李克建
摘 要：不对称芳香脲类化合物在医药、农药中有着广泛的用途。基于绿色化学的理念，利用微波技术合成了10个新型的不对称芳香杂环脲类化合物。化合物结构均已通过气相质谱、元素分析和核磁共振氢谱进行了表征和确证，并对所有的化合物进行了生物活性测试，部分化合物表现出了一定的杀菌及激素活性，可以作为先导化合物进一步研究。
关键词：芳香脲 微波合成 生物活性
中图分类号：TQ450.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0069-05
杂环化合物由于其独特的化学结构以及独特的物理化学性质，在新农药的研究和开发中占有重要的地位，不但是农药发展的趋势，而且可以说杂环化合物已占据农药发展的主导地位[1]。已商品化的农药品种中很多都是含有杂环结构的，如含有吡啶杂环的新烟碱类杀虫剂吡虫啉、啶虫脒等， 含有氮杂环结构的磺酰脲、三唑嘧啶、咪唑啉酮等超高效除草剂，含有三唑环结构的三唑酮、三唑醇杀菌剂等[2]。在不对称脲类化合物研究中，研究较多的是含有取代苯环等芳香脲类化合物，而含有各种杂环取代的不对称脲类化合物则研究相对较少，本课题运用生物合理设计的方法，在脲类化合物中引入各种不同的杂环取代苯环，并应用微波合成的方法合成含有杂环取代的不对称脲类化合物，并研究其生物活性。
1 实验试剂与仪器
化合物结构鉴定与表征使用仪器：1H NMR和13C NMR谱采用Varian VNMR 600MHz或Mercury Plus 400MHz核磁共振仪（TMS为作内标，CDCl3或者DMSO-D6为溶剂）；质谱测试是由Thermo Fisher Mass platform DSQII API 2000质谱仪测定；高分辨质谱测试由HRMS） WATERS MALDI SYNAPT G2 HDMS （MA， USA）完成，单晶衍射用Bruker Smart Apex CCD型X-ray单晶衍射仪；熔点由BüCHI B-545数字熔点仪测定（温度计未经校正）。
实验操作中所用仪器及试剂：德国heidolph公司生产的MR3001型恒温磁力搅拌器，BuCHI R-200型旋转蒸发仪，BuCHI Vacuum Pump=V-700隔膜泵，Sartotuis BSA223S-CW电子天平，ZF-200暗箱式紫外分析仪，DLSB低温冷却循环泵，SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵，W70-1型远红外线干燥箱、Zk-82BB型电热真空干燥箱和KQ-100DZ型数控超声波清洗仪等仪器。
柱层析（Column Chromatography）所用硅胶及点样硅胶板为青岛海洋化工有限公司生产，型号200～300目。所使用石油醚沸程为60℃～90℃；其他试剂和溶剂如无特殊说明，均为分析纯或化学纯。
2 合成设计路线与实验方法
2.1 合成设计路线
2.1.1 中间体a的合成
在装有温度计、机械搅拌器和冷凝管的250mL四口瓶中加入8g邻氯苯胺（0.065mol，1eq）和15mL水，充分搅拌后逐滴加入6g 98%的浓硫酸，水浴加热使反应温度维持在50℃左右，然后分批少量加入5g硫氰酸铵（0.065mol，1eq），每批间隔的时间不要超过2min。加入完毕后在50℃继续反应2h，反应液由红棕色变為淡红色，块状固体逐渐溶解最后消失，反应混合物由稠变稀。待反应混合物全部溶解后升温到80℃继续反应5h，补加1.5mL水，反应8h后再补加1.5mL水，总计共加热15h。用TLC板监测至反应结束，再向反应瓶中加入25mL水，冷却至室温，水泵减压抽滤得滤饼，滤饼用水洗至中性，干燥箱烘干，得微黄色粉末9.9g，产率80%[3]。
2.1.2 中间体b的合成
在装有温度计、机械搅拌器和冷凝管的250mL四口瓶中加入50mL一氯化硫，机械搅拌下加入8.5g中间体a（0.046mol），开始中间体a飘浮于溶剂表面，油浴加热至60℃左右，中间体a逐渐溶解，同时有大量气泡生成，溶液变成深褐色稠状，30min后溶液变成土黄色。在60℃继续反应3h，用TLC板监测至反应结束，冷却至室温，有大量固体析出，水泵减压抽滤得滤饼，滤饼用二氯甲烷清洗多次。得到的产品用沸水溶解，再加入浓氨水调节溶液pH值至9，析出大量淡黄色固体，冷却至室温，水泵减压抽滤得滤饼，干燥箱烘干，得到固体7g，产率80%。熔点201℃（文献值202℃）[4]。
2.1.3 中间体c的合成
