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天名精内酯酮酯类衍生物的抑菌活性及构效关系初步分析



全 文 :西北农业学报 2013,22(11):89-93
Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica  doi:10.7606/j.issn.1004-1389.2013.11.016
网络出版时间:2013-11-22
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20131122.1049.023.html
天名精内酯酮酯类衍生物的抑菌活性及构效关系初步分析
收稿日期:2013-05-09  修回日期:2013-06-03
基金项目:国家自然科学基金(30971934);公益性行业(农业)科研专项(200903052)。
第一作者:王德龙,在读硕士,研究方向为植物源农药。E-mail:rizhaoalong@163.com
通信作者:张 兴,博士,教授,主要从事植物源农药方向研究。E-mail:zhxing1952@126.com
王德龙,冯俊涛,张 兴
(西北农林科技大学 无公害农药研究服务中心,陕西省生物农药工程技术中心,陕西杨凌 712100)
摘 要 为进一步明确天名精内酯酮酯类化合物对番茄灰霉病菌的抑菌活性及其构效关系,采用悬滴法测
定38种天名精内酯酮酯类衍生物对番茄灰霉病菌孢子萌发的抑制作用。结果表明,目标化合物对番茄灰霉
病菌均有一定的抑菌活性,其中,2-氯乙酯(2)和4-吡啶甲酯(34)2个衍生物的抑菌活性均高于天名精内酯
酮,分别为12.89mg/L和15.82mg/L,其余衍生物的活性较天名精内酯酮有不同程度的下降。构效分析表
明,天名精内酯4-位取代基的改变对衍生物的抑菌活性有较大影响,引入短链烷基和杂环时衍生物的活性有
所提高,而引入长链饱和烷基和芳香基会使活性降低。
关键词 天名精内酯酮;酯类衍生物;抑菌活性;构效关系
中图分类号 S482.2+92   文献标志码 A     文章编号 1004-1389(2013)11-0089-05
Antifungal Activities of Carabrone Ester Derivatives and
Preliminary Analysis of Structure-activity Relationship
WANG Delong,FENG Juntao and ZHANG Xing
(Research &Development Center of Biorational Pesticide,Northwest A&F University,Research Center of
Biopesticide Technology &Engineering,Shaanxi Province,Yangling Shaanxi 712100,China)
Abstract This research aimed to evaluate antifungal activity against Botrytis cinereaand lay the foun-
dation for analysis of structure-activity relationship of carabrone ester derivatives.Spore germination
assay results indicated that al the derivatives exhibit antifungal activity against B.cinereato some ex-
tent.The carabryl chloroacete(2)and carabryl isonicotinate(34)exhibited higher antifungal activity
than carabrone with EC50values of 12.89mg/L and 15.82mg/L respectively.The others possessed
less potency than carabrone to some degree.The structure-activity relationship analysis revealed that
4-site of carabrone has an important impact on the antifungal activity of the derivatives.Introduction
of short chain alkyl and heterocyclic ring to 4-site of carabrol is beneficial to the antifungal activity,
while long chain alkyl and phenyl with big electronic donating groups are detrimental to the activity.
Key words Carabrone;Ester derivatives;Antifungal activity;Structure-activity relationship
  对活性天然产物进行结构修饰得到活性更高
的化合物是新农药研究与开发的重要途径[1-2]。
西北农林科技大学无公害农药研究服中心在前期
的研究中从大花金挖耳(Carpesium macroceph-
alumFranch.et Sav.)花蕾中分离得到对黄瓜炭
