马鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物的合成及抑菌活性

张 瑞， 段文贵， 林桂汕， 陈智聪， 何 冉， 雷福厚

(1.广西大学 化学化工学院，广西 南宁 530004；2.广西林产化学与工程重点实验室，广西 南宁 530008)

ZHANG Rui

马鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物的合成及抑菌活性

张 瑞1， 段文贵1*， 林桂汕1， 陈智聪1， 何 冉1， 雷福厚2

(1.广西大学 化学化工学院，广西 南宁 530004；2.广西林产化学与工程重点实验室，广西 南宁 530008)

以α-蒎烯为原料，先将α-蒎烯选择性氧化制备马鞭草烯酮，再经羰基的肟化和O-磺酰化反应，合成得到22个未见文献报道的马鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物(4a～4v)。通过FT-IR、1H NMR、13C NMR和ESI-MS对化合物结构进行了分析和表征，并测试了目标化合物的抑菌活性。抑菌活性测试表明，在质量浓度50 mg/L时，目标化合物对8种供试病菌有一定的抑制活性，其中目标化合物马鞭草烯酮基正丁基磺酸肟酯(4u)对水稻纹枯病菌(Rhizoctoniasolani)的抑菌率达83.2%，化合物马鞭草烯酮基2，4-二氟苯磺酸肟酯(4d)对小麦赤霉病菌(Fusariumgraminearum)的抑菌率达89.6%(优于阳性对照百菌清),化合物马鞭草烯酮基对-硝基苯磺酸肟酯(4n)和4u对花生褐斑病菌(Cercosporaarachidicola)的抑菌率均为72.5%。

α-蒎烯；马鞭草烯酮；磺酸肟酯；合成；抑菌活性

马鞭草烯酮(4,6,6-三甲基双环[3.1.1]-3-庚烯-2-酮，C10H14O)是一种具有类似樟脑、薄荷脑和芹菜香气的单萜烯酮，天然存在于西班牙马鞭草(Verbenatriphvlla)和桉树科植物蓝桉(Eucalyptusglobulus)中，是重要的香料和医药中间体。然而，由于马鞭草烯酮天然含量少，不能满足市场需求，故其主要来源是以α-蒎烯为原料的人工合成[1- 2]。马鞭草烯酮自身具有良好的驱虫和杀虫活性[3- 4]，在农药行业有着广泛的应用。近年来，研究发现马鞭草烯酮衍生物可作为不对称合成和一些含四元环结构氨基酸合成的起始物及医药中间体[5- 12]。肟酯类化合物具有良好的抗癌[13]、抗氧化[14]、杀虫[15- 16]、抑菌[17]、除草[18]等生物活性。磺酸酯类化合物表现出良好的抑菌、杀虫、除草等生物活性[19- 21]。基于以上事实和近年来本课题组对松香松节油基生物活性化合物的研究成果[22- 26]，本研究设计将磺酸肟酯基团引入到马鞭草烯酮骨架中，合成得到一系列新型的马鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物；利用FT-IR、1H NMR、13C NMR和ESI-MS等多种分析方法对目标产物进行了结构表征，并测试了目标产物的抑菌活性，旨在为我国天然优势资源松节油的深度开发利用提供新途径。

1 实 验

1.1原料、试剂与仪器

α-蒎烯(质量分数98.0%)，广西梧州松脂股份有限公司；盐酸羟胺和系列磺酰氯均为市售分析纯。

Nicolet iS 50 FT-IR红外光谱仪，美国Thermo Scientific公司；AVANCE Ⅲ HD 600 MHz 超导核磁共振仪，瑞士Bruker公司；TSQ Quantum Access MAX液相色谱-质谱联用仪，美国Thermo Scientific公司；Agilent 6890气相色谱仪，美国Agilent Technologies公司；Waters 1525高效液相色谱仪，美国Waters公司；MP420全自动熔点仪，济南海能仪器股份有限公司。

