新型银锭夜蛾性信息素类似物的合成及初步活性

2020-07-15王留洋梅向东翁爱珍马好运折冬梅谢爱婷穆常青

合成化学 2020年6期

王留洋，梅向东, 张智, 翁爱珍, 马好运,折冬梅, 宁君*, 谢爱婷, 穆常青

(1. 中国农业科学院植物保护研究所植物病虫害生物学国家重点实验室，北京 100193；2. 北京市植物保护站，北京 100029)

银锭夜蛾(Macdunnoughiacrassisignawarren)隶属于鳞翅目夜蛾科，是豆类作物和十字花科蔬菜重要的食叶性害虫[1]。幼虫春夏季为害棉花、豆类等作物叶片，秋季为害十字花科蔬菜叶片[2]。因其具有暴食性，杂食性等特点，大发生时能使作物大量减产甚至绝收。2017年，付晓伟等[2]通过高空探照灯、卵巢解剖以及碳同位素示踪技术分析发现，银锭夜蛾是一种远距离迁飞性害虫，这无疑增加了银锭夜蛾的防治难度。银锭夜蛾在我国发生2～4代，在枯枝、浅表层等场所以卵的形式越冬，翌年5月开始羽化，6月份进入越冬虫态盛发期[4]。目前，国内防治银锭夜蛾主要借助农药[5]，但随着化学农药的不正确使用，不仅会杀伤天敌，同时会出现农药残留量过高、环境污染及害虫的抗药性等问题。因此，迫切需要绿色、安全、高效的新途径来防治银锭夜蛾。

昆虫性信息素的研究为高效防治害虫开辟了新型绿色途径，但随着对昆虫性信息素的研究发现，出现释放快、持效期短[6]、长期使用单一组分的性信息素可能会导致昆虫抗药性的产生等缺点[7]。性信息素类似物与天然性信息素相比具有更好的物理、化学和毒理性特性，并可增加特异选择性[8]。Wright等[9]1965年便提出修改性信息素结构的方式可实现害虫控制；Beroza等[10]证实棉红铃虫(Pectinophoragossypiella)性信息素中添加少量性信息素类似物十四碳烯-1-醇乙酸酯可改变棉红铃虫的诱捕量；Roelofs等[11]将红带卷夜蛾(Pink bollworm moth)性信息素顺-11-十四碳烯乙酸酯中加入氧原子或硫原子，可明显增强性信息素的诱捕效果；Camps等[12]发现松异舟蛾(Thaumetopoeapityocampa)性信息素与甲酸酯和丙酸酯的性信息素类似物混合后能增加松异舟蛾的诱捕数量。性信息素类似物的合成已成为研究的热点。文献[13]表明，含卤素修饰的性信息素类似物可增强分子的脂溶性，并能更有效的被昆虫嗅觉受体识别；性信息素中以硫原子作为氧原子的电子等排体进行取代部分的氧原子后可得到硫代类似物[14]，可降低嗅觉细胞的反应，具有潜在的性信息素识别的抑制效应[15]。本文以银锭夜蛾性信息素前体顺-7-十二碳烯醇(Z7-12:OH)为起始原料，分别与含氟、溴、硫取代的酰氯或酸酐进行合成类似物(Y1～Y6， Scheme 1)，其结构经核磁共振(NMR)和高分辨质谱(HR-MS)表征。并对类似物进行触角电生理试验(EAG)测试，旨在筛选出活性较高的性信息素类似物，为银锭夜蛾性信息素类似物的合成研究提供理论依据。

Chart 1

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker DPX-300 MHz型核磁共振仪(TMS为内标)；Bruker solariX型触角电位仪；PRX-450D型智能人工气候箱。

成虫采集于北京市延庆区旧县镇有机农业示范园(40°54′51.20″N，116°06′81.62″E)，采用10%的蜂蜜水配对饲养，定期收集银锭夜蛾卵[16]。幼虫置于室内人工气候箱内[(25±2) ℃，相对湿度(60±10)%， L/D=16/8]，用大豆叶饲养。羽化成虫分别放到拇指管(直径25 mm，长100 mm)内单独饲养，以10%蜂蜜水饲喂待用；其余所用试剂均为分析纯。

