嘧啶胍的合成及生物活性

第42卷第5期应用化工Vol. 42 No.52013 年5月Applied Chemical IndustryMay 2013嘧啶胍的合成及生物活性谢斌',孙晓红2 ,刘源发,陈邦,马海霞‘(1.陕西省西安植物园,陕西西安710061 ;2.西北大学化学研究所,陕西西安710069;3.西北大学化学与材料学院,陕西西安710069;4. 西北大学化工学院,陕西西安710069)摘要:以嘧啶 为起始原料,酸化后和单氰胺反应生成五种具有生物活性的嘧啶胍。通过红外光谱( IR)、核磁共振('HNMR)、元索分析和熔点测定确定了各化合物的结构.研究了化合物对小麦赤霉病烟草赤星病、西瓜枯萎病、马铃薯干腐病4种植物病原菌的生物活性,得到毒力回归方程及相关性系数、ECo和ECgs值;还对小麦和萝卜生长调节的活性进行了研究。结果表明,该类化合物具有较好的抑菌活性和植物生长调节活性。关键词:嘧啶;胍类化合物;合成;生物活性中图分类号:0 621.3文献标识码:A文章编号:1671 - 3206(2013)05 -0809 -05Synthesis and biological activities of guanidinesubstituted pyrimidineXIE Bin' ,SUN Xiao -hong2 ,U Yuan-fa? ,CHEN Bang' ,MA Hai-xia'(1. Institute of Botany of Shaanxi Province ,Xi' an 710061 ,China;2. Chemical Research Institute , Northwest University ,Xi' an 710069 ,China ;3. Collge of Chemistry & Materials Science , Northwest University ,Xi' an 710069 ,China;4. College of Chemical Engineering, Northwest University , Xi' an 710069 ,China)Abstract: Five biological active pyrimidine guanidines were synthesized by using pyrimidine and cyanam-ide under acidification. Their structures were confirned by infrared spectra ( IR) , nuclear magnetic reso-nance spectroscopy (' H NMR ) elemental analysis and melting point measurement. The biological activi-ties to the four vegetable pathogens of Gibberlla saubineti , Gibberlla nicotiancola , Fusarium oxysporium f.s. p. niveum, Pythium solani were tested, the toxic regression equation and correlation coefficient were ob-tained , the ECso and ECgs were calculated; the growth regulation activities to wheat and radish were alsotested. The results show that such compounds exhibit good fungicidal activities and plant growth regulatingactivities.Key words:pyrimidine ; guanidine compounds; synthesis ; biological activity胍类化合物是具有良好生物活性和广泛应用的等,是一种广谱的杀菌剂,具有对人畜和植物安全无化合物。胍是最强的有机碱" ,对某些物质有较高毒害的优点。本文利用单氰胺与具有生物活性的取的亲和性,特别是酸、磷酸脂、羧酸脂和金属离代嘧啶反应,合成了5个嘧啶胍类化合物,化合物结子(21。胍类化合物具有良好的生理活性,常作为添构通过IR、'HNMR和元素分析得到证实,并初步加剂、表面活性剂以及药物合成中间体等被用于多测定了其抑菌活性及植物生长调节活性。个领域。嘧啶广泛应用于医药135]、农药等领域。嘧啶的1实验部分母核本身具有杀菌能力。不仅能够有效抑制细菌的1.1 试剂与仪器滋生,也拥有对双子叶植物大于70%的除草活4.6-二氯-5-氨基嘧啶、2-氨基4-羟基6-甲基嘧性[61,同时,它对几种植物寄生虫也有一定的杀虫啶、2-氨基4,6-二甲氧基嘧啶、2-氨基4-氯-6-甲氧性能”。