L-香芹酮基磺酸肟酯化合物的合成及其抑菌活性

蒙玉培, 段文贵, 林桂汕, 张文静, 吴凯越

(广西大学 化学化工学院,广西 南宁 530004)

香芹酮,亦称葛缕酮,是一种单环单萜酮类林产生物质资源,主要存在于多种草本植物的精油中[1-3],如葛缕子(又名香芹)、莳萝和留兰香等,其中葛缕子种籽精油中含香芹酮的量高达50%以上。香芹酮分子中含有1个手性碳原子,因此自然界中存在2个对映异构体。其中L-(-)-香芹酮具有甜美的留兰香气息,而D-(+)-香芹酮具有葛缕子或莳萝香味,2种化合物均被作为香精香料广泛应用于食品、饮料和日用化学品中。许多研究表明香芹酮具有多种生物活性,在杀虫和趋避[4-6]、抗氧化[7-8]、抗真菌[9-10]、抗癌[11-12]等领域有很好的应用前景。因此,如何将香芹酮转化为高附加值的生物活性化合物近年来备受科研工作者关注。

L-香芹酮肟可由L-香芹酮与盐酸羟胺的肟化反应制备,在引入酮肟基团的同时保留了香芹酮的单环单萜理化特性,是制备酮肟类单萜化合物的重要中间体。此外,磺酸肟酯类化合物表现出抑菌[13-14]、抗增殖[15]、杀虫[16-18]等多种生物活性,因而被广泛应用于生物医药和农药化学领域。根据生物活性叠加原理,香芹酮基磺酸肟酯类化合物理应具有优异的生物活性。因此,本研究在课题组前期研究的基础上[19-21],通过对L-香芹酮的改性设计,将磺酸肟酯活性基团引入到天然资源L-香芹酮骨架中,合成得到一系列新型的L-香芹酮基磺酸肟酯类化合物,利用FT-IR、NMR和HRMS等多种分析方法确认了目标产物的结构,并评价了目标产物的体外抑菌活性,旨在为林产生物质资源香芹酮的高值化利用提供新的思路。

1 实 验

1.1 原料、试剂与仪器

L-香芹酮(纯度98%),安徽泽升科技有限公司;盐酸羟胺、系列取代磺酰氯、吡啶(Py)、无水乙醇(EtOH)、二氯甲烷(DCM)和三乙胺(TEA),均为市售分析纯试剂。黄瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporumf. sp.cucumerinum)、花生褐斑病菌(Cercosporaarachidicola)、苹果轮纹病菌(Physalosporapiricola)、番茄早疫病菌(Alternariasolani)、小麦赤霉病菌(Gibberellazeae)、水稻纹枯病菌(Rhizoctoniasolani)、玉米小斑病菌(Bipolarismaydis)和西瓜炭疽病菌(Colletotrichumorbiculare)等8种植物病原菌以及阳性对照百菌清,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提供。

Avance III HD 500/600 MHz 超导核磁共振(NMR)波谱仪,瑞士Bruker公司;Nicolet iS 50 红外光谱(FT-IR)仪、Q Exactive静电场轨道肼质谱仪,美国Thermo Scientific公司;Waters 1525高效液相色谱(HPLC)仪,美国Waters公司;海能MP420全自动熔点仪,济南海能仪器股份有限公司。

1.2 L-香芹酮基磺酸肟酯化合物(3a～3w)的合成

1.2.1合成路线L-香芹酮基磺酸肟酯化合物(3a～3w)的合成路线如图1所示。

3a:R=Ph; 3b:R=o-FPh; 3c:R=m-FPh; 3d:R=p-FPh; 3e:R=2,4-FPh; 3f:R=2,3,4,5,6-FPh; 3g:R=o-ClPh; 3h:R=p-ClPh; 3i:R=2,6-ClPh; 3j:R=o-BrPh; 3k:R=m-BrPh; 3l:R=p-BrPh; 3m:R=o-NO2Ph; 3n:R=m-NO2Ph; 3o:R=p-NO2Ph; 3p:R=p-CF3Ph; 3q:R=3,5-CF3Ph; 3r:R=2,5-CH3Ph; 3s:R=2,4,6-CH3Ph; 3t:R=p-OCH3Ph; 3u:R=p-CNPh; 3v:R=p-t-BuPh; 3w:R=p-PhPh

