張美丹，黃劍鋒，張曄初，羅輝，翁群芳，張耀謀

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)a.理學(xué)院;b.資源環(huán)境學(xué)院，廣東廣州 510642)

新型苯甲醛-β-咔啉-3-酰腙的合成及其除草活性*

張美丹1a，黃劍鋒1a，張曄初1a，羅輝1a，翁群芳1b，張耀謀1a

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)a.理學(xué)院;b.資源環(huán)境學(xué)院，廣東廣州 510642)

以L-色氨酸為起始原料，經(jīng)Pictet-Spengle環(huán)合、酯化、氧化、氨解等反應(yīng)合成了3個(gè)新型的四氫β-咔啉-3-酰腙(5a～5c)和3個(gè)新型的β-咔啉-3-酰腙衍生物(8a～8c)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR表征。初步除草活性測(cè)試結(jié)果表明:在用藥量為200 mg·L-1時(shí)，5a～5c和8a～8c的對(duì)白菜的抑制率均為100%;隨著用藥量降低，活性也隨之減小;5a～5c的生長抑制率普遍比8a～8c好。

L-色氨酸;酰腙;合成;除草活性

酰腙類化合物是由酰肼與醛或酮縮合而成的一類Schiff堿類化合物，在親生物的環(huán)境中表現(xiàn)出良好的生物活性、較強(qiáng)的配位能力和多樣的配位方式。在醫(yī)藥、農(nóng)藥、材料和分析試劑等方面受到了廣泛關(guān)注［1-2］?？鼓[瘤作用研究結(jié)果表明，3-位上的結(jié)構(gòu)對(duì)增強(qiáng)化合物的活性和降低其毒性具有重要意義［3-4］。人們希望通過對(duì)其3-位進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾以獲得理想的目標(biāo)化合物。

本文以L-色氨酸(1)為起始原料，經(jīng)Pictet-Spengle環(huán)合、酯化、氧化、氨解等反應(yīng)合成了3個(gè)新型的四氫β-咔啉-3-酰腙(5a～5c)和3個(gè)新型的β-咔啉-3-酰腙衍生物(8a～8c)(Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR表征。并研究了5和8的除草活性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

XT-4型雙目顯微熔點(diǎn)儀(溫度未校正);ZF-2型紫外儀;Bruker-600型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))。

所用試劑均為化學(xué)純或分析純。

1.2 合成

(1)1-苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-羧酸(2)的合成

在反應(yīng)瓶中加入1 20.4 g(100 mmol)和冰乙酸100 mL，攪拌下加入苯甲醛10.6 g(100 mmol)的冰乙酸(10 mL)溶液，攪拌使其呈均勻;于室溫反應(yīng)20 min;升溫至75℃(析出沉淀)，保溫反應(yīng)0.5 h。冷卻至室溫，抽濾，濾餅用水洗滌，干燥得白色固體2 25.3 g，收率87%。

(2)1-苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-羧酸甲酯(3)的合成

在反應(yīng)瓶中加入甲醇100 mL，冰浴冷卻，攪拌下緩慢滴加二氯亞砜10 mL，滴畢，反應(yīng)30 min。除去冰浴，加入2 24.51 g(84.2 mmol)，于室溫反應(yīng)30 min;于70℃反應(yīng)至終點(diǎn)(TCL跟蹤)。冷卻，倒入冰水中，用30%氫氧化鈉溶液調(diào)至pH 7～8，抽濾，濾餅用水洗滌后干燥得淡黃色固體3 25.2 g，收率98.1%。

(3)1-苯基-β-咔啉-3-羧酸甲酯(6)的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入3 12.41 g和DMF 100 mL，攪拌使其溶解;冰鹽浴冷卻，分次加入KMnO412.8 g(2 eq)，反應(yīng)1 h(TCL跟蹤);撤去冰浴，室溫反應(yīng)過夜。抽濾，濾液減壓濃縮至干，用乙醇重結(jié)晶得土黃色固體6 7.25 g，收率59.2%。

(4)1-苯基-β-咔啉-3-羰基肼(7)的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入6 7.21g(24 mmol)和乙醇30 mL，攪拌使其溶解;回流反應(yīng)5 min;加入過量水合肼，保溫反應(yīng)6 h(TCL跟蹤)。抽濾，濾餅用水充分洗滌，干燥得黃色固體7 6.65 g，收率92%。

用3代替6，用類似方法合成1-苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-羰基肼(4)。

(5)8的合成(以8a為例)

在反應(yīng)瓶中依次加入7 6.51g(21.6 mmol)和乙醇30 mL，攪拌使其溶解;加入苯甲醛2.3 g (21.6 mmol)和冰乙酸1 mL，回流反應(yīng)2 h(TCL跟蹤)。旋蒸除去大部分溶劑，殘余懸濁液用稀乙醇重結(jié)晶得針狀固體8a 7.19 g。

