蒎烯基生物活性化合物研究进展

张明光，李明新，王忠龙，王石发*

(1. 江苏医药职业学院，盐城 224005； 2. 南京林业大学化学工程学院，林业资源高效加工利用协同创新中心，南京 210037)

松节油是松脂经分离得到的挥发性液体，主要由α-蒎烯、β-蒎烯、莰烯、月桂烯、Δ3-蒈烯等单萜烯烃和长叶烯、石竹烯等倍半萜烯烃组成的复杂混合物，其中又以α-蒎烯和β-蒎烯为主要成分[1]。根据不同来源，松节油可分为由松脂经水蒸气蒸馏得到的脂松节油、硫酸盐制浆回收得到的硫酸盐松节油以及由松根明子经溶剂浸提得到的木松节油。我国松节油资源丰富，其中脂松节油年产量8万～10万t，居世界第二位。蒎烯具有资源丰富、毒性低、生物相容性好等诸多优势，其衍生物广泛应用于香料、香精、农药和维生素合成等领域[2-3]，例如用于合成樟脑醌、紫苏醛、萜品烯、薄荷酸、松油醇、驱虫剂等，同时在抑菌、抗肿瘤、抗病毒和抗炎活性等方面也表现出良好的活性[4-5]。

现有研究结果表明，蒎烷基结构单元具有脂溶性高、生物相容性好、毒性低、渗透性强、分子刚性强等特点。利用蒎烯双键或桥头碳原子反应活性，通过合成手段，对蒎烯双环结构进行修饰，引入嘧啶环、吡唑环、酰胺基、肼基、缩脲等活性基团，可以合成得到蒎烯基嘧啶类、蒎烯基咪唑类、蒎烷基酰肼类等多种新型蒎烯基衍生物。以蒎烯为原料，开发具有抑菌、杀虫、抗肿瘤、除草、消炎和降糖等活性化合物，不仅具有原料可再生易得、脂溶性好、生物相容性好等优点，还可克服传统有机磷和有机氯类的抑菌剂、杀虫剂、除草剂等所存在的致癌风险高、环境污染大、生物相容性差、毒性高等缺点。

1 蒎烯的生物活性及化学性质

1.1 蒎烯的生物活性

近年来，蒎烯的生物活性研究取得了很大的进展。研究表明，蒎烯在单独存在的条件下依然表现出良好的生物活性。α-蒎烯对白色念珠菌、新孢子虫、米曲霉以及金黄色葡萄球菌有着良好的抗菌活性[6]，对肝癌BEL-7402细胞具有良好的抗肿瘤活性[7-8]，能够激活NK细胞并增加其细胞毒性，是一种潜在的癌症免疫治疗物[9]。此外，α-蒎烯还可以通过抑制小鼠腹膜巨噬细胞中的促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)和核因子-κB(NF-κB)途径表现出抗炎活性[10]，对乙醇和吲哚美辛诱导的小鼠胃溃疡的保护作用，具有显著的抗溃疡活性[11]。β-蒎烯可与游离的病毒直接相互作用而表现出高抗HSV-1活性[12]，通过与单胺能系统相互作用产生抗抑郁功能[13]，对多种念珠菌具有抗生物膜活性[14]。此外，(-)-β-蒎烯对沙门氏菌具有良好的抑制活性(MIC为20 mL/L)，能够破坏细胞形态和结构，降低细菌细胞中的ATP水平，具有食品防腐的潜在用途[15]。

