CN115636773A - 含有胍基脲或胍基酯的芳基酯类化合物及其制备与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有胍基脲或胍基酯的芳基酯类化合物及其制备与应用。该类化合物的结构式如式Ⅰ所示。通过酯键将芳香烃与药效团胍基脲相连得到的化合物不仅具有高效的杀虫活性，而且合成过程更加简单，产率高，成本低，这些优点使得合成得到的化合物更加有希望成为大规模使用的杀虫剂候选农药。

Description

含有胍基脲或胍基酯的芳基酯类化合物及其制备与应用

技术领域

本发明涉及一类含有胍基脲或胍基酯的芳基酯类化合物及其制备方法与应用，属于农药化合物制备领域。

背景技术

GH18家族的几丁质酶OfChtI和GH20家族的β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶OfHex1是昆虫幼虫生长发育过程中的关键酶，在此过程中，先由几丁质酶OfChtI将构成昆虫外表皮长链的几丁质水解为短链几丁质，随后β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶OfHex1继续将短链的几丁质水解为单糖，既完成了昆虫老旧表皮的褪去，也为昆虫的生长发育提供了能量来源，近些年OfChtI和OfHex1已经成为了新型杀虫剂开发的热门靶标酶。

OfChtI(PDB ID:3WL1)和OfHex1(PDB ID:3OZP)的晶体结构研究发现，这两种糖苷水解酶具有结构和功能相似的-1活性催化位点，即水解断裂糖苷键的催化中心。这些研究结果对针对双靶标的糖苷水解酶抑制剂的设计提供了可行性的基础。环多肽的天然产物Argifin和Argadin(J.Antibiot.53,603–606和Chem.Pharm.Bull.48,1442–1446.)是两种重要的几丁质酶抑制剂，尽管由于它们复杂的结构和获取的高成本不能够得到大范围的应用，但是通过它们与几丁质酶复合物的晶体结构发现，药效团二甲基胍基脲的结构结合于几丁质酶的关键催化位点-1活性中心。基于上述分析，申请人以结构简单的芳香烃片段替代天然产物复杂的环肽大环结构，通过引入酯基结构完成与二甲基胍基脲的结构拼接，设计一类新颖的含甲基胍基脲的小分子化合物。并以新颖的技术手段完成这些目标分子的合成与结构衍生。活性测定结果表明该类化合物具有几丁质酶的抑制活性和对小菜蛾，亚洲玉米螟等昆虫高效的杀虫活性，本发明对农业上的病虫害防治具有十分重要的意义。

在之前的中国专利“一种甲基胍基脲类化合物及其制备方法与应用”(授权公布号：CN113773233B)中，我们合成得到了一系列含有酰胺芳基的几丁质酶抑制剂。尽管表现出高效的体外酶抑制活性，但是由于其低的脂水分配系数和溶解性差的原因不利于生物吸收，仍然需要进一步改进和提高。

发明内容

为了获得高效双靶标的几丁质水解酶抑制剂，本发明以天然产物Argifin和Argadin的药效团胍基脲片段为基础结构，与各种疏水的芳香烃通过酯键连接，设计合成了一系列工艺简单，获取成本低的新型高效双靶标的几丁质水解酶抑制剂。

本发明的技术方案具体介绍如下。

根据本发明的第一方面，提供一种含有胍基脲或胍基酯的芳基酯类化合物，其结构如式Ⅰ所示：

其中，R₁选自：

R₂选自：

根据本发明的第二方面，提供根据第一方面所述的含有胍基脲或胍基酯的芳基酯类化合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)半硫酸异甲基硫脲式ⅱ与二碳酸二叔丁酯式ⅲ反应得到单Boc保护的异甲基硫脲式ⅳ；

(2)式ⅳ所示的单Boc保护的异甲基硫脲与酰氯式ⅴ反应生成式ⅵ；

(3)式ⅵ与乙醇胺式ⅶ反应得到相应的产物式ⅷ；

(4)式ⅷ与各种羧酸式ⅸ先发生缩合反应然后脱去Boc保护基得到式I；

进一步地，步骤(1)中，所用溶剂为两种溶剂按体积比为1：1的混合，两种溶剂是二氧六环/水、四氢呋喃/水或丙酮/水；所用的碱是碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾或者氢氧化钠中的任意一种。

进一步地，步骤(2)中，所用溶剂为DMF、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃或甲苯；使用的碱为三乙胺、DBU、DIPEA或碳酸钾中的任意一种。

进一步地，步骤(3)中，乙醇胺式ⅶ与式ⅵ的摩尔比为2：1～5：1之间，所用溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷或者DMF。

