手性α－氰基丙烯酸酯类化合物的合成及生物活性研究

张慧苹，姜琳琳

（济宁学院化学与化工系，山东济宁 273115）

手性α－氰基丙烯酸酯类化合物的合成及生物活性研究

张慧苹，姜琳琳

（济宁学院化学与化工系，山东济宁 273115）

α－氰基丙烯酸酯类化合物是一类抑制植物光合作用PSⅡ的重要除草剂，引入手性因素可以提高其活性。以氰基乙酸乙酯为原料，合成了3－对三氟甲基苯胺－3－（R／S）－α－甲基苄胺－2－氰基丙烯酸酯，对中间体及目标化合物进行了结构表征；并对α－氰基丙烯酸酯类化合物的生物活性进行了研究。结果表明，该类化合物除草活性不突出，但具有一定的抗烟草花叶病毒活性及抗癌活性，具有深入研究的价值。

α－氰基丙烯酸酯；手性；反应机理；生物活性

研究表明，α－氰基丙烯酸酯类化合物是一类抑制植物光合作用的重要除草剂，它作用于光合作用PSⅡ中质体醌QB的结合部位，竞争性替换与D1蛋白质结合的质体醌QB，导致电子传递受阻［1，2］。由于丙烯酸酯类化合物具有作用机制新颖、对有益生物无毒、环境友好等特点，已成为该领域的研究热点。Huppatz等［3］运用CoMFA方法对系列光学活性α－氰基丙烯酸酯及其HiⅡ活性进行了较为系统的研究，发现S异构体较R异构体活性高。因此，作者以氰基乙酸乙酯为原料，与二硫化碳反应合成3，3－二甲硫基－2－氰基丙烯酸酯（Ⅰ），然后与对三氟甲基苯胺合成3－对三氟甲基苯胺－3－甲硫基－2－氰基丙烯酸酯（Ⅱ），再与（R／S）－α－甲基苄胺反应合成了手性化合物3－对三氟甲基苯胺－3－（R／S）－α－甲基苄胺－2－氰基丙烯酸酯，对中间体及目标化合物进行了表征，并对手性α－氰基丙烯酸酯类化合物的生物活性进行了测试。

1 实验

1.1 合成方法

1.1.1 3，3－二甲硫基－2－氰基丙烯酸酯（Ⅰ）的合成

在1000mL四口瓶中加入无水乙醇400mL、氰

基乙酸乙酯34.0g（0.301mol）、二硫化碳23.0g（0.303mol），控制温度低于20℃，滴加360mL（0.610mol）1.7mol·L－1的乙醇钠，1h滴加完毕，常温搅拌8h；再滴加38.5g（0.305mol）硫酸二甲酯，30min滴加完毕，加热回流2.5h；反应毕，将反应体系倒入500mL水中，静置过夜，得白色针状固体，抽滤，烘干；用正己烷－乙醚（1∶1）重结晶2次，得化合物Ⅰ。

1.1.2 3－对三氟甲基苯胺－3－甲硫基－2－氰基丙烯酸酯（Ⅱ）的合成

将化合物Ⅰ2.17g（0.01mol）、对三氟甲基苯胺1.61g（0.01mol）加到50mL三口瓶中，快速加入0.80g（0.02mol）60%的NaH；控制温度低于10℃，迅速滴加8mL DMF－8mL甲苯混合溶剂（干燥处理），常温超声反应3h；反应毕，将反应体系倒入100 mL冰水中，分出水相，用10%HCl缓慢调节pH值，析出淡黄固体，烘干，称重2.25g；用乙醇重结晶，得化合物Ⅱ。

1.1.3 3－对三氟甲基苯胺－3－（R／S）－α－甲基苄胺－2－氰基丙烯酸酯（Ⅲ－R／S）的合成

将1.2g（0.036mol）化合物Ⅱ和0.44g（R／S）－α－甲基苄胺加到20mL无水乙醇中，在微波功率为600W、97℃的条件下回流20～30min后，TLC跟踪显示反应基本结束，脱溶，得黄色粘稠液体；用无水乙醇重结晶，得到目标化合物Ⅲ－R／S。

1.2 生物活性测试

1.2.1 除草活性测试［4］

采用盆栽法测试除草活性：以油菜（B.campestrisL.）、反枝苋（A.retroflexusL.）和稗草（E.crusgalliB.）为试材，采用播后苗前土壤处理和苗后1～1.5期茎叶处理，10d后计算地上部分鲜重抑制率。

1.2.2 对TMV侵染的活体治疗作用测试［5］

采用半叶枯斑法测试对TMV侵染的活体治疗作用：选长势一致的心叶烟，先用毛笔蘸取病毒汁液，全叶接种病毒，接种后用水冲洗。待叶片干后，在左半叶涂施药剂，右半叶涂施对应浓度的溶剂作对照，3～4d后记录枯斑数（取3次实验的平均值）。按下式计算抑制率：

