CN114230537B - 一类含丙醇胺结构的2h-1,4-苯并噁嗪-3(4h)-酮类化合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一类含丙醇胺结构的2H‑1,4‑苯并噁嗪‑3(4H)‑酮类化合物,其特征在于:其结构式如下:其中R1为氢或溴;R2为卤素、烷烃或烷氧基。本发明在含“苯胺”的2H‑1,4‑苯并噁嗪‑3(4H)‑酮衍生物结构基础上;增加苯胺上不同的取代基,将化合物2H‑1,4‑苯并噁嗪‑3(4H)‑酮中6位的“氢”替换为“溴”,合成了系列含丙醇胺结构的2H‑1,4‑苯并噁嗪‑3(4H)‑酮类化合物。通过化合物的抗植物病毒、细菌和真菌测试发现,该类化合物对多种植物细菌、真菌和病毒表现出良好的抑制活性。
Description
技术领域
本发明涉及药物化学领域,特别涉及一类含丙醇胺结构的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮类化合物的制备方法及在抗植物病毒、细菌和真菌方面的应用。
背景技术
2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮(2H-1,4-benzoxazin-3(4H)-one),又名2,5-二苯基-1,3-氧氮杂茂2,5-二苯基唑。在有机合成和药物生产中有着广泛的用途,是除草剂(DIBOA)、抗癌药物(卡帕蒙辛A)的重要中间体。
虽然2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮还没有商品化的农药,但其在医药抗肿瘤、抗癌症等方向的文献都表明,其是一种高效、低毒的活性骨架模板。因而今年来被广泛应用于绿色、高效、低毒农药的创制。例如:4-(3-(4-(3-(9H-咔唑-9-基)-2-羟丙基)哌嗪-1-基)-2-羟丙基)-2H苯并[b][1,4]恶嗪-3(4H)-酮对水稻白叶枯、柑橘溃疡和猕猴桃溃疡等植物细菌具有较好的抑制活性:通常半抑制率为4.9-8.5μg/mL。
本课题在论文Antibiotic activities of propanolamine containing 1,4-benzoxazin-3-ones against phytopathogenic bacteria(DOI:10.1039/c9ra09639f)中合成了一类含苯胺的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮衍生物,其结构如下:在该结构中,R为甲基、甲氧基或氯。
本课题在前期研究的基础上,将2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮上6位的“氢”变成了“溴”;将R2变成了卤素、乙氧基或同时存在卤素和甲基。期望能够发现结构新颖的一类含丙醇胺结构的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮类抗植物病毒、细菌和真菌的化合物。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种具有抗植物病毒、细菌或真菌的新型含丙醇胺的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮类化合物,用于防治植物病害引起的病毒、细菌或真菌病害。
本发明的技术方案:一类含丙醇胺结构的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮类化合物,其结构式如下:其中R1为氢或溴;R2为卤素、烷烃或烷氧基。
优选的,R2为卤素、甲基、甲氧基、乙氧基或被其中两个基团同时取代。
进一步的,所述的卤素为邻、间或对位取代;两个基团同时取代为卤素与甲基、两个甲基或两个甲氧基。
反应式如下:
所述的一类含丙醇胺结构的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮类化合物在制备植物病毒、细菌和真菌病害药物中的应用。
本发明的有益效果:本发明在含苯胺的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮衍生物的结构基础上;增加了苯胺上取代基的种类和数量,从只有氯、甲基和甲氧基变为各种卤素、甲基、甲氧基、乙氧基或以上两个基团同时取代,同时将化合物结构中6位的“氢”变成了“溴”,合成了一系列含苯胺的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮衍生物。与前期工作相比,化合物的生物活性范围从只针对细菌到对细菌、病毒和真菌都有抑制效果,对细菌、病毒和真菌的抑制效果从一般到良好。化合物C1-C19对真菌的活性最好,其中以化合物C14对茶树轮斑的EC50最优,达13.53μg/mL,远优于对照药烯酰吗啉(287.20μg/mL),与对照药萎锈灵(11.37μg/mL)相当。通过构效分析发现,化合物C1-C19活性的巨大提升来至于R1基团从“氢”变为“溴”,同时R2基团为F时候的广谱抗菌性有显著提高,证明在2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮衍生物中引入合适的卤素会显著提高化合物的抗病广谱性和抑制活性,此思路可为新农药的研发和创制提供重要的科学理论基础。
具体实施方式
含苯胺的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮类化合物的合成路线
以2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮为起始原料,通过亲电反应、环氧开环合成目标化合物C。
中间体的制备
4-(环氧乙烷-2-甲基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮的制备
在100mL圆底烧瓶中加入2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮(10.00g,67.05mmol)和K2CO3(9.27g,67.05mmol)与40mL异丙醇,搅拌10min后缓慢滴加环氧溴丙烷(10.10g,73.75mmol),并在60℃搅拌反应6h。TLC检测反应结束后蒸除溶剂,粗产品经柱层析纯化得化合物B,白色油状,产率86.98%。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.11(dd,J=7.7,1.8Hz,1H,1,4-benzoxazin-3-one-7-H),6.95–6.86(m,3H,1,4-benzoxazin-3-one-5,6,8-3H),4.54–4.44(m,2H,1,4-benzoxazin-3-one-2-2H),4.41(dd,J=15.1,3.0Hz,1H,1,4-benzoxazin-3-one-N-CH),3.53(dd,J=15.1,5.9Hz,1H,1,4-benzoxazin-3-one-N-CH),3.11(ddt,J=5.9,4.1,2.8Hz,1H,CH),2.72(t,J=4.4Hz,1H,1,4-benzoxazin-3-one-N-CH2-CH-CH),2.57(dd,J=4.8,2.6Hz,1H,1,4-benzoxazin-3-one-N-CH2-CH-CH);13C NMR(100MHz,CDCl3)δ164.8,145.2,129.0,124.2,123.0,116.9,115.9,67.6,49.9,45.4,43.8;HR-MS(ESI):m/zcalcd for C11H12O3N([M+H]+)206.08117,found 206.08054.
