本發(fā)明屬于有機化學合成領(lǐng)域，具體涉及一種含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物及其制備與應用。
背景技術(shù)：
茉莉酸類化合物是一類重要的植物激素，在植物啟動和激活自身的化學防御系統(tǒng)中扮演著重要作用。其中茉莉酸和茉莉酸甲酯在植物生長發(fā)育過程中非常重要，是植物抵御生物和非生物脅迫的信號物質(zhì)(Liptáková,L.；Huttová,J.；Mistrík,I.；Tamás,L.J.Plant Phys.2013,170,646.)。當植物受到外界刺激時(如病蟲害、草害、干旱及其它不利因素)，體內(nèi)的茉莉酸及茉莉酸甲酯含量便會迅速增加，從而激活植物體內(nèi)某些特殊酶的活性，產(chǎn)生出具有某些特殊生理活性的次生物質(zhì)，如誘導植物產(chǎn)生對害蟲有毒的物質(zhì)，對害蟲有驅(qū)避性和妨礙其行為的化合物等(Nabity,P.D.；Zavala,J.A.；DeLucia,E.H.J.Exp.Bot.2013,64,685；Ellouzi,H.；Hamed,K.B.；Cela,J.；Müller,M.；Abdelly,C.；Munné-Bosch,S.Plant Signaling Behav.2013,8,23136.)。最新的研究表明，某些茉莉酸衍生物具有抗癌、消炎等作用。
蚜蟲報警信息素是蚜蟲自身分泌的一種化學信息物質(zhì)，對同種其它個體產(chǎn)生報警反應，使其迅速逃離現(xiàn)場，從而停止對作物的侵害。上世紀70年代，Bowers等研究發(fā)現(xiàn)，這種液體的主要成分是(反)-β-法尼烯((E)-β-farnesene，簡稱EBF)。Francis等發(fā)現(xiàn)EBF是16種蚜蟲報警信息素的主要或唯一成分。除了報警活性之外，EBF還具有其它多重生物活性，例如對某些昆蟲具有類似保幼激素III的功能，具有調(diào)控蚜蟲后代中有翅蚜與無翅蚜比例的功能，在高劑量使用時對蚜 蟲有明顯毒殺作用等。因此，利用天然EBF的生物學特性進行蚜蟲防治，具有用量少，專屬性強，對非靶標生物和環(huán)境安全等優(yōu)點，引起植物保護專家和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的青睞。但由于EBF結(jié)構(gòu)中存在多個雙鍵，導致其易揮發(fā)、易氧化、穩(wěn)定性差，限制了其在田間的應用，因此，需要對EBF結(jié)構(gòu)進行改造。
國內(nèi)外學者從降低不飽和度和在分子中引入其它雜環(huán)或雜原子等方面入手，對其進行了結(jié)構(gòu)修飾和改造，得到了具有一定生物活性兼有較好穩(wěn)定性的EBF類似物(Bowers W.S.et al.J.Insect Physiol.1977,23(6):697-701；Dawson G.W.et al.J.Chem.Eco.,1982,8(11):1377～1387；Briggs et al.Pesticide Science,1986,17(4):441-448；李正名等,化學學報,1987,45(11):1124-1128；張鐘寧等,昆蟲學報,1988,31(4):435-438)。近年來，在(反)-β-法尼烯結(jié)構(gòu)中引入含氮雜環(huán)，如咪唑烷、噁二嗪環(huán)、吡唑環(huán)及其他含氮雜環(huán)等，合成的部分化合物對蚜蟲具有較好的抑制活性，為進一步開發(fā)新型殺蚜劑奠定了良好基礎(chǔ)。
本發(fā)明采用生態(tài)農(nóng)藥創(chuàng)制的思路，將具有植物抗病誘導活性和驅(qū)避活性的茉莉酸類活性基團引入到(反)-β-法尼烯中，替代(反)-β-法尼烯結(jié)構(gòu)中的共軛雙鍵，以提高其穩(wěn)定性和拓寬其作用譜，發(fā)明了一類含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物及其制備與應用，采取的技術(shù)方案如下：
一種含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物，所述類似物的結(jié)構(gòu)通式為：
其中，R1為氫、氰基、羧基、疊氮基、鹵素、硝基、三氟甲基和烷氧基中的一種；R2為(E)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯基、異戊烯基、C1-C10烷基、苯環(huán)、吡咯、噻吩、呋喃、吡唑、咪唑、噻唑、吡啶、吡喃、吡嗪、嘧啶、噠嗪、苯并呋喃、苯并噻吩、吲哚、喹啉、異喹啉、嘌呤、吖啶、三氟甲基和鹵素中的一種。
