异喹啉酮C-4 位磺酰化衍生物抗植物病原菌活性研究∗

王兴兰, 王丽丽, 程 飞, 樊玲玲,3, 张吉泉,3, 汤 磊,,3

(1 贵州医科大学药学院, 贵州 贵阳 550025; 2 贵州医科大学医药卫生管理学院, 贵州 贵阳 550025;3 贵州省化学合成药物研发利用工程技术研究中心, 贵州 贵阳 550004)

植物病原菌对农业生产有着非常重要的影响[1-2], 不仅可以感染植物任何生长阶段的任何组织, 还存在一种植物感染多种病原菌的情况, 导致农作物的产量和品质急剧下降, 往往会造成重大的经济和生产损失[3-5]。 目前, 防治植物病原菌的主要方法是化学防治, 而化学杀菌剂在长期使用中也相继出现了药物残留[6]、 抗药性[7]以及环境污染等问题[8]。 因此, 急需研发高效、 低毒、 无残留的新型杀菌剂。

喹啉类化合物是一类重要的含氮杂环化合物, 在医药、 农药产品方面广泛应用。 如6-甲基-2,3-二巯喹啉基环-S,S-二硫碳酸酯(灭螨猛)作为一种同时兼有杀菌功能的选择性的杀螨剂[9], 用于防治叶螨、 白粉病; 二氰蒽醌几乎可以防治所有果树病害如叶斑病、 锈病、 炭疽病、 霜霉病、 褐腐病等[10]; 8-羟基喹啉铜作为毒性小和残留性较低的杀菌剂[11], 用于防治苹果树轮纹病; 丙氧喹啉(Proquinazid)由杜邦公司开发, 主要用于防治植物白粉病[12]。 异喹啉酮类化合物由喹啉结构衍生而来, 文献报道异喹啉酮骨架化合物及其衍生物是含氮杂环化合物的重要组成部分[13], 具有多种生物活性, 如舒张血管[14]、降血压[15]、 抗糖尿病[16]和抗肿瘤等[17], 在药物合成以及材料科学方面多有应用, 但在抗植物病原菌活性方面未见详细报道。

磺酰基结构稳定, 极性较大, 具有较强的吸电子性质, 在药物化学[18]、 合成材料[19]、 农药[20]、 除草剂[21]等多有应用。课题组在前期研究中开发了一种以空气为唯一氧化剂, 亚磺酸盐为磺化剂, 碘化钠为碘源, AcOH/DMSO 为混合溶剂, 在无过渡金属催化下绿色、 高效合成异喹啉-1,3-(2H, 4H)-二酮的C-4 磺酰化产物的新方法[22]。 本文参照该方法合成18 个2-苯基-4-(苯磺酰基)异喹啉-1,3(2H, 4H)-二酮衍生物, 对目标衍生物进行抗菌活性研究及构效关系分析, 为后续合成杀菌剂提供参考。

图1 目标化合物合成路线Fig.1 The synthetic route of target compounds

1 实 验

1.1 仪器与试剂

Waters G2-XSQ-Tof 质谱仪。

2-苯基异喹啉-1,3(2H, 4H)-二酮类化合物, 取代亚磺酸钠盐(分析纯), 上海阿拉丁生化科技股份有限公司; 碘化钠(分析纯), 上海阿拉丁生化科技股份有限公司; 乙酸(分析纯), 国药集团化学试剂有限公司; 二甲基亚砜(分析纯), 国药集团化学试剂有限公司; 其它所用试剂均为国产分析纯, 购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 供试材料

供试菌株: 油菜菌核病菌(Sclerotinia scleotiorum) 、 苹果腐烂病菌(Valsa mali)、 小麦赤霉病菌(Fusarium graminearum)、白菜黑斑病菌(Alternaria brassicae)和烟草赤星病菌(Alternaria alternata), 均由贵州省化学合成药物研发利用工程技术研究中心提供。

供试培养基: 马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)。

供试药剂: 98.0%噁霉灵(购自衡州润东化工有限公司);目标化合物 3a-3f、 3h-3k、 3m-3t 和 3w-3x, 参照文献合成[22], 采用高效液相色谱仪进行纯度测定, 纯度值为97% ~99%。

1.3 测定方法

采用菌丝生长速率法[23-24]测定目标化合物对5 种常见之物病原菌抑菌活性。 将马铃薯: 葡萄糖: 琼脂按10∶1∶1 的比例制备成马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)且进行高压灭菌, 测试药剂用1 mL 丙酮溶解, 加入经灭菌并冷却至约60 ℃的培养基中混匀, 倒入培养皿中, 待丙酮挥发后制成含药浓度为50 μg/mL 的平板。 并设置相应丙酮处理的空白对照, 每个处理设3 个重复。 在含药培养基平板中心分别接一供试病菌的新鲜菌丝块菌碟, 菌丝朝下, (28 ± 1)℃恒温培养箱中孵育4 天,十字交叉法测量菌落直径, 计算抑菌率。 根据初筛结果将3h、3m、 3r 配置5 个质量浓度梯度, 按照上述测定方法对抑制有效中浓度(EC50)测定, 通过公式计算药剂对菌丝生长的抑制率:

将生长抑菌率换成抑制机率值并作为纵坐标, 药剂质量浓度转化为对数值作为横坐标, 根据抑菌率进行机率值(y)与质量浓度对数(x)之间的线性回归关系, 求毒力回归方程和相关系数, 并计算 EC50值[25]。

2 结果与讨论

2.1 目标化合物抑菌活性的初筛

目标化合物对五种植物性病原真菌的抑菌活性测定, 结果如表1 所示。

由表1 可见, 待测化合物对5 种常见植物病原菌表现出不同程度的抑菌活性。 在初始浓度为50 μg/mL 时, 该类化合物对烟草赤星病菌表现出较高的抑菌活性, 抑菌率在30% ~90%之间; 对白菜黑斑病菌、 油菜菌核病菌抑菌活性中等, 抑菌率分别在20% ~83%、 20% ~80%之间; 对苹果腐烂病菌抑制活性较弱, 抑菌率在10% ~80%之间, 对小麦赤霉病菌抑菌率低于60%, 可见上述化合物在抑菌方面选择性较强。 其中, 化合物3h、 3m、 3q、 3r 对烟草赤星病菌的抑菌率分别为88.5%、88.5%、 84.6%、 80.1%, 显著优于阳性对照药噁霉灵(66.0%)。 表明当目标化合物母体结构中N-2 位上为烷基取代或R2为给电子基取代及引入卤素原子时对烟草赤星病菌表现出较强的抑菌效果。

表1 目标化合物对5 种植物病原真菌的抑菌活性Table 1 Antifungal activity of target compounds against 5 kinds of plant pathogens

初步构效关系表明: 目标化合物母体结构中N-2 位为烷基取代时, 测试化合物对5 种常见病原菌均表现出较强的抑菌活性(3h), 对烟草赤星的抑菌率高达88.5%, 优于阳性对照药噁霉灵。 但烷基取代基的大小对不同病菌的抑菌活性略有差异;R2为供电子基团时抑菌活性显著高于吸电子基团(3q、 3r、 3s、3t), 表明苯环4 位供电子基团取代是抑制烟草赤星病菌是必要的; R2为4-Cl 原子取代时, 化合物的抑菌活性大幅度提高,例如化合物3m 对烟草赤星病菌的抑菌率高达88.5%, 表明4位氯原子取代是抑制烟草赤星病菌必要活性基团。

2.2 化合物3h、 3m 和3r 对烟草赤星病菌EC50 测定

由表2 可知, 3h、 3m、 3r 对烟草赤星病菌的 EC50值都低于杀菌剂噁霉灵(EC50= 26.99 μg/mL), 其中化合物3h 的EC50值最低, 进一步说明该化合物的抑菌效果强于其他化合物和阳性对照噁霉灵。

表2 化合物3h、 3m、 3r 对烟草赤星病菌EC50 的测试Table 2 EC50 values against Alternaria alternata of compounds 3h, 3m and 3r

图2 化合物3h、 3m、 3r 对烟草赤星病菌EC50 的测试Fig.2 EC50 values against Alternaria alternata of 3h, 3m and 3r

3 结 论

本文参考课题组前期研究[22]以空气为唯一氧化剂, 亚磺酸钠盐为磺化剂, NaI 为碘源, AcOH/DMSO 为混合溶剂合成异喹啉二酮C-4 位磺酰化衍生物18 个。 在对5 种常见并具有代表性的植物病原真菌抑菌活性的测定中, 筛选出3h、 3m、 3r对烟草赤星病菌有较强的抑菌活性, 抑菌率显著优于阳性对照药噁霉灵(66.0%)。 3h、 3m、 3r 对烟草赤星病菌的 EC50值测定结果表明, 化合物3h 的EC50值最低, 为3.76 μg/mL, 优于其他化合物及噁霉灵(26.99 μg/mL)。 构效关系分析显示异喹啉二酮N-2 位和R2上取代基对活性影响较大, 其中N-2 位异丙基取代和R2上引入卤素原子、 给电子基会大大增强化合物的抑菌活性, 推测该类结构化合物对烟草赤星病菌能够显示出较强的抑菌活性, 可作为先导化合物进一步进行结构优化。 综上所述, 本文首次介绍了异喹啉二酮C-4 位磺酰化产物在抗植物病原菌方面的活性, 可为该类化合物在抗植物病原菌方面的应用以及农药的开发奠定理论依据, 同时可为后续合成小分子农药提供思路和参考。