目标化合物C1-C19的合成(以化合物C1的合成为例)
在25mL圆底烧瓶中依次加入化合物B(400.00mg),异丙醇(10ml),K2CO3(269mg)和邻氟苯胺(217mg),60℃搅拌反应7h后结束反应。TLC检测反应结束后蒸除溶剂,粗产品经柱层析纯化得化合物C1,白色固体,产率32.47%,熔点118-119℃。C2-C19的合成参数与C1一致,不同的是选择相应的R2取代物。
目标化合物C1
白色固体;产率32.47%;熔点118-119℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.13(dd,J=7.5,2.4Hz,1H,Ar-5-H),7.05–6.95(m,5H,Ar-3-H,1,4-Benzoxazin-3-one-5,6,7,8-4H),6.74(t,J=9.0Hz,1H,Ar-6-H),6.70–6.64(m,1H,Ar-4-H),4.64(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.23(p,J=5.8Hz,1H,CH),4.12(d,J=5.8Hz,2H,N-CH2),3.38(dd,J=13.2,4.6Hz,1H,NH-CH),3.25(dd,J=13.2,6.4Hz,1H,NH-CH);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ166.12,153.11,150.73,145.34,136.42,128.90,124.52,123.04,117.71,117.29,115.42,114.82,112.76,68.97,67.63,47.54,46.26;19FNMR(376MHz,CDCl3)δ-135.56;HR-MS(ESI):m/zcalcd for C17H18O3N2F([M+H]+)317.12891,found 317.12960.
目标化合物C2
白色固体;产率64.29%;熔点73-74℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.04–6.98(m,2H,Ar-5-H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),6.95–6.88(m,3H,1,4-Benzoxazin-3-one-5,6,8-3H),6.32(t,J=8.1Hz,2H,Ar-2,6-2H),6.26(d,J=11.5Hz,1H,Ar-4-H),4.53(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.14–4.07(m,1H,CH),4.02(t,J=6.4Hz,1H,N-CH),3.95(dd,J=14.4,4.6Hz,1H,N-CH),3.22(dd,J=13.1,4.3Hz,1H,NH-CH),3.07(dd,J=13.1,6.3Hz,1H,NH-CH);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ166.08,165.28,149.82,145.36,130.49,128.77,124.57,123.04,117.32,115.41,109.27,104.64,99.97,68.59,67.58,47.60,46.05;19FNMR(376MHz,CDCl3)δ-112.54;HR-MS(ESI):m/zcalcd for C17H18O3N2F([M+H]+)317.12897,found 317.12960.
目标化合物C3
白色固体;产率85.93%;熔点111-112℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.07–7.03(m,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),6.97–6.92(m,3H,1,4-Benzoxazin-3-one-5,6,8-3H),6.82(t,J=8.7Hz,2H,N-Ar-2,6-2H),6.54(dd,J=8.9,4.4Hz,2H,N-Ar-3,5-2H),4.56(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.12(p,J=5.9Hz,1H,CH),4.03(d,J=5.9Hz,2H,N-CH2),3.23(dd,J=12.9,4.3Hz,1H,NH-CH),3.08(dd,J=12.9,6.2Hz,1H,NH-CH);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ166.04,157.49,155.15,145.34,144.28,128.82,124.54,123.03,117.31,115.69,114.64,68.64,67.60,48.61,46.11;19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-126.78;HR-MS(ESI):m/zcalcd for C17H18O3N2F([M+H]+)317.12878,found 317.12960.
目标化合物C4
白色油状;产率48.92%;熔点109-110℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.24(dd,J=7.9,1.5Hz,1H,Ar-3-H),7.10(ddd,J=9.6,6.2,2.0Hz,2H,Ar-5,6-2H),7.01–6.94(m,3H,1,4-benzoxazin-3-one-5,6,8-3H),6.70–6.61(m,2H,1,4-benzoxazin-3-one-7-H,Ar-4-H),4.80–4.71(m,1H,NH),4.59(s,2H,1,4-benzoxazin-3-one-2-2H),4.23–4.16(m,1H,OH),4.08(d,J=5.8Hz,2H,1,4-benzoxazin-3-one-N-CH2),3.40–3.30(m,2H,Ar-NH-CH 2),3.24(dt,J=13.1,5.8Hz,1H,CH);13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.0,145.4,143.8,129.3,128.9,128.0,124.5,123.0,120.0,118.0,117.3,115.5,111.7,68.8,67.6,47.4,46.2;HR-MS(ESI):m/z calcd for C17H18O3N2Cl([M+H]+)333.10005,found 333.10162.
