吴程宇，李 健

(西北农林科技大学林学院，陕西 杨凌 712100)

随着石化等不可再生资源的日益枯竭和人们环境保护意识的增强，为满足人类可持续发展的需求，对可再生的绿色天然产物松香进行深加工利用，正引起人们更广泛的关注。特别是通过对天然产物松香进行结构上的化学修饰，来制备高附加值的化工产品已成为当前的研究热点之一[1-4]。

松香是一种从松树中获得的天然可再生资源，化学组成复杂，主要成分是三环二萜结构的树脂酸(由分子式C19H29COOH表示)，另含有少量的脂肪酸和中性物质。松香树脂酸具有独特的三元菲环结构和多个手性中心，可合成应用广泛的松香基化工产品。以松香为原料的化工产品已广泛应用于助焊剂[5]、涂料[6]、胶黏剂[7]、油墨[8]、表面活性剂[9]等领域，而在农业领域亦有潜在的应用价值，主要表现在杀虫、除草、抑菌等生物活性。

1 松香衍生物的农用生物活性

我国是一个农业大国，在农业生产中大量使用速效价廉的化学合成农药，虽然带来了巨大的社会效益和经济效益[10]，但其弊端也不断突显出来，使农业害物大规模产生抗药性，甚至会破坏生态平衡[11]，而以植物源农药为主要代表的绿色农药[12-13]正越来越引起人们的重视。由于植物源农药具有源于自然、易降解、不易产生抗药性、对人畜安全等特点，使其较传统化学合成农药具有更好的应用前景。而从丰富的天然资源松香中筛选高活性松香衍生物作为原料，通过对其三元菲环骨架和羧基官能团化学改性及修饰结构，可设计合成新型植物源农药乃至发现新的作用靶标，也成为现代农药研究与开发的热点之一[14]。因此，对于我国严峻的农业环境，开发结构新颖、农用生物活性高、环境友好的绿色植物源农药就变得非常紧迫。

1.1 杀虫活性

研究发现，松香衍生物对农业害虫具有一定的防治效果[15-16]。因此，设计制备绿色植物源松香基农药有望减少农作物的损失，提高农业产量，并为开发高效低毒的新型杀虫剂提供研究思路。

刘宇宏[17]以歧化松香为原料，经氯化和铜盐化反应合成氯化松香基铜盐，通过浸虫法研究杀虫活性，结果表明：该类化合物对农业害虫甜菜夜蛾具有良好的防治效果，死亡率可达98.3%以上。Klejdysz等[18]合成出具备拒食活性和抗氧化活性的双功能松香离子液体，对米象虫、赤拟谷盗虫和谷斑皮蠹等农作物害虫具有较强的拒食效果的同时，也对长期储存的作物有一定抗氧化能力，在仓储作物保护领域提供了新的研究思路，具有一定研究潜力。Liu[19]分别用脱氢枞酸和马来海松酸合成了系列松香酯衍生物，通过叶板法检测了它们对粘虫的拒食活性。拒食结果表明：大多数松香酯类化合物在0.01 g/mL浓度下表现出显著的拒食活性，24 h后拒食率均超过70%；松香酯的拒食活性随着醇链长度的增加而增大，并推测松香酯类化合物对粘虫具有一定胃毒作用。许吉[20]研究了松香多元酸对4龄小地老虎的拒食活性，结果显示：质量浓度为1 g/L 时，丙烯海松酸、马来海松酸和富马海松酸对4龄小地老虎幼虫的24 h拒食率分别为78. 41%、13. 41%和79. 94%，其中丙烯海松酸及富马海松酸对小地老虎的拒食活性较高，较强地抑制了小地老虎幼虫的进食。而松香基席夫碱、噻二唑、硫脲和酰胺类化合物的杀虫活性研究报道较多，对农业害虫取得良好的拒食活性和灭杀活性。