用類似方法合成土黃色針狀固體8b和8c。

用4代替7，用類似方法合成5a～5c。

1-苯基-β-咔啉-3-酰腙(8a):收率85.6%，m.p.271℃～273℃;1H NMR δ:7.35(m，J= 15.6 Hz，1H，6-H)，7.46(m，J=15.6 Hz，1H，4-H)，7.48(m，J=15.6 Hz，2H，3，5-H)，7.60(m，J=10.2 Hz，1H，7-H)，7.62(m，J=10.2 Hz，1H，8-H)，7.70(m，J=28.2 Hz，3H，PhH)，7.78(t，J=8.4 Hz，2H，ArH)，8.22(m，J=8.4 Hz，2H，ArH)，8.48(d，J=7.8 Hz，2H，PhH)，8.68(s，1H，ArH)，8.97(s，1H，11-H)，11.81(s，1H，9-H)，11.93(s，1H，10-H)。

1-對(duì)氯苯基-β-咔啉-3-酰腙(8b):收率85.25%，m.p.220℃～221℃;1H NMR δ:7.34 (q，J=15.6 Hz，1H，6-H)，7.46(m，J=30.6 Hz，3H，3，4，5-H)，7.62(m，J=16.2 Hz，1H，7-H)，7.70(d，J=8.4 Hz，1H，8-H)，7.73(d，J=15.6 Hz，2H，PhH)，7.77(m，J=8.4 Hz，2H，ArH)，8.26(d，J=9.0 Hz，2H，PhH)，8.48(d，J=8.4 Hz，2H，ArH)，8.68(s，1H，PhH)，8.98(s，1H，11-H)，11.83(s，1H，9-H)，11.97(s，1H，10-H)。

1-對(duì)三氟苯基-β-咔啉-3-酰腙(8c):收率86.6%，m.p.246℃～248℃;1H NMR δ:7.24 (q，J=15.6 Hz，1H，6-H)，7.47(m，J=30.6 Hz，3H，3，4，5-H)，7.63(m，J=16.2 Hz，1H，7-H)，7.72(d，J=8.4 Hz，1H，8-H)，7.73(d，J=15.6 Hz，2H，PhH)，7.77(m，J=8.4 Hz，2H，ArH)，8.27(d，J=9.0 Hz，2H，PhH)，9.56(s，1H，11-H)，11.23(s，1H，9-H)，11.74 (1H，s，10-H)。

1-苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-酰腙(5a):收率90.5%，m.p.138℃～140℃;1H NMR δ: 3.03(t，1H，4-H)，3.22(d，1H，4-H)，4.11(s，1H，1-H)，5.68(s，1H，3-H)，7.08～8.21 (13H，ArH，PhH)，9.16(s，1H，11-H)，10.73 (s，1H，9-H)，11.63(s，1H，10-H)。

1-對(duì)氯苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-酰腙(5b):收率89.2%，m.p.139℃～141℃;1H NMR δ:3.01(t，1H，4-H)，3.23(d，1H，4-H)，4.08(s，1H，1-H)，5.70(s，1H，3-H)，7.08～7.89(13H，ArH，PhH)，9.07(s，1H，11-H)，10.76(s，1H，9-H)，11.51(s，1H，10-H)。

1-對(duì)三氟苯基-1，2，3，4-四氫-β-咔啉-3-酰腙(5c):收率90.2%，m.p.128℃～130℃;1H NMR δ:2.99(t，1H，4-H)，3.22(d，1H，4-H)，4.09(s，1H，1-H)，5.62(s，1H，3-H)，7.02～7.67(14H，ArH，PhH)，8.96(s，1H，11-H)，10.59(s，1H，9-H)，11.50(s，1H，10-H)。

1.3 除草活性測(cè)試

供試種子:矮腳葵扇黒葉白菜(大地種)，產(chǎn)地:廣東，發(fā)芽率≥85%，凈度≥98.0%，純度≥95.0%，水份≤7.0%。

將供試化合物10 mg(含量以100%計(jì))溶于DMF(1 mL)中，用丙酮定容得1 g·L-1母液;用含0.05%吐溫80乳化水溶液稀釋至濃度(c)分別為(5，10，50，100，200)×10-6mg·L-1的測(cè)試藥液。

