陳旭日 馬 玲 曹傳旺 邱本軍 韓旭洋 羅 帥 楊 洋

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

責任編輯:程 紅。

當今人們的環(huán)保意識不斷提高，廣譜的化學農藥由于對環(huán)境造成嚴重污染而受到嚴格限制，探索新型高效易得殺蟲藥劑替代化學農藥進行有害生物綜合防治成為當今各國科研工作者關注的熱門話題［1］。松節(jié)油是我國豐富的自然資源，其主要成分是α－蒎烯，通過蒸餾可直接將α －蒎烯從松節(jié)油中分離出來［2］，其本身具有一定的生物活性。α －蒎烯具有一定的殺蟲和抑菌活性［3］。已有研究表明，α－蒎烯對松縱坑切梢小蠹(Tomicus piniperda)和黑條木小蠹(Trypodendron lineatum)具有較強引誘作用［4－6］，對雜擬谷盜(Tribolium confusum)成蟲有較強的觸殺、驅避作用［7］。α－蒎烯以及含有α－蒎烯的植物精油對儲藏物害蟲衣魚(Lepisma saccharina)、大田害蟲棉鈴蟲(Helicoverpa armigera)、大麥蟲(Zophobas morio)［8］、斜紋夜蛾(Spodoptera litura)、土傳病菌尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysporum)具有良好的控制作用［9－10］。α －蒎烯是一種單萜烯，它含有特殊的雙環(huán)雙鍵結構，因而具有較高的反應活性及獨特的反應多樣性［11－12］。利用α －蒎烯的不同性質，可以將其合成一系列精細化工原料或產品，已有人對抑菌［13］和線蟲［14］防治做了一系列深入地研究。但是，目前合成的α －蒎烯的衍生物作為殺蟲劑還很少。因此，α－蒎烯以及含有α－蒎烯的植物精油在有害生物防治領域具有很高的研究價值和廣闊的開發(fā)利用前景［15］，值得進一步深入研究。為使殺蟲效果更理想，本研究以廉價易得的α－蒎烯為原料，通過對α －蒎烯幾種不同結構的修飾，合成系列新型的化合物并探索其殺蟲活性，最終篩選出具有良好殺蟲活性的化合物。

1 材料與方法

1.1 材料

儀器和試劑:α －蒎烯，分析純99.5%，購自美國Sigma 公司;丙酮(98.0%)、無水乙醇(分析純)、四氯化碳(95%)、N－溴代丁二酰亞胺(分析純)、苯胺(98%)、三氟化硼乙醚(98.5%)、硼氫化鈉(分析純)、環(huán) 己 胺(95%)、甲 醇(95%)、乙 酸 乙 酯(95%)、石油醚(95%)等均由天津市永大化學試劑有限公司生產;所用儀器包括BrukerAV400 MHz 核磁共振儀(美國Nicolet 公司);Agilent 6890 氣相色譜儀(美國Agilent 公司);Agilent 5973 質譜儀(美國Agilent 公司);Nicolet380FT －IR 紅外光譜儀(美國Nicolet 公司)。

供試昆蟲:大麥蟲購自哈爾濱大發(fā)花鳥魚市場，帶回實驗室置于溫度(25 ±1)℃、相對濕度(65 ±2)%、光周期12 h 黑暗12 h 光照的恒溫培養(yǎng)箱中用麥麩飼養(yǎng)。室內馴化一段時間選擇健壯，大小、顏色基本一致的3 齡幼蟲用于試驗。

1.2 方法

1.2.1 合成路線

α－蒎烯7 種衍生物的合成路線見圖1。

圖1 α－蒎烯衍生物的合成路線

制備1 －溴－2 －(溴甲基)－7，7 －二甲基［4.1.0］庚－2 －烯(A):α－蒎烯0.688 g、N－溴代丁二酰亞胺1.908 9 g、30 mL 四氯化碳在室溫下反應15 h，反應終止后先過濾，然后經Na2SO4干燥得到粗產物，再經乙酸乙酯和石油醚硅膠柱進一步分離純化。具體操作方法參照文獻［16 －17］。