Scheme 1

1.2 Y1～Y6的合成(以Y1为例)

将Z7-12:OH 0.5 g(2.71 mmol)溶于10 mL干燥二氯甲烷(DCM)中，加入4-二甲氨基吡啶(DMAP)0.02 g(0.20 mmol)和三乙胺(TEA)0.42 g(4.07 mmol)，冰盐浴冷却(-20 ℃),缓慢滴加二氟乙酸酐0.71 g(4.07 mmol)的DCM(2 mL)溶液，滴毕，滴加DCM 0.5～1 mL，滴毕，反应30 min后撤去冰盐浴；搅拌下于室温反应过夜(TLC 监测)。用去离子水淬灭反应，分液，有机相依次用饱和食盐水(3×25 mL)洗涤，无水硫酸镁干燥，浓缩，粗产物经硅胶柱层析[洗脱剂：V(乙酸乙酯)/V(石油醚)=1/30]纯化得Y10.53 g。

用类似的方法合成Y2～Y6。

Y1：淡黄色油状液体，收率74%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.93(t,J=54.3 Hz, 1H), 5.30～5.39(m, 2H), 4.28(t,J=13.4 Hz, 2H), 2.02(d,J=3.6 Hz, 4H), 1.67～1.74(m, 2H), 1.26～1.40(m, 10H), 0.83～0.97(m, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 170.12, 131.71(C2), 128.64, 66.49, 32.56, 30.62(C3), 26.45(C3), 23.22, 14.11; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C14H23O2F2Na{[M+Na]+}285.1644, found 285.1637。

Y2：淡黄色油状液体，收率60%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.36～5.39(m, 2H), 4.34(t,J=13.6 Hz, 4H), 1.98(t,J=6.1 Hz, 4H), 1.75(t,J=24.4 Hz, 2H), 1.31～1.35(m, 10H), 0.89(t,J=12.5 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 171.07, 131.34(C2), 124.61, 66.39, 32.31, 30.18(C3), 26.69(C3), 23.16, 14.32; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C14H23O2F3Na{[M+Na]+}303.1551, found 303.1572。

Y3：淡黄色油状液体，收率62%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.35(t,J=9.5 Hz, 2H), 4.37(t,J=16.3 Hz, 2H), 2.02(t,J=3.8 Hz, 4H), 1.75(t,J=18.6 Hz, 4H), 1.33～1.36(m, 10H), 0.91(t,J=10.1 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 164.05, 134.52, 130.61(C2), 119.54, 65.23, 32.12, 29.90(C2), 25.91, 27.42(C2), 25.98, 22.84, 14.21; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H23O2F5Na{[M+Na]+}353.3292, found 353.3261。

Y4：无色透明液体，收率18%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.32(t,J=18.7 Hz, 2H), 4.71～4.74(m, 1H), 4.06(t,J=7.6 Hz, 2H), 2.13～2.17(m, 4H), 1.96(s, 3H), 1.74～1.85(m, 2H), 1.70～1.75(m, 10H), 0.90(t,J=15.6 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 130.61(C2), 118.20, 70.02, 32.15, 29.73(C2), 28.61, 27.47(C2), 25.79, 22.85, 14.20; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C13H23O3SF3Na{[M+Na]+}339.3392, found 339.3381。

Y5：淡黄色油状液体，收率59%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.44～5.49(m, 2H), 4.44(t,J=15.6 Hz, 1H), 4.21～4.24(m, 2H), 2.05(s, 4H), 1.91(t,J=10.5 Hz, 3H), 1.44～1.51(m, 2H), 1.42～1.43(m, 10H), 0.90(t,J=10.5 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 166.71, 130.60(C2), 64.52, 40.19, 32.15, 29.41(C3), 27.42(C2), 25.96, 22.82, 21.40, 14.21; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H27O2BrNa{[M+Na]+}341.1094, found 341.1079。

