N间氟苄基6氨基香豆素衍生物的合成及其除草活性测定.docx
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N间氟苄基6氨基香豆素衍生物的合成及其除草活性测定
毕业论文（设计）
题目：
N-间氟苄基-6-氨基香豆素衍生物的合成及其
除草活性测定
目录
摘要1
Abstract1
引言1
1材料与方法5
1.1试剂5
1.2仪器5
1.3供试植物种子6
1.47种N-间氟苄基-6-氨基香豆素衍生物的合成6
1.4.16种酰氯的合成6
1.4.26-硝基香豆素的合成6
1.4.36-氨基香豆素的合成6
1.4.4N-间氟苄基-6-氨基香豆素的合成7
1.4.56种N-酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素的合成8
1.4.6N-三氟乙酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素的合成8
1.5生物活性测定8
1.5.1供试种子催芽8
1.5.2除草活性测定8
2结果与分析9
2.1目标化合物的合成9
2.1.1与间氟氯苄反应的缚酸剂的选择9
2.1.2目标化合物的结构解析10
2.2目标化合物的除草活性12
3讨论与小结13
3.1讨论13
3.1.1N-间氟苄基-6-氨基香豆素的合成13
3.1.2N-间氟苄基-6-氨基香豆素衍生物与除草活性的构-效关系14
3.2小结14
致谢16
参考文献17
附图19
N-间氟苄基-6-氨基香豆素衍生物的合成及其除草活性测定
摘要：
本文以香豆素为起始原料，通过硝化合成6-硝基香豆素，后经锌粉与醋酸铵还原得6-氨基香豆素，再同间氟氯苄缩合制得N-间氟苄基-6-氨基香豆素，最后与酰氯或酸酐反应经酰化得到7种N-酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素。
以小杯法测定了7种N-间氟苄基-6-氨基香豆素衍生物对马唐和反枝苋的除草活性。
结果表明：
大部分目标化合物对马唐和反枝苋种子根、茎的生长具有较强的抑制作用。
N-三氟乙酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素除草活性最强，100mg/L时对马唐根和茎的生长抑制率均可达到99%；其次是N-邻氯烟酰基-N-间氟苄基6-氨基香豆素，100mg/L下其对马唐及反枝苋种子根和茎的抑制率均大于80%，马唐较反枝苋对目标化合物更敏感。
关键词：
N-间氟苄基-6-氨基香豆素；合成；除草活性
SynthesisandHerbicidalActivityof
N-m-Fluorobenzyl-6-AminocoumarinDerivatives
StudentmajoringinPharmaceuticalEngineeringLiTingting
TutorHaoShuanghong
Abstract：
SevenkindsofderivativesofN-m-fluorobenzyl-6-aminocoumarinweresynthesizedandtheirherbicidalactivitywasdeterminedinthispaper.First,6-nitrocoumarinwaspreparedfromcoumarinbynitrification.Then,6-nitrocoumarinoccurredreductionbyzincandammoniumacetatetogive6-aminocoumarin.Next,N-m-fluorobenzyl-6-aminocoumarincanbeobtainedthroughcondensationof6-aminocoumarinand3-fluorobenzylchloride.FinalsevenkindsofderivativesofN-acyl-N-m-fluorobenzyl-6-aminocoumarinwereobtainedbyacylatedwithchlorideoranhydrideandN-m-fluorobenzyl-6-aminocoumarin.TheherbicidalactivityofsevenkindsoftargetcompoundsagainstAmaranthusretroflexusandDigitariasanguinalis.Theresultsindicatedthatherbicidalactivityofmostofthetargetcompoundswerestrongattestedconcentrations,inwhichN-trifluoroacetyl-N-m-fluorobenzyl-6-aminocoumarinwasthebestofthesevenchemicalswithinhibitionrateagainsttherootandstemofD.sanguinaliswas99%in100mg/L.FollowedwasN-o-chloronicotinoyl-N-m-fluorobenzyl-6-aminocoumarin,itsinhibitionrateagainsttherootandstemofA.retroflexusandD.Sanguinaliswereabove80%at100mg/L.D.sanguinaliswasmoresensitivethanA.retroflexus.