1.2合成路线

马鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物的合成路线如下所示：

1.3中间产物的合成

1.3.1马鞭草烯酮(2)的合成 马鞭草烯酮的合成参考文献[1～2]。将170.0 mL(1.072 mol)α-蒎烯、480.0 mL无水乙腈、1.72 g经脱水处理的CuCl2加入装有回流冷凝装置的三口瓶中，加热至 70.0 ℃ 并搅拌30 min。然后，通过恒压滴液漏斗将640.0 mL 过氧化氢叔丁醇(TBHP)和160.0 mL乙腈的混合液滴加至反应体系中，4 h内滴完。用气相色谱跟踪反应进程，待α-蒎烯反应完全后停止反应。待反应液降至室温后，将其转移至分液漏斗中，依次用适量饱和NaCl、饱和NaHSO3、饱和CaCl2溶液洗涤，然后用乙酸乙酯萃取，将萃取得到的有机物层旋蒸除去其中的低沸点溶剂，再减压蒸馏，收集真空度为 0.80～1.33 kPa下62.0～68.0 ℃的蒸馏产物。以石油醚/乙酸乙酯(体积比10∶1)为洗脱剂，柱层析提纯蒸馏产物，得到纯的马鞭草烯酮(黄色液体)。

1.3.2马鞭草烯酮肟(3)的合成 马鞭草烯酮肟的合成参考文献[25]。将6.02 g(40.0 mmol)马鞭草烯酮溶于40 mL无水乙醇，加入装有回流冷凝装置的三口瓶中，搅拌、加热至回流。将3.34 g(48.0 mmol)盐酸羟胺溶解于20 mL去离子水中，1.92 g(48.0 mmol)NaOH溶解于尽可能少的去离子水中，混合以上两种溶剂，通过恒压滴液漏斗快速滴加至反应体系中。用TLC跟踪反应进程，待马鞭草烯酮反应完全后，旋蒸除去溶剂，用去离子水洗涤、二氯甲烷萃取反应液，旋蒸除去溶剂。以石油醚-乙酸乙酯为洗脱剂(体积比25∶1～10∶1)，梯度柱层析提纯，即得白色针状固体马鞭草烯酮肟。

1.4目标产物(4a～4v)的合成

目标产物的合成参考文献[27～28]。向两口瓶中加入0.5 g(3.0 mmol)马鞭草烯酮肟、3.3 g(3.3 mmol)三乙胺(缚酸剂)和5 mL二氯甲烷。冰浴搅拌下，向其中滴加3.3 mmol取代磺酰氯的二氯甲烷溶液(5 mL)，反应0.5 h。TLC跟踪至马鞭草烯酮肟反应完全后，用去离子水洗涤、二氯甲烷萃取反应液，旋蒸除去溶剂。以石油醚-乙酸乙酯(体积比15∶1)为洗脱剂柱层析提纯，得到目标产物4a～4v，为白色粉末。

1.5目标化合物的结构表征

采用KBr压片法测定目标化合物的FT-IR；以CDCl3为溶剂，用600 MHz 核磁共振仪进行1H NMR和13C NMR分析；采用电喷雾电离源(ESI)在液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)上进行质谱分析。

1.6目标化合物的抑菌活性测试

采用离体法(也称琼脂稀释法[24])测试目标化合物的抑菌活性，并计算抑菌率(x)。活性分级指标：A级：x≥90%；B级：70%≤x<90%；C级：50%≤x<70%；D级：x<50%。

2 结果与讨论

2.1中间体2和3的表征

2.2目标产物4a～4v的表征

2.3抑菌活性测试结果

由表1可知，在质量浓度50 mg/L时，目标化合物4a～4v对黄瓜枯萎病菌、花生褐斑病菌、苹果轮纹病菌、小麦赤霉病菌、番茄早疫病菌、水稻纹枯病菌、玉米小斑病菌和西瓜炭疽病菌等8种植物病原菌具有一定的抑制活性。目标化合物对水稻纹枯病菌的抑制效果最好，平均抑菌率为60.3%，有9个化合物的抑菌率在70%以上(活性级别达到B级)，其中化合物4u(R=(CH2)3CH3)的抑制活性最高，抑菌率为83.2%。化合物4d(R=2, 4-FPh)对小麦赤霉病菌的抑菌率达89.6%(活性级别为B级，优于阳性对照百菌清)。化合物4n(R=p-NO2Ph)和4u(R=(CH2)3CH3)对花生褐斑病菌的抑菌率均为72.5%(活性级别为B级)。