疽病菌(Colletotrichum lagenarium)具有较好抑
菌活性的卡拉布烷型倍半萜内酯类化合物天名精
内酯酮[3-5]。随后,通过对天名精内酯酮11、13位
亚甲基和4位羰基还原后的衍生物的抑菌活性研
究,初步确定α-亚甲基-γ-丁内酯结构可能为其主
要的抑菌活性基团[6]。保留α-亚甲基-γ-丁内酯
结构,对天名精内酯酮4位羰基进行结构修饰得
到的天名精内酯酮酯类衍生物有较强抑制黄瓜炭
疽病菌的活性[7-9]。同时,在研究中还发现,该类
衍生物对番茄灰霉病菌(Botrytis cinerea)同样具
有较强的抑菌活性。
鉴于此,本研究测定38种天名精内酯酮酯类
衍生物对番茄灰霉病菌孢子萌发的抑制毒力,并
分析其化学结构与抑菌活性的关系。为进一步明
确天名精内酯酮酯类化合物对番茄灰霉病菌的抑
菌活性并探讨结构与抑菌活性之间的关系提供
依据。
1 材料与方法
1.1 供试化合物
供试38种天名精内酯酮酯类衍生物(图1和
表1)由西北农林科技大学无公害农药研究服务
中心提供(按照文献[7]和[10-11]合成),纯度≥
96%。天名精内酯酮从大花金挖耳(Carpesium
macrocephalumFranch.et Sav.)中分离得到,为
无色针状晶体,经 HPLC检测,纯度为98%。
图1 天名精内酯酮酯类衍生物(R为不同取代基)
Fig.1 The structure of carabrone ester derivatives
(R represents different substituent)
1.2 菌种来源
番茄灰霉病菌(Botrytis cinerea)由西北农林
科技大学无公害农药研究服务中心提供。
1.3 试验方法
采用悬滴法[12-13]测定供试化合物对番茄灰霉
病菌孢子萌发的抑制作用。当对照萌发率大于
80%后,检查所有处理的萌发率,孢子萌发抑制率
计算公式:萌发率=萌发孢子数/检查总孢子数×
100%;抑制率=(对照萌发率-处理萌发率)/对
照萌发率×100%。
用SPSS进行数据处理[14],绘制毒力回归曲线。
2 结果与分析
2.1 38种天名精内酯酮酯类衍生物对番茄灰霉
病菌的抑菌活性
由抑菌活性测定结果(表2)可知,供试天名
精内酯酮酯类衍生物对番茄灰霉病菌孢子萌发均
有一定的抑制活性,但不同衍生物之间活性有显
著差异。直链烷基衍生物中,2-氯乙酯衍生物
(2)的活性最高,其有效中质量浓度(EC50)为
12.89mg/L,略高于天名精内酯酮(EC50=17.09
mg/L);其余直链烷基衍生物的毒力均低于天名
精内酯酮,衍生物7活性最低(EC50为108.78
mg/L),其余化合物毒力为20.95~61.62mg/L。
杂环衍生物中,吡啶基衍生物活性最高,其中,
4-吡啶甲酯衍生物(34)活性与天名精内酯酮活性
相当,EC50为15.82mg/L,化合物33和35活性
次之,EC50分别为29.05mg/L和28.31mg/L;
而含吡嗪基(36)、噻吩基(37)和吲哚基(38)的化
合物的活性均低于含吡啶基的衍生物,其EC50分
别为35.20、50.70和33.34mg/L。在含苯环的
芳香取代基的衍生物中,对溴苯乙酯衍生物(25)
的活性最高,EC50为21.30mg/L,其余化合物的
EC50均在32.00mg/L以上。
2.2 构效关系分析
对比该类化合物的结构及其抑菌活性可知,
天名精内酯酮4-位羟基上的取代基的类型对化
合物的抑菌活性有很大影响,总体来看,烷基取代
的衍生物活性要高于杂环类取代衍生物,两者的
活性又皆高于含苯环的芳香取代衍生物。
  在烷基取代衍生物中,含有氯原子的短链烷
基取代衍生物生物活性最高,且高于天名精内酯
酮。随着直链烷基碳原子数目的增加,抑菌活性
有下降的趋势,特别是对饱和长链烷基而言,活性
下降趋势比不饱和烷基更为明显。这可能由于随
着烷基链的增长,分子的空间位阻效应逐渐增大
而引起活性降低的缘故[15]。
  在杂环取代衍生物中,吡啶取代衍生物的活
性最高,吡嗪基和吲哚基次之,噻吩基较差。其
中,吡啶取代的衍生物活性要高于天名精内酯酮,
含吲哚基和噻吩基的衍生物活性较天名精内酯酮
有不同程度的降低。这可能与含氮的杂环具有的
弱碱性以及可作为良好的配体的特性有关[16-17]。
含苯环的芳香取代基衍生物中,苯环含有给
电子基团CH3O的衍生物活性普遍低于含吸电
子基团(F、Cl、Br、I)的衍生物。含大共轭体系的
芳香取代基的衍生物31、32的活性较差,可能是
由于共轭芳香基的引入使化合物的空间位阻增大
并且疏水性增强,从而引起化合物分子特性的改
变,导致其抑菌活性改变[17]。
·09· 西 北 农 业 学 报 22卷
表1 天名精内酯酮酯类衍生物的结构及其物理性质
Table 1 Structure and physical data of compounds
·19·11期 王德龙等:天名精内酯酮酯类衍生物的抑菌活性及构效关系初步分析
表2 天名精内酯酮及其酯类衍生物对番茄灰霉病菌孢子萌发的抑制毒力
Table 2 Inhibition effect of carabrone and its derivatives against spore germination of B.cinerea
化合物
Compounds
回归方程
Regression equation
相关系数
Correlation
coefficent
有效中质量浓度/
(mg/L)
EC50
95%置信区间/
(mg/L)95%
Confidence
interval
天名精内酯酮