1.2 蒎烯的化学性质

蒎烯具有独特的双环结构和碳碳双键，因而化学性质特别活泼，可通过异构化、酯化、氢化、水合、氧化等反应合成多种功能性化学品[16-18]。α-蒎烯经高锰酸钾或臭氧氧化反应可以合成2,3-环氧蒎烷、蒎酮醛、蒎酮酸或马鞭草烯酮等化合物；以酸为催化剂，通过异构化反应可以得到β-蒎烯、莰烯、别罗勒烯和香茅烯等；经氢化或硼氢化还原反应得到蒎烷或3-羟基蒎烷；经与水或马来酸酐加成反应可以得到水合萜二醇或蒎烷基马来酸酐；经酯化可以得到冰片；经聚合反应可以得到萜烯树脂。β-蒎烯经氧化反应可以引入羧基、酮基、酸酐结构，如经高锰酸钾氧化可得到诺蒎酸、经臭氧氧化可以得到诺蒎酮、经环氧化得到迭迭香醚和经二氧化硒氧化得到3-羟基蒎烯醇；与多聚甲醛经Prins缩合反应可以制备诺卜醇，经催化异构化可以制得月桂烯、松油烯和α-蒎烯；经催化氢化得到蒎烷；经与水或马来酸酐加成反应可以得到水合萜二醇或蒎烷基马来酸酐。

此外，许多α-蒎烯和β-蒎烯初级衍生物含有不饱和双键和酮羰基，仍然具有良好的反应活性，是优良的合成中间体，可进一步用于制备蒎烯衍生物。例如，α-蒎烯初级加成产物水合萜二醇经脱水后可生成松油醇；氧化产物蒎酮酸可以进一步氧化得到蒎酸、低蒎酸；2,3-环氧蒎烷可以异构化得到龙脑烯醛；桃金娘烯醛进一步异构化得到紫苏醛。β-蒎烯初级衍生物诺蒎酸进一步异构化可以制备二氢枯铭酸，迭迭香醚开环可以得到蒎烷醇化合物，氧化产物诺蒎酮经羰基还原后可以得到诺蒎醇，羰基α-位可以进行取代与缩合反应构建新型蒎烷基衍生物；Prins缩合产物诺卜醇的双键和羟基可以发生加成、消除、取代、酯化、氧化等反应，制备氢化诺卜醇、诺卜二烯、诺卜基醚、诺卜醇酯、诺卜醛等。

关于松节油分离纯化提取α-蒎烯与β-蒎烯技术方法，以及蒎烯的异构化反应或加成反应用于松节油深加工利用的研究报道很多，主要集中在蒎烯席夫碱与蒎烷基手性配体在有机合成方面的应用研究[19-21]、蒎烷基芳香化合物在荧光材料方面的应用研究[22-24]以及蒎烷基杂环化合物在农药与医药方面的生物活性研究[25-26]。笔者综述了近年来以蒎烯为起始原料，基于诺蒎烷基骨架的蒎烷基衍生物的设计、合成以及生物活性新进展，并对存在的问题以及今后发展方向进行了讨论和展望。

2 蒎烯基双环衍生物活性研究

保留α-蒎烯和β-蒎烯双环结构，利用烯烃双键或环外甲基，通过氧化、加成以及取代等反应引入新的官能团，进而构建新的蒎烷基杂环衍生物，是以蒎烯设计、合成蒎烷基活性化合物的主要方法。诺蒎酮是一种单萜烯类化合物，天然存在量较少，仅存在于一些植物的次生代谢中，已发现存在于滑叶山姜果挥发油中和蓝布正挥发油中，但含量较低(<15%)且提取困难。目前，天然产物合成研究所需要的诺蒎酮主要通过β-蒎烯经臭氧、高锰酸钾或重铬酸吡啶氧化制得[27]。诺蒎酮分子中含有环外不饱和羰基，因此具有较高的反应活性，可用于合成多种含氮、含氧的杂环化合物，是良好的反应中间体，已被广泛用于蒎烷基生物活性物质合成研究[28-29]。

2.1 蒎烯基嘧啶类衍生物

嘧啶类化合物是一类含有两个N原子的六元环化合物，嘧啶类衍生物具有抗微生物、抗病毒、抑菌、抗肿瘤等多种药物活性，因其环上取代位点和取代基的多样性变化，使得该类化合物结构丰富、数量庞大，广泛用于生物活性化合物开发研究。2013年，魏柏松等[30]以α-蒎烯为原料，经氧化、缩合得到2-羟基-3-蒎酮的烯酮中间体，再与盐酸胍在氢氧化钠的醇溶液中回流反应合成了新型蒎烷基-2-氨基嘧啶类化合物和蒎烷基异噁唑啉类化合物。其合成路线如图1所示。抑菌活性研究结果表明，蒎烷基-2-氨基嘧啶类化合物对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌有很强的抑制作用。