目标化合物C5
白褐色固体;产率60.04%;熔点108-109℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.25(dd,J=7.9,1.5Hz,1H,Ar-5-H),7.14–7.08(m,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H,Ar-2-H),7.01–6.96(m,3H,1,4-Benzoxazin-3-one-5,6,8-3H),6.67(dd,J=17.6,7.9Hz,2H,Ar-4,6-2H),4.61(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.22(p,J=5.8Hz,1H,CH),4.10(d,J=5.8Hz,2H,N-CH2),3.38(dd,J=13.2,4.8Hz,1H,NH-CH),3.25(dd,J=13.2,6.5Hz,1H,NH-CH);13CNMR(101MHz,CDCl3)δ166.10,145.34,143.76,129.35,128.87,127.92,124.50,123.02,119.81,118.07,117.27,115.48,111.72,68.77,67.61,47.37,46.22;HR-MS(ESI):m/zcalcd for C17H18O3N2Cl([M+H]+)333.09949,found 333.10005.
目标化合物C6
白色固体;产率81.87%;熔点126-127℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.04(t,J=8.9Hz,3H,N-Ar-3,5-2H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),6.97–6.92(m,3H,1,4-Benzoxazin-3-one-5,6,8-3H),6.53(d,J=8.9Hz,2H,N-Ar-2,6-2H),4.57(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.15–4.10(m,1H,CH),4.03(t,J=5.5Hz,2H,N-CH2),3.25(dd,J=13.1,4.4Hz,1H,NH-CH),3.09(dd,J=13.1,6.2Hz,1H,NH-CH);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ166.07,146.53,145.29,129.14,128.75,124.55,123.01,122.81,117.30,115.31,114.58,68.64,67.56,47.86,46.09;HR-MS(ESI):m/zcalcd for C17H16O3N2Cl([M+H]+)331.08578,found331.08440.
目标化合物C7
纯白色固体;产率48.68%;熔点132-133℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.18(d,J=8.9Hz,2H,Ar-3,5-2H),7.05–7.00(m,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),6.99–6.91(m,3H,1,4-Benzoxazin-3-one-5,6,8-3H),6.48(d,J=8.9Hz,2H,Ar-2,6-2H),4.56(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.12(p,J=6.0Hz,1H,CH),4.02(t,J=6.0Hz,2H,N-CH2),3.25(dd,J=13.1,4.4Hz,1H,NH-CH),3.09(dd,J=13.1,6.2Hz,1H,NH-CH);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ166.14,147.05,145.35,132.07,128.81,124.60,123.06,117.36,115.33,115.08,109.90,68.77,67.62,47.79,46.17;HR-MS(ESI):m/zcalcd for C17H18O3N2Br([M+H]+)377.04874,found 377.04953.
目标化合物C8
白色固体;产率42.96%;熔点141-142℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.35(d,J=8.7Hz,2H,Ar-3,5-2H),7.02(d,J=7.7Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),6.97–6.93(m,3H,1,4-Benzoxazin-3-one-5,6,8-3H),6.39(d,J=8.7Hz,2H,Ar-2,6-2H),4.56(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.12(dt,J=10.9,5.7Hz,1H,CH),4.04–3.96(m,2H,N-CH2),3.24(dd,J=13.1,4.3Hz,1H,NH-CH),3.09(dd,J=13.1,6.2Hz,1H,NH-CH);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ166.13,147.59,145.35,137.93,128.80,124.60,123.06,117.36,115.72,115.33,79.07,68.73,67.61,47.64,46.16;HR-MS(ESI):m/zcalcd for C17H18O3N2I([M+H]+)425.03467,found 425.03566.
目标化合物C9
灰色固体;产率94.99%;熔点100-101℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.11(dq,J=7.1,1.9,1.2Hz,1H,Ar-6-H),6.99–6.91(m,3H,3H,1,4-benzoxazin-3-one-5,6,8-3H),6.82(td,J=7.6,1.5Hz,1H,3H,1,4-benzoxazin-3-one-7-H),6.75(dd,J=8.0,1.5Hz,1H,Ar-3-H),6.67(td,J=7.6,1.6Hz,1H,Ar-4-H),6.61(dd,J=7.8,1.5Hz,1H,Ar-5-H),4.57(s,2H,1,4-benzoxazin-3-one-2-2H),4.17(dt,J=6.4,4.9Hz,1H,CH),4.05(d,J=5.8Hz,2H,N-CH2),3.80(s,3H,O-CH3),3.31(dd,J=13.2,4.7Hz,1H,Ar-N-H),3.19(dd,J=13.2,6.7Hz,1H,Ar-N-H);13C NMR(100MHz,CDCl3)δ165.3,160.6,152.5,145.3,129.9,129.3,124.2,122.8,117.0,116.2,108.9,104.6,102.6,67.7,65.8,61.7,55.2,53.3,49.2,46.4;HR-MS(ESI):m/z calcd forC18H21O4N2([M+H]+)329.14958,found 329.14877.