在500mL圆底烧瓶中加入3.6g氢化钠（150mmol， 3eq），将反应瓶放入冰水浴中，再加入无水的四氢呋喃100mL，冰浴下搅拌0.5h至氢化钠混合均匀。将9.25g 2-氨基-4-氯苯并噻唑（50mmol，1eq）溶于50mL四氢呋喃中，倒入100mL恒压滴液漏斗中，用恒压滴液漏斗将溶液逐滴加入反应烧瓶中，滴加1h左右。滴加完毕再继续搅拌1h，最后分批缓慢加入碳酸二苯酯21.4g（100mmol，2eq），加毕再在冰浴下反应1h后移出，室温下搅拌过夜。用TLC板监测至反应结束，在反应体系中加入100mL乙酸乙酯，用饱和食盐水洗2～3次。收集有机相，用无水硫酸钠干燥。旋蒸除去溶剂，得黄色固体粗品。粗品用柱层析分离提纯，最后的白色固体产品7.3g，产率48%[5]。
2.1.4 目标化合物I的微波合成
取中间体c（3.3mmol，1eq），不同取代基的胺（4.0mmol， 1.2eq）加入微波反应瓶中，用12mLTHF溶解，微波反应条件的温度是150℃，反应时间30min，反应完毕，旋干溶剂，产品用乙酸乙酯重结晶，得到白色纯净物。
1-butyl-3-（4-chlorobenzo[α]thiazol-2-yl）urea （LKJA1）endprint
Whitesolid，yield86%，mp188-189oC，1HNMR[CDCl3， 400MHz]：δ=0.91（t，J=7.2Hz，3H，CH3），1.36-1.43（m，2H，CH2），1.63-1.68（m，2H，CH2），3.34（d，J=6.0 Hz，2H，CH2），7.13（t，J=8Hz，1H），7.36（d，J=7.6Hz，1H），7.58（d，J=7.6Hz，1H），10.52（s，1H，NH）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=282（100）；Anal.CalcdforC12H14ClN3OS.（283.78）：C，50.79；H，4.97；N，14.81.Found：C，50.52； H，4.71；N，14.80.
1-（4-chlorobenzo[α]thiazol-2-yl）-3-（naphthalen-1-yl）urea（LKJA2）
Whitesolid，yield85%，mp242-245oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=7.252-7.213（t，J=15.6Hz，1H），7.633-7.471（m，4H），7.73（d， J=8.4，1H），8.103-7.898（m，4H），9.242（s，1H），δ= 11.57（s，1H）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=352（100）；Anal.CalcdforC18H12ClN3OS.（351.83）：C，61.10；H，3.42；N， 11.88；Found：C，61.07；H，3.49；N，11.70.
1-（4-chlorobenzo[α]thiazol-2-yl）-3-isopropylurea（LKJA3）
Whitesolid，yield90%，mp178-180oC，1HNMR[CDCl3，400MHz]：δ=1.24（d，J=6.4Hz，6H），4.00-4.05（m，1H），7.15（t，J=8Hz，1H），δ7.39（d，J=7.6Hz，1H），7.60（d，J=7.6Hz，1H），10.51（s，1H）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=268（100）；Anal.CalcdforC11H12ClN3OS.（269.75）：C，48.98；H，4.48；N，15.58；Found：C，48.70；H，4.58；N，15.40.
1-（4-chlorobenzo[α]thiazol-2-yl）-3-propylurea（LKJA4）
Whitesolid，yield87%，mp200-202oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=0.845（t，J=7.2Hz，3H），1.454（m，J=7.0Hz，2H），3.090（m，J=7.5Hz，2H），6.592（s，1H），7.166（t，J=8Hz，1H），7.411（d，J=8Hz，1H），7.829（d，J=8Hz，1H），δ= 11.169（s，1H，NH）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=268（100）； Anal.CalcdforC11H12ClN3OS.（269.75）：C，48.98；H，4.48； N，15.58；Found：C，48.71；H，4.27；N，15.39.