嘧霉胺及其盐是一类典型的嘧啶类杀菌基嘧啶、2-氨基4 ,6-二羟基嘧啶均为自制;吐温40、剂(8] ,用于防治蔬菜水果的灰霉病、黑星病、灰星病3-_吲哚丁酸均为化学纯;甲基托布津,工业品;菌种:收稿日期:2013-03-05修改稿日期:2013-03-26中国煤化工基金项目:国家自然科学基金资助项目(21073141 ,31200257);陕西省科学院YHCN M H夹西科技统筹刨新工程计划项目(2012KTCL02-07)作者简介:谢斌(1985-),男，台湾台南人，陕西省植物研究所研究实习员,硕士,从事有机化学方面的研究。电话:18049283628 , E - mail:0000scar@ sina. com810应用化工第42卷小麦赤霉病( Gbebrla saubineti), 烟草赤星病(Gib-三角 瓶依次趁热取出,用移液枪从低浓度到高浓度berlla nicotiancola) ,西瓜枯萎病( Fusarium oxyspori-依次吸取0.4 mL已知浓度药液,加入三角瓶,摇匀,umf. s. p. niveum) , 马铃薯干腐病( Pythium solani)。则药液被稀释为100,250 ,500,1 000 mg/L,迅速倒X4型显微熔点仪; VarioEL巩型元素分析仪;人培养皿中,并在培养皿上依次进行编号,倒完后平VERTEX 70型红外分光光度计( KBr) ; Varian unity放在无菌操作台上冷却凝固,待用。用高温灭菌后INOVA- 400超导核磁共振仪。的注射器针头将4种真菌的菌饼菌丝朝下置于装有.2 化合物的合成含药培养基的平板中央,按一定顺序放在恒温培养合成路线如下:箱中,在28 C下培养72 h。R一NH,浓HCl>R一NH,●HCl+NH.CN1.3.5抑菌活性测试 72 h后,取出培养皿,测量NH菌落直径(以游标卡尺测量,十字交叉2次,取平均)。重复测量3次,取平均值进行抑制率的计算:"0),→R-NH NH,●HCl抑制率=:空白对照菌落直径=处理菌落直径x 100%空白对照菌落直径-4NF1.4植物生长活性11]1.4.1 种子前处理 因为子叶形状大小基本均匀R- NHNH,●HCI- NaOH+ R--NH NH,可以保证实验的准确,所以选择单子叶(小麦,陕西R.嘧喷省农业厅农业种子供应站)和双子叶(萝卜,郑州富在100mL四口烧瓶中,加入0.1mol取代嘧啶达种业有限公司)种子,室温下浸种2~3h催芽,然和36%的盐酸0.1mol,滴加完后搅拌,用水浴慢慢后选择一定数量的幼苗均匀播种在带有直径为升温至60~70C,滴加30.7%的单氰胺水溶液9 cm滤纸的培养皿中,避光生长2~3d后,挑选形0.1 mol, 加完后回流反应2.5 h。加人NaOH碱化，状、大小基本-致的小麦和萝 卜子叶各10个留在培减压蒸出水分,加入15 mL丙酮,产生白色沉淀,静养皿中待用。置。抽滤、晾干得到产物，用溶剂(甲醇、无水乙醇1.4.2药液准备每种化合物均准确称取10 mg,或乙醇-水混合物)重结晶,得到目标化合物。用适量蒸馏水溶解,并加2滴吐温40,促进溶解。1.3抑菌活性测试将每种化合物稀释成4个浓度级,分别为100,250,1.3.1 培养基的制备 土豆培养基'9。将土豆洗500,1 000 mg/L。同理.对3-吲哚丁酸进行相同操净去皮,称取400 g,切成小块,放人2000 mL水中，作,作为对照药。另设一个不加任何药物的样品作煮沸30 min ,煮沸过程中不可搅动,煮完后,静置,倒为空白样。出上清液,用4层纱布过滤,补足因蒸发而减少的水1.4.3 实验方法从各种待测样品(1 ~5)溶液中量,然后加入40g蔗糖,搅拌溶解,停止加热,补充按一定顺序用移液枪吸取0.3 mL,均匀滴在放有均水分至2 000 mL,pH自然,无需调整。分别取-定匀幼苗的培养皿上,并加入蒸馏水3mL,稀释药液量土豆汁装在有0.67 g琼脂粉的三角瓶中,搅拌,浓度为10,25,50,100mg/L。将装有幼苗的培养皿用铝箔封口,在高压灭菌器中灭菌,待用。放入恒温培养箱培养72 h, 设置温度为26 C(必要1.3.2打菌饼 在无菌操作台 上,供试菌种用时添加一-定水分)。将培养皿取出，测定每一个待4 mm打孔器打出一定数量的菌饼备用。测样在不同浓度下幼苗的根长、整体重量及根数,选1.3.3试液配制 每种 化合物均准确称取50 mg,取根长与空白对照样进行比较,计算抑制率:用适量蒸馏水溶解,并加2滴吐温-40,促进溶解,增对照-处理x100%加稳定性。将每种化合物稀释成4个浓度级,分别对照为1 000,2 500,5 000, 10 000 mg/L。另设甲基托布2结果与讨中国煤化工津溶液作为对照液和空白样。2.1化合物结YHCNMHG1.3.4接菌先打开无菌操作台 ,将灭菌过的培养合成的化合物的结构组成元素分析见表1,红皿放人其中,将紫光灯打开5~10 min,将灭菌后的外及'H NMR见表2。