目标化合物C10
白色固体;产率53.49%;熔点112-113℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.30–7.26(m,1H,Ar-4-H),6.97–6.88(m,4H,1,4-Benzoxazin-3-one-5,6,7,8-4H),6.49(d,J=8.5Hz,2H,Ar-3,5-2H),4.53(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.18–4.06(m,4H,CH,OH,N-CH2),3.99–3.88(m,2H,O-CH2),3.75(s,6H,2O-CH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)δ165.2,153.2,145.3,137.0,123.0,124.1,124.1,122.9,117.0,116.1,105.1,68.8,67.7,56.1,44.7;HR-MS(ESI):m/z calcd for C19H22O6N([M+H]+)359.13688,found 359.13352.
目标化合物C11
白褐色固体;产率77.98%;熔点107-108℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.05(dd,J=7.7,2.3Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),6.94(dd,J=3.6,1.8Hz,3H,1,4-Benzoxazin-3-one-5,6,8-3H),6.73(t,J=9.2Hz,2H,Ar-3,5-2H),6.48(dd,J=8.4,4.8Hz,1H,Ar-6-H),4.56(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.19–4.13(m,1H,CH),4.05(d,J=5.8Hz,2H,N-CH2),3.28(dd,J=12.8,4.4Hz,1H,NH-CH),3.11(dd,J=12.8,6.3Hz,1H,NH-CH),2.11(s,3H,CH3);13CNMR(101MHz,CDCl3)δ166.05,157.02,145.35,142.15,128.85,124.98,124.55,123.01,117.31,116.99,115.42,112.98,111.29,68.62,67.59,48.18,46.16,17.65;19FNMR(376MHz,CDCl3)δ-127.50;HR-MS(ESI):m/z calcd forC18H20O3N2F([M+H]+)331.14462,found 331.14525.
目标化合物C12
淡黄白色固体;产率62.33%;熔点114-115℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.10(dd,J=7.8,2.2Hz,1H,Ar-3-H),7.05–6.99(m,5H,Ar-5-H,1,4-Benzoxazin-3-one-5,6,7,8-4H),6.53(d,J=8.9Hz,1H,Ar-6-H),4.62(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.22(p,J=5.7Hz,1H,CH),4.10(dd,J=5.7,3.2Hz,2H,N-CH2),3.34(dd,J=12.9,4.4Hz,1H,NH-CH),3.17(dd,J=12.9,6.4Hz,1H,NH-CH),2.15(s,3H,CH3);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ166.05,145.28,144.44,129.91,128.75,126.67,124.64,124.54,122.98,122.22,117.29,115.31,111.29,68.57,67.53,47.57,46.08,17.36;HR-MS(ESI):m/z calcd forC18H20O3N2Cl([M+H]+)347.11493,found 347.11570.
目标化合物C13
白色固体;产率56.82%;熔点125-126℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.09(d,J=7.5Hz,2H,Ar-3,5-2H),7.03(dd,J=7.7,2.3Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),6.96–6.91(m,3H,1,4-Benzoxazin-3-one-5,6,8-3H),6.41(d,J=8.9Hz,1H,Ar-6-H),4.54(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.14(p,J=5.9Hz,1H,CH),4.02(dd,J=5.7,3.1Hz,2H,N-CH2),3.26(dd,J=12.9,4.2Hz,1H,NH-CH),3.09(dd,J=12.9,6.3Hz,1H,NH-CH),2.07(s,3H,CH3);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ166.10,145.35,144.98,132.71,129.68,128.81,125.10,124.59,123.03,117.35,115.36,111.79,109.45,68.63,67.59,47.51,46.13,17.34;HR-MS(ESI):m/z calcd for C18H18O3N2Br([M+H]+)389.05112,found 389.04953.
目标化合物C14
褐色固体;产率61.19%;熔点101-102℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.22(d,J=2.2Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),7.02(dd,J=8.5,2.1Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-5-H),6.82–6.76(m,3H,N-Ar-2,6-2H,1,4-Benzoxazin-3-one-8-H),6.51(dd,J=9.0,4.4Hz,2H,N-Ar-3,5-2H),4.51(d,J=1.1Hz,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.07(p,J=6.3Hz,1H,CH),3.93(d,J=5.8Hz,2H,N-CH2),3.18(dd,J=12.9,4.4Hz,1H,NH-CH),3.03(dd,J=12.9,6.5Hz,1H,NH-CH);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ165.48,157.51,155.17,144.40,144.13,130.27,127.10,118.68,115.95,115.73,115.12,114.60,114.53,68.34,67.49,48.42,46.13;19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-126.64;HR-MS(ESI):m/zcalcd for C17H17O3N2Br([M+H]+)395.03937,found 395.04011.