进一步地，使用的溶剂为二氯甲烷或者四氢呋喃；所用的缩合可以是EDCI、DCC或CDI中的任意一种，所用碱为三乙胺或者4-DMAP。

根据本发明的第三方面，提供第一方面所述的含有胍基脲或胍基酯的芳基酯类化合物在昆虫几丁质酶抑制剂或防治农业有害生物中的应用。

具体情况下，当用于昆虫几丁质酶抑制剂时，其几丁质酶来源于亚洲玉米螟。

具体情况下，当用于防治农业有害生物中的应用时，所述有害生物包括鳞翅目、鞘翅目、直翅目、等翅目、半翅目、膜翅目、双翅目、缨翅目。所述有害生物为出现在植物上的有害生物，特别是在农业、园艺和林业中的有用植物和观赏植物上的有害生物。所述植物包括谷物、甜菜、水果，豆科植物，油料植物，葫芦科植物，纤维植物，蔬菜，樟科植物，烟草，坚果，咖啡，糖用甘蔗，茶，胡椒，蛇麻子，天然橡胶植物和观赏植物。

本发明根据生物电子等排原理用酯的结构替换酰胺结构，增加化合物的脂水分配系数提高其亲脂性，从而提高化合物的生物利用度进而提高其昆虫致死的活性。此外，通过酯键将芳香烃与药效团胍基脲相连得到的化合物不仅具有高效的杀虫活性，而且合成过程更加简单，产率高，成本低，这些优点使得合成得到的化合物更加有希望成为大规模使用的杀虫剂候选农药。

附图说明

图1为实施例1制得的最终产物的核磁氢谱

图2为实施例1制得的最终产物的核磁碳谱。

具体实施方式

下面结合实施实例对本明的技术方案进行详细阐述。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

一、通式为式Ⅰ的化合物的制备及结构表征

实施例1、化合物A1的制备过程。

将式ⅱ所示的半硫酸异甲基硫脲0.15mol与0.15mol的碳酸氢钠溶于40ml溶剂(V_H2O:V_THF＝1:1)中，冰浴搅拌条件下缓慢滴加0.1mol的Boc酸酐，20min滴加完毕，室温继续搅拌反应1小时，反应结束后旋蒸除去四氢呋喃，用二氯甲烷对剩余物进行萃取，收集有机相，无水硫酸钠干燥，浓缩溶剂，得到白色固体产物式ⅳ，产率为88％。

将化合物式ⅳ(0.08mol)与甲氨基甲酰氯(0.16mol)溶于20ml丙酮溶剂中，冰水浴搅拌条件下，将三乙胺(0.1mol)缓慢滴加至反应液中，滴加完毕后室温搅拌反应4小时，反应结束后加水淬灭反应，旋蒸除去丙酮，用二氯甲烷和水萃取反应物，收集二氯甲烷相，浓缩溶剂过柱，使用石油醚/乙酸乙酯＝10：1的洗脱剂收集白色固体产物，产率为95％。

结构确证数据如下：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ12.30(s,1H),5.57(s,1H),2.84(d,J＝5.1Hz,3H),2.29(s,3H),1.48(s,9H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ167.16(s),162.55(s),151.12(s),82.53(s),28.01(s),26.70(s),14.21(s)。

将0.05mol化合物式ⅵ与0.15mol的乙醇胺式ⅶ溶于15ml四氢呋喃溶剂中，室温条件下搅拌反应1.5小时，反应结束后浓缩反应液过柱，收集白色固体产物式ⅷ，产率为98％。

结构确证数据如下：¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ12.19(s,1H),8.42(s,1H),5.47(s,1H),4.91(s,1H),3.78–3.72(m,2H),3.50(d,J＝4.4Hz,2H),2.77(d,J＝4.6Hz,3H),1.48(s,9H).¹³C NMR(126MHz,CDCl₃)δ164.51(s),155.74(s),153.17(s),82.69(s),63.12(s),43.83(s),27.97(s),26.60(s)。

在盛有10ml溶剂DCM的圆底烧瓶中加入1mmol的羧酸化合物式ⅸ和1.2mmol的缩合剂DCC，然后继续加入1mmol的化合物式ⅷ和0.1mmol的4-DMAP，室温搅拌反应30min，反应结束后浓缩反应液，乙酸乙酯和水对反应物进行萃取，收集乙酸乙酯相，无水硫酸钠干燥，浓缩溶剂过柱收集白色固体产物，然后在TFA存在条件下，脱除Boc保护得到产物式I。

结构确证数据如下：¹H NMR(500MHz,DMSO)δ10.92(s,1H),9.34(s,1H),8.72(s,2H),7.90(d,J＝7.6Hz,1H),7.59(dd,J＝4.0,1.5Hz,2H),7.48–7.42(m,1H),4.43(t,J＝4.9Hz,2H),3.71(d,J＝4.2Hz,2H),2.66(d,J＝4.5Hz,3H).¹³C NMR(125MHz,DMSO)δ165.12(s),154.78(d,J＝9.2Hz),133.88(s),132.61(s),131.85(s),131.30(s),129.94(s),127.69(s),63.38(s),40.35(s),26.53(s)。

其他通式为式Ⅰ的系列化合物均可按照上述方法制备得到。部分化合物编号、结构、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。

