CN114680114B - 褪黑素衍生物在防治植物真菌病害中的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了褪黑素衍生物在防治植物真菌病害中的用途,属于农药领域。该类化合物对稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)的致病力具有很强的抑制活性,且具有较好的广谱性,对禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、灰霉菌(Botrytis cinerea)、核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)、拟盘多毛孢(Pestalotiopsis)、褐腐病菌(Monilinia fructicola)、玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)也有良好的抑制效果,是一类潜在的广谱农药抑菌分子。
Description
技术领域
本发明属于农药领域,具体涉及一种褪黑素衍生物在防治植物真菌病害中的用途。
背景技术
随着人口的日益增加,人们对粮食的需求也日益提升;但是真菌病害严重影响了粮食产量,其中预计2022年水稻因稻瘟病造成的损失达到了6000万亩次。而预防植物真菌病害的有效方法主要有生物防治、化学农药的施用和提高作物的抗性。然而化学农药的施用因其具有便捷性、时效性而被广泛使用。但是大量使用化学农药会造成农药残留、影响人体健康以及产生农药抗性。这需要研究人员不断开发高效、环境友好、与当前主要商品药剂无交互抗性的农药品种,以满足植物保护、服务于农业生产的需要。
褪黑素作为一种内源性天然激素,可以在几乎所有的物种中发现;且褪黑素可以调节许多生理功能,当其作用于人体时:可以改善睡眠、推迟老化、调节细胞免疫、促进消化、促进利尿等;而当其作用于植物时:可以调节植物生长、提高植物抗旱性、提高植物抗病能力、调控果实次生品质、提高植物的抗镉、促进植物开花等。而褪黑素本身仅在抗生物胁迫、与其他药物联用方面有较多报道,在抗真菌方面的报道鲜有。
近年来,人们对褪黑素的研究越来越多,重庆大学发现褪黑素在高浓度时对致病疫霉(Phytophthora infestans)和烟草黑胫病菌(Phytophthora nicotianae)有较高的抑制效果。但是褪黑素类衍生物在杀菌方面的研究仍是处于空白阶段,以褪黑素为母版结进行结构修饰得到不同的衍生物,研究发现,褪黑素类衍生物的抑菌活性受吲哚环上官能团取代基及其位置的影响很大,合适的取代基和取代基位置能赋予该类化合物良好的抗菌活性。我们通过系统研究,发现了具有良好抑菌活性的褪黑素类衍生物。与已登记的农用杀菌剂活性化合物相比,该类化合物具有结构新颖、环境友好的特点,且对多种植物病原真菌均有良好的抑制活性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种褪黑素衍生物在防治植物真菌病害中的用途。
本发明中所述的褪黑素衍生物,其结构式如式(Ⅰ)所示:
其中,R1选自对甲苯磺酰基、酯基、三氟甲磺酰基、三氯乙酰基、三氟乙酰基、叔丁氧羰基、苯甲酰基、杂环;
R2选自H、羟基、卤素、烷基、烷氧基、三氟烷基、苯基,且R2处于苯环上的任意取代位置,单取代或者多取代。
本发明实施例中具体列举了以下化合物:
化合物MT001:R1为Tos,R2为5-MeO;
化合物MT002:R1为COOCH3,R2为5-MeO;
化合物MT003:R1为SO2CF3,R2为5-MeO;
化合物MT004:R1为COCl3,R2为5-MeO;
化合物MT005:R1为COCF3,R2为5-MeO;
化合物MT006:R1为2-methyl-4-(trifluoromethyl)thiazole-5-acyl,R2为5-MeO;
