙酯中重结晶得到白色固体2.51g，产率90％。
(2)在500ml圆底烧瓶中加入赤霉素GA3(17.32g，50mmol)，无水吡啶150ml，乙酸酐100ml，4-二甲氨基吡啶(DMAP)(0.3g，2.5mmol)，常温下反应过夜，反应结束后用水猝灭，减压除去吡啶，用2N稀盐酸洗掉剩余的吡啶与盐，用150ml二氯甲烷萃取3次，无水硫酸钠干燥后除去二氯甲烷，乙酸乙酯/石油醚重结晶得到白色固体19.59g，产率91％。
(3)取(2)中所得的产物3，13-乙酰基赤霉素(8.61g，20mmol)，EDCI(8.63g，30mmol)，DMAP(0.12g，1mmol)，依次放入300ml的圆底烧瓶中，100ml无水二氯甲烷溶解，氮气保护，冰浴下搅拌15min，缓慢滴加溶于20ml二氯甲烷的2，4-二甲氧基苄醇(3.36g，20mmol)，滴完之后撤掉冰浴，反应3h。反应完成之后加水猝灭，1N稀盐酸洗涤，100ml二氯甲烷萃取3次，100ml饱和食盐水洗涤2次，无水硫酸钠干燥，减压除去二氯甲烷，浓缩。甲醇中重结晶得到白色固体9.06g，产率78％。
(4)在250ml圆底烧瓶中加入(3)的酯化产物(8.72g，15mmol)，加入甲醇100ml，逐滴加入饱和碳酸钾水溶液，直到pH在9到10之间。继续搅拌30min，加入1N的稀盐酸调pH为7。用60ml二氯甲烷萃取3次，100ml饱和食盐水洗涤2次，无水硫酸钠干燥，减压除去二氯甲烷，柱层析得到白色固体6.47g，产率80％。
(5)在200ml的圆底烧瓶中加入(4)的产物(5.39g，10mmol)，加入80ml无水吡啶，氮气保护，冰浴下滴加用少量二氯甲烷稀释的甲磺酰氯(1.26g，11mmol)，滴加完毕之后撤去冰浴，反应3h。加水猝灭反应，2N稀盐酸洗涤反应体系，用80ml二氯甲烷萃取3次，80ml饱和食盐水洗涤2次，无水硫酸钠干燥，减压除去二氯甲烷，柱层析得到白色固体5.24g，产率85％。
(6)100ml圆底烧瓶中加入(5)所得的产物(4.93g，8mmol)用50ml DMF溶解，加入NaN3(1.56g，24mmol)，加热到55℃，反应3h。将反应体系倒入冰水混合物中，用60ml乙酸乙酯萃取3次，无水硫酸钠干燥，减压除去乙酸乙酯，柱层析得到白色固体2.93g，产率65％。
(7)取(1)中所得产物特戊酰炔丙胺(0.70g，5mmol)，(6)所得到的叠氮产物(2.82g，5mmol)，依次加入100ml圆底烧瓶中，用30ml二氯甲烷溶解，向圆底烧瓶中依次加入5ml水溶解抗坏血酸钠(50mg，0.25mmol)与五水硫酸铜(63mg，0.25mmol)，然后加入10ml甲醇使体系成为均匀的混合体系，常温下反应过夜。反应完成后，用50ml二氯甲烷萃取3次，无水硫酸钠干燥，柱层析得到白色固体2.64g，产率75％。
(8)取所得的三唑产物(2.46g，3.5mmol)溶于20ml无水二氯甲烷，加入ZnCl2(1.43g，10.5mmol)，反应30min。反应完成后用硅藻土过滤，甲醇洗涤，减压除去溶剂，柱层析得到白色固体1.57g，产率81％。
结构确证数据：
1H-NMR(300MHz，DMSO-d6):δ12.82(s，1H，COOH)，8.05(t，J＝5.8Hz，1H，CONH)，7.61(s，1H，1，2，3-triazole)，6.63(dd，J＝9.3，2.4Hz，1H，H-1)，5.92(dd，J＝9.3，2.4Hz，1H，H-2)，5.77(d，J＝2.4Hz，1H，H-3)，5.13(s，1H，H-17)，5.00(s，1H，H-17’)，4.30(d，J＝5.7Hz，2H，CONHCH2)，3.14(d，J＝10.6Hz，1H，H-5)，2.57(d，J＝10.7Hz，1H，H-6)，2.33-2.04(m，6H)，1.99(s，3H，COCH3)，1.85-1.72(m，3H)，1.10(s，9H，(CH3)3C)，1.00(s，3H，CH3).