图1 蒎烷基-2-氨基嘧啶类化合物的合成Fig. 1 Synthesis of pinanyl-2-aminopyrimidine compounds

图2 诺蒎酮基缩氨基硫脲类化合物的合成Fig. 2 Synthesis of nopinone-thiosemicarbazone derivatives

Wu等[31]以(-)-β-蒎烯为原料，经诺蒎酮中间体，基于诺蒎酮羰基及羰基邻位反应活性，合成了一系列新的蒎烯-2-烷基氨基嘧啶衍生物，评估了目标化合物对白色念珠菌、黑曲霉、热带假丝酵母、大肠杆菌、沙门氏菌系的抑制活性。试验结果表明，苯环上对位取代化合物(p-CH3,p-Cl)对白色念珠菌有很强的抑制作用，对黑曲霉(MIC=3.90 μg/mL)和热带念珠菌(MIC=7.81 μg/mL)都有很强的抑制活性。张齐等[32]以诺蒎酮为原料，同样基于羰基邻位反应，制得新型吡啶取代的蒎烷基嘧啶类化合物，抑菌和杀虫活性研究结果表明，4-吡啶基-2氨基嘧啶类化合物对枯草芽孢杆菌的抑制效果较为明显，MIC为7.80 μg/mL，所有化合物对蚜虫均表现出了较好的杀虫活性。

2.2 蒎烯基硫脲类衍生物

硫脲类化合物是一类分子中含有—NH—CS—NH—官能团的化合物，许多硫脲类化合物具有抗菌、杀虫、除草以及抗肿瘤等多种生物活性，其化学性质活泼，被广泛应用于农药和医药中间体合成研究[33-35]。Wang等[36]以诺蒎酮与取代苯甲醛反应，制得蒎酮烯中间体，再与氨基硫脲缩合反应，设计并合成了一系列诺蒎酮基氨基硫脲类衍生物(图2)，得到8个化合物对3种人类癌细胞系(MDA-MB-231，SMMC-7721和Hela)都具有抗癌活性。其中，化合物1对3种癌细胞抑制活性最好，IC50值分别为(2.79 ± 0.38),(2.64 ± 0.17)和(3.64 ± 0.13) μmol/L。此外，细胞周期和凋亡实验证明，化合物1能够诱导MDA-MB-231细胞在G2/M期的细胞周期停滞，分子对接研究显示该类化合物通过抑制微管蛋白聚合发挥作用。

2.3 蒎烯基噻唑类衍生物

噻唑类化合物是一类同时含有N、S两种杂原子的五元杂环化合物，分子内的杂原子可与蛋白氨基酸残基分子形成氢键，与生物体金属离子形成配位，具有广泛的杀菌、除草、抗病毒、杀虫等生物活性[37]。噻唑类化合物因具有低毒、优良的生物活性和结构变化多样的特点，已成为绿色农药研究的一个热点。2014年，鲍名凯等[38]以α-蒎烯为起始原料，经硼氢化和PCC氧化后得到异松蒎酮，以甲基的邻位羰基再与氨基硫脲缩合、卤代酮环合反应制得通式如2的一系列α-蒎烷基噻唑腙类化合物(图3)。生物活性实验表明，部分化合物对大肠杆菌(Escherichiacoli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、荧光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)有较好的抑菌活性。当噻唑环取代基含吸电子的芳环，化合物对两株肝癌细胞(HepG2和SMMC-7721)表现出良好的体外抗肿瘤活性，R为4-苯腈时活性最好，IC50分别为15.30和10.41 μg/mL。