制備3 －甲氧基－4 －羥基苯基－α－蒎烯馬來酰亞胺基酰腙(B):參照文獻［18 －19］的合成路線合成化合物B。1HNMR(600 MHz，CDCl3)δ:8.78(s，1H，C15－H)，7.53(d，J =1.9 Hz，1H，C6H3)，7.16(dd，J=8.1，1.8 Hz，1H，C6H3)，6.93(dd，J =8.1，1.5 Hz，1H，C6H3)，6.03(t，J=13.0 Hz，2H，C8－H)，5.97(d，J=8.5 Hz，1H，C7－H)，3.93(d，J =3.7 Hz，3H，OCH3)，3.03(d，J=8.1 Hz，1H，C2－H)，2.62～2.70(m，2H，C5－H，C11－H)，1.50～1.57(m，4H，C14－H，C9－Ha)，1.44～1.50(m，1H，C10－Ha)，1.341.40(m，1H，C9－Hb)，1.27～1.33(m，1H，C10－Hb)，1.13(d，J=6.8 Hz，3H，C13－H)，1.0(d，J=6.9 Hz，3H，C12－ H):MS(ESI)m/z:381.0(［M －H］－).Anal.calcd for C22H26N2O4:C69.09，H6.85，N7.32;foundC69.27，H6.83，N7.34。

制備馬鞭草烯酮(C):在以乙醇為溶劑、反應溫度為70 ℃、反應時間為6 h、氯化銅用量為1%、叔丁基過氧化氫(TBHP)用量為4 倍、氧氣流量為25～35 mL·min－1的最佳條件下，α － 蒎烯轉化率可達100%，主 要 產 物 馬 鞭 草 烯 酮［20］的 產 率 為83.7%。1HNMR(300 MHz，CDCl3)δ/ × 10－6:1.02(s，3H)，1.47(s，3H)，2.00(d，3H，J =1.9 Hz)，2.10～2.08(m1H)，2.42(m，1H)，2.70～2.62(m，1H)，2.91～2.80(m，1H)，5.71(m，1H).IR(KBr)/cm－1:3026.99(C = C2H)，2 922.37，2 834.23(C2H)，1 682.70(C=O)，1 468.99，1 436.63，1 365.71(2CH3，2CH2).MS(70 eV)m/z:150(M+)，135，122，107，91，80，67，55，39，27。

制備(10z)－N－(5.7.7 －三甲基［4.1.0］庚－4 －乙二胺－3 －亞基)環(huán)己胺(D):稱量C2.668 0 g、環(huán)己胺9.104 0 g、三氟化硼乙醚0.288 3 g、甲苯40 mL 加入到有分水器和冷凝器的燒瓶中回流冷凝20 h，反應結束后用水和飽和食鹽水洗滌呈中性，再經Na2SO4干燥得到粗產物，最后經過硅膠柱色譜柱進行純化。1HNMR(400 MHz，DMSO －d6)0.799(s，3H，C8－3H)，0.797(d，J =7.2 Hz，3H，C10－3H)，1.177(s，3H，C9－3H)，1.758～1.872(m，2H，C2－H，C7－H)，1.930～2.050(m，2H，C1－H，C5－H)，2.218～2.330(m，2H，C4－H，C7－H)，2.33～2.395(m，1H，C4－H);IR(KBr)/cm－1:2 984(CH3)，2 930(CH2)，2 885(CH3)，3 026.99(C =C2H)，1 646(C=N)，1 474(CH2)，1 449(CH3)，1 368［(CH3)2］，1 325～1 030(C － C)，964(CH2);MS(70 eV)m/e(%)29(M+，3)，41(M+，18)，55(M+，43)，67(M+，7)，77(M+，3)，83(M+，100)，95(M+，7)，110(M+，5)，123(M+，43)，137(M+，7)，150(M+，3)，164(M+，5)，178(M+，2)，196(M+，6)，218(M+，7)，233(M+，20)。