其他通式为CAU2016-GA的系列化合物均按照上述方法制备得到。化合物编号，R对应的取代基团、理化数据见表1，结构鉴定的核磁共振氢谱、质谱数据见表2，图1为式CAU2016-GA-10所示的化合物的核磁共振氢谱图，图2为式CAU2016-GA-10所示的化合物的核磁共振碳谱图，图3为式CAU2016-GA-10所示的化合物的高分辨质谱图。
表1通式为CAU2016-GA的系列化合物的编号、取代基团、理化数据(其中，Naphthyl：萘基；Pyridyl：吡啶基)
表2CAU2016-GA系列化合物核磁共振氢谱、高分辨数据(Pos：质谱测定的正离子模式；Neg：质谱测定的负离子模式)
实施例2：化合物CAU2016-GA-10乳油的配制
在100mL容量瓶中加入1～10g化合物CAU2016-GA-10，5～15g乳化剂，0.1～1g渗透剂，然后用溶剂如甲苯、二甲苯等定容得化合得到化合物CAU2016-GA-10的质量含量为1～10％的乳油。其中，所述乳化剂为如农乳0203B，0208，GFC，OP-10，吐温-60等表面活性剂；所述渗透剂为渗透剂JFC，渗透剂OE-35等。
其他通式为CAU2016-GA的化合物的乳油均可按照上述方法制备得到。
实施例3：化合物CAU2016-GA-10可湿性粉剂的配制
取15～50g化合物CAU2016-GA-10，10～20g表面活性剂，30～75g白碳黑，经混合粉碎后得化合物CAU2016-GA-10的质量含量为15～50％的可湿性粉剂。
其他通式为CAU2016-GA的化合物的可湿性粉剂均可按照上述方法制备得到。
实施例4：通式为CAU2016-GA的化合物延缓植物生长的活性的测定
测定方法(拟南芥下胚轴生长法)：以拟南芥下胚轴黑暗条件下生长长度为指标。拟南芥品种为哥伦比亚野生型(Arabidopsis thaliana)。将不同浓度的药液与融化的1/2MS培养基混合，制成不同浓度梯度的培养基，将拟南芥种子点在培养基表面，黑暗下培养6天，测量下胚轴长度。通式为CAU2016-GA的化合物的抑制下胚轴长度的活性数据见表3。
表3 CAU2016-GA系列化合物100μmol/L浓度下对拟南芥下胚轴生长的抑制率(％)
从表3可以看出，化合物CAU2016-GA对拟南芥下胚轴的生长具有明显的抑制效果，其中化合物CAU2016-GA-06和CAU2016-GA-14对拟南芥下胚轴的生长抑制率分别达到40.7％和29.8％。
实施例5：通式为CAU2016-GA的化合物延缓植物生长的活性的测定
测定方法(水稻点滴法)：以水稻第二叶鞘长度在光照条件下正常生长长度为指标。水稻品种为野生稻日本晴(Oryza sativa L.)。取配制好的特定浓度的药液滴于培养四天的水稻的第二下胚轴与胚芽鞘之间的缝隙中，每株滴1μL。之后培养3天，测量第二叶鞘长度。通式为CAU2016-GA的化合物的抑制第二叶鞘生长的活性数据见表4。
表4 CAU2016-GA系列化合物100μmol/L浓度下对水稻第二叶鞘生长的抑制率(％)
从表4可以看出，化合物CAU2016-GA对水稻第二叶鞘的生长具有明显的抑制效果，其中化合物CAU2016-GA-03和CAU2016-GA-04对水稻第二叶鞘的生长抑制率达到了38.4％。

Claims (9)

1.赤霉酸衍生物，其特征在于，所述赤霉酸衍生物为式I所示化合物或其药学上可接受的盐；
其中，R为苯基、苯甲基、对甲基苯甲基、对甲氧基苯甲基、对氯苯基、α-萘甲基、对氯邻异丙基苯基、丙基、2，2，3，3-四甲基环丙基、叔丁基、甲基、氯甲基、2-氯吡啶基、3，6-二氯吡啶基或吡啶基。
2.权利要求1所述的赤霉酸衍生物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将式II所示的化合物与式III所示的取代炔酰胺进行点击反应，得到式IV所示的三唑类化合物；
2)式IV所示的三唑类化合物经路易斯酸脱除2，4-二甲氧基苄基，得到式I所示的化合物；
其中式III和式IV中R的定义同式I。
3.权利要求1所述的赤霉酸衍生物在植物生长调节剂中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述植物生长调节剂对植物的调节为延缓植物生长、抑制茎杆伸长、缩短植物节间、促进花茎分化、促进叶片生长、提高植物抗逆性能和提高植物产量的一种及以上；所述植物为拟南芥、水稻、玉米或小麦。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述植物生长调节剂的活性成分为式I所示化合物或其药学上可接受的盐。
6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述植物生长调节剂为赤霉酸衍生物乳油、可湿性粉剂和不同种类调节剂的混剂。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述赤霉酸衍生物乳油由下述质量百分含量的物质组成：1～10％式I所示化合物或其药学上可接受的盐；5～15％乳化剂；0.1～1％渗透剂；余量的溶剂。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述可湿性粉剂由下述质量百分含量的物质组成：15～50％式I所示化合物或其药学上可接受的盐；10～20％表面活性剂；30～75％白碳黑。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述不同种类调节剂混剂的活性成分由a)和b)组成，所述a)为式I所示化合物或其药学上可接受的盐，所述b)为多效唑、烯效唑、乙烯利的一种及以上；所述活性成分a)和b)的质量比为(1-90)：(10-99)。
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