目标化合物C15
白褐色固体;产率61.14%;熔点119-120℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.29(d,J=2.1Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),7.15–7.10(m,3H,1,4-Benzoxazin-3-one-5-H,N-Ar-3,5-2H),6.87(d,J=8.5Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-8-H),6.62(s,1H,N-Ar-2-H),6.60(s,1H,N-Ar-6-H),4.62(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.21–4.15(m,1H,CH),4.04(d,J=6.5Hz,2H,N-CH2),3.32(dd,J=13.1,4.5Hz,1H,NH-CH),3.16(dd,J=13.2,6.4Hz,1H,NH-CH);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ163.64,144.45,142.49,128.36,127.32,125.23,121.16,116.72,116.66,113.24,112.75,66.65,65.60,45.94,44.31;HR-MS(ESI):m/zcalcd for C17H16BrClN2O3([M+H]+)411.00328,found 411.00495.
目标化合物C16
白色油状;产率31.56%;熔点119-120℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.23(d,J=2.1Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),7.21–7.17(m,1H,N-Ar-3-H),7.09–7.01(m,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-5-H,N-Ar-5-H),6.79(d,J=8.5Hz,1H,N-Ar-6-H),6.61(dd,J=16.7,8.0Hz,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-8-H,N-Ar-4-H),4.54(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.19–4.12(m,1H,CH),4.04–3.95(m,2H,N-CH2),3.33(dd,J=13.3,4.7Hz,1H,NH-CH),3.18(dd,J=13.3,6.6Hz,1H,NH-CH);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ165.58,144.40,143.60,130.35,129.41,127.95,127.11,119.94,118.69,118.59,118.26,115.18,111.69,68.55,67.54,47.35,46.26;HR-MS(ESI):m/z calcd for C17H16BrClN2O3([M+H]+)410.00237,found 410.00432.
目标化合物C17
白色固体;产率63.35%;熔点111-112℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.21(d,J=3.3Hz,2H,N-Ar-3,5-2H),7.19(d,J=2.3Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),7.05(dd,J=8.5,2.1Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-5-H),6.80(d,J=8.5Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-8-H),6.51(d,J=8.8Hz,2H,N-Ar-2,6-2H),4.55(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.12(p,J=6.1Hz,1H,CH),3.97(d,J=5.8Hz,2H,N-CH2),3.25(dd,J=13.1,4.5Hz,1H,NH-CH),3.09(dd,J=13.1,6.5Hz,1H,NH-CH);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ146.63,144.41,130.26,127.17,118.66,118.59,115.28,115.17,110.32,68.48,67.52,47.86,46.21;HR-MS(ESI):m/z calcd for C17H16Br2N2O3([M+H]+)453.95277,found 453.95494.
目标化合物C18
褐色油状;产率60.56%;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.26(d,J=2.1Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),7.02(dd,J=8.5,2.1Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-5-H),6.79(t,J=8.7Hz,2H,N-Ar-4,5-2H),6.71(d,J=6.6Hz,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-8-H),6.67–6.57(m,2H,N-Ar-3,6-2H),4.53(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.14(dt,J=6.9,2.8Hz,1H,CH),4.01–3.92(m,2H,N-CH2),3.77(s,3H,CH3),3.28(dd,J=13.2,4.6Hz,1H,NH-CH),3.14(dd,J=13.2,6.9Hz,1H,NH-CH);13C NMR(101MHz,CDCl3)δ165.45,147.27,144.42,137.54,130.46,126.98,121.30,118.83,118.50,117.67,115.10,110.58,109.70,68.75,67.55,55.51,47.73,46.40;HR-MS(ESI):m/z calcd for C18H20O4N2Br([M+H]+)407.05923,found 407.06010.
目标化合物C19
白色固体;产率72.49%;熔点126-127℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.25(d,J=2.2Hz,1H,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-7-H),7.03(dd,J=8.5,2.2Hz,1H,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-5-H),6.87–6.81(m,2H,1H,1,4-Benzoxazin-3-one-8-H,Ar-5-H),6.78(d,J=8.5Hz,1H,Ar-3-H),6.50(d,J=8.0Hz,1H,Ar-6-H),4.54(s,2H,1,4-Benzoxazin-3-one-2-2H),4.13(tt,J=6.7,4.5Hz,1H,CH),3.99(dd,J=12.3,5.8Hz,2H,N-CH2),3.30(dd,J=13.1,4.6Hz,1H,NH-CH),3.12(dd,J=13.1,6.5Hz,1H,NH-CH),2.15(s,3H,Ar-2-CH3),2.10(s,3H,Ar-4-CH3);13CNMR(101MHz,Chloroform-d)δ165.47,144.42,143.34,131.29,130.41,127.44,127.35,127.04,123.29,118.74,118.56,115.13,110.73,68.55,67.52,47.89,46.27,17.58;HR-MS(ESI):m/z calcd for C12H22O3N2Br([M+H]+)405.08008,found 405.08083.