化合物MT007:R1为Boc,R2为5-MeO;
化合物MT008:R1为COPh,R2为5-MeO;
化合物MT009:R1为SO2CF3,R2为H;
化合物MT010:R1为SO2CF3,R2为5-CH3;
化合物MT011:R1为SO2CF3,R2为6-CH3;
化合物MT012:R1为SO2CF3,R2为4-MeO;
化合物MT013:R1为SO2CF3,R2为6-MeO;
化合物MT014:R1为SO2CF3,R2为7-MeO;
化合物MT015:R1为SO2CF3,R2为4-Cl;
化合物MT016:R1为SO2CF3,R2为5-Cl;
化合物MT017:R1为SO2CF3,R2为6-Cl;
化合物MT018:R1为SO2CF3,R2为7-Cl;
化合物MT019:R1为SO2CF3,R2为5-OH;
化合物MT020:R1为SO2CF3,R2为5-Br;
化合物MT021:R1为SO2CF3,R2为5-I;
化合物MT022:R1为SO2CF3,R2为4-F;
化合物MT023:R1为SO2CF3,R2为5-F;
化合物MT024:R1为SO2CF3,R2为6-F;
化合物MT025:R1为SO2CF3,R2为5-CF3;
化合物MT026:R1为SO2CF3,R2为7-F;
化合物MT027:R1为SO2CF3,R2为5.6-二F;
化合物MT028:R1为SO2CF3,R2为-OCH2O-;
化合物MT029:R1为SO2CF3,R2为6-CF3;
化合物MT030:R1为SO2CF3,R2为5-Ph;
上述化合物可采用以下路线合成:
在上述合成路线中,式I、式II、式III、式IV和式V的取代基均与本发明式(I)中对应基团定义相同。
在上述合成路线中,在步骤a中,式II的合成方法例如可以为:将原料I溶于N,N-二甲基甲酰胺之后,在0℃下缓慢滴加三氯氧磷,并在0℃下继续反应2h直到反应完全;待反应完毕之后,于0℃下像反应体系中加H2O淬灭反应,并调节PH至9;用乙酸乙酯萃取并合并有机相,干燥浓缩得到中间体II。
在上述合成路线中,在步骤b中,式III的合成方法例如可以为:在N2氛围保护下将中间体II、醋酸铵、硝基甲烷置于三口瓶中,并于50℃下反应3-5h直到反应完全。待反应完毕之后,减压除去未反应完的硝基甲烷,固体残渣用水洗涤并干燥得到相应中间体III。
在上述合成路线中,在步骤c中,式IV的合成方法例如可以为:在N2氛围保护下,于0℃下将氢化铝锂缓慢加入中间体III的四氢呋喃溶液中,随后缓慢升至室温反应36h;反应完成之后,于0℃下加入H20淬灭未反应完的氢化铝锂,随后加入酒石酸钠钾饱和溶液,并加入甲基叔丁基醚萃取分液,合并有机相干燥减压浓缩得到中间体IV,中间体IV不经进一步纯化进行下一步反应。
在上述合成路线中,在步骤d中,式V的合成方法例如可以为:于N2氛围下将三乙胺和中间体IV的二氯甲烷溶液加入史莱克管中,并于低温下缓慢加入酰氯或酸酐,随后升至室温继续反应12h直至反应完全。待反应完全后向体系中加入碳酸氢钠饱和水溶液,萃取分液并合并有机相,干燥浓缩进行柱层析得到式产物V。
选取农业上8种重要的植物病原真菌:
稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、灰霉菌(Botrytis cinerea)、核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)、拟盘多毛孢(Pestalotiopsis)、褐腐病菌(Monilinia fructicola)、玉米小斑病菌(Bipolarismaydis)、立枯丝核菌(Rhi zoctonia solani)作为供式菌种,用含药培养基测试了褪黑素衍生物的对这批真菌的离体抑制活性。
本发明的有益效果是:
本发明所提供的化合物对稻瘟菌具有很强的抑制活性,在40uM低浓度下对稻瘟菌的抑制率已经超过商业化杀菌剂稻瘟灵,其中化合物MT029的EC50能达到5.34μM(1.92μg/mL)。而且该化合物还具有较好的广谱性,对多种植物真菌病害具有较好的抑制作用。本发明还具有环境友好、容易合成等优点。
附图说明
图1:褪黑素衍生物对稻瘟菌的平板抑制试验结果。图中,Mock为空白对照;DMSO为溶剂对照;MT为褪黑素;MT001-MT008为褪黑素衍生物。
图2:8种褪黑素衍生物对稻瘟菌的抑制率计算结果。
图3:褪黑素衍生物对稻瘟菌的平板抑制试验结果。图中,CK为空白对照;IPT为稻瘟灵阳性对照;MT009-MT030为褪黑素衍生物。
图4:32种褪黑素衍生物对稻瘟菌的抑制率计算结果。
图5:MT025、MT029对多种病原真菌的平板抑制试验结果。图中,CK为空白对照;IPT为稻瘟灵阳性对照;Azoxystrobin为嘧菌酯阳性对照;HP为核盘菌;CM为禾谷镰刀菌;NPD为拟盘多毛孢;2YTF2-2为褐腐病菌;HM为灰霉菌;TM17为玉米小斑病菌;WH-1为立枯丝核菌。
图6:MT025、MT029对多种病原真菌的抑制率。
具体实施方式
以下将通过具体实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中如无特殊说明,使用的相关试剂均来源于商业渠道,所用的实验方法均为本领域常规实验方法。以下列举的仅是本发明的若干个实施例,显然,本发明不限于以下实施例,还可以有许多变形。因此本领域的技术人员在本发明公开内容的基础上做的修改或改进,均应属于本发明要求保护的范围。
实施例1:5-甲氧基色胺的合成:
步骤a,中间体II 5-甲氧基吲哚-3-甲醛的合成:在N2氛围保护下,将市售5-甲氧基吲哚(1.47g,10mmol)置于三口瓶中,于0℃下像体系中滴加三氯氧磷(2.5mL,25.6mmol),并于0℃下继续反应2h。TCL监测原料反应完全之后,向体系中加入水以淬灭未反应完全的三氯氧磷,并用乙酸乙酯(3*30mL)萃取,合并有机相并用无水硫酸钠干燥有机相,减压浓缩得到淡黄色固体中间体II,产率:98%。
步骤b,中间体III(E)-5-甲氧基-3-(2-硝基乙烯基)-1H-吲哚的合成:在N2氛围保护下,将中间体II 5-甲氧基吲哚-3-甲醛(1.75g,10mmol)和醋酸铵(2.31g,30mmol)置于三口瓶中,随后加入硝基甲烷(15mL/g中间体II)。并于50℃下反应5h。通过TLC监测原料反应完全之后,减压除去未反应的硝基甲烷,剩余的固体残渣用水洗涤并真空干燥得到黄色固体中间体III,产率:97%。
步骤c,中间体IV 5-甲氧基色胺的合成:在N2氛围保护下,将中间体III的四氢呋喃溶液置于三口瓶中,随后在0℃下逐滴滴加氢化铝锂的四氢呋喃溶液,滴加完成之后升至室温反应36h。通过TCL监测中间体IV 5-甲氧基色胺反应完全之后,在冰浴下向体系中加入5mL H2O以淬灭过量的氢化铝锂,在加入甲基叔丁基醚萃取之前,向混合体系中加入饱和酒石酸钠钾溶液,并搅拌2h。随后用甲基叔丁基醚萃取(3*30mL),合并有机相并用无水硫酸钠干燥,减压浓缩得到深黄色液体产物IV 5-甲氧基色胺,产率:90%。
实施例2:5-三氟甲基色胺的合成:
步骤a,中间体II 5-甲氧基吲哚-3-甲醛的合成:在N2氛围保护下,将市售5-甲氧基吲哚(1.47g,10mmol)置于三口瓶中,于0℃下像体系中滴加三氯氧磷(2.5mL,25.6mmol),并于0℃下继续反应2h。TCL监测原料反应完全之后,向体系中加入水以淬灭未反应完全的三氯氧磷,并用乙酸乙酯(3*30mL)萃取,合并有机相并用无水硫酸钠干燥有机相,减压浓缩得到淡黄色固体中间体II,产率:98%。
步骤b,中间体III(E)-5-甲氧基-3-(2-硝基乙烯基)-1H-吲哚的合成:在N2氛围保护下,将中间体II 5-甲氧基吲哚-3-甲醛(1.75g,10mmol)和醋酸铵(2.31g,30mmol)置于三口瓶中,随后加入硝基甲烷(15mL/g中间体II)。并于50℃下反应5h。通过TLC监测原料反应完全之后,减压除去未反应的硝基甲烷,剩余的固体残渣用水洗涤并真空干燥得到黄色固体中间体III,产率:97%。
