蒙玉培, 段文貴, 林桂汕, 張文靜, 吳凱越

(廣西大學 化學化工學院,廣西 南寧 530004)

香芹酮,亦稱葛縷酮,是一種單環(huán)單萜酮類林產生物質資源,主要存在于多種草本植物的精油中[1-3],如葛縷子(又名香芹)、蒔蘿和留蘭香等,其中葛縷子種籽精油中含香芹酮的量高達50%以上。香芹酮分子中含有1個手性碳原子,因此自然界中存在2個對映異構體。其中L-(-)-香芹酮具有甜美的留蘭香氣息,而D-(+)-香芹酮具有葛縷子或蒔蘿香味,2種化合物均被作為香精香料廣泛應用于食品、飲料和日用化學品中。許多研究表明香芹酮具有多種生物活性,在殺蟲和趨避[4-6]、抗氧化[7-8]、抗真菌[9-10]、抗癌[11-12]等領域有很好的應用前景。因此,如何將香芹酮轉化為高附加值的生物活性化合物近年來備受科研工作者關注。

L-香芹酮肟可由L-香芹酮與鹽酸羥胺的肟化反應制備,在引入酮肟基團的同時保留了香芹酮的單環(huán)單萜理化特性,是制備酮肟類單萜化合物的重要中間體。此外,磺酸肟酯類化合物表現(xiàn)出抑菌[13-14]、抗增殖[15]、殺蟲[16-18]等多種生物活性,因而被廣泛應用于生物醫(yī)藥和農藥化學領域。根據生物活性疊加原理,香芹酮基磺酸肟酯類化合物理應具有優(yōu)異的生物活性。因此,本研究在課題組前期研究的基礎上[19-21],通過對L-香芹酮的改性設計,將磺酸肟酯活性基團引入到天然資源L-香芹酮骨架中,合成得到一系列新型的L-香芹酮基磺酸肟酯類化合物,利用FT-IR、NMR和HRMS等多種分析方法確認了目標產物的結構,并評價了目標產物的體外抑菌活性,旨在為林產生物質資源香芹酮的高值化利用提供新的思路。

1 實 驗

1.1 原料、試劑與儀器

L-香芹酮(純度98%),安徽澤升科技有限公司;鹽酸羥胺、系列取代磺酰氯、吡啶(Py)、無水乙醇(EtOH)、二氯甲烷(DCM)和三乙胺(TEA),均為市售分析純試劑。黃瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporumf. sp.cucumerinum)、花生褐斑病菌(Cercosporaarachidicola)、蘋果輪紋病菌(Physalosporapiricola)、番茄早疫病菌(Alternariasolani)、小麥赤霉病菌(Gibberellazeae)、水稻紋枯病菌(Rhizoctoniasolani)、玉米小斑病菌(Bipolarismaydis)和西瓜炭疽病菌(Colletotrichumorbiculare)等8種植物病原菌以及陽性對照百菌清,由南開大學元素有機化學國家重點實驗室生物活性測試室提供。

Avance III HD 500/600 MHz 超導核磁共振(NMR)波譜儀,瑞士Bruker公司;Nicolet iS 50 紅外光譜(FT-IR)儀、Q Exactive靜電場軌道肼質譜儀,美國Thermo Scientific公司;Waters 1525高效液相色譜(HPLC)儀,美國Waters公司;海能MP420全自動熔點儀,濟南海能儀器股份有限公司。

1.2 L-香芹酮基磺酸肟酯化合物(3a～3w)的合成

1.2.1合成路線L-香芹酮基磺酸肟酯化合物(3a～3w)的合成路線如圖1所示。

3a:R=Ph; 3b:R=o-FPh; 3c:R=m-FPh; 3d:R=p-FPh; 3e:R=2,4-FPh; 3f:R=2,3,4,5,6-FPh; 3g:R=o-ClPh; 3h:R=p-ClPh; 3i:R=2,6-ClPh; 3j:R=o-BrPh; 3k:R=m-BrPh; 3l:R=p-BrPh; 3m:R=o-NO2Ph; 3n:R=m-NO2Ph; 3o:R=p-NO2Ph; 3p:R=p-CF3Ph; 3q:R=3,5-CF3Ph; 3r:R=2,5-CH3Ph; 3s:R=2,4,6-CH3Ph; 3t:R=p-OCH3Ph; 3u:R=p-CNPh; 3v:R=p-t-BuPh; 3w:R=p-PhPh

1.2.2中間體L-香芹酮肟(2)的制備 參考文獻[22]的方法,稱取L-香芹酮0.75 g(1,5.00 mmol),鹽酸羥胺0.38 g(5.50 mmol)于燒瓶中,加入10 mL無水乙醇,加熱攪拌至55 ℃,溫度穩(wěn)定時緩慢滴入0.43 g(5.50 mmol)吡啶,10 min內滴加完畢后保溫反應4 h。薄層色譜(TLC)監(jiān)測反應進程,反應結束后減壓蒸餾除去溶劑,得到粗產物。將所得粗產物用去離子水洗滌3次,并用乙醇重結晶,得到白色L-香芹酮肟中間體2純品,HPLC純度為96.67%。