Keywords:
N-m-fluorobenzyl-6-aminocoumarin；synthesis；herbicidalactivity
引言
香豆素是广泛存在于高等植物中的次生代谢产物，主要集中分布于伞形科、菊科、瑞香科等植物类群中[1]，也存在于动物及微生物的代谢产物中。
该类化合物具有明显的生物活性，也可在饮料、香烟、食品及化妆品中作为增香剂，因为它同时具有抗微生物等生物活性，因而在农业、工业中均表现出重要作用。
由于香豆素类化合物在种类繁多，来源比较广，而且具有分子量小，合成简单，生物利用度高，药理作用广泛，毒性小等显著优点，具有较高的科研与开发价值，引起许多研究者的关注与研究，其应用与开发前景广阔[2]。
近年来，香豆素衍生物在香料、医药及农药等方面应用较多，广大科研工作者对一系列结构新颖、具有学术价值和应用前景的香豆素衍生物进行了大量的研究。
香豆素类化合物在医学中的应用
香豆素及其衍生物大部分具有药理作用，如抗氧化、抗菌、抗HIV等生物活性，对多种疾病具有不同程度的治疗效果，现已有多种香豆素类化合物用于人类疾病的治疗。
近年来，越来越多的研究者为进一步研究开发新的香豆素类化合物并指导其在临床上的应用做出了重要的贡献。
1抗HIV作用
Yu.D等[3]通过研究天然香豆素及其衍生物的抗HIV药理作用机制发现，天然香豆素及其衍生物能够有效的阻断病毒进入，并且抑制反转录酶活性，干扰病毒组装，进而发挥抗HIV的作用。
2抗氧化作用
TyagiYK等[4]通过研究4-甲基香豆素的构-效关系发现4-甲基香豆素类化合物通过氨基取代能够明显的增强抑制脂质过氧化反应，且邻二羟基和邻位的羟胺香豆素类化合物抗氧化和自由基清除活性最高。
3抗炎作用
KontogiorgisCA等[5]通过研究发现香豆素类化合物可以通过抑制脂氧合酶和环氧合酶的活性，影响炎症介质花生四烯酸的代谢途径，从而发挥抗炎作用。
4抗菌作用
Melliou等[6]通过研究26个具有抗菌活性的吡喃香豆素类衍生物发现，它们都
具有显著的广谱抗菌活性，而吡喃酮环上的3-羧基取代衍生物对14种微生物具有明显的抑制作用。
5抗癌作用
蒋幼凡等[7]对茵陈素的抗癌机制研究发现，菌陈素可以抑制细胞的增殖周期，即通过抑制DNA合成，将细胞的增殖阻滞于G0/G1期，从而抑制肺癌细胞的增殖与扩散。
随着菌陈素药物浓度的增加，对癌细胞的抑制作用显著增强，且呈剂量依赖效应，在药物浓度为160ug/L时抑制作用最明显，抑制率为52.4%。
香豆素类化合物在农业中的应用
1除草活性
香豆素类化合物对植物的生长具有调节作用，郝双红等[8]曾测定了滨蒿内酯和秦皮乙素的除草活性，当浓度为1mg/mL时，两者能够有效抑制马唐种子幼根的生长，其中秦皮乙素的抑制率大于60％。
刘斌等[9]利用活性叠加的原理，设计合成了带有三酮类结构的3-苯甲酰基-4-羟基香豆素衍生物，并对其进行除草活性测定发现，对油菜有很好的抑制活性。
2杀虫活性
王超等[10]通过实验研究蛇床子素（7-甲氧基-8-异戊烯基香豆素）对菜青虫、小菜蛾低龄幼虫等害虫的杀虫活性发现，蛇床子素对这些害虫具有良好的触杀作用。
3杀螨活性
周泐等[11]合成了一系列羟甲基香豆素衍生物并测定其杀螨活性，0.5mg/mL下的3,6,8-三溴-7-羟基-4-甲基香豆素、8-乙酰基-7-羟基-4-甲基香豆素、7-（4-氯苄氧基）-4-甲基香豆素和7-乙酰氧基-4-甲基香豆素具有较强的杀螨活性。
4抑菌活性
许多植物在受到微生物感染或者激发子诱导时都能够合成香豆素类化合物，它们在体外有显著地抑菌活性，可以很好地保护植物不受病菌的侵害，而在植物体内它们可以积累到防止感染的浓度进而达到保护植物的作用[12]。
