新型苯甲醛-β-咔啉-3-酰腙的合成及其除草活性*

张美丹，黄剑锋，张晔初，罗辉，翁群芳，张耀谋

(1.华南农业大学a.理学院;b.资源环境学院，广东广州 510642)

新型苯甲醛-β-咔啉-3-酰腙的合成及其除草活性*

张美丹1a，黄剑锋1a，张晔初1a，罗辉1a，翁群芳1b，张耀谋1a

(1.华南农业大学a.理学院;b.资源环境学院，广东广州 510642)

以L-色氨酸为起始原料，经Pictet-Spengle环合、酯化、氧化、氨解等反应合成了3个新型的四氢β-咔啉-3-酰腙(5a～5c)和3个新型的β-咔啉-3-酰腙衍生物(8a～8c)，其结构经1H NMR表征。初步除草活性测试结果表明:在用药量为200 mg·L-1时，5a～5c和8a～8c的对白菜的抑制率均为100%;随着用药量降低，活性也随之减小;5a～5c的生长抑制率普遍比8a～8c好。

L-色氨酸;酰腙;合成;除草活性

酰腙类化合物是由酰肼与醛或酮缩合而成的一类Schiff碱类化合物，在亲生物的环境中表现出良好的生物活性、较强的配位能力和多样的配位方式。在医药、农药、材料和分析试剂等方面受到了广泛关注［1-2］。抗肿瘤作用研究结果表明，3-位上的结构对增强化合物的活性和降低其毒性具有重要意义［3-4］。人们希望通过对其3-位进行结构修饰以获得理想的目标化合物。

本文以L-色氨酸(1)为起始原料，经Pictet-Spengle环合、酯化、氧化、氨解等反应合成了3个新型的四氢β-咔啉-3-酰腙(5a～5c)和3个新型的β-咔啉-3-酰腙衍生物(8a～8c)(Scheme 1)，其结构经1H NMR表征。并研究了5和8的除草活性。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

XT-4型双目显微熔点仪(温度未校正);ZF-2型紫外仪;Bruker-600型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂，TMS为内标)。

所用试剂均为化学纯或分析纯。

1.2 合成

(1)1-苯基-1，2，3，4-四氢-β-咔啉-3-羧酸(2)的合成

在反应瓶中加入1 20.4 g(100 mmol)和冰乙酸100 mL，搅拌下加入苯甲醛10.6 g(100 mmol)的冰乙酸(10 mL)溶液，搅拌使其呈均匀;于室温反应20 min;升温至75℃(析出沉淀)，保温反应0.5 h。冷却至室温，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥得白色固体2 25.3 g，收率87%。

(2)1-苯基-1，2，3，4-四氢-β-咔啉-3-羧酸甲酯(3)的合成

在反应瓶中加入甲醇100 mL，冰浴冷却，搅拌下缓慢滴加二氯亚砜10 mL，滴毕，反应30 min。除去冰浴，加入2 24.51 g(84.2 mmol)，于室温反应30 min;于70℃反应至终点(TCL跟踪)。冷却，倒入冰水中，用30%氢氧化钠溶液调至pH 7～8，抽滤，滤饼用水洗涤后干燥得淡黄色固体3 25.2 g，收率98.1%。

(3)1-苯基-β-咔啉-3-羧酸甲酯(6)的合成

在反应瓶中依次加入3 12.41 g和DMF 100 mL，搅拌使其溶解;冰盐浴冷却，分次加入KMnO412.8 g(2 eq)，反应1 h(TCL跟踪);撤去冰浴，室温反应过夜。抽滤，滤液减压浓缩至干，用乙醇重结晶得土黄色固体6 7.25 g，收率59.2%。

(4)1-苯基-β-咔啉-3-羰基肼(7)的合成

在反应瓶中依次加入6 7.21g(24 mmol)和乙醇30 mL，搅拌使其溶解;回流反应5 min;加入过量水合肼，保温反应6 h(TCL跟踪)。抽滤，滤饼用水充分洗涤，干燥得黄色固体7 6.65 g，收率92%。