图3 α-蒎烷基噻唑腙类化合物的合成Fig. 3 Synthesis of α-pinanyl thiazole hydrazone compounds

2016年，孙楠等[39]利用诺蒎酮的环外羰基，与氨基硫脲进行缩合反应，得到诺蒎酮缩氨基硫脲，再与α-卤代酮进行环化，得到新型蒎烷基噻唑衍生物。抑菌研究结果表明，该类化合物对紫薇蚜虫具有一定杀虫效果且总体呈现浓度效应，杀虫能力随浓度的增大而增大。相比于细菌，化合物对真菌具有更好的抑制效果。2019年，匡红波等[40]同样以诺蒎酮为原料，同时在羰基和羰基邻位通过羰基取代引入两种不饱氮取代基，合成了取代蒎烷基噻唑腙衍生物(图4)，考察了化合物对人肝癌细胞(HepG2)、人多发性骨髓瘤细胞(RPMI-8226)、人肺癌细胞(A549)和乳腺癌细胞(MDA-MB-231)的抗肿瘤活性。研究结果表明，化合物3和4对HepG2、RPMI-8226、A549和MDA-MB-231细胞具有较强抗肿瘤活性(IC50<10.6 μmol/L)。化合物4能够诱导A549细胞凋亡，并将细胞有丝分裂周期阻滞在G2/M期。

同年，张强健等[41]以天然β-蒎烯衍生物诺蒎酮为原料，经缩合、环化等反应，合成了一系列诺蒎酮基噻唑腙类化合物，研究了噻唑腙类化合物抗糖尿病活性。结果表明，与阳性对照阿卡波糖的IC50值10.16 μmol/L相比，化合物对α-淀粉酶表现出优良的抑制活性(IC50为4.11 μmol/L)。抑制动力学结果表明，化合物是针对α-淀粉酶的非竞争性抑制剂。

图4 取代β-蒎烷基噻唑腙类化合物的合成Fig. 4 Synthesis of substituted β-pinanyl thiazole hydrazone compounds

2.4 蒎烯基吡唑酰胺衍生物

吡唑酰胺是一种重要的含氮杂环化合物，已上市的含有吡唑酰胺结构的杀菌剂氟唑菌苯胺、杀虫剂唑虫酰胺等产品具有低毒、高效的特点，使得吡唑酰胺类化合物在农药和生物活性化合物中研究广泛[42-43]。2017年，芮坚等[44]使用诺蒎酮为原料，经过缩合、环化、脱氢芳构化和酰化反应，最终得到7个新型诺蒎酮基吡唑酰胺类化合物(图5)，并研究了化合物的杀虫及抑菌活性。研究结果表明，此类化合物具有广谱的抑菌活性，尤其是当化合物苯环上的取代基为甲基和氟时，该化合物具有较强的杀虫活性。探讨了化合物的抑菌活性和对蚜虫的杀虫活性，结果表明，以4-氟苯基取代的2-(6′,6′-二甲基-3′-(4′-氟苯基)-4′,5′,6′,7′-四氢-5′,7′-桥亚甲基-吲唑-1′-基)乙酰胺化合物5既具有较好的抑菌效果，同时对紫薇蚜虫也表现出较好的杀虫活性。

图5 诺蒎酮基吡唑酰胺类化合物的合成Fig. 5 Synthesis of pinenyl pyrazole amide derivatives

2.5 蒎烯基磺酸衍生物

磺酸酯类化合物可直接与生物大分子(DNAs、RNAs和蛋白质)发生烷基化反应，可能会导致DNA突变，具有潜在的细胞毒性。如甲磺酸酯类化合物属于非氮芥类烷化剂。Yang等[45]以α-蒎烯为原料，基于双环单萜结构，通过对环外甲基进行氧化、还原后得到中间体桃金娘烯醇，再通过酯化反应引入苯磺酸酯片段，合成了蒎烷基磺酸酯衍生物。抗肿瘤活性研究表明，化合物对宫颈癌细胞(Hela)和肝癌细胞(HepG2)的抑制效果最为显著，对甲苯磺酸酯产物对肝癌细胞系(BEL-7402)生长抑制作用最佳，作用24 h的IC50值为83.7 μmol/L[46]。磺胺类化合物是磺胺类药物的关键中间体，可用于制造抗感染药物、消毒剂和染料等[47-49]。Grebyonkina等[50]以β-蒎烯为原料，合成具有潜在生物活性的新型手性磺胺类衍生物，为进一步的生物活性研究提供了化合物基础。

