李益豪, 许磊川, 张 倩, 马好运, 安鑫鲲, 王明安

(中国农业大学 应用化学系 农药创新研究中心，北京 100193)

多样性导向合成是在当今药物化学、生物化学以及组合化学共同发展下所孕育出的新兴领域，其主要作用在于能够利用强有力的合成手段来设计合成结构多样的小分子化合物库，继而通过生物活性测试发现高活性候选化合物[1-3]。相较于传统合成方法，多样性导向合成可以构建具有结构多样性的化合物库，由于其囊括所有可能的分子，因而可能发现传统合成方法无法触及的新颖结构，这对发现具有全新结构和全新作用机理的先导化合物具有重大意义[4-5]。

螺环丁烯内酯作为广泛存在于天然产物中的活性结构片段，具有多种优良的生物活性，例如：lambertellol A 对褐腐病菌Monilinia fructigena的孢子萌发具有显著的抑制作用[6]；yaoshanenolides A 和yaoshanenolides B 对人体肺癌细胞(A549)具有显著的细胞毒性，IC50值为5.1～6.6 μmol/L[7]，ramariolide A 对包括结核分枝杆菌在内的多种致病菌都具有较高的抑制活性[8]。相关结构式见图式1。从已商品化的螺环丁烯内酯类农药品种——螺螨酯(spirodiclofen)、螺甲螨酯(spiromesifen)、螺虫乙酯(spirotetramat)和甲氧哌啶乙酯(spiropidion)[9-12](图式1)的结构可以看出，螺环丁烯内酯是一个值得深入研究的优异药效团。

图式1 典型的5,5-螺环丁烯内酯类天然产物和杀虫剂的化学结构Scheme 1 The structures of typical 5,5- spirocyclic butenolides natural products and insecticides

本课题组以多样性导向合成为基本策略，以螺环丁烯内酯为导向结构，设计并合成了大量具有多官能团且结构新颖的化合物，生物活性评价显示，部分化合物具有优良的杀菌、杀虫活性，具有进一步研究的价值[13-23]。在已构建的化合物库中，具有咪唑啉酮环的化合物对辣椒疫霉等多种植物病原菌具有良好的抑制活性[14-15,23]。本研究以其为先导化合物，以关键中间体4 为原料，通过与双卤代烷烃或1,3-二氯丙酮进行环化反应，合成了一系列未见文献报道的含稠杂环的螺环丁烯内酯类化合物(图式2 和图式3)，对其结构进行表征并评价其杀菌活性，以期获得更好杀菌活性的化合物。

图式2 含稠杂环结构螺环丁烯内酯化合物的设计策略Scheme 2 The design strategy of spirocyclic butenolides containing fused heterocycles

图式3 目标化合物的合成路线Scheme 3 Synthetic route of target compounds

1 实验部分

1.1 仪器、试剂和药剂

Bruker DPX 300 MHz, 400 MHz 和Ascend 500 MHz 核磁共振仪(以CDCl3或者DMSO-d6为溶剂，TMS 为内标)；WRX-4 显微熔点仪(上海易测仪器设备有限公司，温度未校正)；Thermo Fisher MSQ-Plus 型高分辨质谱仪，电离源为ESI；SHBIII 循环式真空泵(郑州恒岩仪器有限公司)；EYELA N-1 100 旋转蒸发仪(北京天林恒泰科技有限公司)；DF-101S 集热式恒温磁力搅拌器(郑州长城科工贸有限公司)。

柱层析硅胶为青岛海洋化工有限公司生产(75～48 μm, 200～300 目)；试剂均为国产或进口分析纯，无水溶剂用常规方法干燥处理；98%多菌灵(carbendazim)原药，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；98%咪唑菌酮(fenamidone)原药，拜耳作物科学公司。

1.2 目标化合物的合成

1.2.1 化合物1 和2 的合成 化合物1 和2 的合成参照文献方法[14,24-28]进行，其熔点和1H NMR 数据与文献值[14,24-28]一致。

1.2.2 化合物3 的合成 化合物3 的合成参照前文方法[14-15]进行，以化合物3a 的合成为例：在250 mL 三口瓶中，加入2a (1.42 g, 10 mmol)、50 mL 甲苯和1 mL 三乙胺，60 ℃油浴搅拌下，缓慢滴加2 eq 的双乙烯酮(1.68 g, 20 mmol)，滴毕，将反应体系升温至70 ℃，搅拌反应6 h。薄层色谱(TLC，V乙酸乙酯:V石油醚= 1 : 4)监测至反应完成。将反应液冷却至室温，减压旋转蒸发除去甲苯，粗产物经硅胶柱层析(V乙酸乙酯:V石油醚=1 : 5)分离，得到1.64 g 白色固体3a，收率79%。采用类似的方法合成了3b～3f，其中化合物3a 和3b 的熔点及1H NMR 数据与前文[14-15]一致。