目标化合物的抗植物病毒、细菌和真菌生物活性测试方法
试验材料和培养基的配制
植物病毒:烟草花叶病毒(TMV:Tabacco mosaicvirus)购自中国科学院武汉病毒研究所,烟草K326(Nicotianatabacum K326)是在温室中培育的,种子购自中国农业科学院烟草研究所,宁南霉素(分析标准品,阿拉丁试剂上海有限公司)。
植物细菌:水稻白叶枯(XOO:Xanthomonasoryzaepvoryzae)、柑橘溃疡(XAC:Xanthomonasaxonopodispvcitri)和猕猴桃溃疡(PSA:Pseudomonassyringaepvactinidiae)由贵州大学精细化工研究开发中心提供。叶枯唑和噻菌酮(分析标准品,阿拉丁试剂上海有限公司)。
植物真菌:茶树轮斑(P.trachicarpicola:Pestalotiopsistrachicarpicola)和茶树炭疽(C.camelliae:Colletotrichumcamelliae)由贵州省茶叶研究所提供,辣椒枯萎(F.oxysporum:Fusariumoxysporum)、禾谷镰刀(G.zeae:Gibberellazeae(Schwein.)Petch)和水稻纹枯(T.cucumeris:Thanatephoruscucumeris)由贵州大学精细化工研究开发中心提供。萎锈灵(分析标准品,阿拉丁试剂上海有限公司),烯酰吗啉(有效成分含量80%的水分散剂,四川沃业农化有限公司)。
化合物对植物病毒的活性测试
1)目标化合物对TMV的治疗活性
选取生长中的烟草K326同龄叶片,用石英砂洒满整个烟叶,然后用TMV(浓度为6×10-3mg/mL)接种烟叶。接种0.5h后用水冲洗叶片,将配置成溶液的化合物均匀地涂在叶片的左侧,将空白溶液涂在右侧作为对照。接种后3-4天,统计并记录局部病变的数量。每个人都设置了三个重复。各化合物的抑制率(I%)按以下公式计算:
(I%)=(Cnum-Tnum)/Cnum×100%
Cnum:对照组(未用化合物处理)的平均局部病灶数
Tnum:用化合物涂抹的平均局部病变数量
2)目标化合物对TMV的保护活性
将合成的化合物配制成一定浓度的溶液,均匀地涂抹在烟叶K326叶片的左侧,K326叶子的右侧涂上空白溶液作为宁南霉素。12h后先均匀洒满石英砂,将粗制的TMV(浓度为6×10-3mg/mL)以相同的浓度接种在整片叶子上。0.5h后用清水清洗叶片并自然晾干。接种后3-4天,记录局部病变的数量。每种化合物使用了三个重复。化合物的抑制率(I%)按以下公式计算:
(I%)=(Cnum-Tnum)/Cnum×100%
Cnum:对照组(未用化合物处理)的平均局部病灶数
Tnum:用药物涂抹的平均局部病变数量
3)目标化合物对TMV的钝化活性
所有叶片先均匀地洒上石英砂,然后将病毒与相同体积的复合液混合30分钟,均匀地涂抹在K326叶片的左侧,并在叶片的右侧接种相同浓度和体积的TMV。0.5h后用清水清洗叶片并自然晾干。接种后3-4天,记录局部病斑的数量。每种化合物使用了三个重复。化合物的抑制率(I%)按以下公式计算:
(I%)=(Cnum-Tnum)/Cnum×100%
Cnum:对照组(未用化合物处理)的平均局部病灶数
Tnum:用药物涂抹的平均局部病变数量
4)目标化合物对TMV病毒的EC50值筛选
根据活性初步筛选数据,对高活性化合物和对照药进行毒力回归方程和EC50值的测定。将待测药液分别配置成5个梯度浓度,以等量的二次水作为空白对照、宁南霉素为阳性对照,接种后3-4天,记录局部病斑的数量,抑制率计算方法同上,浓度取对数与抑制率做线性回归方程,从而得出其EC50值。
5)目标化合物抗植物病毒活性数据分析
在烟草K326上利用半叶枯斑法测定了目标化合物对TMV病毒的抑制活性,结果如表1和2所示。
表1化合物C1-C19在500μg/mL浓度下对TMV病毒的活性测试结果a
“a”每组实验重复三次。
由表1化合物在500μg/mL浓度下对TMV病毒的抑制活性结果可以发现,当-R2为卤素时,活性顺序为F>Cl>Br>I,当卤素在4-Ph(3C的灭活活性为57.37%)时,活性优于3-Ph(C2的灭活活性为42.29%)和2-Ph(C1的灭活活性为40.81%)。一般来说,当苯环与电子吸收基团相连时,抗病毒活性优于电子捐献基团,但4-F-Ph(52.54%)的治疗活性与4-C2H5-O-Ph(52.57%)相当。
表2化合物C3和C9对TMV病毒的治疗活性EC50值a
“a”每组实验重复三次。
由表2中,化合物C3和C9对TMV病毒的治疗活性EC50值可以发现,化合物表现出良好的抗病毒活性。化合物C3和C9治疗活性的EC50值分别为420.21和395.05μg/mL,优于对照药宁南霉素的538.25μg/mL。