用3代替6，用类似方法合成1-苯基-1，2，3，4-四氢-β-咔啉-3-羰基肼(4)。

(5)8的合成(以8a为例)

在反应瓶中依次加入7 6.51g(21.6 mmol)和乙醇30 mL，搅拌使其溶解;加入苯甲醛2.3 g (21.6 mmol)和冰乙酸1 mL，回流反应2 h(TCL跟踪)。旋蒸除去大部分溶剂，残余悬浊液用稀乙醇重结晶得针状固体8a 7.19 g。

用类似方法合成土黄色针状固体8b和8c。

用4代替7，用类似方法合成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-对氯苯基-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-对三氟苯基-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-1，2，3，4-四氢-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-对氯苯基-1，2，3，4-四氢-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-对三氟苯基-1，2，3，4-四氢-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 除草活性测试

供试种子:矮脚葵扇黒叶白菜(大地种)，产地:广东，发芽率≥85%，净度≥98.0%，纯度≥95.0%，水份≤7.0%。

将供试化合物10 mg(含量以100%计)溶于DMF(1 mL)中，用丙酮定容得1 g·L-1母液;用含0.05%吐温80乳化水溶液稀释至浓度(c)分别为(5，10，50，100，200)×10-6mg·L-1的测试药液。

在100 mL方便杯底部放置一层4 mL～5 mL的玻璃珠，玻璃珠上面铺一张与底部同等大小的滤纸，加入测试药液5 mL，挑取10颗饱满的白菜种子，均匀撒在滤纸上方，于25℃，白天给予光照，夜晚黑暗培养72 h，每隔一段时间补充适量水分［10-13］，测试实验鲜重量。每种浓度重复两次，以蒸馏水为对照1，以DMF、丙酮、含0.05%吐温80乳化水溶液对照2(对照1与对照2的差异很小，可忽略不计)，以对照2中c为2×10-4mg· L-1为空白对照数据，m(鲜重)=0.141 4 g，按下式计算生长抑制率。

2 结果与讨论

2.1 表征

1H NMR分析表明:在11.5～12.4有两个吸收峰，分别为五元环上的NH基中的氢质子和与羰基直接连接的NH基的氢质子，为该类化合物的特征值。这是由于处于大环中的NH受大环的强去屏蔽作用和氮、羰基的强吸电子作用，去屏蔽效应明显，使其周围的电子云密度降低，化学位移值增大。N=CH基上的氢质子由于受芳香环的强去屏蔽作用和N=C双键吸电子的双重作用，也出现在低场8.7～9.2，Ar为特定芳环的化学位移值。

2.2 除草活性

图1为5对白菜的生长及抑制率的影响。由图1可见，总体来说5a～5c的生长抑制率比8a～8c高;当c为2×10-4mg·L-1时，5a～5c和8a～8c的除草活性均达100%;随着c降低，抑制率随之减小。

由生长抑制率计算每种供试化合物的抑制中浓度(EC50)，结果见表1。由表1可见，EC50值大，除草活性差，EC50值小，活性高。5a～5c活性普遍比8a～8c较好，而8a除草活性最好(4.83)，可能是因为整个分子存在共轭效应;Ar为对氯苯甲醛和对三氟甲基苯甲醛时，由于Cl是钝化基团，CF3是强吸电子基团，均在一定程度上降低了物质的活性。据此可以推测β-咔啉类化合物对作物除草的活性结构应该是其自身的四氢咔啉环结构，并与Ar的电子效应密切相关。

图1 c对白菜生长的影响Figure 1Effect of c on cabbage seeds

表1 5和8的EC50值Table 1EC50of 5 and 8

3 结论

合成了合成了3个新型的四氢β-咔啉-3-酰腙和3个新型的β-咔啉-3-酰腙衍生物。初步活性试验结果表明，四氢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，最大可能性是因为整个分子存在共轭效应。

目前报道酰腙类化合物的合成方法基本上大同小异，如何进一步改进合成技术提高产率，同时使合成方法更加环保具有较高的现实意义。

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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

张美丹(1988-)，女，汉族，广东江门人，硕士研究生，主要从事药物合成的研究。

张耀谋，副教授，硕士生导师，E-mail:zhangyaom@163.com

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