2.6 蒎烯基取代烷衍生物

Feng等[51]以氢壬基二乙基卤化铵与β-蒎烯反应，合成了N-烷基蒎烷胺卤化铵盐，并评估了化合物对植物病原真菌的抗真菌活性，得到部分化合物表现出中等至显著的抗真菌活性。由N-烷基蒎烷胺卤化铵盐进一步与蒎烯缩合，制备了3种含双水芹的β-蒎烯衍生物[52]，含有烷基和双氢壬基混合物的衍生物对植物真菌病原体和细菌具有显著的抑制活性，这些衍生物有望作为新的化学实体，用于新型农药开发。Wang等[53]以β-蒎烯为原料合成了一系列含有1,3,4-噻二唑硫醚结构的新型诺蒎烷衍生物(图6)，对包括黄瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporumf. sp.cucumerinum)在内的8种受试植物病原体进行体外抗真菌活性研究，结果表明，在50 μg/mL的浓度下，目标化合物对8种受试真菌均表现出一定的抑制活性。苯环上取代基R=m—F时对苹果轮纹病(Physalosporapiricola)的抑制率为88.9%，优于阳性对照百菌清的抗真菌活性。同时，苯环上取代基R=p—Cl时，化合物对水稻纹枯病(Rhizoctoniasolani)显示出80.7%的抗真菌活性。

图6 1,3,4-噻二唑硫醚结构诺蒎烷衍生物的合成Fig. 6 Synthesis of 1,3,4-thiadiazole sulfide structure nopinene derivatives

2.7 桃金娘烯醛衍生物

桃金娘烯醛是α-蒎烯的环外甲基氧化产物，与蒎烯具有同样的双环结构。已有研究表明，桃金娘烯醛既是一种香料，也是一种重要的活性化合物，具有抗肿瘤、抑菌、消炎、杀虫等多种生物活性[54-55]。Lin等[56]以α-蒎烯为起始物，经二氧化硒氧化得到桃金娘烯醛，进一步与盐酸羟胺反应得到桃金娘肟中间体，再经酰氯化反应，设计并合成了18种新型桃金娘肟酯类化合物作为酮酸还原异构酶抑制剂(图7)，其中11种化合物对油菜根的抑制率优于除草剂氟虫嗪，7种化合物对稗草 (EchinochloacrusgalliL.) 的生产抑制率大于80.0%(100 μg/mL)。所有化合物均表现出一定的体外抗真菌作用，分子对接结果表明，桃金娘片段和肟基团为药效团，因此，桃金娘肟酯化合物是潜在的KARI抑制剂合成前体。林桂汕等[57]以桃金娘烯醛与氨基硫脲经缩合反应得到了桃金娘烯醛缩氨基硫脲，进一步氧化环化得到了桃金娘烯醛基噻二唑，然后与系列酰氯化合物进行N-酰化反应得到桃金娘烯醛基噻二唑-酰胺化合物。所有化合物对苹果轮纹病菌、黄瓜枯萎病菌、花生褐斑病菌、小麦赤霉病菌和番茄早疫病菌均显示不同程度的抑菌活性，其中，桃金娘烯醛基噻二唑-正丙酰胺(6)对苹果轮纹病菌的相对抑制率最高达98.2%，构效分析表明，脂肪族取代基衍生物表现出更好的抑菌活性。