Y6：淡黄色油状液体，收率34%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 5.30(t,J=6.4 Hz, 2H), 4.13(t,J=15.6 Hz, 2H), 2.81～2.84(m, 2H), 2.58(t,J=18.6 Hz, 2H), 2.13～2.17(m, 4H), 2.07(d,J=10.8 Hz, 3H), 1.76～1.82(m, 2H), 1.25～1.37(m, 10H), 0.91(t,J=6.0 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CDCl3)δ: 171.12, 130.61(C2), 65.26, 34.27, 32.12(C2), 29.99(C3), 27.47(C2), 25.91, 22.80, 15.14, 14.23; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C16H30O2SNa{[M+Na]+}309.4640, found 309.4625。

1.3 EAG活性测定

将羽化的银锭夜蛾雄虫放到拇指管中，用10%的蜂蜜水喂养3 d，实验前黑暗处理2 h[17]。将处理后的银锭夜蛾雄虫用镊子在显微镜下摘除完整的触角，用刀片切除触角两端，保证在测试过程中电流的畅通。用注满0.1 M氯化钾溶液的尖端玻璃吸管电极将触角连接在电极探头上。用移液枪吸取配好的溶液10 μL添加到滤纸条(5 cm×1 cm)上，待溶剂挥发完全后将滤纸条放入巴斯德管中。每个处理重复3次。对试验所得数据均用SPSS 20.0分析软件，显著差异性分析利用单因素方差分析(One-Way ANOVA)(P<0.05)，利用新复极差法(Duncan法)进行多重比较，结果用Mean±Stand Error表示。

2 结果与讨论

2.1 合成

将Z7-12:OH与酸酐反应时，添加少量DMAP作催化剂，可使反应更加完全。Z7-12:OH与酰氯反应时，文献中常选用三乙胺或吡啶作缚酸剂，考虑到吡啶沸点较高，较难除去，且TLC检测时，吡啶在硅胶板上容易扩散，因此本文选用三乙胺为缚酸剂。酸酐遇水易溶解，故二氯甲烷需要经过除水处理。为保证醇反应完全，Z7-12:OH与酸酐或酰氯的最佳摩尔比为1.0/1.5～1.0/2.0。合成过程中,由于氟原子的电负性较强且空间位阻较小，故含氟的性信息素类似物产率高于含硫、溴的类似物，且在反应速度上也高于后者。合成Y4的副产物较多，由于目标化合物与杂质极性相近，需多次纯化，导致收率较低。

2.2 表征

以Y1为例,分析了1H NMR谱图(图略) 。由图可知，与氟原子相连的碳原子上的氢原子受到氟原子和羰基拉电子基的影响，特征峰向低场移动(δ5.89附近)。与氧原子相连的亚甲基上的氢原子受到羰基吸电子的作用，化学位移向低场移动，特征峰位于δ4.28附近。两个顺式双键上的氢原子受共轭效应的影响，特征峰向低场移动(δ5.35)，表现为多重峰。受电子传导效应的影响，与双键相连的碳原子上的氢原子及化学位移也出现偏移，表现为多重峰，因此与双键相连的碳原子上的氢原子特征峰位于δ2.01附近。化合物中的一个甲基受旁边两个氢原子的作用表现为三重峰，特征峰位于高场(δ0.90附近)。其他碳上的10个氢原子的特征峰位于高场δ1.31附近，表现为多重峰。

Dose(μg)图1 类似物(Y1)直接刺激的EAG活性剂量反应曲线

2.3 EAG活性

在6种类似物不同剂量(0.01 μg、 0.1 μg、 1 μg、 10 μg、 100 μg)处理下，雄虫触角对化合物EAG响应值如表1所示。发现所有的性信息素类似物在EAG中均能表现一定的生物活性，其中类似物Y1电生理响应值具有较好的剂量-效应关系(图1)。其中，在10 μg剂量条件下EAG相对响应值达到最大，为(2.07±0.19)mV，在100 μg剂量条件下EAG相对响应值为(2.04±0.12)mV，其它类似物的EAG响应相对较弱。Theresa等[17-21]发现氟化分子对蛋白质的结合能力增强，因此类似物Y1可能在一定程度与触角上嗅觉受体结合紧密有关。