第5期谢斌等:嘧啶胍的合成及生物活性811表1 化合物1~5化学式熔点、产率及元素分析数据Table 1 Formula , melting point,yield and elemental analysis data of compounds1~5元素分析质量分数(计算值)/%化合物化学式熔点/C产率/%NCsH6NgCn145 -15172. 329. 00(28.99)2. 895(2. 899)33. 83(33. 82)C.HIoNsO> 30076.842. 88(42.86)5. 955(5.952)41.63(41. 67)C,H2NgO21075.342. 30(42.42)6.021(6. 061)35. 63(35.35)CgHN,OCl2870. 335. 53(35.56)4. 441(4.434. 53(34.57)CgHgNgO268.635. 16(35. 29)4. 755(4.706)41. 20(41. 18)表2化合物 1~5的红外、核磁分析数据Table2 IR and 'H NMR data of compounds 1~5IR( KBr) ,vms /cm -I'H NMR( D20,400 MHz) ,83 352(- -0H),1670( C=N ),1 132,1 026(C- -N)5. 30(1H,s,CH)332(-0H),1 657( C=N ),1 179,1 047(C- -N)5.61(1H,s,CH) ,4. 89(1H,s,0H) ,2. 12(1H,CH) .3 3292(- -0H),1641( C=N ),1 162,1 029(C- -V),1 285(C-0-C)5.66(1H,s,CH) ,3.73(3H,s,CHy)3302(- 0H),1 682( C=N ),1 182,1 069(C- -N),1301(C-0-C) .5.45(1H,s.CH) ,3.71(3H,s,CH,)3312(- -0H),1 637( C=N.),1 139,1 051(C-N)s. 18(1H,s,CH) ,4. 85(1H,s,OH)在IR图中,羟基伸缩振动出现在3332cm~'。2.2抑菌活性由于是杂环化合物,因此在1600~1 450 cm~'处有3~根据抑菌率计算公式计算出抑制率,查抑制率4个特征吸收峰,甲基的吸收峰出现在2960cm~'左与几率值转换表,得到抑制率的几率值Y,再算出药右,胍基中的C-=N键的吸收峰出现在1 657 cm-' ,而物浓度的对数值x,以Y为纵坐标,x为横坐标进行C-N键的吸收峰则出现在1179cm-'和1047cm~'。相关分析,得到曲线,对曲线进行线性回归,得到回.在'H NMR图中,因为C.上的氢较少,因此，出归方程和相关性系数r,根据回归方程计算当抑制峰较少。嘧啶环上的甲基吸收峰出现在δ5.61附率为50%和95%时所需的药物浓度ECxo和ECqs近,而嘧啶环上的CH因受到杂环的影响,化学位移值,结果见表3。增大,出峰在δ2. 12左右,羟基H在δ4.89处出峰。表3 化合物1 ~5对几种植物病菌的毒力测定结果Table 3 The biological test results of the compounds 1 ~5 to several pathogen病菌名称毒力回归方程相关系数ECxo/(mg.L-1)ECg/(mg.L-I)小麦赤霉病Y=3.009 0 +0.5262x0.993 76.088122.69.烟草赤星病Y=2. 8846 +0.7756x0.99050.5370.50马铃薯干腐病Y=2.9575 +0.689 0x0.982 10.92224. 80番茄早疫病r=2.067 8+1.125 3x0.970 I0.4011.68Y=1.5332+1.162 7x0.996 70.9624.91Y=0.6644 +1.477 4x0.99660.8611. 17马铃薯千腐病Y=1.7081 +1. 163 5x0. 992 00.6717.50Y=1.847 9+1.173 0x0.953 50.4912.29Y=2.0244 +0.941 2x0. 996 01.4581.13Y=2.4039 +0. 855 8x0.998 71.0890.28Y=1.6460+1.067 0x0.979 21.3948.42Y=2.297 1 +0.981 6x .0.99980.5726. 87Y=1.5481 +1.114 4x0.999037. 46Y=1.7073 +1.125 9x0.9976中国煤化工24.29Y=2. 1100 +0.918 8x0. 9965MYHCNMHG 86.24Y=2.0125+1.128 9x0. 98900. 4412.69812应用化工第42卷续表3化合物病菌名称毒力回归方程相关系数rECso/(mg.L-1)ECg/(mg.1-I)5小麦赤霉病Y=1. 