图7 桃金娘肟酯衍生物的合成Fig. 7 Synthesis of myridine oxime ester derivatives

2.8 马鞭草烯酮衍生物

蒎烯环上双键邻位的亚甲基可以被氧化为酮羰基得到马鞭草烯酮。Hu等[58]以叔丁基过氧化氢氧化α-蒎烯，得到马鞭草烯酮，利用酮羰基与盐酸羟胺反应制得马鞭草烯酮肟关键中间体，进一步酰氯化，得到马鞭草酮肟酯(图8)。抗真菌活性研究表明，其中化合物7(E构型)表现出优异的抗真菌活性：对马铃薯早疫病菌(Alternariasolani)、苹果轮纹病(P.piricola)和褐斑病菌(Cercosporaarachidicola)生长抑制率分别为92.2%，80.0%和76.3%(50 μg/mL)，优于商业杀菌剂百菌清；对油菜根(Brassicacampestris)的生长抑制活性92.1%(100 μg/mL)，且E构型活性优于Z构型。张瑞等[59]以马鞭草烯酮肟与磺酰氯反应得到马鞭草酮磺酸肟酯衍生物，得到部分化合物对水稻纹枯病菌和小麦赤霉病菌具有良好的抑制活性。

图8 马鞭草烯酮衍生物的合成Fig. 8 Synthesis of verbenone derivatives

3 蒎烯基单环衍生物活性研究

蒎烯通过氧化或异构化等化学方法，可以打开桥环分子结构，形成六员单环化合物或四元单环化合物，易于引入活性基团，从而合成新型衍生化合物[60-61]。例如：α-蒎烯经氧化反应可以转化为四元单环的蒎酮酸，对羰基或羧基进一步衍生化可以合成多种四元环衍生物；β-蒎烯经氧化反应可以将转化为六元单环的二氢枯茗酸，对羧基进一步衍生化可以合成多种六元环衍生物。

3.1 蒎酸衍生物

马长花等[62]基于蒎酸四元环结构，研究了蒎酸基双硫脲和双噻二唑化合物除草及杀菌活性。α-蒎烯经高锰酸钾氧化和溴仿反应后生成蒎酸，羧基经酰氯化后与硫氰化钾反应得到蒎酸基双异硫氰酸酯，再与取代苯胺类化合物反应合成蒎酸基双硫脲化合物。蒎酸羧基与乙醇酯化得到蒎酸二乙酯，继续与水合肼反应得到蒎酸双酰肼，最后与取代苯基异硫氰酸酯反应，合成蒎酸基双取代苯基酰胺(图9)。除草活性试验表明，100 μg/mL浓度下大部分蒎酸基双硫脲和双噻二唑化合物对油菜的胚根生长显示一定的抑制活性。杀菌活性试验表明，50 μg/mL浓度下化合物对苹果轮纹病菌有一定的抑制活性，其中3-甲基取代的蒎酸基双硫脲(8)和4-氯取代的蒎酸基双酰肼(9)的抑制率分别为57.8%和74.7%。所有化合物中，只有3-甲基取代的蒎酸基双硫脲对苹果轮纹病菌、番茄早疫病菌和花生褐斑病菌的抑制作用均为最好。

图9 蒎酸基双硫脲8和双噻二唑化合物9的合成路线Fig. 9 Synthesis route of pinic acid- dithiourea compounds 8 and dithiadiazole compounds 9

3.2 二氢枯茗酸衍生物

蒎烯经异构化反应可以制备松油烯，进一步取代或加成反应可以制备含六元环结构衍生物。Gao等[63]以β-蒎烯为起始物，通过异构反应制备二氢枯茗酸，羧基进一步酯化和酰化等化学反应合成了二氢枯茗酸酯、二氢枯茗酸酰基硫脲、二氢枯茗酸肟酯和二氢枯茗酸酰胺等4种衍生物(图10)。抗菌测试结果表明，所合成的化合物普遍对大肠杆菌、肺炎克雷伯氏菌和金黄色葡萄球菌等细菌具有良好的抑制活性。体外抗肿瘤活性活性研究结果表明，部分化合物对人非小细胞肺癌细胞、人乳腺癌细胞、人肝癌细胞和人结肠癌细胞具有一定的抑制作用。其中，二氢枯茗酸酰基硫脲类衍生物对体外培养的人乳腺癌和人结肠癌肿瘤细胞具有显著生长抑制作用，得到活性良好化合物对人乳腺癌MCF-7肿瘤细胞和人结肠癌HCT116肿瘤细胞的半数抑制浓度均小于100 μg/mL。构效关系研究结果显示，二氢枯茗酸结构是抑菌作用的活性基团，相同类型的二氢枯茗酸衍生物，通常分子量越小，含支链取代基越少，抑菌效果越理想[64]。