石志琦等[13]通过研究离体条件下蛇床子素对病原真菌的抑制作用发现，蛇床子素有较好的广谱抑菌活性，对辣椒疫霉病菌、小麦赤霉病菌等病原真菌均具有显著的抑制作用；王春梅等[14]通过蛇床子素对黄瓜白粉病防治试验发现蛇床子素对瓜类白粉病菌具有特效，1%蛇床子素水乳剂对黄瓜白粉病具有比较显著的防治效果，3次施药，7d后调查，各处理浓度的防效显著提高，均可达到97.73%以上。
酰胺类除草剂简介
随着社会的发展，除草剂的使用越来越广泛，而酰胺类除草剂则是一类近几年发展很快的农田除草剂，在除草剂中占有重要的地位，具有高效、高选择性等优点。
近几年，酰胺类除草剂市场前景较为广阔。
因为该类除草剂优点较多，如高效、廉价、施用方便等，而且杀草谱广，对多种杂草具有特效，所以近年在农业生产推广中应用面积逐渐扩大，销量不断逐年递增。
在2011年，酰胺类除草剂的总销售额达到19.61亿美元，占世界除草剂市场的3.9%。
美国孟山都公司于1952年开发了具有显著除草活性的氯乙酰胺类化合物，自从那之后，其加大该类型除草剂的科研投入力度，经过一段时间的研究，继氯乙酰胺类化合物之后，在1956年成功开发了第一个高效的酰胺类除草剂品种———旱田除草剂二丙烯草胺。
酰胺类除草剂有许多不同的分类方法，按照不同的分类方法可以将其分为不同的种类，一般可以依据化学结构和生理活性等方面的差异，将酰胺类除草剂分为两类：
芳酰胺类和氯代乙酰胺类。
近几年，市场上最主要的酰胺类除草剂的类型是氯代乙酰胺类的，因为该类除草剂涉及的品种较多，而且活性较好[15]，所以在市场上酰胺类除草剂中占有很大的比例，如甲草胺，乙草胺，异丙甲草胺等。
酰胺类除草剂具有多作用靶点，可以通过抑制蛋白质的合成，植物的呼吸作用，破坏植物的光合作用等机制对杂草发挥作用。
近些年来，酰胺类除草剂被广泛应用于防除农田杂草，其中较主要的酰胺类除草剂品种有乙草胺、异丙甲草胺等。
乙草胺是一种广谱型除草剂，对早期杂草的防除效果较好，应用较为广泛。
在不同的国家，乙草胺被开发出成不同的剂型，且具有不同的商品名。
最近几年，我国的乙草胺产量逐年增长，截止到2008年底，已经达到11万吨以上。
该除草剂使用之前可以经土壤作用，尤其是有机质含量高的土壤效果更加明显，处理之后施用该除草剂，除草活性会更好，这是乙草胺的突出特点。
张学文等[16]通过研究50%乙草胺微乳剂对大豆田一年生禾本科杂草和小粒阔叶杂草的防除情况发现：
当乙草胺微乳剂的剂量大于600ga.i./hm2时防除效果较好，且在一系列的试验剂量下对夏季大豆的产量均没有不良影响。
异丙甲草胺也是一种非常重要且活性较好的的酰胺类除草剂，市场前景较好，主要的防除对象是禾本科杂草和部分的阔叶杂草，对它们的抑制活性较高。
异丙甲草胺的作用机理较为简单，主要是通过抑制发芽种子的蛋白酶活性来破坏蛋白质的合成从而达到防除杂草的效果。
张晓芳等[17]等通过研究96%异丙甲草胺乳油对棉田杂草的防治效果发现，当96%异丙甲草胺乳油按照864~2304ga.i./hm2的剂量施用时，其对棉田的禾本科杂草均具有有很好的防除效，如反枝苋、牛筋草和小粒种子的阔叶杂草等，而且在此剂量下对棉花没有不良影响，并有一定程度的增产作用。
异丙甲草胺可以与莠去津混用，此时对阔叶杂草的防除效果更佳。
最近几年，酰胺类除草剂逐渐成为研究开发的热点，而其主要的研究方向就是结构上向复杂化发展，在研究的化合物的结构中引入杂环和氟原子，可以提高该类化合物防除杂草的效果。
而在这几年中，随着酰胺类除草剂的大范围使用，也逐渐的发现了一些问题，如毒性、三废等，尽管如此，酰胺类除草剂仍然有很广阔的市场前景。