1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（4-methylpyridin-2-yl）urea（LKJA5）
Whitesolid，yield84%，mp273-275oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=2.3（s，3H，CH3），6.96（d，J=4.8Hz，1H），δ7.27
（t，J=7.8Hz，1H），7.35（s，1H），7.482（d，J=8Hz，1H），7.92（d，J=8，1H），8.21（d，J=4Hz，1H，NH），9.87（s，1H，NH）；ESI-MS：（M-）
m/z（%）=317（100）；Anal.CalcdforC14H11ClN4OS.（318.78）：C，52.75；H，3.48；N，17.58；Found：C，52.62；H，3.40；N，17.60.
1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（5-bromopyridin-2-yl）urea（LKJA6）
Whitesolid，yield86%，mp288-289oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=7.3（m，J=5.2，1H），δ7.4（t，J=4Hz，1H），7.76（d，J=8.4，1H），7.96（m，1H），8.04（t，J=7.8Hz，1H），δ8.45（m，1H），9.74（s，1H，NH），11.8（s，1H，NH）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=383（100）；Anal.CalcdforC13H8BrClN4OS.（383.65）：C，40.70；H，2.10；N，14.60；Found：C，40.51；H，2.16；N，14.47.
1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（6-methylpyridin-2-yl）urea（LKJA7）
Whitesolid，yield82%，mp260-262oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=2.44（s，3H，CH3），6.97（d，J=7.6Hz，1H），7.26（m，J=4.0Hz，1H），7.5（d，J=8Hz，2H），7.71（t，J=7.8Hz，1H），7.92（d，J=8.0Hz，1H），9.711（s，1H，NH）；ESI-MS：（M-）m/z（%）=317（100）；Anal.CalcdforC14H11ClN4OS.（318.78）：C，52.75；H，3.48；N，17.58；Found：C，52.96；H，3.45；N，17.53.endprint
1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（5-chloropyridin-2-yl）urea（LKJA8）
Whitesolid，yield88%，mp275-276oC，1HNMR[DMSO，400MHz]δ=7.24（t，J=7.33，1H），7.48（t，J=6.6Hz，1H），7.79（d，J=4，1H），7.94（m，J=3.4Hz，2H），8.4（s，1H），9.74（s，1H，NH），11.8（s，1H，NH）；ESI-MS：（M-）m/z（%）=337（100）；Anal.CalcdforC13H8Cl2N4OS（339.2）：C，46.03；H，2.38；N，16.52；Found：C，46.0；H，2.40；N，16.30.
1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（5-methylpyridin-2-yl）urea（LKJA9）
Whitesolid，yield82%，mp270-271oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=2.237（s，3H，CH3），7.24（t，J=7.8Hz，1H），7.49（d，J=8Hz，2H），7.65（d，J=8.4Hz，1H），7.9（d，J=7.6Hz，1H），8.2（s，1H），9.76（s，1H，NH），12.3（s，1H，NH）.Anal.CalcdforC14H11ClN4OS.（318.78）：C，52.75；H，3.48；N，17.58；ESI-MS：（M-）m/z（%）=317（100）；Found：C，52.52；H，3.48；N，17.70.
1-（4-chlorobenzo[d]thiazol-2-yl）-3-（pyridin-3-yl）urea（LKJA10）
Whitesolid，yield81%，mp250-251oC，1HNMR[DMSO，400MHz]：δ=7.2（m，J=4.08Hz，1H），7.4（t，J=4.1Hz，1H），7.5（d，J=7.6Hz，1H），8.0（m，J=10Hz，2H），8.3（s，1H），8.6（s，1H），9.2（s，1H，NH），11.5（s，1H，NH）.ESI-MS：（M-）m/z（%）=303（100）；Anal.CalcdforC13H9ClN4OS.（304.75）：C，51.23；H，2.98；N，18.38；Found：C，51.08；H，3.11；N，18.53.