表1 化合物4a～4v(50 mg/L)的抑菌活性Table 1 Antifungal activity of compounds 4a- 4v(50 mg/L)

3 结 论

3.1以α-蒎烯为原料，经选择性氧化、羰基肟化和O-磺酰化3步反应，合成得到22个未见文献报道的马鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物(4a～4v)，并利用FT-IR、1H NMR、13C NMR和ESI-MS等多种手段对目标产物进行了分析和表征。

3.2抑菌活性测试表明，质量浓度为50 mg/L的产物对8种供试植物病原菌有一定的抑制作用。其中化合物马鞭草烯酮基正丁基磺酸肟酯(4u)对水稻纹枯病菌的抑菌率为83.2%，对花生褐斑病菌的抑菌率为72.5%(活性级别均为B级)。化合物马鞭草烯酮基2，4-二氟苯磺酸肟酯(4d)对小麦赤霉病菌的抑菌率达89.6%(活性级别为B级，优于阳性对照百菌清)。化合物马鞭草烯酮基对硝基苯磺酸肟酯(4n)对花生褐斑病菌的抑菌率为72.5%(活性级别为B级)。

致谢：抑菌活性由南开大学元素有机化学国家重点实验室生物活性测试室测定，谨表谢意。

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Synthesis and Antifungal Activity of Verbenone-based Oxime Sulfonate Compounds

ZHANG Rui1, DUAN Wengui1, LIN Guishan1, CHEN Zhicong1, HE Ran1, LEI Fuhou2

(1.College of Chemistry and Chemical Engineering,Guangxi University, Nanning 530004, China；2.Guangxi Key Laboratory of Chemistry and Engineering of Forest Products, Nanning 530008，China)

Verbenone was prepared by the selective oxidation ofα-pinene at first. Then, twenty-two novel verbenone-based oxime sulfonate compounds(4a-4v)were synthesized by the oximation and O-sulfonylation reaction of the carbonyl group in verbenone. The target compounds were analyzed and characterized by FT-IR,1H NMR,13C NMR, and ESI-MS. Antifungal activity test showed that, at the mass concentration of 50 mg/L, the target compounds exhibited certain inhibition activity against the eight tested fungi. Inhibition rate of verbenone-basedn-butyl oxime sulfonate(4u,R=(CH2)3CH3) againstRhizoctoniasolaniwas 83.2%，inhibition rate of verbenone-based 2,4-difluorophenyl oxime sulfonate(4d,R=2,4-FPh) againstFusariumgraminearumwas 89.6% (better than the positive control chlorothalonil)，and inhibition rate of verbenone-basedp-nitrophenyl oxime sulfonate(4n，R=p-NO2Ph)and4u(R=(CH2)3CH3) againstCercosporaarachidicolawas 72.5%。

α-pinene; verbenone; oxime sulfonate; synthesis; antifungal activity

2017- 03- 13

国家自然科学基金资助项目(31560194)；广西林产化学与工程重点实验室开放基金资助项目(GXFC14-01)；广西大学“大学生创新创业训练计划”资助项目(201610593170)

张 瑞(1989— )，男，陕西咸阳人，硕士生，从事天然产物改性及有机合成研究

*通讯作者：段文贵，教授，博士生导师，主要从事天然资源化学和有机合成研究；E-mail: wgduan@gxu.edu.cn。

10.3969/j.issn.0253-2417.2017.05.009

TQ351

A

0253-2417(2017)05- 0068- 11

张瑞,段文贵,林桂汕,等.马鞭草烯酮基磺酸肟酯化合物的合成及抑菌活性[J].林产化学与工业，2017，37(5)：68 - 78.