化合物对植物细菌的活性测试
1)NB培养基配制和细菌活化方法:
用接菌环挑取水稻白叶枯病病原菌在NA(葡萄糖:20g,牛肉膏:6g,蛋白胨:10g,酵母提取物:2g,琼脂:30g,二次水:2L;用5mol/L氢氧化钠溶液将培养基调节至pH=7.0左右,并在121℃温度下灭菌20分钟)固体培养基上划线,之后放入28℃的培养箱培育,直至长出单菌落,挑取NA固体培养基上生长良好的水稻白叶枯病病原菌单菌落至NB液体培养基(葡萄糖:20g,牛肉膏:6g,蛋白胨:10g,酵母提取物:2g,二次水:2L;用5mol/L氢氧化钠溶液调节至pH=7.0左右,在121℃温度下,灭菌20min)中,于28℃、180rpm恒温摇床振荡培养到生长对数期备用。柑橘溃疡病菌和猕猴桃溃疡病菌菌落的培养采用同样方法。
2)药液配制:
含有二甲基亚砜的培养基用作空白对照,含有BT或TC的培养基作阳性对照。将40μL预先孵育的细菌溶液(Xoo、Xac和Psa)与包含不同量待测化合物(或阳性对照药)的NB溶剂混合。用50μg/mL和100μg/mL浓度化合物来筛选化合物抗菌活性的初步抗菌活性,每个浓度3个平行。为确保细菌已进入对数生长期,将接种样品在180rpm恒温摇床振荡下于28±1℃孵育24至48小时。培养完毕后,吸取菌液200μL于96孔板中。然后使用680型酶标仪(BIO-RAD,Hercules,CA)记录NB介质的光密度(OD595)值,并根据以下方程式计算抑制率I(%):
抑制率I(%)=(C-T)/C×100%
其中,C表示未经处理的NB介质的校正吸光度值(OD595),而T表示经过处理的NB介质的校正吸光度值(OD595)。
3)化合物对植物细菌的抑制活性和EC50值测试
采用浊度法测试所合成目标化合物对水稻白叶枯病菌、柑橘溃疡病菌和猕猴桃溃疡病菌的抑菌OD值,并计算其EC50值。用接菌环挑取水稻白叶枯病病原菌、柑橘溃疡病病原菌和猕猴桃溃疡病病原菌在NA(葡萄糖:20g,牛肉膏:6g,蛋白胨:10g,酵母提取物:2g,琼脂:30g,二次水:2L;用5mol/L氢氧化钠溶液将培养基调节至pH=7.0左右,在121℃温度下,灭菌20min)固体培养基的上面划线,之后放入28℃的培养箱培育,直至长出单菌落,挑取NA固体培养基上生长良好的水稻白叶枯病病原菌单菌落至NB液体培养基(葡萄糖:20g,牛肉膏:6g,蛋白胨:10g,酵母提取物:2g,二次水:2L;用5mol/L氢氧化钠溶液调节至pH=7.0左右,在121℃温度下,灭菌20min)中,于28℃、180rpm恒温摇床振荡培养到生长对数期备用。
将制备的目标化合物和商品对照药分别配制成5个浓度梯度的药液。取1mL加入含有4mLNB液体培养基的试管内,配制成含化合物的无菌NB液体培养基。用酶标仪测定试管中含化合物的无菌NB液体培养基的吸光度,以OD值(OD595)计。接着加入40μL含有病原菌的NB液体培养基。然后在28℃、180rpm恒温摇床振荡培养24~48h,用酶标仪测定各个浓度菌液的OD值(OD595)。并根据以下公式计算出抑制率I(%):
抑制率I(%)=(C-T)/C×100%。
未处理的NB培养基的校正吸光度值(OD595)用C表示,而T表示处理后的NB培养基的校正吸光度值(OD595)。
4)目标化合物抗植物细菌活性数据分析
采用浊度法测试所合成目标化合物对水稻白叶枯病菌、柑橘溃疡病菌和猕猴桃溃疡病菌的抑制活性,结果如表3和4所示。
表3化合物C1-C19在100和50μg/mL浓度下对三种植物细菌的活性测试结果a
“a”每组实验重复三次。
根据表3和表4中报告的抗菌活性分析表明,当取代基-R2同时含有电子给予基和电子吸收基时,其抑制作用比-R2仅有电子吸收基时要好(如:C12,C13>C1-C11)。当取代基-R2为吸电子基团时,4-Ph-R2的活性优于3-Ph-R2和2-Ph-R2(如:C3>C2>C1),同时我们发现,抑制活性为F>Cl>Br>I(如:C3>C6>C7>C8)。对C14-C19的数据分析显示,2H-1,4-苯并恶嗪-3(4H)-酮的芳环上含有吸电子基团的抗菌活性普遍高于含有给电子基团的。对C14-C19的抗菌活性的比较表明,当取代基-R1为-Br时,其抑制作用高于-H(如:C14,C15>C1,C4),其对PSA的抑制活性升高比XOO和XAC更明显。
表4部分化合物对三种植物细菌的EC50值a
“a”每组实验重复三次。