饶小平[21]以松香衍生物为原料经化学修饰合成了席夫碱、金属配合物、胺基磷酸酯、酰胺、异氰酸酯和酰基硫脲等六类共48个化合物，并通过用IR、UV-Vis、NMR、MS等化学光谱对其结构进行了表征。以家蝇、斜纹夜蛾、蚜虫为实验昆虫，研究了松香衍生物对昆虫的取食活性规律。结果显示：脱氢枞基席夫碱和脱氢枞基酰胺都对斜纹夜蛾有较强的诱食活性，也对粘虫有很强的拒食活性，拒食率可达90%～100%，而对家蝇取食影响较小。翟兆兰[22]合成了四种松香含氮衍生物，分别是脱氢枞酸基酰胺类、脱氢枞胺基席夫碱类、脱氢枞酸酰基硫脲类和二氢枞酸酰基硫脲类衍生物。采用叶碟法研究了这四类松香含氮衍生物对小地老虎4龄幼虫的拒食活性，结果显示:脱氢枞胺席夫碱和二氢枞酸酰基硫脲这两类衍生物对小地老虎具有较强的拒食活性，24 h后拒食率分别可达86.12%和85.13%。

韩春蕊[23]以枞酸为原料合成了酰肼、噻二唑等系列衍生物，通过叶碟法测试了部分化合物对家蝇的拒食活性，研究发现：脱氢枞基酰肼和噻二唑官能团对家蝇拒食活性影响不大，而化合物取代基的改变对拒食活性影响较大。Gao[24]以脱氢枞酸为原料，合成了37种含有噻二唑基团的松香酰胺类衍生物，以粘虫和小菜蛾为试受害虫，研究了化合物杀虫活性并建立定量构效关系(QSAR)模型研究其定量构效关系，研究发现：目标化合物对小菜蛾有良好的灭杀活性，其中最优化合物杀虫活性(LC50=0.0214 g/mL)较优于商业杀虫剂氟苯虫胺(LC50=0.0222 g/mL)；定量构效结果表明：该类化合物的电子和空间效应对杀虫活性有一定的影响。Mo等[25]以脱氢枞酸为原料合成11种脱氢枞基噻二唑硫脲类化合物，通过对棉铃虫、玉米螟和小菜蛾的杀虫活性测试，同时建立初步构效关系(SAR)，研究发现：在200 mg/L浓度下，其中最优化合物N-(5-脱氢枞基-1,3,4-噻二唑-2-基-)-N′-苯基硫脲(图13a)对棉铃虫具有良好的杀虫活性，防效率高达93.3%；而对玉米螟杀虫活性最高的化合物N-(5-去氢枞基-1,3,4-噻二唑-2-基-) -N′-对甲基苯基硫脲(图13d)，防效率为73.3%；并且构效关系表明：化合物苯环上4位取代基对棉铃虫和玉米螟的防效率具有一定影响。

图1 脱氢枞基噻二唑硫脲化合物(3a～3k)合成路线图Fig.1 Synthesis route of dehydroabietic thiadiazole thiourea compounds (3a～3k)

尽管上述文献报道合成的松香衍生物对农业害虫表现出良好的生物活性，但其相关研究均缺乏对农业害虫作用机制的研究和田间试验验证，同时也应该加强研究其毒性机理和农药环境风险评估，从而为松香基杀虫剂的商业化开发提供理论指导。

1.2 除草活性

松香衍生物[26]不仅对农业害虫具有一定的防治效果，同样也对一些农业植物杂草具有抑制作用，在除草剂领域有研究潜力，可开发为一种潜在的植物生长抑制剂。较多文献以稗草幼苗和油菜胎根为除草活性试验目标，研究了松香基硫脲、酰胺、噻二唑和三唑类化合物的除草活性，其中酰胺类和噻二唑类化合物对稗草和油菜的抑制率较高，除草活性强。

闵方倩等[27]合成的脱氢枞酸基磺酰胺衍生物，均对油菜胚胎根生长有一定抑制作用，其中化合物去氢枞酸基对甲氧基苯磺酰胺的除草活性最优，抑制率为57.1%。Gao等[28]合成了33种丙烯海松基衍生物，主要包括了丙烯海松基酰基硫脲、丙烯海松基酰胺、丙烯海松基席夫碱三类化合物。研究了丙烯海松基衍生物对稗草、苋菜、油菜的除草活性，结果表明：丙烯海松基酰基硫脲类化合物对稗草有良好的抑制率，其中最优化合物(EC50=13.191 g ai/ha)除草活性优于商业除草剂磺草胺(EC50=15.606 g ai/ha)；并且定量关系表明：氮原子上的取代基和空间结构对除草活性有一定影响。Xu[29]以马来松香酸为原料，经过酰氯化和N-酰化反应，合成了9个新型马来松香酸基酰胺化合物并测试其除草活性。研究发现：所有目标化合物均对油菜的胚根生长有一定抑制作用，而对稗草幼苗生长的抑制作用较弱。其中目标化合物在100 μg/mL质量浓度下，最佳化合物(图23d)的除草抑制率为66.1%。