同样基于二氢枯铭酸结构，Li等[65]合成了3个系列β-蒎烯衍生物，研究了化合物对立枯丝核菌、禾谷镰刀菌和灰葡萄孢菌的杀菌活性，结果表明大多数合成的化合物表现出中等至显著的杀真菌活性。其中，蒎烯酰基硫脲衍生物显示出更好杀菌活性，活性化合物对立枯丝核菌表现出优异的杀菌活性，IC50值为2.439和1.857 mg/mL，接近甚至优于商业杀菌剂硫唑醇(1.945 mg/mL)。此外，SAR和QSAR研究表明，引入吸电子基团可以增加正电荷，有利于杀菌活性。

3.3 蒎酮酸衍生物

基于蒎酮酸的四元环结构，尹延柏[66]通过羧基酰基化、酮羰基羟醛缩合、羧基酯化、羰基加成等反应合成了酰胺、α,β-不饱和羰基化合物、酯类、酰基硫脲等蒎烷基衍生物，研究了目标化合物抑菌、驱避、杀虫等生物活性。试验结果表明，蒎酮酸甲酯、蒎酮酸乙酯和蒎酮酸正戊酯对白纹伊蚊表现出较好的驱避活性，蒎烷基硫脲对对亚洲玉米螟表现出较好的杀虫活性。构效关系研究结果表明：酰基硫脲结构和卤代原子的引入能提高化合物的杀虫活性，单酰基硫脲结构和氯原子活性最好；分子结构中苯环取代基影响化合物活性，含邻位烷基取代或对位卤原子取代苯环结构的有利于提高化合物活性。

3.4 对孟烷胺衍生物

基于异构化反应后的水合萜二醇六元环结构，Zhu等[67-68]研究了对孟胺类衍生物的抑菌活性、除草活性和细胞毒性。蒎烯经异构化后与乙腈通过Ritter反应合成N,N′-二乙酰基-1,8-对孟烷二胺，进一步高温水解脱乙酰基后得到3-对孟烯-1-胺和顺-1,8-对孟烷二胺，分别与羧酸、醛或硫脲反应，合成了相应的对孟烷酰胺类衍生物、席夫碱类衍生物及硫脲类衍生物(图11)，部分对孟酰胺化合物对肺炎克雷伯氏菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌具有抑菌活性。N,N′-二(4-溴苯亚甲基)-1,8-对孟烷二胺(10)对1年生黑麦草根长和茎长的抑制活性是对照品草甘膦的3倍以上。构效关系研究表明：3-对孟烯-1-胺的环内双键有助于提高除草活性；向含呋喃环和苯环的对孟胺席夫碱衍生物中引入氯元素或溴元素可显著提高其除草活性。

图11 对孟烯-3-胺和1,8-对孟烷二胺衍生物的合成路线Fig. 11 The synthetic route of p-menth-3-en-1-amine and p-menthane-1,8-diamine derivatives

3.5 松油烯马来酸酐衍生物

蒎烯异构化产物松油烯结构中含有1,3-共轭双键，可以与烯烃发生Diels-Alder反应，从而合成新型结构化合物。李龙生等[69]以α-蒎烯为起始原料，合成α-蒎烯基苯基噻二唑和苯磺酰胺两类化合物，研究了化合物抑菌活性。α-蒎烯经酸性异构化、马来酸酐加成反应得到松油烯马来酸酐，再与甘氨酸胺化反应、羧基酰氯化反应和取代反应，引入噻二唑和磺酰胺活性基团，合成路线如图12所示。抑菌活性研究表明，3-氯取代噻二唑化合物11对苹果轮纹病菌的抑制率达92.6%(A级活性水平)，4-氯取代苯磺酰胺化合物12对苹果轮纹病菌的抑制率达83.9%(B级活性)。