随着新型农药的提出，低残留、易降解、超高效的除草剂将是主流，将来的酰胺类除草剂发展方向也将朝着这个方向发展，并将成为未来可持续使用的一类主要的农田除草剂。
本文的研究目的和内容
香豆素类化合物是广泛存在于高等植物中的具有多种良好生物活性的天然产物，如滨蒿内酯和秦皮素等几种天然香豆素对马唐等杂草具有一定的抑制作用[8]。
实验室曾合成10种N-取代氨基香豆素并测定了其除草活性[16]，结果表明：
N-间氟苄基-6-氨基香豆素除草活性最高，100mg/L下对反枝苋的抑制率达到99%。
本文拟利用活性结构拼接原理，在N-间氟苄基-6-氨基香豆素结构中引入传统酰胺类除草剂的酰化基团，合成一系列N-间氟苄基-6-氨基香豆素衍生物，并对合成的目标化合物进行除草活性测定。
通过合成研究N-间氟苄基-6氨基香豆素衍生物的生物活性，希望能够寻找到有价值的香豆素类衍生物作为农药先导化合物，为研制高效、低残留的新型农药提供理论依据。
1材料与方法
1.1试剂
香豆素（天津市凯信化学工业有限公司，AR）；
硝基胍（国药集团化学试剂有限公司，AR）；
无水硫酸钠（天津市巴斯夫化工有限公司，AR）；
三氟乙酸酐（萨恩化学技术（上海）有限公司，AR）；
间氟苯甲醛（萨恩化学技术（上海）有限公司，AR）；
2-氯烟酸（天津市巴斯夫化工有限公司，AR）；
氯乙酸（天津市巴斯夫化工有限公司，AR）；
三氯乙酸（天津市科密欧化学试剂开发中心，AR）；
硼氢化钠（天津市海纳川科技发展有限公司，AR）；
碘化钾（天津市津东天正精细化学试剂厂，AR）；
四丁基溴化铵（天津市博迪化工有限公司，AR）；
间氟氯苄（萨恩化学技术（上海）有限公司，AR）；
石油醚（天津市广成化学试剂有限公司，AR）；
乙酸乙酯（天津市广成化学试剂有限公司，AR）；
无水乙醇（天津市广成化学试剂有限公司，AR）；
碘化钾（天津市津东天正精细化学试剂厂，AR）；
氯化亚砜（天津博迪化工股份有限公司，AR）；
浓硫酸（莱阳市康德化工有限公司，AR）；
柱层析硅胶200～300目（青岛胜海精细硅胶化工有限公司，LR）；
薄层层析硅胶GF254（青岛海洋化工有限公司，CR）；
羧甲基纤维素钠800-1200（国药集团化学试剂有限公司，CR）；
1.2仪器
98-Ⅱ-B磁力搅拌电热套（天津市泰斯特仪器有限公司）
S21-2磁力搅拌器（上海司乐仪器有限公司）
SHZ-D循环水式真空泵（郑州长城科工贸有限公司）
RE-52A型旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂）
CS101-1A电热鼓风干燥箱（广东省医疗器械厂）
DZF-150型真空干燥机（郑州长城科工贸有限公司）
TLC用硅胶薄层板（硅胶GF254与0.7%CMC-Na自制薄板）
电子分析天平（美特勒－托利多仪器上海有限公司）
ZF7型三用紫外分析仪（巩义市予华仪器有限公司）
SPX-300B-G型光照培养箱（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）
1.3供试植物种子
马唐（Digitariasanguinalis）采自青岛农业大学校园
反枝苋（Amaranthusretroflexus）采自青岛农业大学校园
1.47种N-间氟苄基-6-氨基香豆素衍生物的合成
1.4.16种酰氯的合成
将0.015mol氯乙酸（邻氯烟酸，4-氯丁酸，丁酸，三氯乙酸，乙酸），0.03mol二氯亚砜加入到干燥的100mL圆底烧瓶中，搅拌回流反应6h。
减压蒸除多余的二氯亚砜，得无色油状液体。
1.4.26-硝基香豆素的合成