林桂汕[30]以松香为原料，合成了7种新型丙烯海松基双酰胺-噻二唑化合物。通过稗草小杯法和油菜平皿法测试抑制活性，结果表明：在100 μg/mL浓度下，目标化合物对油菜的抑制作用较强，而对稗草表现出较弱的抑制活性，其中最优化合物对油菜抑制率高达92.4%。杨小洪等[31]以松香衍生物为原料，合成了系列脱氢松香基噻二唑类衍生物，使用油菜平皿法和稗草小杯法测定目标化合物除草活性。研究发现：脱氢松香基噻二唑类衍生物均表现出一定的除草活性，当苯环上有卤素原子取代时，目标化合物的除草活性增强，其中最优化合物(图35d)在100 μg/mL浓度下，抑制率可达68.9%。

图2 马来松香基酰胺化合物(3a～3i)合成路线图Fig.2 Synthesis route of maleated rosin-based amide compounds (3a～3i)

史伯安等[32]合成了6个脱氢松香基-1,2,4-三氮唑类化合物，通过FTIR、1HNMR、MS和元素分析等手段确定产物结构，并研究了其对油菜和稗草的除草活性。研究发现：目标化合物对油菜胚根和稗菜幼苗具有一定的抑制活性。在100 μg/mL浓度下，抑制作用明显，对油菜胚根和稗菜幼苗的抑制率达到20%以上。研究还发现了当目标化合物苯环上引入卤素原子时，可有效促进除草活性。

虽然较多文献报道了松香衍生物对油菜和稗草表现出良好的除草活性，但研究对象种类单一，缺乏对其它田间杂草的活性测试分析和作用机制研究。为开发出高效、低毒、广谱的松香基除草剂，应该进一步加强除草活性试验规模、增加试验种类，深入地研究除草机理和除草剂对生态环境影响等。

1.3 抑菌活性

松香衍生物在抑菌活性也有较多的研究报道，尤其对农业有害微生物具有显著抑制作用，主要体现在：木材木腐菌和植物病原菌。

(1)木材木腐菌

松香基季铵盐和酰胺类化合物对木腐菌有良好的抑菌效果，在木材防腐剂领域为松香深度开发利用提供了新的研究途径[33-34]。

图4 松香季铵盐衍生物化学结构式Fig.4 Chemical structural of rosin quaternary ammonium salt derivatives

Liang[35]以松香为原料合成了脱氢松香基单季铵盐、氢化松香基单季铵盐和丙烯海松基双季铵盐三类衍生物，通过滤纸片法对木材腐烂真菌彩绒革盖菌和密粘褶菌测试抑菌活性，结果显示：在0.025 mmol/mL浓度时，所有的测试化合物均变现出良好的抑菌活性，其中丙烯海松基双季铵盐(图4c)的抑菌活性优于脱氢松香基单季铵盐(图4a)和氢化松香基单季铵盐(图4b)，且对彩绒革盖菌具有较优的抑菌活性，较接近于市售季铵盐杀菌剂十二烷基二甲基苄基氯化铵的抑菌活性。金燕[36]以松香为原料，合成了N-(3-松香酰氧-2-羟)丙基-N,N-二甲基氯化铵，测定了目标化合物对四种木材腐朽菌绵腐卧孔菌、彩绒革盖菌、密粘褶菌、乳白耙菌的抑菌活性，研究发现目标化合物对四种木腐菌均有抑制效果，尤其是对密黏褶菌的抑制效果最好，在药剂浓度为32 mg/mL时，可对密黏褶菌达到Ⅰ级防腐。

李双月[37]将改性松香经化学修饰合成了丙烯海松酰胺，以黑曲霉、宛氏拟青霉、白腐菌为试验菌种，测定了丙烯海松酰胺的抑菌性能。发现对四种木腐菌均有抑制效果，尤其对宛氏拟青霉抑制效果最优。在浓度为32 mg/mL时，抑菌环直径可达16 mm，并对彩绒革盖菌和密黏褶菌达到Ⅰ级防腐效果。