2.1.5 实验结果与讨论
综上所述，运用微波技术明显的加快了反应，提高了效率。在实验过程中，我们发现，对于脂肪烃类和含吡啶及嘧啶杂环化合物，反应条件基本相同，均为150℃～180℃。但是在处理过程中，脂肪烃类化合物因为是液体，15～25min之后，产物必须通过过硅胶柱才能得到纯净的化合物，产率较高，均在80%左右。而对于吡啶杂环化合物，反应完毕，冷却至室温后，析出大量产物，通过TLC板检测，发现原料基本上反应完毕，但是由于只收集了析出的固体，故产率不是很高，一般在50%左右，但是节约了提纯时间。
3 生物活性研究
LKJA等10个化合物是新合成出的化合物，为明确该系列化合物活性，特请天津南开大学生测中心对该系列部分化合物进行了活性普筛，以评估化合物整体活性，结果报告如下。
3.1 测试对象
3.1.1 草害
通过对稗草、油菜、苜蓿、苋菜、马唐的除草活性测定，确定此类化合物对这些植物的作用不是很明显。
3.1.2 植物激素
通过对黄瓜子叶生根的测定，发现这类化合物中有些对植物生长有一定的促进作用。
3.1.3 对几种植物病原菌的抑菌测定
通过对小麦赤霉、番茄早疫、花生褐斑、苹果轮纹、黄瓜枯萎等几种病原菌的测定，发现部分化合物有一定的抑菌作用。
3.1.4 杀虫
通过对粘虫、豆蚜的杀虫活性测试，发现这类化合物的杀虫活性不是很明显。
3.2 测试方法
3.2.1 离体黄瓜子叶生根法
供试黄瓜品种为津研4号，种子浸种后，播于盛有0.7%琼脂带盖搪瓷盘中，于暗室（26oC）培养三天后，精选大小一致的子叶待用。样品配制均采用植物激素活性物质测定中的滤纸片法，样品测定浓度为10ppm，样品均采用二甲基甲酰胺溶解。具体方法是：取3mg样品，溶于3mL二甲基甲酰胺中，稀释10倍，再取0.3mL均匀滴于6cm直径的滤纸片上，待溶剂风干后，在6cm直径的培养器中，放入含有样品的滤纸片1张，蒸餾水3mL，子叶10片，即为10ppm的样品处理，以蒸馏水为对照，每个处理2次重复，子叶于暗室（26oC）培养五天，测定每10片子叶柄基部的生根数。
3.2.2 粘虫
（1）供试昆虫。
粘虫（Mythimna separata walker），尖音库蚊淡色亚种（Culex pipiens pallens）室内饲养的正常群体。
（2）试验方法。
粘虫：浸叶法，用玉米叶浸渍于丙酮配制的药液中（200ppm，200mg/L），待药液后接入4龄幼虫，主要为胃毒、触杀作用，同时观察幼虫取食现象。24h检查死亡率。蚊幼虫用浸液法，将4龄幼虫放入一定浓度（2ppm，2mg/L）的药液（水）中。24h检查蚊幼虫死亡率结果。
3.2.3 新化合物的除草活性筛选方法
盆栽法：在直径7.5cm左右的一次性纸杯（250mL）中放入一定量的土，加入一定量的水，播种后覆盖一定厚度的土壤，于花房中培养，幼苗出土前以塑料覆盖。每天加以定量的清水以保持正常生长。处理剂量为100g/亩。处理包括土壤处理（出苗前）和茎叶（幼苗一叶一心期）处理两种。20～25天后调查结果，测定地上部鲜重，以鲜重抑制百分数来表示药效。活性分级指标：A级：≥80%；B级：60%～79%；C级：40%～59%；D级：≤39%。endprint
3.2.4 抑菌测定方法
采用含药介质法，用万分之一天平分别称取药剂，将LKJA等12个化合物分别称取5mg，用0.1mL DMF溶解，然后用定量无菌蒸馏水配制成一定浓度250μg/mL稀释液，取4mL化合物稀释液放入灭菌的小三角瓶内，加36mLPDA培养基（浓度相应稀释10倍）混合均匀后，均等倒入3个灭菌平皿中。培养基凝固后接入d5mm已活化的菌片，以培养基中不加药只加DMF稀释液接菌片为空白对照。每个处理重复3次。接菌完毕后，将平皿放入25℃恒温培养箱内，培养48h测定菌落半径增加值，计算抑菌率。
抑菌率（%）=（对照菌落半径增加值-处理半径增加值）×100/对照半径增加值
3.3 实验结果与分析
实验结果见表2，表3，表4。经实验，新化合物的除草活性较弱，对稗草、油菜、马唐几乎没有活性，但是对苋菜表现出较弱的除草活性，见表2和表3。新化合物几乎没有杀虫活性，但是在抑菌效果方面较好，化合物LKJA8、LKJA9、LKJA10抑菌菌率均在40%以上。LKJA103对植物生长有一定的促进作用。
4 结语
通过以上数据可知，此类化合物的除草活性及杀虫活性很弱，特别是杀虫活性几乎为零，但是在杀菌及植物激素方面却有较好的活性，有些化合物的杀菌活性接近50%，个别化合物对植物激素效果明显，如果进一步改进官能团，可能会有较好的应用前景，可对其进一步进行抑菌活性和药害测定。
参考文献
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