将14.6g（0.1mol）香豆素，150mL浓硫酸加入到250mL圆底烧瓶中，搅拌溶解，冷却后，在0~5℃下，缓慢加入12.2g（0.1mol）硝基胍，搅拌反应5h，TLC跟踪反应。
反应完成后，搅拌下将反应液倒入500mL冰水中，出现白色沉淀，抽滤，干燥，得8.3g6-硝基香豆素。
1.4.36-氨基香豆素的合成
在250mL圆底烧瓶中加入1.91g（10mmol）6-硝基香豆素，2.6g（40mmol）锌粉，5.2g（82.5mmol）甲酸铵及75mL甲醇，室温搅拌6h，TLC跟踪反应。
抽滤，滤液浓缩蒸除甲醇，将残余物加50mL二氯甲烷回流提取1h，抽滤，滤液浓缩蒸除二氯甲烷，得1.24g6-氨基香豆素。
1.4.4N-间氟苄基-6-氨基香豆素的合成
1.4.4.1与间氟苯甲醛反应
将1.0g（6.25mmol）6-氨基香豆素，50mL无水乙醇加入到三口烧瓶中，升温回流，缓慢滴加含有0.775g（6.25mmol）的间氟苯甲醛的25mL无水乙醇，继续回流反应4h，然后0~5℃下分批加入0.475g（12.5mmol）硼氢化钠，搅拌，TLC跟踪反应。
反应完毕，浓缩蒸出乙醇，乙酸乙酯溶解，有机相水洗两次，分液，浓缩得黄褐色油状液体，通过柱层析[干法上样；流动相为V（石油醚）：
V（乙酸乙酯）=3：
1]分离得N-间氟苄基-6-氨基香豆素。
1.4.4.2与间氟氯苄反应
将1.61g（0.01mol）6-氨基香豆素，1.275g（0.015mol）哌啶，0.322g（0.001mol）TBAB，40mL丙酮加入到100mL圆底烧瓶中，搅拌下缓慢滴加1.44g（0.01mol）间氟氯苄，滴加完毕，加热回流7h，TLC跟踪反应。
反应完毕，抽滤，滤液浓缩，得黄褐色油状液体，通过柱层析[干法上样；流动相为V（石油醚）：
V（乙酸乙酯）=3：
1]分离得N-间氟苄基-6-氨基香豆素。
1.4.4.3与间氟氯苄反应所用缚酸剂的选择
反应方法同1.4.4.2，选择无水碳酸钾，碳酸氢钠，三乙胺，哌啶，氢氧化钠等五种缚酸剂进行反应。
1.4.56种N-酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素的合成
将2mmolN-间氟苄基-6-氨基香豆素，2.2mmol邻氯烟酰氯（4-氯丁酰氯，丁酰氯，三氯乙酰氯，乙酰氯，氯乙酰氯），50mL二氯甲烷加入到100mL三口瓶中，再滴加三滴三乙胺，室温搅拌，TLC跟踪反应。
反应完毕，加饱和碳酸钠溶液洗至中性，水洗，分液，浓缩得褐色油状液体，通过柱层析[干法上样；流动相为V（石油醚）：
V（乙酸乙酯）=4：
1]分离得黄褐色油状液体。
1.4.6N-三氟乙酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素的合成
100mL圆底烧瓶中加入0.462g（2.2mmol）三氟乙酸酐，0.538g（2mmol）N-间氟苄基-6-氨基香豆素，0.069g（0.5mmol）碳酸钾，0.064g（0.2mmol）四丁基溴化铵，40mL二氯甲烷，室温搅拌6h，TLC跟踪反应。
反应完毕，加饱和碳酸钠溶液洗至中性，水洗，分液，浓缩得褐色油状液体，通过柱层析[干法上样；流动相为V（石油醚）：
V（乙酸乙酯）=6：
1]分离得黄褐色油状液体。
1.5生物活性测定
1.5.1供试种子催芽
取两洁净的培养皿，放入滤纸，倒入适量水润湿，然后分别加入反枝苋和马唐的种子，放置在培养皿一侧，然后将盖上培养皿，斜放置于光照培养箱中培养。
1.5.2除草活性测定
