新型含异恶唑环的1,3,5-三嗪类衍生物的合成及其抗真菌活性

冯菊红， 丁　涛， 荣　霞， 龚　昕， 巨修练

(武汉工程大学 化工与制药学院 教育部绿色化工过程重点实验室，湖北 武汉　430074)



·研究论文·

新型含异恶唑环的1,3,5-三嗪类衍生物的合成及其抗真菌活性

冯菊红， 丁涛， 荣霞， 龚昕， 巨修练*

(武汉工程大学 化工与制药学院 教育部绿色化工过程重点实验室，湖北 武汉430074)

摘要：以三聚氯氰为原料，依次与取代胺和恶霉灵经逐级取代反应合成了17个新型的含异恶唑环的1,3,5-三嗪类衍生物(3a～3q)，其结构经1H NMR和ESI-MS表征。抗真菌活性测试结果表明：在用药量为300 μg·mL-1时，2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(邻氯苯胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3l )对禾谷镰刀病菌的抑制率为65%。

关键词：三聚氯氰； 异恶唑； 三嗪类衍生物； 合成； 抗真菌活性

杂环类化合物具有广泛的生物活性，是新型农药开发的热点。异恶唑含氮杂环化合物已被开发成除草剂、杀虫剂和杀菌剂等农用化学品[1-3]。其中恶霉灵(3-羟基-5-甲基异恶唑)是目前开发最成功的内吸型杀菌剂，具有高效、低毒、广谱和低残留等特点，恶霉灵衍生物也显示出不同的生物活性，故异恶唑环常作为良好的药效团被引入到化合物中[4-6]。

本课题组曾利用活性亚结构拼接原理，将活性基团2-三氟甲基苯胺基-1,3,5-三嗪与恶霉灵的异恶唑环进行拼接，得到4个含有异恶唑环的三嗪类衍生物，生物活性测试结果表明：该类化合物对草坪褐斑病菌(Rhizoctonia solani AG-1-IB)有较好的抑制性，其中有2个化合物的杀菌活性强于阳性对照物恶霉灵[7]。

鉴于此，本文对该类化合物进行结构改造，将2-位的三氟甲基苯胺基改为其他取代的脂肪胺基或芳香胺基，考察不同胺基对抗真菌活性的影响。以三聚氯氰(1)为原料，依次与取代胺和恶霉灵进行逐级取代反应合成了17个含有异恶唑环的三嗪类衍生物(3a～3q, Scheme 1)，其结构经1H NMR和ESI-MS表征。并采用平皿生长速率法对其进行了抗真菌活性测试。

Scheme 1

1实验部分

1．1仪器与试剂

RY-1G型熔点仪(温度未校正)；Agilent 400MR型核磁共振仪(400 MHz， CDCl3为溶剂，TMS为内标)；TRACEMS 2000型质谱仪。

油菜核盘病菌(Sclerotiniasclerotiorum)和禾谷镰刀病菌(FusariumgraminearumSchw),华中农业大学生物科技学院提供;1，武汉格奥化学试剂有限公司；恶霉灵，延边绿洲化工有限公司；TLC薄层硅胶板和柱层析硅胶，青岛海洋硅胶干燥剂厂；其余所用试剂均为分析纯。

1．2合成

(1) 2a～2q的合成通法[8]

将1 1.85 g(10 mmol)溶于丙酮15 mL中，温度控制在-5～0 ℃，搅拌下缓慢滴加取代胺10 mmol的丙酮(15 mL)溶液，滴毕，于-5～0 ℃反应3 h。过滤，滤饼用丙酮洗涤，滤液蒸干得粗品,经硅胶柱层析[梯度洗脱剂：A=V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=12 ∶1～10 ∶1]纯化得2a～2q，收率31.5%～63.7%。

(2) 3a～3q的合成 (以3a为例)

在100 mL三口瓶中依次加入恶霉灵0.46 g(5 mmol)，固体碳酸钾0.49 g(3.55 mmol)和丙酮15 mL，搅拌15 min，缓慢滴加2a 0.9 g(3.5 mmol)的丙酮(15 mL)溶液，于室温反应6 h。过滤，滤液蒸干后得棕褐色黏稠粗品，经硅胶柱层析(洗脱剂：A=8 ∶1)纯化得3a 0.57 g。