制備N－環(huán)己基－5.7.7 －三甲基［4.1.0］庚－4 －乙二胺－3 －胺(E):稱取D0.509 7 g，甲醇20 mL 加入到燒瓶內，在冰浴條件下冷卻至0～5 ℃，始終控制體系溫度在0～5 ℃，分批次地加入硼氫化鈉，加完硼氫化鈉后移除冰浴并在室溫條件下反應，直到無氣泡產生時加入一定量的水終止反應。然后用石油醚萃取3 次，并合并有機相。將有機相先用水和飽和食鹽水洗滌呈中性，再經Na2SO4干燥得到粗產物，最后經過硅膠色譜柱進行分離純化。1HNMR(400 MHz，DMSO －d6)0.800(s，3H，C8－3H)，0.968(d，J =7.2 Hz，3H，C10－3H)，1.169(s，3H，C9－3H)，1.261～1.371(m，2H，C4－H，C7－H)，1.404～1.500(m，1H，C1－H)，1.576～1.649(m，1H，C5－H)，1.998～1.864(m，3H，C4－H，C7－H)，2.539～2.600(m，1H，C3－ H);IR(KBr)/cm－1:3 026.99(C = C2H)，2 984(CH3)，2 922(CH2)，2 854(CH3)，1 367(CH3)，1 259～1 034(C－C)，899(CH2)，721(CH2);MS(70 eV)m/e(%)41(M+，14)，44(M+，42)，55(M+，24)，82(M+，38)，96(M+，26)，110(M+，31)，125(M+，100)，139(M+，31)，152(M+，7)，235(M+，1)。

制備(10z)－N－(5.7.7－三甲基［4.1.0］庚－4－乙二胺－3－亞基)苯胺(F):稱取C 7.253 2 g、苯胺1.454 4 g、三氟化硼乙醚0.929 7 g，甲苯60 mL 作帶水劑加入到有分水器和冷凝器的燒瓶中回流冷凝35 h，反應結束后用水和飽和食鹽水洗滌呈中性，再經過Na2SO4干燥得到粗產物，最后經過硅膠柱色譜柱進行 分 離 純 化。1HNMR(400 MHz，DMSO －d6)0.799(s，3H，C8－3H)，0.979(d，J =7.2 Hz，3H，C10－3H)，1.223(s，3H，C9－3H)，1.264～1.450(m，2H，C4－2H)，1.758～1.878(m，2H，C2－H，C7－H)，1.930～2.054(m，2H，C1－H，C5－H)，2.059～2.210(m，1H，C7－H);IR(KBr)/cm－1:3 079，3 059，3 021(CH)，3 026.99(C = C2H)，2 936(CH3)，2 920(CH2)，2 872(CH3)，1 647(C = N)，1 441，1 485，1 594(C=C)，1 416(CH2)，1 371(CH3)，1 321～1 026(C － C)，778，699(CH);MS(70 eV)m/e(%)29(M+，4)，41(M+，5)，51(M+，6)，55(M+，6)，69(M+，1)，83(M+，1)，102(M+，7)，118(M+，100)，130(M+，18)，145(M+，8)，158(M+，3)，172(M+，2)，188(M+，5)，210(M+，3)，228(M+，20)。

