CN110615784B - 具有黄酮骨架的内酯类似物的合成及应用 - Google Patents

具有黄酮骨架的内酯类似物的合成及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有黄酮骨架的内酯类似物的合成及应用。该类化合物的结构通式为(I)，其中：R1或R2代表氢原子，C1‑C5的烷基，苯基及卤素取代的苯基，胡椒环，呋喃、噻吩等芳杂环。以邻羟基苯乙酮及醛或酮为原料，经过多步反应，合成得到一系列具有黄酮母核结构的内酯类似物。对该类化合物的列当种子萌发活性进行测试，结果显示该类化合物具有较好的种子萌发活性，是具有广阔应用前景的寄生杂草种子萌发剂，可实际应用于寄生杂草除草剂，尤其在农业上对寄生杂草列当及独脚金防控方面的用途。

Description

具有黄酮骨架的内酯类似物的合成及应用
技术领域
本发明涉及一种具有黄酮骨架的内酯类似物的合成及应用，具体为一种具有黄酮母核结构的内酯类似物的合成及其在农业上控制和清除寄生杂草列当及独脚金方面的应用。
背景技术
独脚金内酯类化合物是在生长素、细胞***素、赤霉素、脱落酸和乙烯之后被发现的一类新的植物激素。这一类植物激素对植物的生长及发育起到了重要的调控作用，因其重要的生理作用，独脚金内酯类化合物的研究也得到了越来越广泛的关注。
首个独脚金内酯类化合物(+)-独脚金醇((+)-strigol)于1966年从棉花的根系分泌物中分离得到，但由于其复杂的结构，经过长达二十年的时间其化学结构才得以完全阐明。自此以后一系列的独脚金内酯类化合物被分离得到。独脚金内酯类化合物结构相似，大都具有ABC三环内酯骨架并通过烯醇醚键与丁烯酸内酯环(D环)相连接。目前已经分离得到的独脚金内酯类化合物主要分为三类：Strigol类独脚金内酯化合物；Orobanchol类独脚金内酯化合物(代表化合物Orobanchol)和Non-canonical类独脚金内酯化合物。其中Strigol和Orobanchol类独脚金内酯化合物的主要区别在于其BC环连接位置处的立体化学结构不同。而Non-canonical类独脚金内酯化合物与以上两者不同，其结构特点在于不具备完整的ABC三环骨架结构。
独脚金及列当是寄生于植物根系的寄生杂草，其寄主主要为玉米、高粱、黍米、大米及甘蔗等农作物。列当属杂草是我国主要分布的寄生杂草，仅新疆一省因列当属杂草的寄生就造成西瓜及甜瓜减产20％-70％，传统的除草剂难以控制该类杂草的蔓延并会对其寄主造成损害。独脚金及列当杂草种子的萌发依赖于其寄主释放的信号分子即天然的独脚金内酯类化合物(SLs)，因该类寄生杂草生长所需营养基本全部依赖于其寄主，在缺少寄主的情况下通过人工合成的独脚金内酯类化合物诱导其***式萌发可实现清除该类杂草的目的。但天然的独脚金内酯类化合物结构复杂难以大量合成并应用于农业生产，因而简化其结构合成一系列活性相当且结构简单的类似物成为目前研究的热点。
中国专利CN201810446043.0公开了一类独脚金内酯衍生物及其制备方法和用途，该申请所涉及到化合物的对拟南芥种子的萌发抑制活性。
发明内容
本发明的目的是提供了一种新的具有天然黄酮骨架的内酯类似物的合成及应用。以邻羟基苯乙酮及醛或酮为原料，经过多步反应，合成得到一系列具有黄酮母核结构的内酯类似物。对该类化合物的列当种子萌发活性进行测试，结果显示该类化合物具有较好的种子萌发活性，特别是对瓜列当及向日葵列当种子萌发的生物活性。是具有广阔应用前景的寄生杂草种子萌发剂。
本发明提供的具有黄酮骨架的内酯类似物结构为(I)所示：
Figure BDA0002247974890000021
其中，R1或R2代表C1-C5的烷基，苯基及卤素取代的苯基，胡椒环，呋喃、噻吩等芳杂环。
优选地，R1或R2代表氢原子，C1-C5的烷基，苯基及卤素，烷基，或烷氧基取代的苯基，以及呋喃、噻吩等芳杂环。优选氢原子，甲基，乙基，正丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，正戊基，苯基。