用类似方法合成3b～3q。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(苄胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3a)： 白色粉末，收率49.0%， m.p.140～142 ℃;1H NMRδ: 8.14～7.76(m, 5H, ArH), 6.07(s, 1H, a-H), 4.35(s, 2H, NCH2), 2.54(s, 3H, CH3); ESI-MSm/z: 318.0{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(对氯苯基异丙基胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3b)： 白色固体，收率61.4%， m.p.185～187 ℃;1H NMRδ: 7.55～7.37(m, 4H, ArH), 5.98(s, 1H, a-H), 4.67(m, 1H, CH ini-Pr), 2.48(s, 3H, CH3), 1.27 (m, 6H, CH3ini-Pr); ESI-MSm/z: 380.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(甲胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3c)： 白色固体，收率37.7%， m.p.184～186 ℃;1H NMRδ: 6.09(s, 1H, a-H), 3.24(s, 3H, NCH3), 2.48(s, 3H, CH3); ESI-MSm/z: 242.0{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(乙胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3d)： 白色晶体，收率38.5%， m.p.109～111 ℃;1H NMRδ: 6.07(s, 1H, a-H), 3.50(q,J=8.0 Hz, 2H, CH2CH3), 2.46(s, 3H, CH3), 1.24(t,J=8.0 Hz, 3H, CH2CH3); ESI-MSm/z: 256.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(正丙胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3e)： 白色固体，收率23.2%， m.p.137～139 ℃;1H NMRδ: 6.05(s, 1H, a-H), 3.13(m, 2H, NCH2), 2.42(s, 3H, CH3), 1.63(m, 2H, CH2CH3), 1.03(t,J=8.0 Hz, 3H, CH2CH3); ESI-MSm/z: 270.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(二甲胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3f)： 白色晶体，收率32.5%， m.p.119～121 ℃;1H NMRδ: 6.07(s, 1H, a-H), 3.24(s, 3H, NCH3), 3.14(s, 3H, NCH3), 2.46(s, 3H, CH3); ESI-MSm/z: 256.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(二正丙胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3g)： 白色固体，收率51.9%， m.p.77～79 ℃;1H NMRδ: 6.02(s, 1H, a-H), 3.16(m, 2H, NCH2), 3.09(m, 2H, NCH2), 2.42(s, 3H, CH3), 1.70～1.63(m, 4H, CH2CH3), 1.05～1.02(m, 6H, CH2CH3); ESI-MSm/z: 312.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(二异丙基胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3h)： 白色晶体，收率48.6%， m.p.95～97 ℃;1H NMRδ: 6.02(s, 1H, a-H), 4.64(m, 1H, CH ini-Pr), 4.12(m, 1H, CH ini-Pr), 2.45(s, 3H, CH3), 1.31～1.25(m, 12H, CH ini-Pr); ESI-MSm/z: 312.0{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(苯胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3i)： 白色固体，收率75.8%， m.p.135～137 ℃;1H NMRδ: 7.77～7.45(m, 5H, ArH), 6.08(s, 1H, a-H), 2.45(s, 3H, CH3); ESI-MSm/z: 304.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(对氯苯胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3j)： 白色固体，收率75.9%， m.p.188～190 ℃;1H NMRδ: 7.60(d,J=8.0 Hz, 2H, ArH), 7.30(d,J=8.0 Hz, 2H, ArH), 6.06(s, 1H, a-H), 2.48(s, 3H, CH3); ESI-MSm/z: 338.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(间氯苯胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3k)： 白色固体，收率71.4%， m.p.151～153 ℃;1H NMRδ: 7.25～7.00(m, 2H, ArH), 6.96(s, 1H, ArH), 6.64(d,J=7.0 Hz, 1H, ArH), 5.86(s, 1H, a-H), 2.03(s, 3H, CH3); ESI-MSm/z: 338.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(邻氯苯胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3l)： 淡黄色粉末，收率65.8%， m.p.137～139 ℃;1H NMRδ: 7.32～7.10(m, 2H, ArH), 6.82(dd,J=7.2 Hz, 8.0 Hz, 1H, ArH), 6.71(dd,J=7.2 Hz, 7.6 Hz, 1H, ArH), 5.95(s, 1H, a-H), 2.45(s, 3H, CH3); ESI-MSm/z: 338.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(对甲基苯胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3m)： 白色片状固体，收率75.0%， m.p.144～146 ℃;1H NMRδ: 7.81～7.69(m, 2H, ArH), 7.46(d,J=7.2 Hz, 2H, ArH), 7.34(d,J=8.0 Hz, 2H, ArH), 6.06(s, 1H, a-H), 2.42(s, 3H, CH3), 2.39(s, 3H, ArCH3); ESI-MSm/z: 317.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(间甲基苯胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3n)： 淡黄色粉末固体，收率81.3%， m.p.128～130 ℃;1H NMRδ: 7.59～7.26(m, 4H, ArH), 6.05(s, 1H, a-H), 2.48(s, 3H, CH3), 2.40(s, 3H, ArCH3); ESI-MSm/z: 317.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(邻甲基苯胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3o)： 白色颗粒状固体，收率68.8%， m.p.144～146 ℃;1H NMRδ: 7.27～7.14(m, 4H, ArH), 6.06(s, 1H, a-H), 2.48(s, 3H, CH3), 2.39(s, 3H, ArCH3); ESI-MSm/z: 317.0{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(对甲氧基苯胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3p)： 淡黄色固体，收率65.0%， m.p.138～140 ℃;1H NMRδ: 7.62(d,J=7.6 Hz, 2H, ArH), 6.91(d,J=8.6 Hz, 2H, ArH), 6.02(s, 1H, a-H), 3.93(s, 3H, OCH3), 2.45(s, 3H, CH3); ESI-MSm/z: 333.1{[M+H]+}。