称取0.015g药物，放入一洁净的试管中，加入5mL丙酮，配制成3000mg/L浓度的溶液，贴上标签；取1mL3000mg/L的溶液加入到洁净的试管中，然后加入4mL丙酮，配制成600mg/L浓度的溶液，贴上标签。
用50mL量筒量取30mL0.5%的琼脂溶液，倒入50mL的锥形瓶中，然后取浓度3000mg/L的溶液1mL加入培养基中，充分混匀，倒入10mL小烧杯中，每个浓度重复一次。
取1mL丙酮加入培养基中做空白对照（CK）。
图1小杯法除草活性测定
把发育好的长出胚芽的种子接种到含有培养基的小烧杯中培养，每份培养基中接种10粒种子，将接种之后的培养基放入培养箱（27℃，相对湿度90%，L/D=12h:
12h）中培养，当空白对照根长到合适长度时测量种子根、茎长度。
按照下式计算根茎生长抑制率：
抑制率/%=[对照根（茎）长-处理根（茎）长]/对照根（茎）长×100
2结果与分析
2.1目标化合物的合成
2.1.1与间氟氯苄反应的缚酸剂的选择
卤代烃与伯胺反应需要加入缚酸剂以促进反应的进行。
本文尝试了以下五种缚酸剂：
无水碳酸钾，碳酸氢钠，三乙胺，哌啶，氢氧化钠。
使用不同缚酸剂时的产率见表1，从表中数据可以看出，哌啶做缚酸剂时产率最高，为90.3%，所以该反应的缚酸剂选用哌啶。
表1缚酸剂种类及其产率
编号
碱化剂
产率
1
无水碳酸钾
59.3%
2
碳酸氢钠
52.5%
3
三乙胺
70.8%
4
哌啶
90.3%
5
吡啶
81.2%
2.1.2目标化合物的结构解析
本文共合成7种目标化合物，见表2。
表2目标化合物一览表
样品编号
化合物名称
外观
产率
1
N-乙酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素
黄褐色油状液体
83.4%
2
N-氯乙酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素
黄褐色油状液体
75.3%
3
N-丁酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素
黄褐色油状液体
70.1%
4
N-4-氯丁酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素
黄褐色油状液体
66.8%
5
N-三氯乙酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素
黄褐色油状液体
79.8%
6
N-三氟乙酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素
黄褐色油状液体
57.9%
7
N-邻氯烟酰基-N-间氟苄基-6-氨基香豆素
黄褐色油状液体
80.2%
合成的化合物的核磁氢谱数据见表3，核磁氢谱谱图见附图1~7。
表3合成化合物的核磁氢谱数据
化合物名称
1HNMR（500MHz,TMS/CD3Cl）,δ
6-硝基香豆素
6.45（d,J=2.45Hz,1H,H-4）,8.40~8.43（m,1H,PhH）,
7.80（d,J=9.65Hz,1H,PhH）,7.47（d,J=9Hz,1H,PhH）,
6.59（d,J=9.6Hz,1H,H-3）
N-间氟苄基-6-氨基香豆素
7.55（d,J=9.5Hz,1H,H-4）,
7.30（dd,J=7.9Hz,J=5.9Hz,J=7.9Hz,1H,PhH）,
7.14~7.18（m,2H,PhH）,7.07（d,J=9.75Hz,1H,PhH）,
6.98（t,J=8.7Hz,J=10.45Hz1H,PhH）
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