表1.部分化合物的结构及其理化性质

表2.部分化合物的核磁表征和高分辨数据

二、通式为式Ⅰ的化合物几丁质水解酶OfChtI和OfHex1抑制活性测定

酶活性测定方法：测OfChtI的抑制活性时以4-甲基伞形酮基N,N'-二乙酰基-β-D-壳二糖苷(4-MethyluMbelliferyl N,N-diacetyl-β-D-chitobioside)为测试底物；测OfHex1的抑制活性时以4-甲基伞形酮基N-乙酰基-β-D-葡萄糖(4-MU-GlcNAc)为测试底物。将酶与待测酶缓冲液(20mM NaH₂PO₄，pH6.8)在96孔板内混合至终体积为90μL，加入10μL40μM底物pNP-β-GlcNAc开始反应，25℃温育5min，加入100μL 0.5M碳酸钠终止反应，于405nm测定吸收值。

化合物抑制活性测定方法：将样品用DMSO溶解且稀释为多个不同的浓度梯度，范围在0.001-100μM之间。在96孔酶标板上，每孔分别加入抑制剂2μL，酶液88μL，底物10μL，使得每孔的溶液总体积为100μL。在30℃条件下震荡孵育20min，然后在酶标板的每孔加入100μL的终止液，使用酶标仪测定荧光强度。测试过程设置激发波长为350nm，发射波长为450nm，测定荧光强度。计算每个样品浓度的抑制率，使用软件graph prism拟合IC₅₀值。部分化合物的几丁质酶抑制活性如表3所示，结果表明当药效团的结构为胍基酯时，其几丁质酶抑制活性显著低于胍基脲类化合物，说明胍基脲更利于与几丁质酶的结合。

表3.部分化合物的几丁质酶半数有效抑制浓度(IC₅₀)

化合物	OfChtI(μM)	OfHex1(μM)
			A1	0.24	0.49
A2	0.027	0.25
			A3	0.043	0.20
A4	25.00	2.94
			A5	>50	>100
A6	>50	>100
			A7	0.31	0.169
A8	0.47	0.30
			A9	0.12	0.92
A10	0.88	23.2

三、通式为式Ⅰ的化合物的杀虫活性测定

测定方法：采用点滴法处理待测虫子，测试化合物的浓度为200mg/L。在虫子的化蛹期计算其校正死亡率(％)，不能成功羽化的虫子为死亡的虫子。与对照药除虫脲比对，判断药剂毒力大小。部分化合物的杀虫活性数据见表4。

下述供试靶标：小菜蛾(Plutella xylostella Linnaeus)，亚洲玉米螟(Ostriniafurnacalis)，斜纹夜蛾，甜菜夜蛾，玉米粘虫都从商业途径购买得到。在室内用用相应的饲料进行喂养，饲养条件为室温(27±1)℃，湿度为40％，光照强度为2000lux，光照时间为每天12h。在室内饲养条件下，用虫龄、体重及生理状况一致的3龄幼虫进行药剂活性筛选试验。所有测试组的虫子都需要喂养至化蛹期，根据羽化的情况记录化合物对虫子的致死情况。由于当药效团结构为胍基酯时具有低的几丁质酶抑制活性，所以其杀虫活性同样低于含有胍基脲的结构。

表4.部分化合物的杀虫活性(200mg/L)

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种含有胍基脲或胍基酯的芳基酯类化合物，其特征在于，其结构如式Ⅰ所示：

其中，R₁选自：

R₂选自：

2.一种根据权利要求1所述的含有胍基脲或胍基酯的芳基酯类化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)半硫酸异甲基硫脲式ⅱ与二碳酸二叔丁酯式ⅲ反应得到单Boc保护的异甲基硫脲式ⅳ；

(2)式ⅳ所示的单Boc保护的异甲基硫脲与酰氯式ⅴ反应生成式ⅵ；

(3)式ⅵ与乙醇胺式ⅶ反应得到相应的产物式ⅷ；

(4)式ⅷ与各种羧酸式ⅸ先发生缩合反应然后脱去Boc保护基得到式I；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所用溶剂为两种溶剂按体积比为1：1的混合，两种溶剂是二氧六环/水、四氢呋喃/水或丙酮/水；所用的碱是碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾或者氢氧化钠中的任意一种。

4.根据权利要求2所示的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所用溶剂为DMF、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃或甲苯；使用的碱为三乙胺、DBU、DIPEA或碳酸钾中的任意一种。

5.根据权利要求2所示的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，乙醇胺式ⅶ与式ⅵ的摩尔比为2：1～5：1之间，所用溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷或者DMF。

6.根据权利要求2所示的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，使用的溶剂为二氯甲烷或者四氢呋喃；所用的缩合可以是EDCI、DCC或CDI中的任意一种，所用碱为三乙胺或者4-DMAP。

7.根据权利要求1所述的含有胍基脲或胍基酯的芳基酯类化合物在昆虫几丁质酶抑制剂或防治农业有害生物中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，当用于昆虫几丁质酶抑制剂时，其几丁质酶来源于亚洲玉米螟。

9.根据权利要求7所述的应用，当用于防治农业有害生物中的应用时，所述的有害生物包括鳞翅目、鞘翅目、直翅目、等翅目、半翅目、膜翅目、双翅目、缨翅目。

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