1、河 南 科 技 大 学毕 业 设 计（论 文） 设计合成一个含噻二唑活性基团的苦参碱类化合物姓 名 黄 晓 博 院 （系） 林 学 院 专 业 植 物 保 护 指导教师 车 志 平 徐 晖 教授 2015 年 6 月 8 日设计合成一个含噻二唑活性基团的苦参碱类化合物摘 要植物源农药具有低毒、易降解、对环境和非靶标生物安全、有害生物不易产生抗药性等优点而成为当今农药研发的热点。以植物源天然产物为先导化合物，对其结构进行修饰和改造，以发现活性更高的衍生物是新农药创制的一条非常重要的途径，也是当前植物源农药研究领域的主流。众所周知，在天然化合物分子中引入杂原子或杂环能显著提高其生物活性，该方法是农
2、药创制的有效途径之一。苦参碱是从中药材苦参中提取出来的一种主要的生物碱，由于其具有广谱的生物活性而被广泛应用于医药和农药领域。噻二唑基团具有良好的农用活性而受到人们的普遍关注。鉴于此，本课题利用拼合原理，以植物源天然活性化合物苦参碱为先导化合物，通过水解、酯化、酰基化等反应，在母体化合物上引入噻二唑杂环，设计合成了一个含有噻二唑活性基团的苦参碱类化合物，经核磁共振氢（ 1H-NMR）表征该化合物的结构， 1H-NMR 谱图信息表明，其结构与预期相符。由于苦参碱分子极性较大，给化合物的合成与分离带来诸多困难。本研究不仅合成了目标化合物，而且优化了反应条件和后处理方法，提高了产率，达到了较好的分离
3、纯化目的。关键词：苦参碱；结构修饰；噻二唑；合成DESIGN AND SYNTHESIS A MATRINE COMPOUND CONTAININGAN ACTIVE GROUP OF THIADIAZOLEABSTRACTBotanical pesticides have many advantages, such as low toxicity, easily biodegradable, safe to non-target organisms and the environment, difficult to develop drug-resistance for pest, et a
4、l. And they become the focus of researching and developing pesticides today. With plant-derived natural products as lead compounds, modifying and transforming their structures to find derivatives which exhibite higher activities are a very important way of developing new pesticides, but also the mai
5、n current in the research area of botanical pesticides.As is known to us all, introducing heteroatom and heterocyclic into the molecular of natural compound can remarkably enhance its biological activities, which is one of the basic approaches to formulate new pesticides. Matrine, one of the main al
6、kaloids, is extracted from Sophora flavescens, a chinese medicinal herbs, and it is widely used in the fields of pharmaceutical and pesticide due to its broad-spectrum biological activities. The functional group, thiadiazole has good agricultural activities and is generally concerned by people. Ther
7、efore, according to the principle of flattening, this study has designed and synthesis a matrine compound containing an active group of thiadiazole through some reactions, such as hydrolysis, esterification, acylation , with plant-derived natural product matrine as lead compound and introducing the
8、heterocyclic, thiadiazole into the mother compound. Then the structure of this compound was characterized by 1H-NMR. The information of its 1H-NMR showed that the structure is in line with the one expected. Because of matrine moleculars lager polar, there are all kinds of difficulty in the processes