步骤c,中间体IV 5-甲氧基色胺的合成:在N2氛围保护下,将中间体III的四氢呋喃溶液置于三口瓶中,随后在0℃下逐滴滴加氢化铝锂的四氢呋喃溶液,滴加完成之后升至室温反应36h。通过TCL监测中间体IV 5-甲氧基色胺反应完全之后,在冰浴下向体系中加入5mL H2O以淬灭过量的氢化铝锂,在加入甲基叔丁基醚萃取之前,向混合体系中加入饱和酒石酸钠钾溶液,并搅拌2h。随后用甲基叔丁基醚萃取(3*30mL),合并有机相并用无水硫酸钠干燥,减压浓缩得到深黄色液体产物IV 5-三氟甲基色胺,产率:90%。
实施例3:5,6-二氯-1H-吲哚-3-基)乙基的合成
5,6-二氯-1H-吲哚-3-基)乙基的合成步骤参照实施例2中的通用合成步骤,将实施例2中的5-三氟甲基吲哚更代为5.6-二氯吲哚。
实施例4:6-三氟甲基色胺的合成
6-三氟甲基的合成步骤参照实施例2中的通用合成步骤,将实施例2中的5-三氟甲基吲哚更代为6-三氟甲基吲哚。
实施例中的所有化合物步骤a、b、c的通用合成步骤均如上实施例所示。
实施例5:化合物MT001 N-(2-(5-甲氧基-1H-吲哚-3-基)乙基)-4-甲苯磺酰胺的合成
在N2氛围保护下,将原料IV 5-甲氧基色胺(951.2mg,5mmol)的无水DCM(10mL)溶液置于史莱克管中,于室温下滴加三乙胺(1.04mL,7.5mmol)。随后于冰浴下逐滴滴加对甲苯磺酰氯(962.8mg,5.05mmol)的DCM溶液,滴加完成之后升至室温并反应3h。TCL监测原料反应完全之后,像体系中加入H2O淬灭反应,用二氯甲烷(3*10mL)萃取,合并有机相并用无水硫酸钠干燥,减压浓缩并通过结晶纯化得到白色固体产物MT001,产率:75%。
实施例6:化合物MT007的合成
于室温下向5-甲氧基色胺(3.80g,20mmol)的1,4-二恶烷/NaHCO3(饱和水溶液)(2:1,60mL)中的溶液中滴入Boc2O(6.55g,30mmol,)。将所得混合物搅拌16h,然后将其用H2O(40mL)稀释。将所得混合物用EtOAc(3×50mL)萃取,将合并的有机层用无水Na2SO4干燥并减压浓缩。所得残余物通过柱层析得到深黄色固体产物MT007 N-Boc-色胺。产率:99%。
实施例7:化合物MT008的合成:
化合物MT008 N-(2-(5-甲氧基-1H-吲哚-3-基)乙基)苯甲酰胺的合成:在N2氛围保护下,将原料IV 5-甲氧基色胺(380.22mg,2mmol)的无水DCM(2mL)溶液置于史莱克管中,于室温下滴加三乙胺(0.30mL,2.2mmol)并搅拌30min。随后于冰浴下逐滴滴加苯甲酰氯(0.26mL,2.2mmol),滴加完成之后升至室温并反应3h。TCL监测原料反应完全之后,像体系中加入H2O淬灭反应,用二氯甲烷(3*10mL)萃取,合并有机相并用无水硫酸钠干燥,减压浓缩并通过柱层析得到白色固体产物MT008,产率:91%。
实施例8:化合物MT003的合成
化合物MT003 1,1,1-三氟-N-(2-(5-甲氧基-1H-吲哚-3-基)乙基)甲磺酰胺的合成:在N2氛围保护下,将中间体IV 5-甲氧基色胺(380.22mg,2mmol)的无水DCM(2mL)溶液置于史莱克管中,于室温下滴加三乙胺(0.41mL,3mmol)并搅拌30min。随后于-78℃下逐滴滴加三氟乙酸酐(0.35mL,2.1mmol),滴加完成之后缓慢升至室温并反应12h。TCL监测原料反应完全之后,像体系中加入饱和碳酸氢钠溶液淬灭反应,用二氯甲烷(3*10mL)萃取,合并有机相并用无水硫酸钠干燥,减压浓缩得到黄色油状液体产物MT003,产率:46%。
实施例9:化合物MT025的合成