2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(邻甲氧基苯胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3q)： 白色固体，收率57.7%， m.p.148～150 ℃;1H NMRδ: 7.57～7.35(m, 4H, ArH), 6.05(s, 1H, a-H), 3.91(s, 3H, OCH3), 2.42(s, 3H, CH3); ESI-MSm/z: 333.1{[M+H]+}。

1．3抗真菌活性测试

采用平皿生长速率法测定3a～3q的抗真菌活性[9]。在150 mL三角瓶中加入PDA培养基60 mL，灭菌备用。用灭菌水配成浓度为300 μg·mL-1的待测样品，加入培养基中，充分摇匀后倒入直径为9 cm的灭过菌的培养皿中，每组三个重复，以等量的溶剂为空白对照。以打孔器(内径5 mm)将生长正常的草坪褐斑菌打孔制成若干菌饼。用接种针将菌饼放于各培养皿中，置于28 ℃无菌恒温箱内培养。待空白对照接近长满培养皿时，根据十字交叉法用游标卡尺测量培养皿内菌落直径，每个处理重复三次，取其平均值作为处理菌落直径，计算抑菌率。

2结果与讨论

2.1 合成与表征

恶霉灵的化学结构存在互变异构现象[10]，即烯醇式和酮式(Scheme 2)，醇羟基和仲胺基都可以作为官能团进行反应，当恶霉灵作为反应物与中间体2进行取代反应时，可能会出现两种产物：O-取代和N-取代产物。

Scheme 2

本文根据恶霉灵区域性选择反应结果[11-13]，以丙酮为溶剂，以无水碳酸钾为缚酸剂，在室温条件下进行反应，最终产物的异恶唑杂环的质子吸收峰在δ6.1±0.1，表明产物为O-取代。如果是酮式结构与中间体2进行反应，得到的产物异恶唑杂环的质子峰在δ5.4～5.6。可能是因为烯醇式的异恶唑环为一个芳香杂环体系，故其质子的化学位移在较低场[13]。

2.2 抗真菌活性

3a～3q的抗真菌活性结果见表1。由表1可见，3a～3q对禾谷镰刀病菌有一定的抑制活性，其中3e, 3i, 3l, 3m的抑菌活性较高；3l的抑菌活性达65%，与阳性对照物恶霉灵的活性相当。

表 1　　3a～3q的抗真菌活性*

*A：油菜核盘病菌，B：禾谷镰刀病菌。

3c, 3d, 3e的抑制活性依次增强，表明胺基取代基的碳链增长可以增加其杀菌活性。3f, 3g的活性低于3d和3e，当胺基有两个取代碳链时，可能会降低其活性。胺基为苯基或为脂肪烃基取代，对抑菌活性无影响。

3a～3q对油菜核盘病菌的抑制活性较弱，3a, 3j, 3m, 3n, 3p, 3q没有显示活性。3m, 3n, 3p, 3q却对禾谷镰刀菌的抑制活性较好，显示出对这两种病菌的抑制选择性。

以三聚氯氰为原料，丙酮为溶剂，依次与取代胺和恶霉灵发生逐级取代反应合成了17个新型的含有异恶唑环的三嗪类衍生物(3a～3q)。初步抗真菌活性测试结果表明：(3a～3q)对禾谷镰刀病菌的抑制率普遍高于对油菜核盘病菌的抑制率；用药量为300 μg·mL-1时，2-(5-甲基异恶唑基-3-)氧基-4-(邻氯苯胺基)-6-氯-1,3,5-三嗪(3l)对禾谷镰刀病菌的抑制率为65%。该研究结果对该类化合物的构效关系研究奠定了基础。

参考文献

[1]Liu Y X, Cui Z P, Liu B,etal. Design,synthesis and herbicidal activities of novel 2-cyanoacrylates containing isoxazole moieties[J].J Agr Food Chem,2010,58(5):2685-2689.