制備5.7.7 －三甲基－N －苯基［4.1.0］庚－4－乙二胺－3 －胺(G):稱取F 0.596 3 g，甲醇40 mL加入到燒瓶內，在冰浴的條件下冷卻至0～5 ℃，始終控制體系溫度在0～5 ℃范圍內分批次加入硼氫化鈉，加完硼氫化鈉后移除冰浴并在室溫條件下反應，直到無氣泡產生時加入一定量的水終止反應。然后用石油醚直接萃取3 次，并合并有機相。將有機相先用水和飽和食鹽水洗滌呈中性，再經過Na2SO4干燥得到粗產物，最后經過硅膠色譜柱進行分離純化。1HNMR(400 MHz，DMSO －d6)0.922(s，3H，C8－3H)，1.089(d，J =6.4 Hz，3H，C10－3H)，1.285(s，3H，C9－3H)，1.480(d，J=10 Hz，1H，C7－H)，1.608(dd，J1 =J2 =Hz，1H，C1－H)，1.780(t，J=5.6 Hz，1H，C5－H)，1.844～1.898(m，1H，C4－H)，1.994～2.034(m，1H，C7－H)，2.118～2.172(m，1H，C4－H)，2.528～2.597(m，1H，C2－H)，3.383(dd，J1 =8.4 Hz，J2 =8.2 Hz，1H，C3－ H);IR(KBr)/cm－1:3 368(NH)，3 026.99(C = C2H)，3 083，3 050，3 013(CH)，2 951(CH3)，2 906(CH2)，2 866(CH3)，1 601，1 503，1 462(C=C)，1 458(NH)，1 370(CH3)，1 316～1 038(C－C)，988～1 039(C －C)，988，865(CH2)，747，692(CH);MS(70 eV)m/e(%)29(M+，5)，55(M+，4)，78(M+，16)，102(M+，10)，118(M+，100)，133(M+，17)，146(M+，4)，172(M+，3)，229(M+，15)。

1.2.2 毒理試驗

在每個養(yǎng)蟲瓶中放入健康的、齡期統(tǒng)一的大麥蟲幼蟲15 頭，瓶內置放用同一打孔器打孔的直徑為1 cm 包菜葉片60 片，每片葉片被藥液浸漬10 s 后取出并在自然條件下晾干;每個藥劑配置6 個質量濃度，每個質量濃度3 個重復，清水處理作為對照，觀察大麥蟲的中毒癥狀并及時挑出死亡個體;分別于12、24、36、48、60、72 h 后統(tǒng)計死亡數。(以探針觸碰試蟲，試蟲對機械刺激無反應者視為死亡)以不施藥的12、24、36、48、60、72 h 大麥蟲幼蟲為空白對照。以24、48、72 h 為例來進行分析。

校正死亡率=((處理死亡數－對照死亡數)/處理死亡數)×100%。

1.2.3 數據統(tǒng)計分析

目標產物都是按照合成路線進行的，而且得到的化合物和預想的完全相同。用這7 種化合物對大麥蟲進行毒力試驗，運用SPSS 19 軟件進行數據處理，采用Duncan’s 方法進行顯著性分析(α =0.05)，通過對比篩選出比較理想的藥物。采用POLO軟件計算藥物對大麥蟲幼蟲95%置信區(qū)間內的半致死濃度(LC50)。

2 結果與分析

2.1 24 h 室內毒力試驗

由表1可以看出，每種藥物對供試昆蟲均有一定程度的毒力作用。隨著藥液質量濃度的增大，大麥蟲的死亡率也有一定的增大趨勢，其中化合物B和F 的對大麥蟲的毒殺作用是最為明顯。在0.001、0.010、0.100、1.000、10.000、100.000 mg·L－1濃度時B 和F 對大麥蟲的致死率分別是6.31%、16.45%、20.13%、22.08%、24.67%、26.96%和10.08%、16.33%、20.58%、23.87%、26.11%、30.76%。

2.2 48 h 室內毒力試驗

由表1可以看出，室內毒力試驗48 h 后，各藥物對大麥蟲的毒力效果明顯增大，說明這些藥物對昆蟲的毒力有一定的延續(xù)作用?；衔顱 和F 對大麥蟲的毒殺作用較其他化合物仍是最顯著的，而且比24 h 大麥蟲的死亡率增大較明顯。在化合物B和F 作用下，從低質量濃度到高質量濃度大麥蟲的死亡 率 分 別 為13.23%、22.66%、25.45%、29.33%、40.15%、46.08% 和20.41%、26.14%、33.66%、43.89%、46.50%、53.36%。