R1優(yōu)選為H、氰基或羧基；R2優(yōu)選為(E)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯基或異戊烯基。
式I所示含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物的制備過程為：將堿和縮合劑加到有機溶劑中，在有機溶劑中式III所示化合物與香葉醇或異戊烯醇進行縮合反應，得到式I所示含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物；
合成路線為：
式II所示含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物的制備過程為：將堿和縮合劑加到有機溶劑中，在有機溶劑中式V所示化合物與香葉醇或異戊烯醇進行縮合反應，得到式II所示含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物；
合成路線為：
其中，R1為H、氰基或羧基；R2為(E)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯基或異戊烯基；所述縮合反應的溫度為-20～100℃，時間為1～20h。
所述的有機溶劑為苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、石油醚、己烷、環(huán)己烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、乙醚、二異丙醚、四氫呋喃、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙酮、丁酮、甲基異丁酮、乙腈、丙腈、丁腈、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-甲酰苯胺、N-甲基吡咯烷酮、六甲基磷酰三胺、乙酸甲酯、乙酸乙酯、二甲基亞砜、甲醇、乙醇、正丙醇和異丙醇中的一種或一種以上；所述的堿為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀和氨水中的一種或一種以上；所述的縮合劑為N,N'-二環(huán)己基碳二亞胺和4-二甲氨基吡啶。
所述縮合反應的溫度為20～50℃，時間為3～8h。
式III和式V所示化合物與香葉醇或異戊烯醇的摩爾比均為1:(1.6～3.2)；有機溶劑與香葉醇或異戊烯醇的摩爾比均為(15～60):1。
式III和式V所示化合物與香葉醇或異戊烯醇的摩爾比均為1:(1.8～2.2)；有機溶劑與香葉醇或異戊烯醇的摩爾比均為(25～30):1。
得到的式I或式II所示化合物通過柱層析進行純化。
所述的一種含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物在農(nóng)業(yè)蟲害防治中的應用。
所述藥物的活性成分為權(quán)利要求1-2任一項所述的含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物。
所述藥物中可加入農(nóng)藥制劑中常規(guī)的稀釋劑、賦形劑、填充劑、粘合劑、潤濕劑、吸收促進劑、表面活性劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑、消泡劑和硅藻土中的一種或一種以上。
所述藥物的劑型為粉劑、乳劑、水劑、顆粒劑、緩蝕劑或泡騰片劑。
本發(fā)明的有益效果為：所述含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物有明顯的化學驅(qū)避活性，能調(diào)控蚜蟲的行為，同時表現(xiàn)出良好的殺蚜活性，可作為多重蚜蟲控制劑，用于農(nóng)作物、果樹、中草藥及花卉中害蟲的防治，且該類似物的分子量比反-(β)-法尼烯大，穩(wěn)定性得到提高。同時所述類似物的制備方法簡便易行，操作簡單，產(chǎn)物純化容易，成本較低。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍不限于此。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為常規(guī)方法；所用材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑得到。
本發(fā)明提供的含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物的制備方法中，作為反應物的式III和式V所示化合物是通過參考文獻方法得到的(Dang,H.T.；Lee,H.J.；Yoo,E.S.；Hong,J.K.；Bao,B.Q.；Choi,J.S.；Jung,J.H.Bioorg.Med.Chem.2008,16,10228.)