再优选：3-(((4'-甲基-5'-氧代-2',5'-二氢呋喃-2'-基)氧)亚甲基)4-色满酮；2-甲基-3-(((4'-甲基-5'-氧代-2',5'-二氢呋喃-2'-基)氧)亚甲基)4-色满酮；2-乙基-3-(((4'-甲基-5'-氧代-2',5'-二氢呋喃-2'-基)氧)亚甲基)4-色满酮；2-丙基-3-(((4'-甲基-5'-氧代-2',5'-二氢呋喃-2'-基)氧)亚甲基)4-色满酮；2-丁基-3-(((4'-甲基-5'-氧代-2',5'-二氢呋喃-2'-基)氧)亚甲基)4-色满酮；2-戊基-3-(((4'-甲基-5'-氧代-2',5'-二氢呋喃-2'-基)氧)亚甲基)4-色满酮；2-苯基-3-(((4'-甲基-5'-氧代-2',5'-二氢呋喃-2'-基)氧)亚甲基)4-色满酮。
本发明涉及的化合物及其可以接受的盐在农业上用作除草剂。
本发明涉及的化合物及其在农业上可以接受的盐还可以作为有效成分与其他成分混合作为农药组合物，用做除草剂。
本发明提供的具有黄酮骨架的内酯类似物的合成方法包括的步骤：
Figure BDA0002247974890000031
本发明提供了一类新型诱导寄生杂草种子发生***式萌发的化合物的合成及其生物活性。该类化合物通过作用于寄生于常见作物种子中的寄生杂草如独脚金、列当等，刺激其种子发生萌发，从而使其无法寄生于寄主植物中导致其死亡。本发明与CN201810446043.0比较：1)所涉及化合物的结构类型不同。本发明为一类衍生自天然二氢黄酮类化合物的设计、合成及杂草种子萌发活性；而上述申请的化合物与现在的发明具有显著不同的结构；2)作用途径和方式不同。上述申请为所涉及到化合物的对拟南芥种子的萌发抑制活性，本发明为设计化合物对寄生杂草种子的诱导萌发活性，二者具有显著不同的作用目的。
本发明所述的具有黄酮母核结构的内酯类似物应用于寄生杂草种子萌发剂、寄生杂草除草剂。这类化合物对我国农作物中寄生杂草种子的萌发具有显著的诱导作用效果，从而导致这些寄生杂草无法寄生到寄主种子中，最终导致这些寄生杂草发生***式的死亡。所述农田农作物寄主植物选自玉米、高粱、黍米、大米、马铃薯、木薯、大豆、向日葵、甜菜、甘蔗、番茄、黄瓜、西瓜、甜瓜、哈密瓜、木瓜、番木瓜。所述寄生杂草优选自独脚金，列当。
总之，本发明提供了一类具有天然产物黄酮母核结构的内酯类似物及其制备方法和用途。以邻羟基苯乙酮及醛或酮为原料，经过多步反应，合成得到一系列具有黄酮母核结构的内酯类似物。对该类化合物的列当种子萌发活性进行测试，结果显示该类化合物具有较好的种子萌发活性，是具有广阔应用前景的寄生杂草种子萌发剂。可实际应用于寄生杂草除草剂。本发明涉及黄酮类内酯类似物的用途，尤其在农业上对寄生杂草列当及独脚金防控方面的用途。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，但这些实施例不是对本发明进行限制。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件以及手册中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件；所用的设备、材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
合成路线1：
将1.36ml邻羟基苯乙酮(1.2eq)、0.96ml苯甲醛(1eq)、1.29ml苯胺(1.5eq)溶于15ml甲醇中，而后加入0.72g碘并于40℃下搅拌反应20小时。TLC监测反应过程，待底物消耗完全后浓缩反应体系并直接经硅胶柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯＝200:1)得白色固体1共1.3g，产率61.5％。