(2)植物病原菌

我国是一个农业大国，植物病菌严重威胁农作物的质量和产量[38]。研究发现，松香基酰胺类、噻唑类以及硫脲类化合物对部分植物病原菌具有良好的抑菌活性，其中主要包括：黄瓜枯萎病菌、苹果轮纹病菌、番茄早疫病菌、花生褐斑病菌和小麦赤霉病菌等植物病原菌。

董淑求等[39]以马来松酸为原料，设计合成了7个新型马来松香基双酰胺类化合物。抑菌活性测试结果表明：目标化合物对上述五种植物病原菌均具有抗菌活性，尤其是对苹果轮纹病菌抑制效果较优，其中大部分马来松香基双酰胺类化合物抑制率均高于50%。闵方倩等[40]研究了脱氢枞基磺酰胺类化合物的抗菌活性，在50 μg/mL质量浓度下，目标化合物也对上述五种植物病原菌均具有一定的抑菌活性，其中化合物脱氢枞酸间甲基苯磺酰胺对番茄早疫病菌的杀菌活性最佳，抑制率可达73.6%。Shi等[41]以马来松香为原料，合成了14个新型马来松香双磺酰胺类化合物。采用琼脂稀释法测试其抑菌活性，研究结果发现：目标化合物也对五种植物病菌均有一定的抑菌效果，在50 mg/L质量浓度下，其中最优化合物马来松香双邻氟苯基磺酰胺对苹果轮纹病菌的抑制效果较好，抑制率为66.8%。

Chen等[42]合成脱氢枞基噻唑类化合物，通过琼脂稀释法测试抗真菌活性，结果表明：目标化合物在50 μg/mL质量浓度下，大部分化合物对玉米赤霉菌具有较好的抑菌效果，抑制率最高可达91.3%，接近于商业抗菌剂嘧菌酯。岑波等[43-44]以松香为原料，经加成、酰化等反应合成了8个的丙烯海松酸基双噻二唑类化合物。通过抑菌活性测试，结果表明：当目标化合物在50 μg/mL质量浓度下时，对苹果轮纹病菌抑制效果较好，抑制率均超过60%。之后还合成了10个马来松香基双硫脲-酰胺类化合物，研究发现：在50 μg/mL质量浓度下，最优化合物马来松香基双对氯苯基硫脲-酰胺对苹果轮纹病菌的抑制活性最强，其抑制率可达71.4%，达到B级活性水平，提高了对苹果轮纹病菌的抑制率。陈乃源等[45]设计合成了20个新型脱氢枞基B环并噻唑-酰胺化合物。抑菌活性测试结果表明：在50 mg/L质量浓度下，其中目标化合物脱氢枞基B环并噻唑-苯甲酰胺和脱氢枞基B环并噻唑-胺对苹果轮纹病菌的抑制率分别高达90.0%和92.4%，达到A级活性水平，进一步提高了对苹果轮纹病菌的抑制率，具有一定的研究潜力。

松香衍生物具有良好的抑菌活性，特别是对农业病原菌表现出良好的抑制作用。但绝大多数抑菌活性研究还停留在活性筛选，缺乏后续抗菌机理研究和田间实验，需要进一步研究其抑菌作用机理和扩大试验规模。

2 结 语

我国松香资源丰富，年产量超过50万吨。而以天然产物松香为原料，设计制备高附加值的农化产品将为我国带来巨大的经济效益。本文主要介绍了松香衍生物的农用生物活性，涉及到杀虫、除草、抑菌等多个领域。尽管大量文献报道了松香衍生物的合成工艺、高活性化合物筛选以及建立定量构效关系模型，并揭示了其构效关系，为合成高活性松香衍生物提供理论基础。但缺乏对其作用机理研究以及相关的田间试验，使其难以开发为市售农药产品。需要进一步加强农用活性机理、寻找作用靶点、环境生态影响等研究工作。因此，以松香为原料设计合成的松香衍生物，将为对农用害物高效、对非靶标生物及环境安全的新型植物源农药提供了重要研究思路。