1.2.3 对PC3、A431细胞增殖的抑制作用测试［6］

采用四甲基偶氮唑蓝（MTT）比色分析法测试对PC3、A431细胞增殖的抑制作用：取对数生长期的PC3、A431细胞分别加入到96孔细胞培养板中，每孔细胞数为1×103个，过夜培养，次日加入合适终浓度的相应药剂，总体积为200μL。同时设阴性对照组和空白对照组，每组设6个平行孔。将培养板置于5% CO2、37℃培养箱中培养72h后，每孔加入20μL MTT继续培养4h，吸去上清液，每孔加入150μL DMSO，混匀，10min后于酶标仪上测定各孔吸光度（A490）。按下式计算细胞增殖抑制率：

2 结果与讨论

2.1 中间体及目标化合物的结构表征

2.2 目标化合物的生物活性

2.2.1 除草活性（表1）

由表1可知，手性化合物Ⅲ－R、Ⅲ－S的除草活性均不突出。

表1 手性化合物Ⅲ的除草活性Tab.1 Herbicidal activities of chiral compoundsⅢ

2.2.2 对TMV侵染的活体治疗作用

选取宁南霉素、病毒A、娃儿藤碱、化合物Ⅱ、化合物Ⅲ－R、化合物Ⅲ－S，对心叶烟进行活体治疗随接试验，结果见表2。

表2 手性化合物Ⅲ对TMV侵染的活体治疗作用Tab.2 Curative effect of chiral compoundsⅢagainst TMVinvivo

由表2可知，手性化合物Ⅲ－R、Ⅲ－S的用量在500 mg·L－1时对TMV侵染有较好的活体治疗作用，抑制率分别为41.7%、44.5%，与对照药剂效果相当，具有进一步研究的价值。

2.2.3 对PC3、A431细胞增殖的抑制作用（表3）

由表3可知，目标手性化合物Ⅲ－R、Ⅲ－S均对PC3、A431细胞增殖表现出与5－氟尿嘧啶（5－Fu）相当的抑制活性，甚至高出其10%～20%。针对目前市场抗癌药物品种较少、特效药极其匮乏的现状，该发现具有关注价值。

表3 手性化合物Ⅲ对PC3、A431细胞增殖的抑制作用（5μmol·L－1，P＜0.01）Tab.3Inhibition rate of chiral compoundsⅢto growth of PC3cells and A431cells in 72h（5μmol·L－1，P＜0.01）

3 结论

以氰基乙酸乙酯为原料，合成了3－对三氟甲基苯胺－3－（R／S）－α－甲基苄胺－2－氰基丙烯酸酯，该类化合物除草活性不突出，但具有一定的抗烟草花叶病毒活性及抗癌活性，具有深入研究的价值。

［1］Mackay S P，O′malley P J.Molecular modelling of the interaction between DCMU and QB－binding site of photosystemⅡ［J］.Z Naturforsch C，1993，48（3－4）：291－298.

［2］Huppatz J L.Quantifying the inhibitor－target site interactions of photosystemⅡherbicides［J］.Weed Science，1996，44（3）：743－748.

［3］Huppatz J L，Phillips J N，Rattigan B M.Cyanoacrylates.Herbicidal and photosynthetic inhibitory activity［J］.Agricultural Biology and Chemistry，1981，45（12）：2769－2773.

［4］谭惠芬，刘华银，杨华铮，等.希尔反应测定中新型抑制剂活性的鉴定方法［J］.植物生理学通讯，1998，34（2），126－129.

［5］李树正，王笃祜，焦书梅，等.农药实验法：杀菌剂篇［M］.北京：农业出版社，1991：93－94.

［6］Skehan P，Storeng R，Scadiero D，et al.New colorimetric cytotoxicity assay for anticancer－drug screening［J］.Journal of the National Cancer Institute，1990，82（13）：1107－1112.

Study on Synthesis and Bioactivity of Chiralα－Cyanoacrylate Compounds

ZHANG Hui－ping，JIANG Lin－lin
（CollegeofChemistryandChemicalEngineering，JiningUniversity，Jining273115，China）

α－Cyanoacrylate is a kind of important herbicide targeted in photosystem PSⅡ.Introduction of chiral factor can improve its activity.Using cyano ethyl acetate as raw material，ethyl 3－（R／S）－1－phenylethylamino－3－（4－（trifluoromethyl）－phenylamino）－2－cyanoacrylate were synthesized.The intermediates and the target compounds were characterized，and the bioactivities of chiralα－cyanoacrylate compounds were determined.The results showed that herbicidal activity of chiralα－cyanoacrylate compounds were not prominent，but they had a certain resistance activity to tobacco mosair virus and anti－cancer activity.

α－cyanoacrylate；chirality；reaction mechanism；bioactivity

TQ 225.24

A

1672－5425（2012）10－0051－03

10.3969／j.issn.1672－5425.2012.10.014

济宁学院青年科研基金项目（2011QNKJ11）

2012－07－06

张慧苹（1978－），女，山东菏泽人，讲师，研究方向：农药学，E－mail：15963790553＠163.com。