由表4中的数据分析可以看出,C10对水稻白叶枯的抑制活性最好,其EC50值为67.70μg/mL优于对照药叶枯唑(89.10μg/mL)和噻菌酮(127.34μg/mL);C19对柑橘溃疡的抑制活性最好,其EC50值为50.47μg/mL优于对照药噻菌酮(82.73μg/mL);C15和C17对猕猴桃溃疡的抑制活性最好,其EC50值分别为37.95和45.70μg/mL优于对照药叶枯唑(116.93μg/mL)和噻菌酮(87.50μg/mL)。
化合物对植物真菌的活性测试
1)药液和PDA培养基的配制
配制PDA培养基:称取800克去皮土豆,煮汁后过滤,加入琼脂80g、葡萄糖80g,混匀溶解后以每瓶90mL转移到200mL锥形瓶中,封口后在120℃条件下高压灭菌30min,冷却后备用。
称取待测化合物10mg溶解到1.0mL DMSO中,在无菌超净台中转移至含9.0mL无菌吐温水的15mL离心管中,再加到已灭菌的90mLPDA培养基中混匀,使得药液最终浓度为100μg/mL,将培养基平均倒入9个培养皿中冷却备用,以等量的DMSO吐温水作为空白对照,以商品药萎锈灵为对照药。
2)化合物对植物真菌的活性及EC50值测试
采用菌丝生长速率法测定了目标化合物对8种植物病原真菌的抑制活性。取提前活化好的真菌边缘打孔制成直径为4.0mm的菌饼,用无菌接种针移接到含药培养基中央,置于28℃的恒温培养箱中培养2-6天。
待空白对照组菌落长到6.0cm左右时用直尺按十字交叉法测量菌丝直径。根据下列公式计算抑制率,计算公式如下,其中I为抑制率,C为空白对照菌丝测量直径,T为药物处理组测量直径。
I(%)=[(C-T)/(C-0.4)]×100
根据活性初步筛选数据,对高活性化合物和对照药进行了毒力回归方程和EC50值的测定。将待测药液分别配置成5个梯度浓度,以等量的DMSO吐温水作为空白对照,采用菌丝生长速率法测定了对相应植物真菌的抑菌活性,采用十字交叉法测量菌丝直径,抑制率计算方法同上,浓度取对数与抑制率做线性回归方程,从而得出其EC50值。
3)目标化合物抗植物真菌的活性数据分析
采用菌丝速率法测试所合成目标化合物对茶树轮斑、茶树炭疽、辣椒枯萎、禾谷镰孢和水稻纹枯病的抑制活性,结果如表5和6所示。
表5化合物C1-C19在100μg/mL浓度下对五种植物真菌的活性测试结果a
“a”每组实验重复三次。
对表5分析显示,含有丙醇胺的2H-1,4-苯并恶嗪-3(4H)-酮衍生物的结构特征的变化可能对其抗真菌活性起作用。首先,表5中C1-C2的抗真菌数据显示,2H-1,4-苯并恶嗪-3(4H)-酮衍生物对茶树轮斑和水稻纹枯病的抑制活性规律为4-X-Ph>3-X-Ph>2-X-Ph(例如:C3>C2>C1),而其余三种真菌的规律则相反。此外,化合物C1-C13的抑制数据显示,当苯环上的-R2同时含有甲基和电子给予基团时活性最好(如:C13>C10>C6>C3);其次,当-R2只是吸电子基时活性比给电子基时更好,且活性顺序为(F>Cl>Br>I)。此外,对C14-C19的抑制分析表明,-R1为-Br时的活性优于-H,当-R2为吸电子基时活性仍优于给电子基团(如:C14-C17>C18、C19)。最后对C15和C16的比较表明,卤素在对位的活性比间位活性更优(4-Cl-Ph>3-Cl-Ph)。
表6部分化合物对五种植物真菌的EC50值a
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“a”每组实验重复三次。
从表6可以知道。含有丙醇胺的2H-1,4-苯并恶嗪-3(4H)-酮具有最好的抑制结构(-R1=-Br,-R2是电子吸收基团),C11、C12、C13、C15、C17和C18的EC50值从15.90-68.99μg/mL,优于对照组DT的287.20μg/mL,而C14对茶树轮斑病抑制效果最好,其EC50为13.53μg/mL,与对照组CB的11.37μg/mL相当。
Claims (3)
1.一类含丙醇胺结构的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮类化合物在制备防控植物真菌病害药物中的应用,其特征在于:其结构式如下:
其中R1为氢或溴;所述的R2为邻、间或对位的卤素、甲基、甲氧基、乙氧基;所述的真菌为茶树轮斑、茶树炭疽、辣椒枯萎、禾谷镰刀和水稻纹枯。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于:优选的,R1为溴;R2中卤素为氟、氯或溴。
3.一类含丙醇胺结构的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮类化合物在制备防控植物真菌病害药物中的应用,其特征在于:其结构式如下:
所述的真菌为茶树轮斑、茶树炭疽、辣椒枯萎、禾谷镰刀和水稻纹枯。
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