1、6.4 松节油基萜类驱避剂与驱避机理新认识 一 、 背景简介 1.驱避剂定义：又称昆虫驱避剂。本身无杀虫活性，但具有 驱避 昆虫作用的活性化学物质 (A substance applied to skin, clothing, or other surfaces which discourages insects from landing or climbing on that surface.) 2.驱避剂种类： 3.天然驱避 剂的特点 植物产生的具有驱避活性的次生代谢产物。这些物质因来源于天然，更易被消费者接受 ； 天然驱避剂受到驱避活性 广谱性 、 持效性 或 经济性 等方面的制约 ；
2、在天然驱避剂中， 萜类是最重要的 ，如对烷 -3, 8-二醇、 8-乙酰氧基别二氢葛缕酮、对烯 -1, 2-二醇等。 4.天然驱避剂优点 有些单体的驱避效果良好 ； 来源于天然，大多具有芳香性，令人乐于接受 ； 毒性低，刺激性小、对人体和环境友好。 5.萜类驱避剂需要解决的两个问题 1）综合评价优良的高活性萜类驱避剂缺乏 以往工作的特点和不足： 特点：从植物提取物中发现萜类驱避活性成分，分离后进行结构鉴定并加以应用。 不足：综合评价均优的仍比较缺乏；合成系列衍生物或结构类似物，再进行系统综合筛选的工作尚不多。 更积极的思路： 寻找资源丰富、经济合理的 天然萜类原料 。 在总结活性规律的基础上进
3、一步有针对性地合成系列衍生物，进行驱避活性测定与筛选 综合评价，寻找新型 植物源萜类驱避剂 。 合适的天然萜类原料是谁？ 2）构效关系与驱避机理尚不清晰 存在的问题： 对驱避剂作用机制的了解仍然不够 新型驱避剂的寻找受到制约 驱避剂使用策略与方 法能否创新 解决的方法： 开展定量构效关系研究 从多学科、多角度开展驱避机理研究 6.课题组围绕 2个问题开展研究与探索 课题参与单位 i. 江西农业大学 ii. 中国林科院林产化工研究所 iii. 南京军区军事医学研究所 iv. 美国密歇根大学（弗林特）化学与生物化学系 v. 南昌市疾病预防控制中心 vi. 江西师范大学化学化工学院 vii. 江西麻
4、山化工有限公司 viii. 江西山峰日化有限公司 ix. 江西大地生物科技有限公司 相关课题 i. 国家自然科学基金项目 4项 ii. “十一五 ”国家科技支撑计划子 课题 iii. “十二五 ”国家林业公益性行业科研专项经费项目子 课题 iv. “十三五 ”国家重点研发 课题 v. 教育部留学回国人员科研启动基金项目 vi. 霍英东高校青年教师基金项目 vii.其他各类课题 10余项 获得奖励 i. 江西省自然科学三等奖 1项 ii. 江西省科技进步一等奖 1项 iii. 国家林草局梁希林业科技二等奖 3项 iv. 中国人民解放军科技进步二等奖 1项 v. 其他奖项多项 vi. 其他各类课题
5、 10余项 二、松节油基萜类驱避剂 1.松节油基萜类驱避剂的合成 松节油合成驱避化合物的优势：天然优势； 资源优势 ； 结构优势 有针对性地以松节油等天然萜类为原料，制备了多个系列的萜类驱避化合物，通过 MS、 IR、1H NMR、 13C NMR分析 ，进行结构鉴定 （ 1）具有蒎烯基本结构的衍生物 诺卜醇，以及诺卜醇的醚类、酯类衍生物 氢 化诺卜醇，以及氢化诺卜醇的卤代烷、醚类化合物、酯类化合物 氢化诺卜酸、氢化诺卜酰氯以及氢化诺卜基酰胺类化合物 O H(C H2 O )nO R OOR+ （ 2）具有别二氢葛缕醇结构的衍生物 2, 3-环氧蒎烷，再制备了 8-羟基葛缕醇 8-羟基葛缕醇的
6、甲酸酯、乙酸酯和丙酸酯等 OO HO123456789 1 0O HO H RO1 2 3 4 6 （ 3）具有 4-(1-甲基乙烯基 )-1-环己烯结构的衍生物 4-(1-甲基乙烯基 )-1-环己烯 -1-乙醇 4-(1-甲基乙烯基 )-1-环己烯 -1-乙醇的乙酸酯和丙酸酯等 O HO RO1 2( C H2O ) x1112123456789 103 4 （ 4）具有薄荷醇结构的衍生物 乙酸薄荷酯和丙酸薄荷酯等 O H123456789 1 0OO123456789 1 0OOan d1 2 311 12 111213 （ 5）具有莰烯醛结构的衍生物 C H2C H O C H2C H2