取0.68g的化合物1(1eq)溶于10ml甲苯中，而后向反应体系中加入1.21ml的N,N-二甲基甲酰胺二甲缩醛(3eq)于150℃回流反应6-8小时并TLC监测，待反应结束后直接经硅胶柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯＝2:1)得淡黄色固体2共0.68g，产率80.4％。
将0.68g化合物2(1eq)溶于15ml的四氢呋喃：冰醋酸：水＝1:1:1的混合溶液中，室温搅拌反应并TLC监测，待原料点完全消失后使用二氯甲烷萃取反应体系，有机相用饱和碳酸氢钠水溶液洗涤至不再有气泡产生。而后使用无水硫酸钠干燥有机相，旋干有机相得到的残渣即为化合物3的粗产品。直接将化合物3的粗品溶于15mL无水四氢呋喃中，冰浴使反应体系温度降至0℃并向反应体系中加入0.3g的叔丁醇钾(1.1eq)，搅拌15min，最后将0.43g的5-溴-3-甲基呋喃-2(5H)-酮(1eq)溶于5ml无水四氢呋喃并缓慢滴入反应体系中反应12小时，TLC检测反应完全后浓缩反应体系并直接硅胶柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯：二氯甲烷＝7:1:2)得到黄色油状产物W-1共290mg，两步总产率34.2％。
合成路线2：
将1.32ml邻羟基苯乙酮(1eq)、1.21ml丙酮(1.5eq)以及1.38ml吡咯烷(1.5eq)溶于20ml无水乙醇中，而后120℃加热回流反应24小时并TLC检测，待邻羟基苯乙酮消耗完全时停止反应。浓缩反应体系并使用硅胶柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯＝200:1)得白色固体1共1.84g，产率80％。
取0.77g乙醇钠(2eq)溶于20ml甲苯中，再向反应体系中加入0.84g甲酸乙酯(2eq)。将1g化合物1(1eq)溶于20ml甲苯中，15min内滴入反应体系中。反应24h后加水猝灭反应，有机相使用2M的氢氧化钠溶液洗涤。水相使用***洗涤并使用浓盐酸调pH至1，而后使用乙酸乙酯萃取水相。无水硫酸镁干燥有机相，旋干有机相后得棕色固体产物即为中间体2，无需分离直接用于下步反应。取1.16g的中间体2(1eq)粗品溶于15ml的无水四氢呋喃中，反应体系冰浴至0℃，向反应体系中加入0.70g叔丁醇钾(1.1eq)并搅拌15min。最后将1.01g的5-溴-3-甲基呋喃-2(5H)-酮(1eq)溶于5ml无水四氢呋喃并缓慢滴入反应体系中反应12小时，TLC检测反应完全后浓缩反应体系直接硅胶柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯：二氯甲烷＝7:1:2)得到棕色油状产物W-12共290mg，产率17.02％。
合成路线3：
将1.33ml的邻羟基苯乙酮(1eq)和2.03ml的正己醛(1.5eq)溶于50ml的无水乙醇中，而后向反应体系中加入0.14ml的吡咯烷(0.15eq)。加热反应体系至120℃左右回流反应20小时。TLC监测反应过程，待邻羟基苯乙酮基本反应完后停止反应。浓缩反应体系并直接硅胶柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯＝100:1)得到黄色油状物1共1.69g，产率70％。取2.91g的叔丁醇钾(2eq)溶于15ml的无水***中，反应体系冰浴至温度为0℃。随后将2.83g的化合物1(1eq)及2.09ml的甲酸乙酯溶于6ml无水乙醇中。缓慢滴加化合物1及甲酸乙酯的乙醇溶液至反应体系中，室温搅拌14小时并TLC监测。反应结束后旋干反应体系，向反应体系中加入20ml水，二氯甲烷萃洗水相，多次萃洗后使用浓盐酸调节水相pH值至1-2并有固体产物析出。使用乙酸乙酯萃取水相，无水硫酸镁干燥有机相并旋干得到中间产物2，不必纯化直接用于下步反应。取1.07g中间体2(1eq)粗产品溶于15ml无水四氢呋喃中，随后向反应体系中加入536mg的叔丁醇钾(1.1eq)。反应体系冰浴并调节反应温度至0℃，搅拌15min，而后将768mg的5-溴-3-甲基呋喃-2(5H)-酮(1eq)溶于5ml无水四氢呋喃中并缓慢滴入体系反应12小时。TLC检测反应结束后浓缩反应体系，直接硅胶柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯：二氯甲烷＝7:1:2)得到黄色油状物W-20共290mg，产率19.5％。(W-19也按该路线合成)