1.2.3目標產物(3a～3w)的合成 參考文獻[23]的方法,向兩口瓶中加入0.5 g(3.0 mmol)L-香芹酮肟、 3.3 g(3.3 mmol)三乙胺(縛酸劑)和5 mL二氯甲烷。在冰浴下,向攪拌的溶液中滴加5 mL含3.3 mmol 取代磺酰氯的二氯甲烷溶液,滴加完畢后繼續(xù)反應0.5 h。TLC監(jiān)測反應進程,反應結束后加入去離子水淬滅反應,然后用二氯甲烷萃取3次,合并有機相,旋蒸除去溶劑,得到粗產物。以石油醚-乙酸乙酯(體積比10∶1)為洗脫劑,用硅膠柱層析提純,得到L-香芹酮基磺酸肟酯化合物(3a～3w)。

1.3 目標化合物的結構表征

采用KBr壓片法測定目標化合物的FT-IR;以CDCl3為溶劑,采用超導核磁共振儀進行1H NMR和13C NMR分析;采用大氣壓力化學電離源(APCI)在靜電場肼質譜儀上進行高分辨質譜(HRMS)分析。

1.4 目標化合物的抑菌活性測試

參照文獻[24],在目標化合物質量濃度為50 mg/L下,采用離體法(即瓊脂稀釋法),測試目標化合物的抑菌活性。按照相對抑菌率(Ri)進行活性分級:A級:Ri≥90%,B級:70%≤Ri<90%,C級:50%≤Ri<70%,D級:Ri<50%。

2 結果與討論

2.1 中間體L-香芹酮肟(2)構型的確定

理論上,L-香芹酮肟(2)應該存在(Z)和(E)兩種異構體。然而,HPLC分析結果只顯示純度為96.67%的單峰,說明化合物為單一構型。同時從NOESY譜(圖2)中可以看出,羥基上的氫原子與C9上的氫原子相關聯(lián),說明化合物2為(E)式構型。

圖2 中間體L-香芹酮肟(2)的NOESY譜Fig.2 NOESY spectrum of the intermediateL-carvone oxime(2)

2.2 中間體2的表征

2.3 目標產物(3a～3w)的表征

2.4 抑菌活性測試結果

化合物3a～3w的抑菌活性測定結果見表1。

表1 化合物3a～3w的抑菌活性

由表1數(shù)據可知,在質量濃度50 mg/L時,目標化合物3a～3w對所測試的8種植物病原菌均有一定的抑菌活性?；衔?b(R=o-FPh)、3c(R=m-FPh)和3h(R=p-ClPh)對蘋果輪紋病菌的抑制率分別為76.7%、 75.9%和78.3%(均為B級活性水平),均優(yōu)于陽性對照百菌清。此外,化合物3h對黃瓜枯萎病菌、蘋果輪紋病菌、玉米小斑病菌和西瓜炭疽病菌的抑制率分別為78.4%、 78.3%、 82.2%和78.8%(均為B級活性水平),具有一定的廣譜抑菌活性;化合物3b對蘋果輪紋病菌、玉米小斑病菌和西瓜炭疽病菌的抑制率分別為76.7%、 77.5%和78.6%(均為B級活性水平),也具有一定的廣譜抑菌活性。

3 結 論

3.1以L-香芹酮為原料,經羰基肟化和O-磺酰化兩步反應,合成得到23個L-香芹酮基磺酸肟酯化合物(3a～3w)。采用FT-IR、1H NMR、13C NMR和HRMS對目標化合物的結構進行了表征。

3.2抑菌活性結果表明:當質量濃度為50 mg/L時,所有的目標化合物對8種植物病原菌都有一定的抑菌活性,其中化合物3b(R=o-FPh)、3c(R=m-FPh)和3h(R=p-ClPh)對蘋果輪紋病菌的抑制率分別為76.7%、 75.9%和78.3%(均為B級活性水平),均優(yōu)于陽性對照百菌清。此外,化合物3h對黃瓜枯萎病菌、蘋果輪紋病菌、玉米小斑病菌和西瓜炭疽病菌的抑制率分別為78.4%、 78.3%、 82.2%和78.8%(均為B級活性水平),具有一定的廣譜抑菌活性;化合物3b也對3種菌的抑制率達到B級活性水平,表現(xiàn)出一定的廣譜抑菌活性。

致謝：抑菌活性由南開大學元素有機化學國家重點實驗室生物活性測試室測定,謹表謝意。