7、O H C H2C H2O C O RCH CH O1 2 3 4 5 6C H O1234O C O C H35678R R OR R O H1 2 7 9 10 12 13(14, 15)910111213 1415 2.萜类驱避剂的活性测定、筛选与中试化生产 （ 1）蚊虫驱避活性测定与筛选 新型驱避剂 R1 浓度为 0.1g/mL和 0.2g/mL时，对白纹伊蚊 (Aedes albopictus)驱避时间分别为 45小时、78小时 ； 在东南沿海地区具有良好的驱避效果 ； 在新疆伊犁地 区与避蚊胺的活性相当。 新型驱避剂 R2 浓度为 0.2g/mL时对白纹伊蚊（ Aedes albo
8、pictus）驱避时间 56 h；浓度为 0.1g/mL时对中华按蚊（ Anopheles sinensis）驱避时间为 4.55 h； 在新疆伊犁地区驱蚊效果明显优于避蚊胺。 新型驱避剂 R3 对德国小蠊（ Blattella germanica）的驱避活性测定结果表明，各化合物对德国小蠊均有不同程度的驱避活性 。 （ 3）对臭虫的驱避活性测定与筛选 新型驱避剂 BR1各化合物对臭虫 （ Cimex lectularius） 的驱避活性差异显著 。 （ 4）对蚂蚁的驱避活性测定与筛选 新型驱避剂 AR1、 AR2对小黄家蚁 （ Monomorium pharaonis） 良好驱避活性化合物
9、三、驱避机理新认识 1. 驱避机理新认识思路的提出 (1)基本认识 一 白纹伊蚊触角上嗅觉感受器对引诱物的感知 基本认识 二 目前对驱避机理的主流认识 主流观点相互之间有一定的矛盾 ； 集中关注蚊虫嗅觉器官部位，未关注人体皮肤部位。 a.物理阻塞论 b.阻断识别论 c.刺激躲避论 (2)疑问 驱避剂单独存在时，常具有引诱效果或驱避效果不明显。 与宿主或气味引诱物共存时，产生良好的驱避效果。 长时间保证宿主的引诱物 “失去引诱活性 ”， 如何做到 ？ (3)推测 （ 4）模拟 三分子和多分子缔合将更复杂。 意义在于从一个新的角度 理解驱避机理 帮助驱避剂的寻找和开发 有利于制定驱避等影响蚊虫行为
10、的策略和手段 驱避剂 +引诱物，双分子缔合简单模拟 2.计算化学研究 （ 1）使用化学计算手段的原因 研究缔合作用的难点 : 观察困难：无法直接观测， 如何确定有无？ 作用微弱：作用力微弱，如何定量？ 如何关联：抽象而隔离， 如何跟驱避关联？ 利用化学计算手段的优势 可确认、计算和评价缔合作用 ： 利用化学计算手段模拟弱相互作用缔合等，进行几何优化、最低能量构象筛选和缔合能量计算，判断缔合作用的有无，并可定量 ； 可将缔合作用与驱避活性进行关联： 利用定量构效关系研究手段，将缔合作用与驱避活性进行关联，并获得其定量关系模型。 （ 2）研究结果 结论：缔合对驱避活性具有显著的影响。 3.嗅觉行为
11、反应研究 （ 1）实验方法 驱避剂与主要引诱气味组分 驱避剂 ： 避蚊胺（ DEET） ； 萜类驱避剂 R2 引诱气味组分 ： L-乳酸 ；氨水 二组分或三组分互溶 ： 溶剂为乙醇 ； 溶剂作为对照 嗅觉行为反应测试装置（ Y型嗅觉仪） （ 2）研究结果 驱避剂单体 ； 与氨或 L-乳酸发生双分子缔合 ； 三分子缔合 三种情况， 在 3个实验浓度下总体上 选择样品位置的蚊虫数呈下降趋势。 选择不反应位置的蚊虫数呈上升趋势。 选择对照位置的蚊虫数呈下降趋势。 结论： 缔合具有增强驱避效果的作用。 4. 触角电位研究 （ 1）实验方法 驱避剂与主要引诱气味组分 驱避剂： 避蚊胺（ DEET） ； 萜类驱避剂 R2 引诱气味组分： L-乳酸 ；氨水 二组分或三组分互溶： 溶剂为乙醇 ； 溶剂作为对照 触角电位测定装置（触角电位测定仪） （ 2）研究结果 缔合的触角电位小于驱避剂单体 结论：缔合后，驱避剂的触角电位反应降低 5.结论 分点初步结论 计算化学结果 显示缔合对驱避活性具有显著的影响。 缔合总体上对驱避率和不反应率具有提高的作用。 缔合对驱避剂单体的触角电位反应具有削弱作用。 综合归纳结论 缔合对白纹伊蚊的驱避活性具有显著影响，并得到了计算化学、行为反应及触角电位反应实验结果的初步支持。