在100 mL方便杯底部放置一層4 mL～5 mL的玻璃珠，玻璃珠上面鋪一張與底部同等大小的濾紙，加入測(cè)試藥液5 mL，挑取10顆飽滿的白菜種子，均勻撒在濾紙上方，于25℃，白天給予光照，夜晚黑暗培養(yǎng)72 h，每隔一段時(shí)間補(bǔ)充適量水分［10-13］，測(cè)試實(shí)驗(yàn)鮮重量。每種濃度重復(fù)兩次，以蒸餾水為對(duì)照1，以DMF、丙酮、含0.05%吐溫80乳化水溶液對(duì)照2(對(duì)照1與對(duì)照2的差異很小，可忽略不計(jì))，以對(duì)照2中c為2×10-4mg· L-1為空白對(duì)照數(shù)據(jù)，m(鮮重)=0.141 4 g，按下式計(jì)算生長抑制率。

2 結(jié)果與討論

2.1 表征

1H NMR分析表明:在11.5～12.4有兩個(gè)吸收峰，分別為五元環(huán)上的NH基中的氫質(zhì)子和與羰基直接連接的NH基的氫質(zhì)子，為該類化合物的特征值。這是由于處于大環(huán)中的NH受大環(huán)的強(qiáng)去屏蔽作用和氮、羰基的強(qiáng)吸電子作用，去屏蔽效應(yīng)明顯，使其周圍的電子云密度降低，化學(xué)位移值增大。N=CH基上的氫質(zhì)子由于受芳香環(huán)的強(qiáng)去屏蔽作用和N=C雙鍵吸電子的雙重作用，也出現(xiàn)在低場(chǎng)8.7～9.2，Ar為特定芳環(huán)的化學(xué)位移值。

2.2 除草活性

圖1為5對(duì)白菜的生長及抑制率的影響。由圖1可見，總體來說5a～5c的生長抑制率比8a～8c高;當(dāng)c為2×10-4mg·L-1時(shí)，5a～5c和8a～8c的除草活性均達(dá)100%;隨著c降低，抑制率隨之減小。

由生長抑制率計(jì)算每種供試化合物的抑制中濃度(EC50)，結(jié)果見表1。由表1可見，EC50值大，除草活性差，EC50值小，活性高。5a～5c活性普遍比8a～8c較好，而8a除草活性最好(4.83)，可能是因?yàn)檎麄€(gè)分子存在共軛效應(yīng);Ar為對(duì)氯苯甲醛和對(duì)三氟甲基苯甲醛時(shí)，由于Cl是鈍化基團(tuán)，CF3是強(qiáng)吸電子基團(tuán)，均在一定程度上降低了物質(zhì)的活性。據(jù)此可以推測(cè)β-咔啉類化合物對(duì)作物除草的活性結(jié)構(gòu)應(yīng)該是其自身的四氫咔啉環(huán)結(jié)構(gòu)，并與Ar的電子效應(yīng)密切相關(guān)。

圖1 c對(duì)白菜生長的影響Figure 1Effect of c on cabbage seeds

表1 5和8的EC50值Table 1EC50of 5 and 8

3 結(jié)論

合成了合成了3個(gè)新型的四氫β-咔啉-3-酰腙和3個(gè)新型的β-咔啉-3-酰腙衍生物。初步活性試驗(yàn)結(jié)果表明，四氫β-咔啉活性平均要比β-咔啉好些，1-苯基-β-咔啉-3-酰腙除草活性最好，最大可能性是因?yàn)檎麄€(gè)分子存在共軛效應(yīng)。

目前報(bào)道酰腙類化合物的合成方法基本上大同小異，如何進(jìn)一步改進(jìn)合成技術(shù)提高產(chǎn)率，同時(shí)使合成方法更加環(huán)保具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

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Synthesis and Herbicidal Activities of
Novel Benzaldehyde-β-carboline-3-hydrazone

(a.College of Science;b.College of Natural Resources and Environment，1.South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China)

Three novel tetrahydro-β-carboline-3-hydrazones(5a～5c)and three novel β-carbolinehydrazone derivatives(8a～8c)were synthesized by Pictet-Spengle cyclization，esterification，oxidation and aminolysis using L-tryptophan as the starting material.The structures were characterized by1H NMR.The preliminary results showed that the herbicidal activities of 5a～5c and 8a～8c were 100%at 200 mg·L-1.The activity decreased with decreasing of c.The growth inhibition rates of 5a～5c were generally better than 8a～8c.

L-tryptophan;hydrazone;synthesis;herbicidal activity

O625.1

A

1005-1511(2014)03-0313-04

2013-03-11;

2014-04-23

張美丹(1988-)，女，漢族，廣東江門人，碩士研究生，主要從事藥物合成的研究。

張耀謀，副教授，碩士生導(dǎo)師，E-mail:zhangyaom@163.com

ZHANG Mei-dan1a，HUANG Jian-feng1a，ZHANG Ye-chu1a，LUO Hui1a，WEWENG Qun-fang1b，ZHANG Yao-mou1a