9、 of synthesis and separation. In this study, in addition to preparing the target compound, the reaction conditions and the methods of post-process were optimized in order to improve the yield of compounds and achieve to isolate and purify better.KEY WORDS: Matrine; structural modification; thiadiazo
10、le; synthesis目 录摘要Abstract1 前言 .11.1 植物源农药简介 .11.2 苦参碱研究概况 .11.2.1 苦参碱简介 .11.2.2 苦参碱在医药方面的研究和应用 .21.2.3 苦参碱在农药方面的研究和应用 .21.2.4 苦参碱结构修饰研究概述 .31.3 噻二唑类化合物农用活性研究近况 .41.4 本研究的目的及意义 .42 材料与方法 .42.1 材料 .42.1.1 实验器材 .42.1.2 主要试剂 .52.2 试验方法 .52.2.1 目标化合物的合成路线 .52.2.2 化合物（2）的合成 .62.2.3 化合物（3）的合成 .62.2.4 化合物（
11、4）的合成 .72.2.5 化合物（5）的合成 .83 结果与分析 .83.1 目标化合物（5） 1H-NMR 谱图解析 .83.2 反应条件与后处理方法的优化 .104 结论与讨论 .11参考文献 .14致谢 .16附录 .171 前言1.1 植物源农药简介利用植物资源开发的农药称为植物源农药，狭义上是指直接利用植物产生的天然活性物质或植物的某些部位而制成的农药，广义上还包括按天然活性物质的化学结构或类似衍生结构人工合成的农药 1。与有机合成农药相比，植物源农药具有低毒、易降解、选择性强、延缓抗药性的产生等优点 2。和化学农药一样，植物源农药同样也可以加工成如粉剂和水剂等多种剂型。其活性成分
12、不仅可以直接利用，还能够作为研制新型农药的先导化合物 3。植物是天然源活性化合物的宝库，可谓开发植物源农药的摇篮。从植物体中，人们已经分离得到了许多具有农用活性的化合物，主要包括生物碱、酯类、酮和醌类、萜烯类、挥发性香精油类、光活化毒素、糖苷类等 4。1.2 苦参碱研究概况1.2.1 苦参碱简介苦参（Sophora flavescens）又名川参、地槐、苦骨等，是豆科槐属落叶灌木，全国各地分布较为广泛。苦参可作为中医药使用，据文字记载，在我国具有悠久的历史，其主要功用为清热、利尿、祛湿、杀虫等 5。苦参含有多种生物活性化合物而使其具有广谱药理活性，因而备受珍视。生物碱通常是指生物体内产生的碱性
13、含氮有机物，具有旋光性和明显的生理效应，于19世纪初被人们所发现，有关此类天然有机化合物的研究是较早而且较多的 6。苦参碱作为苦参碱类生物碱的代表，目前为止，从苦参根、茎、叶等部位已分离到的生物碱有二十多种 7。苦参碱（Matrine），其分子式为C 15H24N20，纯品呈白色晶体。其化学结构如图1所示。由其分子结构可知苦参碱是内酰胺类化合物。苦参碱分子中的N16 和C15内酰胺结构可以发生皂化反应，经酸化而生成苦参酸（matrinic acid），而苦参酸本身又易脱水环化，生成苦参碱。苦参碱在冷水中溶解性较好，而在热溶液中其溶解度会降低，因而能够析出晶体，也易溶于醇类，可溶于苯、丙酮等有机
14、溶剂，微溶于石油醚 8。NNOH HHHA BCD1234 5 6 7 891011 121314151617图 1：苦参碱的结构式1.2.2 苦参碱在医药方面的研究和应用在我国，苦参碱类化合物作为临床药物使用，历史悠久。据史料记载，苦参具有清热解毒、杀虫、治肠风、祛风燥湿、热痢的功效。很多研究及临床药效均表明此类生物碱具有免疫调节、保肝、消炎、抗肿瘤和病毒等药理作用 9。据报道，苦参碱对肝胆具有调理和保护作用，能够抑制乙肝e抗原（HBeAg）复制，同时具有促进胆汁分泌、排泄的作用，对治疗慢性活动性肝炎亦有较好的疗效。抗病毒作用也十分显著，如可使乙肝病毒DNA（HBV-DNA）、HBc-19M
15、、HBeAg转阴 10.胡淑萍等的研究表明，苦参碱对肿瘤细胞具有直接杀伤和间接诱导的作用，可以诱导某些肿瘤细胞，使其分化为正常细胞或凋亡。此外，其在肿瘤化学治疗方面具有其它多种化疗药物所不具有的优点，例如在发挥抗肿瘤药效的同时，并不破坏体内正常细胞，并且可使白细胞计数升高，增强机体免疫力 11。1.2.3 苦参碱在农药方面的研究和应用苦参碱在我国农作物病虫害防治历史上已有不少记载，据相关书籍资料记载，苦参碱可以防治20多种卫生及农业害虫。早在上世纪40年代赵善欢报道，苦参碱对黑足守瓜（Aulacophora nigripennis）和黄足黑守瓜（A. temoralis）具有毒杀作用 12。自