图12 α-蒎烯基苯基噻二唑和苯磺酰胺衍生物的合成Fig. 12 Synthesis of α-pinenyl phenylthiadiazole and benzene sulfonamide derivatives

陈旭日等[70]研究了蒎烷基腙类和蒎烷基胺类化合物杀虫活性，α-蒎烯经加成反应得到松油烯马来酸酐中间体，再与醛基缩合反应得到3-甲氧基-4-羟苯基-α-蒎烯马来酰亚胺基酰腙；以α-蒎烯经氧化合成马鞭草烯酮，再与取代伯胺类化合物反应，合成蒎烷基腙衍生物，进一步还原腙基双键，得到蒎烷基胺衍生物。生物活性试验表明，马来酰亚胺基酰腙化合物和蒎烷基芳香腙衍生物对舞毒蛾3龄幼虫的毒杀作用最为明显，在浓度为100 mg/L时间为72 h处理条件下的舞毒蛾3龄幼虫死亡率分别为70.92%和86.88%。

4 展 望

众所周知，对活性天然产物进行化学修饰开发新型活性化合物是药物研究与开发的一种重要方法。蒎烯来源于天然的松节油，因其来源广泛，化学性质活泼且安全无毒，使得它们在工业上得以广泛应用，已经成为研究开发新型高效的抗病毒、抑菌剂的起始原料。但仍然存在一些有待研究的问题：

1)关于抑菌活性和杀虫活性研究虽然已有大量报道，但是抑菌活性和广谱性与已上市抑菌产品还有很大差距，个别活性较高的化合物缺乏进一步的剂型及给药方式的研究；

2)关于抗肿瘤活性、细胞毒性的研究较少，化合物活性普遍不高，测试细胞种类主要集中在肝癌和乳腺癌细胞，缺少广谱性筛选研究，有活性的化合物的结构与活性关系分析、化合物与激酶的作用方式和作用机制有待深入研究；

3)一些蒎烷基衍生物的合成方法仍然存在路线复杂、反应条件苛刻、产品收率低、试剂毒性大等问题，如蒎烯氧化反应产物复杂，单一产物收率不高，使用强腐蚀硫酸催化剂。

展望未来，蒎烯基生物活性化合物研究将有以下热点和趋势：

1)抑菌活性测试研究仍然是蒎烷基衍生物的主要应用研究方向。在已有研究基础上，改善新型蒎烷基化合物对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌等细菌以及苹果轮纹病菌、小麦赤霉病菌和黑曲霉菌等真菌的抑制活性，探索化合物对耐药性真菌如白色念珠菌和酵母样真菌性的抑菌效果。

2)持续探索蒎烷基杂环化合物抗肿瘤活性。基于噻唑腙、磺酸酯和酰胺等活性片段，设计新型蒎烷基杂环腙衍生物、蒎烷基磺酸酯衍生物和二氢枯铭酸硫脲衍生物，研究化合物对人乳腺癌细胞和人肝癌细胞的抑制活性和选择性。

3)蒎烯衍生物的合成方法研究将更加深入。随着离子液体、微波反应和酶催化反应等有机反应新技术应用于蒎烷基衍生物的制备，合成工艺将会更加简便和清洁。此外，蒎烷基结构具有天然低毒、生物兼容性好等优点，在药物设计中以蒎烷基替换先导化合物药物分子中疏水基团，改善化合物成药性，也是蒎烷基衍生物未来研究的重点。随着活性-结构关系研究的不断深入，蒎烷基化合物与生物体的作用机制将进一步明确，以蒎烯为起始原料，合成具有高效的抗菌、杀虫和抗肿瘤等生物活性的蒎烷基衍生物，不仅具有原料天然可再生的特点，而且可进一步推动松节油在化工医药等领域的应用。