化合物MT026 1,1,1-三氟-N-(2-(5-甲氧基-1H-吲哚-3-基)乙基)甲磺酰胺的合成:在N2氛围保护下,将中间体IV 5-三氟甲基色胺(380.22mg,2mmol)的无水DCM(2mL)溶液置于史莱克管中,于室温下滴加三乙胺(0.41mL,3mmol)并搅拌30min。随后于-78℃下逐滴滴加三氟乙酸酐(0.35mL,2.1mmol),滴加完成之后缓慢升至室温并反应12h。TCL监测原料反应完全之后,像体系中加入饱和碳酸氢钠溶液淬灭反应,用二氯甲烷(3*10mL)萃取,合并有机相并用无水硫酸钠干燥,减压浓缩得到黄色油状液体产物MT026,产率:46%。
实施例中的其它化合物的合成原理均与以上反应相同。
实施例10化合物对8种植物病害病原真菌的抑制活性测定
本实施例中涉及的培养基如下:
完全培养基(CM):加入50ml 20X Nitrate salts,1ml 1000X Trace elements,1ml 1000XVitamin solution,称取10g D-glucose,2g Peptone,1g Yeast extract,1gCasamino acid,然后加水至900ml,调PH至6.5,定容到1000ml,最后加入15g Agar,高压灭菌115℃20min。
马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA):先洗净去皮,再称取200g马铃薯切成小块,加水煮烂(煮沸20~30分钟,能被玻璃棒戳破即可),用四层纱布过滤,加入20gD-glucose,搅拌均匀,稍冷却后再补足水分至1000ml,最后加15g Agar,高压灭菌115℃20min。
抑菌活性测定方法如下:
1、植物病原真菌的培养:将稻瘟菌接种于完全CM培养基上,置于25±0.1℃恒温培养箱中培养7天,菌丝长好后备用。其余植物源真菌禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、灰霉菌(Botrytis cinerea)、核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)、拟盘多毛孢(Pestalotiopsis)、褐腐病菌(Monilinia fructicola)、玉米小斑病菌(Bipolarismaydis)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)均接种于PDA培养基上,置于25±0.1℃恒温培养箱中培养3-6天,菌丝长好后备用。
2、测定方法:离体抑制活性采用菌丝生长速率法测定。将供试化合物和对照药剂用DMSO(二甲基亚砜)配制成50uM的药液,随后将计算量的药液与PDA培养基配制成测试浓度。以DMSO作为空白对照,嘧菌酯或稻瘟灵(IPT)为阳性对照。将培养基在9cm培养皿中制备成平板、每个处理三个重复,接种5mm菌饼后置于25±0.1℃的恒温培养箱中。待空白对照培养皿中的菌落直径7.5-8cm后用十字交叉法测量各处理及对照的菌落直径。
3、抑菌率的计算:菌落增长直径(mm)=菌落测量直径(mm)-菌饼直径(mm);
菌丝生长抑制率(%)=[对照菌落增长直径(mm)-含药培养基上菌落增长直径(mm)]对照菌落增长直径(mm)×100。
4、所合成褪黑素类衍生物对稻瘟菌的抑制活性:
稻瘟病菌:配置完全CM固体培养基,然后培养基中加入褪黑素类衍生物,加入的褪黑素终浓度为(MT001-MT009:300uM,MT0010-MT030:40uM),取3mm稻瘟菌菌块放置于培养基中间,室温放置培养7天,每组3个重复。
观察病菌生长状况,如图1和图2所示:当不改变褪黑素吲哚环骨架,仅改变伯胺上的保护基时,8种化合物对稻瘟菌的抑制活性存在较大差异,其中MT001和MT006的活性较差且与原形药褪黑素相比没有太大差异,其它6种化合物具有较强的活性且化合物MT003即当R1为SO2CF3时活性最强。