932 3+0.982 2x0. 984 01.3362.81烟草赤星病Y=2.0036+1.0256x0.99350.8333.53马铃薯干腐病.Y=2. 4399+0.8812x0. 98600. 8059. 14番茄早疫病Y=1.8144+1.2189x0.987 40.419.18对照药Y=0.4129 +2.044 2x0.997 70. 181.12Y=2. 0609 +0. 962 0x0.997 41.1458. 22马铃薯干腐病Y= -1.6989+2.572 Sx0.99540.401.75Y'=2.7889 +0.8201x0.997 10.5050.34由表3可知,嘧啶胍类化合物的抗病活性较好，表5化合物1~5 对萝卜的生长调节活性并且具有较高的选择性,这跟嘧啶类化合物本身的Table 5 The growth regulation activity of compounds1 ~5 to radish母核结构有关,与已开发的嘧啶类化合物相比,活性药液浓度抑制率相当。化合物.鲜重/g根数/个/(mg. L-I)/%2.3植物生长活性100.829 001.47通过抑制率公式计算得到抑制率,其数值若为正,说明抑制生长;反之,则说明促进生长。测量及250.665 231. 56500.608 50 40.12计算结果见表4和表5。表4化合物 1~5对小麦的生长调节活性000. 594243. 19Table 4 The growth regulation activity of compounds0.805 39.321 ~5 to wheat0.722 116.70 .0. 676538.53/(mg.L")/90.441 0.1.501I. 620 2458.580.81299.732:1. 54584721.720.742 512.925C1.412 84936. 220.736 013.511001. 209857.080.652 132. 741. 6540440.794 07.59.1.526 110.045(1.516411. 850.561 538. 201.480219.910.524 142.04!1. 6494433.780.441 064.232S1.641 53.950. 82023.33.1.62565.580. 806 65.441.587 312. 620.643 332.301.654 42. 230.489 257.201.644 02. 66对照0.926 41.608 77. 901.035 4)- 39.201.654 21.3068 10 - 66.281.645 01. 201.6184 I(-81.031.571 610. 39空白0.8228 11. 548010. 47表中数据表明，嘧啶胍类化合物具有一定的抑1.814 1- 19.79制小麦和萝卜中国煤化工类化合物的1. 963 2-26.182. 2063-31.55结构中含有结CNMH G,有较好的2.357 4-58. 50抑制植物生长效果。1.655 746第5期谢斌等:嘧啶胍的合成及生物活性8133结论[3]白素贞,娄新华,尹桂玲.嘧啶化合物的应用研究进展[J].山西化工,2009 ,29(1):16.以嘧啶为起始原料,经酸化后和单氰胺反应合4]邱红,刘彦钦,韩士田.双(氯代苯基卟啉)5~氟尿嘧啶成了5个嘧啶胍,实验操作简便,条件温和，反应在化合物的合成[J].化学试剂,2001 ,23(6) :346-348.室温下即可完成，合成的5个化合物均为首次报道。5] 邓艳君,石静波,姜力勋,等.嘧啶并呋喃核苷衍生物通过红外光谱、核磁共振元素分析及熔点测定确定的制备及其活性初探[J].化学学报, 2006 , 64(18):了5个嘧啶胍的结构,通过对小麦赤霉病、烟草赤星1911-1915.病、西瓜枯萎病、马铃薯干腐病4种植物病原菌的抑[6] 张铭龙，马灵台,张礼和.1-[(2-羟乙氧基)甲基]6-菌活性测试,可知嘧啶胍类化合物的抗病活性较好，(苯硫基)胸腺嘧啶类化合物的合成及构效关系研究并且具有较高的选择性。通过对小麦及萝卜进行的进展[J].中国药物化学杂志,1999 ,9(1):64-69.植物生长调节测试.可知嘧啶胍具有一定的抑制小[7]吴军,孙燕萍,张培志,等.取代嘧啶化合物的合成和麦和萝卜生长的作用。综上所述.嘧啶胍是一类具生物活性研究[J].有机化学，2004, 24(11): 1403-1406有生物活性的胍类化合物。[8] 孙晓红.含氮杂环嘧啶、三唑类化合物的合成、生物活参考文献:性及热力学性质研究[ D].西安:西北大学,2005.[9]刘国生.微生物学实验技术[M].北京:科学出版社,[1] Cobbi M , Frenking C. 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