化合物W-1～W-24按照上述三条路线合成，化合物理化数据如表1所示，典型化合物NMR数据如表2。
表1：化合物的理化性质及收率
Figure BDA0002247974890000051
Figure BDA0002247974890000061
表2：典型化合物NMR数据
Figure BDA0002247974890000062
Figure BDA0002247974890000071
Figure BDA0002247974890000081
Figure BDA0002247974890000091
Figure BDA0002247974890000101
Figure BDA0002247974890000111
Figure BDA0002247974890000121
以下为合成的黄酮类内酯类似物结构：
Figure BDA0002247974890000131
实施例2
对化合物W-1～W-24进行了甜瓜列当和向日葵列当种子萌发活性测试，测试方法如下：
取一直径9cm的塑料培养皿，底层铺一张滤纸并用灭菌蒸馏水润湿，而后铺满直径6mm的滤纸片。将瓜列当种子均匀洒在湿滤纸片上，滤纸片上种子数约25-65粒。用封口胶密封培养皿并于暗处室温预培养种子3-7天。取直径6mm的玻璃纤维滤纸片，将其置于塑料培养皿中并加入25μL待测化合物溶液(丙酮做溶剂)，待丙酮完全挥发后取预培养种子片置于其上方并加入25μL灭菌蒸馏水，最后在培养皿中央放置灭菌蒸馏水润湿的滤纸片保湿，封口胶密封培养皿后暗处室温培养十天，显微镜下观察种子萌发情况并计算萌发率，以商品化GR24为对照。每个浓度化合物平行测试三次，各浓度化合物每次四组实验并计算均值及标准偏差，使用SPSS 19.0计算化合物的EC50值。向日葵列当种子萌发活性测试方法与之相同。
表3化合物W-1～W-24对甜瓜列当种子的诱导萌发活性筛选
Figure BDA0002247974890000141
表4部分化合物向日葵列当种子的诱导萌发率
Figure BDA0002247974890000142

Claims (3)

1.一种具有黄酮母核结构的内酯类似物，及其农业上可接受的盐；具体结构如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，对应的取代基为：
Figure 458078DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
2.一种具有黄酮母核结构的内酯类似物，其特征在于选自下列化合物： W-12、W-19、W-20、W-21、W-22、W-23或W -24，具体结构如下：
Figure 727385DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure 247360DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure 782377DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE009
Figure 554155DEST_PATH_IMAGE010
。
3.权利要求1或2所述的具有黄酮母核结构的内酯类似物的组合物，其特征在于所述的组合物中包含具有黄酮母核结构的内酯类似物有效活性成分的质量百分比为：0.l—99％。
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