如图3和图4所示,当以三氟甲磺酰基为保护基,改变褪黑素吲哚环上取代基的种类和位置时,抑菌活性进一步提升,在40uM时已经达到了较高的抑制率,部分化合物如MT025、MT029的抑制率已经超过商业化杀菌剂稻瘟灵。
5、褪黑素类衍生物对其他7中植物病原真菌的抑制活性
立枯丝核菌(Rhizoctonia solani):配置PDA固体培养基,然后培养基中加入褪黑素,加入的褪黑素衍生物终浓度为(50uM),刮取7mm纹枯菌(WH-1)菌块上的菌丝放置于培养基中间,室温放置培养24h,计算抑菌率,每组3个重复。
玉米小斑病菌(Bipolaris maydis):配置PDA固体培养基,然后培养基中加入褪黑素,加入的褪黑素衍生物终浓度为(50uM),取相同大小的菌块放置于培养基中间,室温黑暗放置培养5天,用十字交叉法测量菌落直径,计算抑菌率,每组3个重复。
核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum):配置PDA固体培养基,然后培养基中加入褪黑素,加入的褪黑素衍生物终浓度为(50uM),取相同大小菌块上的菌丝放置于培养基中间,室温放置培养7天,用十字交叉法测量菌落直径,计算抑菌率,每组3个重复。
灰霉菌(Botrytis cinerea):配置PDA固体培养基,然后培养基中加入褪黑素衍生物,加入的褪黑素衍生物终浓度为(50uM),取相同大小的菌块放置于培养基中间,室温放置培养4天,用十字交叉法测量菌落直径,计算抑菌率,每组3个重复。
拟盘多毛孢(Pestalotiopsis):配置PDA固体培养基,然后培养基中加入褪黑素衍生物,加入的褪黑素衍生物终浓度为(50uM),取相同大小的菌块放置于培养基中间,室温放置培养3天,用十字交叉法测量菌落直径,计算抑菌率,每组3个重复。
褐腐病菌(Monilinia fructicola):配置PDA固体培养基,然后培养基中加入褪黑素,加入的褪黑素终浓度为(50uM),取相同大小的菌块放置于培养基中间,室温黑暗放置培养5天,用十字交叉法测量菌落直径,计算抑菌率,每组3个重复。
禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum):置PDA固体培养基,然后培养基中加入褪黑素,加入的褪黑素终浓度为(50uM),取相同大小的菌块放置于培养基中间,室温黑暗放置培养3天,用十字交叉法测量菌落直径,计算抑菌率,每组3个重复。
观察病菌生长状况(图5和图6)可以发现,褪黑素衍生物MT025、MT029对以上真菌均有较高的抑制效果,抑制效果均明显高于商业化广谱杀菌剂嘧菌酯。
Claims (1)
1.结构如下式 (Ⅰ)所示的褪黑素衍生物在防治植物真菌病害中的用途,
其中,R1为三氟甲磺酰基;R2为6-CF3,所述植物真菌病害为稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、灰霉菌(Botrytis cinerea)、核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)、拟盘多毛孢(Pestalotiopsis)、褐腐病菌(Monilinia fructicola)、玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani);
或,R1为三氟甲磺酰基;R2为5-CF3,所述植物真菌病害为稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)、拟盘多毛孢(Pestalotiopsis)、褐腐病菌(Monilinia fructicola)、玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)。
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