2.3 72 h 室內毒力試驗

由表1可知，處理組的大麥蟲明顯比對照組的死亡率高，而且隨著時間的增加各種化合物的毒力作用也更突顯?；衔顱 和F 對大麥蟲的毒殺作用比其它處理組更為明顯，大麥蟲在72 h 的死亡率從低質量濃度到高質量濃度依次為20.01%、36.23%、46.13%、60.11%、63.25%、70.54%和30.22%、46.41%、53.14%、60.35%、73.33%和86.51%。

表1 α－蒎烯衍生物24 h 時不同藥物對大麥蟲的毒殺作用

2.4 不同藥物在不同時間對大麥蟲幼蟲的毒力作用

在72 h 對化合物B 和F 進行統(tǒng)計分析(表2)。由表2可以看出，兩種化合物B 和F 在72 h 后的卡方值分別為3.04 和1.79。在置信區(qū)間為95%時，B和F 對大麥蟲作用的LC50分別為543、43 μg·L－1。通過比較可以進一步證明化合物F 比化合物B 對大麥蟲的毒力作用更有優(yōu)勢。

表2 α－蒎烯衍生物B 和F 在72 h 對大麥蟲的毒力

由表3可以看出，同一時間條件下化合物B 和F 的毒力回歸方程的斜率大于其他處理，進一步說明了這兩種化合物對大麥蟲幼蟲的毒力效果比較理想。隨著時間的增加斜率逐漸增大，說明這兩種藥物對供試昆蟲具有持續(xù)效應。

通過對比各種藥物的毒殺作用(表1)可以看出，化合物B 和F 殺蟲效果較好，隨處理時間的增加大麥蟲的死亡率增大，化合物F 對大麥蟲毒力作用較B 強?；衔顱 和F 在質量濃度為100 mg·L－1、24、48、72 h時大麥蟲的死亡率分別為26.45%、46.76%、70.92%和30.23%、53.47%、86.88%。

表3 α－蒎烯衍生物對大麥蟲的毒力回歸結果

3 結論與討論

松節(jié)油是我國的天然優(yōu)勢資源，其主要成分是α－蒎烯。α －蒎烯本身及其衍生物具有廣泛的生物活性。研究表明［21］，α －蒎烯單體具有一定的殺蟲效果。本研究以α －蒎烯為原料，對其分子結構進行修飾和重新構建，最終得到7 種目標產物，并且用這7 種目標產物對大麥蟲進行室內毒力測定，結果顯示化合物B 和F 對大麥蟲的毒力效果比較理想，在質量濃度為100 mg·L－1、時間為72 h 時的大麥蟲死亡率分別為70.92%和86.88%。這幾種化合物的合成路徑簡便、易于操作，原料價格低廉且容易得到，具有較高的開發(fā)潛力。

目前，學者們已經很重視通過改造α －蒎烯分子結構來進行相關研究。馬獻力等［13］研究發(fā)現(xiàn)其衍生物對蘋果輪紋病菌、花生褐斑病菌和番茄早疫病菌具有良好的抑制作用，楊益琴等［14］通過修飾α－蒎烯結構得到的衍生物對松材線蟲具有很好的毒力作用，但是α －蒎烯的衍生物作為殺蟲劑卻少見報道，所以要充分利用天然資源的優(yōu)勢，并且對其進行深入的探討和研究，最終篩選出優(yōu)質的殺蟲劑，開發(fā)出α－蒎烯的深加工產品，更好地促進植物園殺蟲劑的發(fā)展，保護環(huán)境健康，而且對促進國家和地方經濟的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。

［1］ 宋玉雙，黃北英.中國林業(yè)有害生物防治技術的新進展［J］.中國森林病蟲，2008，27(6):31 －34，42.

［2］ 彭崢國，薛健，吳曉波，等.α－松油醇的提取純化與穩(wěn)定性實驗［J］.醫(yī)藥導報，2011，30(9):1198 －1199.