Carabrone y=1.532 1+2.812 8x  0.991 0  17.09  15.65~18.66
1  y=1.587 6+2.344 1x  0.980 8  28.55  26.18~31.14
2  y=2.417 7+2.325 8x  0.991 1  12.89  11.52~14.41
3  y=1.883 4+2.358 7x  0.981 7  20.95  19.18~22.88
4  y=1.171 6+2.139 1x  0.990 9  61.62  54.36~69.84
5  y=2.335 2+1.859 6x  0.980 3  27.10  24.48~30.01
6  y=3.249 7+1.308 5x  0.974 9  21.75  18.95~24.98
7  y=1.946 1+1.499 5x  0.978 8  108.78  87.86~134.69
8  y=1.676 5+1.712 2x  0.990 4  87.31  73.44~103.80
9  y=2.376 2+1.243 2x  0.985 4  129.00  98.84~168.36
10  y=1.419 1+1.797 0x  0.990 2  98.32  82.35~117.39
11  y=2.465 9+1.641 4x  0.989 9  34.98  31.13~39.31
12  y=2.494 9+1.242 5x  0.991 4  103.80  81.94~131.48
13  y=1.675 1+2.015 2x  0.993 2  44.66  40.02~49.83
14  y=1.931 0+1.496 2x  0.980 1  112.50  90.47~139.89
15  y=3.529 1+0.942 6x  0.982 2  36.34  30.12~43.84
16  y=3.520 1+0.947 4x  0.971 1  36.48  30.25~44.00
17  y=2.997 6+0.942 4x  0.982 8  133.27  95.50~185.98
18  y=2.469 5+1.547 3x  0.997 3  43.19  37.91~49.20
19  y=0.401 0+2.365 2x  0.995 5  87.99  76.66~101.00
20  y=1.415 5+1.725 5x  0.993 7  119.51  97.49~146.50
21  y=2.477 6+1.428 2x  0.978 8  58.35  49.69~68.51
22  y=2.706 8+1.360 9x  0.990 3  48.42  41.62~56.34
23  y=1.710 9+1.692 1x  0.988 7  87.87  73.80~104.62
24  y=2.331 0+1.432 3x  0.979 0  73.00  61.14~87.16
25  y=2.172 0+2.128 7x  0.986 9  21.30  19.37~23.42
26  y=1.416 4+1.788 2x  0.990 8  100.93  84.02~121.26
27  y=2.975 3+1.338 8x  0.971 5  32.53  28.43~37.21
28  y=2.675 8+1.182 6x  0.989 7  92.31  73.19~116.42
29  y=2.209 6+1.699 5x  0.984 2  43.84  38.80~49.53
30  y=1.901 5+1.443 0x  0.985 2  140.37  116.56~169.05
31  y=1.912 1+1.482 3x  0.974 5  121.09  96.63~151.75
32  y=1.944 4+1.605 5x  0.991 9  80.02  67.46~94.91
33  y=1.387 3+2.469 0x  0.980 5  29.05  26.73~31.57
34  y=3.178 3+1.518 9x  0.995 7  15.82  13.83~18.10
35  y=1.868 2+2.156 9x  0.982 9  28.31  25.80~31.06
36  y=2.430 1+1.661 6x  0.991 7  35.20  31.36~39.51
37  y=2.203 3+1.640 2x  0.981 9  50.70  44.36~57.95
38  y=1.813 3+2.092 4x  0.971 3  33.34  30.26~36.73
3 小 结
供试的天名精内酯酮酯类衍生物对番茄灰霉
病菌孢子的萌发均有一定抑制活性,其中,2-氯乙
酯衍生物(2)(EC50=12.89mg/L)和4-吡啶甲酯
衍生物(34)(EC50=15.82mg/L)的活性高于天
名精内酯酮(EC50=17.09mg/L),值得进一步
研究。
·29· 西 北 农 业 学 报 22卷
本研究明确了酯类衍生物中不同类型取代基
对抑菌活性的影响,其中,在天名精内酯酮4-位
引入短链烷基和杂环时衍生物的活性有所提高,
而引入长链饱和烷基和芳香基会使活性降低。所
以,今后的研究中,在保留α-亚甲基-γ-丁内酯结
构完整性的基础上,可将天名精内酯酮4-位羰基
引入短链含杂原子的取代基或含 N的杂环取代
基以获得高活性的化合物。
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