16、上世纪末苦参碱农药获得登记并用于商品化生产以来，国内先后研究和开发出多种不同剂型的苦参碱农药，并与其它农药进行复配或者混合使用，已开发出多种混剂，显著提高了对蚜虫、红蜘蛛、菜青虫、黏虫以及梨黑星病、苹果轮纹病、辣椒病毒病等作物病虫害的防治效果 13。徐建陶等于室内条件下测定了印楝素和苦参碱两种植物源农药对瓜蚜的防治效果，实验结果表明，两种植物源农药对瓜蚜均有较好的毒杀作用，其毒力与对照药剂吡虫啉相比，防治效果显著，而在这两种植物源农药中，印楝素的防效明显比苦参碱差 14。窦利锋等 15在田间试验条件下，将0.3复方苦参碱水剂稀释成 800倍液、1500倍液、2000倍液等不同浓度的药剂，用于防
17、治蚜虫，防治效果均很理想，而且施药21天后，各处理组的平均防效仍高达95，此实验表明，该药剂药效期较长，控制蚜虫能够达到较好的防效。冯俊涛等报道，室内条件下用0.1 mg/L的苦参碱丙酮提取物处理小麦赤霉病（Gibberella zeae）、苹果炭疽病（Glomerella cingulata）及番茄灰霉病（Botrytis cirerea）三种病原菌，72h 对菌丝生长抑制率分别为 93.2、99.2和90.8；24 h对苹果炭疽病病菌孢子萌发的抑制率为97 16。据报道，苦参碱具有调节农作物生长发育的作用，当用苦参碱农药对离体的黄瓜子叶进行处理后，实验结果表明，其鲜重和干重均与施药浓度呈正
18、相关，而且均与对照组存在显著差异 17。1.2.4 苦参碱结构修饰研究概述近些年来，随着化学、生物技术以及计算机与软件技术的飞速发展和进步，进一步促进了天然药物的发展，使药物的结构更加丰富，推动了新型天然药物的开发进程。伴随着组合化学技术的不断改进，植物源药物日益成为较为新颖的研究课题 18。植物源天然产物苦参碱结构修饰及其衍生物合成逐渐成为医药和农药研究工作者关注的焦点。张静涛以苦参碱类似物槐果碱为原料，设计并合成了一系列胺基苦参碱，构效关系研究显示，游离于末端的氨基能够显著提高此类化合物的生物活性 19。何黎琴等以苦参碱为起始化合物，设计并合成了多个NO供体型苦参碱衍生物，并利用MTT法测
19、定了这些化合物在体外对肝癌细胞的抑制活性，实验结果表明，所有化合物在某种程度上都具有抗肿瘤作用 20。韩晓玲以槐果碱为先导化合物，设计合成了四类苦参碱衍生物，通过研究这些化合物的杀虫杀菌活性，结果显示，它们在灭杀细菌繁殖体等方面具有较好的效果，在实际生活中可用于杀菌消毒；在杀虫活性方面，杀虫效果与喷雾量成正比，四类衍生物的生物活性均比母体苦参碱和槐果碱有很大提高 4。1.3 噻二唑类化合物农用活性研究近况在天然化合物分子上引入杂原子或杂环是农药创新与提高其生物活性的基本方法之一，噻二唑是一类含有S、N杂原子的五元环状化合物，研究表明，噻二唑类化合物具有多种生物活性，因而被广泛用于农药、医药领域
20、。多种噻二唑类化合物如：叶枯唑、敌枯双、噻氟隆等作为农药已投入使用 21。德国拜耳公司开发的一种芽前和早期芽后新型除草剂-氟噻草胺 22，可用于防治玉米、水稻、棉花、大豆等作物田大部分禾本科杂草和某些阔叶杂草。Li Jian et al.以松香树脂为先导物，经多步修饰，合成了一系列含有噻二唑活性基团的肼类化合物，杀虫活性研究表明，多种化合物对粘虫具有显著的毒杀活性 23。1.4 本研究的目的及意义农药是植保工作者强有力的武器，在未来可以预见的相当长的时间内是不可被替代的。化学合成农药在作物病虫害防治及保障农业丰收等方面起到了不可磨灭的作用，但是长期不合理使用也带来了诸多问题，开发高效、低毒、低
21、残留、靶标新颖、环境友好的绿色农药已成为人们的迫切需要，生物农药尤其是植物源农药成为较好的替代品之一。通过对天然产物结构进行修饰和改造，发现活性更高的新化合物是新农药创制的一条非常重要的途径 24，也是当前植物源农药研究领域的主流和热点。本研究以植物源天然活性化合物苦参碱为先导化合物，对其进行结构修饰，并引入噻二唑活性基团，以期获得结构新颖、农用活性更高的新型化合物，为开发和创制新型环保农药提供理论基础。2 材料与方法2.1 材料2.1.1 实验器材ZF-6型三用紫外线分析仪、88-1型大功率磁力搅拌器、RE-52AAA旋转薄膜蒸发器、ALC-210.4电子分析天平、KDM 型调温电热套、SH
22、B- 型循环水式多用真空泵、DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱、 1H-NMR使用Bruker Avance DMX 400/500 MHz超导核磁共振仪，CDCl 3为溶剂， TMS（tetramethylsilane）为内标物、移液管、胶头滴管、玻璃棒、pH试纸、分液漏斗、滴液漏斗、抽滤瓶、布氏漏斗、滤纸、三角漏斗2.1.2 主要试剂苦参碱（购于西安天宝生物科技有限公司，纯度98%）、氢氧化钠、硫酸、甲醇、碳酸钾、苄基氯、N,N-二甲基甲酰胺（DMF ）、氯化钠、石油醚（60-90 ）、无水硫酸钠、乙醇、乙酸乙酯、碳酸钠、硫代氨基脲、三氯氧磷（POCl 3）、二氯甲烷（DCM）（以上试剂均为分析纯或化学纯），所有反应均用薄层层析进行检测，产物用柱层析或者制备薄层层析进行分离纯化，所用柱层析硅胶（200-300 目）和薄层层析硅胶以及制备薄层层析硅胶（GF 254）均为青岛海洋化工厂生产，所用生物碱显色剂为碘化铋钾。