1.2.2中间体L-香芹酮肟(2)的制备 参考文献[22]的方法,称取L-香芹酮0.75 g(1,5.00 mmol),盐酸羟胺0.38 g(5.50 mmol)于烧瓶中,加入10 mL无水乙醇,加热搅拌至55 ℃,温度稳定时缓慢滴入0.43 g(5.50 mmol)吡啶,10 min内滴加完毕后保温反应4 h。薄层色谱(TLC)监测反应进程,反应结束后减压蒸馏除去溶剂,得到粗产物。将所得粗产物用去离子水洗涤3次,并用乙醇重结晶,得到白色L-香芹酮肟中间体2纯品,HPLC纯度为96.67%。

1.2.3目标产物(3a～3w)的合成 参考文献[23]的方法,向两口瓶中加入0.5 g(3.0 mmol)L-香芹酮肟、 3.3 g(3.3 mmol)三乙胺(缚酸剂)和5 mL二氯甲烷。在冰浴下,向搅拌的溶液中滴加5 mL含3.3 mmol 取代磺酰氯的二氯甲烷溶液,滴加完毕后继续反应0.5 h。TLC监测反应进程,反应结束后加入去离子水淬灭反应,然后用二氯甲烷萃取3次,合并有机相,旋蒸除去溶剂,得到粗产物。以石油醚-乙酸乙酯(体积比10∶1)为洗脱剂,用硅胶柱层析提纯,得到L-香芹酮基磺酸肟酯化合物(3a～3w)。

1.3 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,采用超导核磁共振仪进行1H NMR和13C NMR分析;采用大气压力化学电离源(APCI)在静电场肼质谱仪上进行高分辨质谱(HRMS)分析。

1.4 目标化合物的抑菌活性测试

参照文献[24],在目标化合物质量浓度为50 mg/L下,采用离体法(即琼脂稀释法),测试目标化合物的抑菌活性。按照相对抑菌率(Ri)进行活性分级:A级:Ri≥90%,B级:70%≤Ri<90%,C级:50%≤Ri<70%,D级:Ri<50%。

2 结果与讨论

2.1 中间体L-香芹酮肟(2)构型的确定

理论上,L-香芹酮肟(2)应该存在(Z)和(E)两种异构体。然而,HPLC分析结果只显示纯度为96.67%的单峰,说明化合物为单一构型。同时从NOESY谱(图2)中可以看出,羟基上的氢原子与C9上的氢原子相关联,说明化合物2为(E)式构型。

图2 中间体L-香芹酮肟(2)的NOESY谱Fig.2 NOESY spectrum of the intermediateL-carvone oxime(2)

2.2 中间体2的表征

2.3 目标产物(3a～3w)的表征

2.4 抑菌活性测试结果

化合物3a～3w的抑菌活性测定结果见表1。

表1 化合物3a～3w的抑菌活性

由表1数据可知,在质量浓度50 mg/L时,目标化合物3a～3w对所测试的8种植物病原菌均有一定的抑菌活性。化合物3b(R=o-FPh)、3c(R=m-FPh)和3h(R=p-ClPh)对苹果轮纹病菌的抑制率分别为76.7%、 75.9%和78.3%(均为B级活性水平),均优于阳性对照百菌清。此外,化合物3h对黄瓜枯萎病菌、苹果轮纹病菌、玉米小斑病菌和西瓜炭疽病菌的抑制率分别为78.4%、 78.3%、 82.2%和78.8%(均为B级活性水平),具有一定的广谱抑菌活性;化合物3b对苹果轮纹病菌、玉米小斑病菌和西瓜炭疽病菌的抑制率分别为76.7%、 77.5%和78.6%(均为B级活性水平),也具有一定的广谱抑菌活性。

3 结 论

3.1以L-香芹酮为原料,经羰基肟化和O-磺酰化两步反应,合成得到23个L-香芹酮基磺酸肟酯化合物(3a～3w)。采用FT-IR、1H NMR、13C NMR和HRMS对目标化合物的结构进行了表征。

3.2抑菌活性结果表明:当质量浓度为50 mg/L时,所有的目标化合物对8种植物病原菌都有一定的抑菌活性,其中化合物3b(R=o-FPh)、3c(R=m-FPh)和3h(R=p-ClPh)对苹果轮纹病菌的抑制率分别为76.7%、 75.9%和78.3%(均为B级活性水平),均优于阳性对照百菌清。此外,化合物3h对黄瓜枯萎病菌、苹果轮纹病菌、玉米小斑病菌和西瓜炭疽病菌的抑制率分别为78.4%、 78.3%、 82.2%和78.8%(均为B级活性水平),具有一定的广谱抑菌活性;化合物3b也对3种菌的抑制率达到B级活性水平,表现出一定的广谱抑菌活性。

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。