實施例1：含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物的制備
在5mL水和5mL THF的混合溶液中加入448mg(2mmol)茉莉酸甲酯(式III所示化合物)，將得到的混合物加入到168mg(4mmol)LiOH.H2O中，室溫 攪拌1h，然后用30mL水稀釋；水層依次用30mL己烷洗，1mol/L的鹽酸酸化，乙酸乙酯萃?。蛔詈笥肕gSO4干燥，蒸發(fā)掉溶劑，得到黃色油狀液體。
將黃色油狀液體溶入到10mL THF中，然后依次加入585mg(3.8mmol)香葉醇、DMAP(23mg,0.2mmol)以及溶有DCC(582mg,2.8mmol)的5mL THF，常溫攪拌1.5h，然后用氯仿稀釋，過濾掉白色固體；有機相用1mol/L的鹽酸和醋酸溶液清洗，然后用MgSO4干燥，蒸發(fā)掉溶劑；最后對得到的產(chǎn)物進行濃縮、柱層析分離[V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)＝40:1]，得到黃色液體555mg，即為式I所示含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物，收率為80.1％。
式II所示含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物的制備方法與式I的制備方法相同，僅將茉莉酸甲酯替換為式V所示化合物。
按照與式I和II制備完全相同的方法，僅將式III或式V所示化合物的R按照表1所示基團列表進行替換，最終得到產(chǎn)物1～8。上述產(chǎn)物的外觀如表1所示，核磁氫譜的數(shù)據(jù)如表2所示。
表1-1 含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物(式I)的理化數(shù)據(jù)
表1-2 含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物(式II)的理化數(shù)據(jù)
表1-3 中間體(式IV)的理化數(shù)據(jù)
表1-4 中間體(式V)的理化數(shù)據(jù)
表1-5 中間體(式VI)的理化數(shù)據(jù)
表2-1 含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物(式I)的核磁數(shù)據(jù)
表2-2 含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物(式II)的核磁數(shù)據(jù)
表2-3 中間體的核磁數(shù)據(jù)
由表1和表2所示數(shù)據(jù)可知，上述產(chǎn)物1～8的結(jié)構(gòu)正確，均為所示的含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物。
實施例2：含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物對蚜蟲的驅(qū)避活性
由釋放口釋放20頭以上無翅成蚜的桃蚜，每臂經(jīng)抽氣泵以0.2L/min通入經(jīng)過活性炭及蒸餾水的潮濕空氣。測試臂導入的潮濕空氣經(jīng)過5μg含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物的味源物，另一臂作為對照臂，導入的潮濕空氣經(jīng)過溶劑。記錄導入樣品15min時蚜蟲在各臂的數(shù)目。每重復一次均用無水乙醇清洗嗅覺儀及皮管、更換濾紙片、且對調(diào)兩臂使用，每個樣品實驗重復三次。以越過嗅覺儀中心2cm為準計入處理組或?qū)φ战M，未越過的蚜蟲記為未反應組。
計算校正驅(qū)避率，公式如下所示:
驅(qū)避率＝(對照組蟲數(shù)-處理組蟲數(shù))/(對照組蟲數(shù)+處理組蟲數(shù))*100
本文所有生測實驗均為3個重復，桃蚜驅(qū)避活性測試結(jié)果見表3：
表3 含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物對桃蚜的驅(qū)避活性(5μg)
結(jié)果表明，含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物在低濃度下對桃蚜具有驅(qū)避活性，尤其是化合物1和2在5μg的劑量下對桃蚜的驅(qū)避率均在70％以上，接近先導EBF，且這兩個化合物的穩(wěn)定性顯著高于先導化合物EBF，具有作為蚜蟲行為控制劑進一步開發(fā)的價值。
實施例3：含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物對蚜蟲的殺蚜活性
用萬分之一天平于20ml稱量瓶稱取50mg含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物，導入到10mL容量瓶中配成5000mg/L的母液；用移液槍取1mL母液于稱量瓶中，加入9ml含有0.1％曲拉通X-100的水溶液，充分混勻，得500mg/L的測定液。將室內(nèi)培育未接觸過任何藥劑和昆蟲的大豆葉片，用直徑15mm的打孔器打出適合大小的葉片，分別浸入稀釋好的測定液中15秒，取出晾干，放入生測板中，葉背面朝上，底部加入1％的瓊脂保濕，每孔接入大豆蚜20頭，每個重復3次。48小時后檢查結(jié)果。死亡判斷標準為：輕觸蟲體，不能正常爬行個體視為死亡。
計算校正死亡率，公式如下所示:
校正死亡率(％)＝(樣品死亡率-空白對照死亡率)/(1-空白對照死亡率)*100
本文所有生測實驗均為3個重復，殺蚜活性測試結(jié)果見表4。
表4含茉莉酸基團的(反)-β-法尼烯類似物對大豆蚜的殺蚜活性(500ppm)
從殺蚜結(jié)果來看，有6個化合物(1、2、3、4、5、12)的校正死亡率超過50％，說明化合物在500ppm下還是具有一定殺蚜效果的；其中，化合物1、2、3表現(xiàn)出較高的殺蚜蟲活性，同時還具有良好的驅(qū)避蚜蟲活性，有望成為新型、多重功能的蚜蟲防治劑，具有進一步應用開發(fā)的價值。