[2]Upadhyay A, Gopal M, Srivastava C,etal. Isoxazole derivatives as a potential insecticide for managing Callosobruchus chinensis[J].J Pest Sci,2010,35(4):464-469.

[3]Sun R F, Li Y Q, Xiong L X,etal. Design,synthesis and insecticidal evaluation of new benzoylureas containing isoxazoline and isoxazole group[J].J Agr Food Chem,2011,59(9):4851-4859.

[4]Miyake T, Yagasaki Y, Nakashima K,etal. Potential fungicidal activity of 3-(substituted oxy)-t-methylisoxazoles[J].J Pest Sci,2013,38(3):96-104.

[5] Miyake T, Yagasaki Y, Kagabu S. Potential new fungicides:N-acyl-5-methyl-3(2H)-isoxazolone derivatives[J].J Pest Sci,2012,37(1):89-94.

[6]李俊凯,徐汉虹,谭堂峰,等. 乙酰水杨酸与杀菌剂的藕合物合成及生物活性[J].农药学学报,2008,10(2):196-199.

[7]冯菊红,丁涛,荣霞,等. 1,3,5-三嗪衍生物的合成及杀菌活性[J].武汉工程大学学报(自然科学版),2013,35(4):35-38.

[8]余勇,王凯,巨修练. 6-氯吡啶-3-亚甲基取代杂环化合物的合成[J].合成化学,2008,16(3):277-281.

[9]韩新才,张懿月,严庆庆,等. 在草坪褐斑病新杀菌剂毒力测定中安全助溶溶剂的筛选[J].农药,2014,53(11):842-844.

[10]覃兆海,毛淑芬,梁晓梅. 恶霉灵互变异构现象研究[J]. 波谱学杂志,2000,17(2):143-147.

[11]Shao R L, Zhi C X, Zhu Y Q,etal. Highly regioselectiveO- andN-acylation of 5-methyl-3-hydroxyisoxazole[J].Chin Chem Lett,1992,3(3):175-176.

[12]Janin Y L, Huel C, Flad G,etal. Methyl orthocarboxylates as methylating agents of heterocycles[J].Eur J Org Chem,2002,(11):1763-1769.

[13]邵瑞链,职承信. 3-羟基异恶唑的O-和N-酰化及其区域选择性研究II.3-羟基-5-甲基异恶唑O-和N-酰化产物的选择性合成[J].化学学报,1993,51(12):1203-1208.

收稿日期：2016-01-05

基金项目：湖北省教育厅科学技术研究计划优秀中青年人才项目(Q20091505)

作者简介：冯菊红(1977-)，女，汉族，湖北襄阳人，博士，主要从事药物化学研究。 E-mail: jhfeng@wit.edu.cn 通信联系人： 巨修练，教授， Tel. 027-87194980, E-mail: xiulianju2008@yahoo.com.cn

中图分类号：O626； O621.3

文献标志码：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.07.15323

Synthesis and Antifungal Activities of Novel 1,3,5-Triazine Derivatives Containing Isoxazole Ring

FENG Ju-hong,DING Tao,RONG Xia,GONG Xin,JU Xiu-lian*

(Key Laboratory for Green Chemical Process of Ministry of Education,School of Chemical Engineering and Pharmacy, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430074, China)

Abstract：Seventeen novel 1,3,5-triazine derivatives(3a～3q) containing isoxazole ring were synthesized by the substitution reaction of cyanuric chloride with substituted amines and hymexazol, respectively. The structures were characterized by1H NMR and ESI-MS. Antifungal activities tests showed that inhibition rate of 2-[(5-methylisoxazol-3-yl)oxy]-4-(2-chlorophenyl)-6-chloro-1,3,5-triazine(3l) against Sclerotinia sclerotiorum was 65% at 300 μg·mL-1。

Keywords：cyanuric chloride; isoxazole; triazine derivative; synthesis; antifungicidal activity