［3］ 陳根強，馮俊濤，張興.松油烯－4 －醇對粘蟲的致毒機制［J］.昆蟲知識，2006，43(6):785 －788.

［4］ Schroeder L M.Attraction of the bark beetle Tomicus piniperda and some other bark and wood living beetles to the host volatiles α-pinene and ethanol［J］.Entomologia Experimental et Applicata，1988，46(3):203 －210.

［5］ Schroeder L M，Weslien J.Reduced offspring production in bark beetle Tomicus piniperda in pine bolts baited with ethanol and αpinene，which attract antagonistic insects［J］.Journal of Chemical Ecology，1994，20(7):1429 －1444.

［6］ Czokajlo D，Teale S A.Synergistic effect of ethanol to α-pinene in primary attraction of the larger pine shoot beetle，Tomicus piniperda［J］.Journal of Chemical Ecology，1999，25(5):1121 －1130.

［7］ 呂建華，林敏剛，屠亞偉.α－蒎烯對雜擬谷盜成蟲的控制作用［J］.中國糧油學報，2010，25(12):88 －91.

［8］ 田雨濃，馬偉，韋慶慧，等.α－蒎烯對大麥蟲體內解毒酶活性的影響［J］.林業(yè)科學，2013，49(4):152 －156.

［9］ Wang Shengyang，Lai Wanchi，Chu Fanghua，et al.Essential oil from the leaves of cryptomeria japonica acts as a silverfish (Lepismasaccharina)repellent and insecticide［J］.Journal of Wood Science，2006，52(6):522 －526.

［10］ Sekine T，Sugano M，Majid A，et al.Antifungal effects of volatile Compounds from Black Zira (Bunium persicum)and other spices and herbs［J］.Journal of Chemical Ecology，2007，33(11):2123 －2132.

［11］ 朱衛(wèi)國，柳全豐，朱美香，等.松節(jié)油合成桃金娘烯醛的研究［J］.湘潭大學自然科學學報，1995，17(4):87 －90.

［12］ Wender P A，F(xiàn)loreancig P E，Glass T E，et al.Toward the synthesis of taxol and its analo gs:Incorporation of non-aromatic Crings in the pinene pathway［J］.Tetrahedron Letters，1995，36(28):4939 －4942.

［13］ 馬獻力，黃建新，段文貴，等.α－萜品烯馬來酰亞胺基酰腙衍生物的合成及殺菌活性研究［J］.有機化學，2012，32(6):1077 －1083.

［14］ 楊益琴，王石發(fā)，李艷蘋，等.α－旅烯含氮衍生物的合成及其殺松材線蟲活性的研究［J］.化學學報，2009，67(21):2463 －2474.

［15］ 周仕濤.我國植物源農藥的研究及前景［J］.西南農業(yè)學報，2004，17(4):525 －530.

［16］ 劉騰飛，王亞權.芳香親核取代氫反應及4 －氨基二苯胺的合成［J］.化學工業(yè)與工程，2003，20(5):297 －302.

［17］ Yu feili，Padias A B，Hall H K Jr.Evidence for 2-Hexene-1，6-diyl diradicals accompanying the concerted Diels-Alder cycloaddition of acrylonitrile with Nonpolar 1，3-Diene［J］.J Org Chem，1993，58:7049 －7058.

［18］ 羅常泉，段文貴，岑波，等.合成α－蒎烯－馬來酸酐加成物的新工藝研究［J］.廣西大學學報:自然科學版，2006，31(1):15 －19.

［19］ 陸占國，小林直，笠井博子.α－松油烯為原料的單萜衍生物合成及其構造解析［J］.化學試劑，2005，27(10):585 －588.

［20］ 孫小玲，林林.由α －蒎烯催化氧化制備馬鞭草烯酮［J］.化學世界，2009(7):414 －417.

［21］ 田雨濃.四種萜烯單體對大麥蟲生物活性及其作用機理研究［D］.哈爾濱:東北林業(yè)大學，2013.