3-乙酰基-4-(4-氟苯基)-1-氧杂螺[4,5] 癸-3-烯-2-酮(3c)：淡黄色固体，产率85%，m.p. 89～90 ℃.1H NMR(400 MHz, CDCl3),δ: 7.19～7.10 (m, 4H), 2.40 (s, 3H),1.86～1.64 (m, 9H), 1.18～1.04 (m, 1H).13C NMR (101 MHz,CDCl3),δ: 194.28, 176.00, 168.77, 163.45 (1JCF= 251.4 Hz),129.04 (3JCF= 8.4 Hz), 127.18 (4JCF= 3.6 Hz), 127.10, 116.02(2JCF= 22.0 Hz), 88.08, 33.15, 30.52, 24.32, 21.81; HR-ESIMS: C17H18FO3[M + H]+, 计算值289.123 5, 测试值289.123 8.

3-乙酰基-4-(3-氟苯基)-1-氧杂螺[4,5] 癸-3-烯-2-酮(3d)：淡黄色固体，产率86%，m.p. 105～107 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.43 (q,J= 7.9 Hz, 1H), 7.15 (td,J=8.5, 2.4 Hz, 1H), 6.92 (d,J= 7.7 Hz, 1H), 6.87 (d,J= 9.1 Hz,1H), 2.42 (s, 3H), 1.87～1.65 (m, 9H), 1.20～1.04 (m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ: 193.98, 175.42, 168.63, 163.56(1JCF= 227.3 Hz), 133.32 (3JCF= 7.9 Hz), 130.59 (3JCF=8.6 Hz), 127.10, 122.73 (4JCF= 3.3 Hz), 116.61 (2JCF=20.4 Hz), 114.22 (2JCF= 23.5 Hz), 88.02, 33.13, 30.48, 24.28,21.79. HR-ESI-MS: C17H18FO3[M + H]+, 计算值289.123 5,测试值289.123 9.

3-乙酰基-4-(3-氯苯基)-1-氧杂螺[4,5] 癸-3-烯-2-酮(3e)：白色固体，产率71%，m.p. 127～129 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.41 (t,J= 8.1 Hz, 1H), 7.38 (t,J=7.6 Hz, 1H), 7.13 (s, 1H), 7.02 (d,J= 7.4 Hz, 1H), 2.42 (s,3H), 1.87～1.58 (m, 9H), 1.20～1.02 (m, 1H).13C NMR(125 MHz, CDCl3),δ: 193.90, 175.41, 168.61, 134.76, 133.08,130.05, 129.69, 127.05, 126.65, 125.15, 87.98, 33.05, 30.48,24.22, 21.74; HR-ESI-MS: C17H18ClO3[M + H]+, 计算值305.094 4, 测试值305.094 7.

3-乙酰基-4-(4-叔丁基苯基)-1-氧杂螺[4,5]癸-3-烯-2-酮(3f)：淡黄色固体，收率83%，m.p. 127～129 ℃.1H NMR(400 MHz, CDCl3),δ: 7.44 (d,J= 8.3 Hz, 2H), 7.10 (d,J=8.3 Hz, 2H), 2.34 (s, 3H), 1.90～1.66 (m, 9H), 1.33 (s, 9H),1.16～1.10 (m, 1H).13C NMR (101 MHz, CDCl3),δ: 194.77,176.84, 168.96, 152.95, 128.24, 126.73, 125.64, 88.21, 34.90,33.18, 31.28, 30.58, 24.23, 21.86. HR-ESI-MS: C21H27O3[M +H]+, 计算值 327.195 6, 测试值 327.195 2.

1.2.3 化合物4 的合成 参照前文方法[14-15]进行，以化合物4a 的合成为例：在250 mL 圆底瓶中，加入3a (1.04 g, 5 mmol)、2-硫代乙内酰脲(0.64 g, 5.5 mmol)和100 mL 乙醇，缓慢加入0.46 g(7.5 mmol) 乙醇胺，回流搅拌反应12 h。TLC(V乙酸乙酯:V石油醚= 1 : 4)监测反应完毕后，将反应液冷却至室温，减压旋转蒸发除去乙醇，粗产物经硅胶柱层析(V乙酸乙酯:V石油醚= 1 : 4)分离，得到1.15 g 白色固体4a，收率75%。采用类似的方法合成4b～4f，其中4a、4b 的熔点和1H NMR 数据与前文[14-15]一致。

(E)-5-(4-(4-氟苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-亚乙基)-2-硫代-2,4-咪唑二酮(4c): 黄色固体，收率70%，m.p. 214～216 ℃.1H NMR (400 MHz, DMSO-d6),δ: 12.19(s,1H), 11.95 (s, 1H), 7.38～7.21 (m, 4H), 1.89～1.44 (m, 9H),1.76 (s, 3H), 1.20～1.03 (m, 1H).13C NMR (101 MHz, DMSOd6),δ: 177.50, 168.62, 165.52, 162.50 (1JCF= 245.6 Hz),162.97, 130.08, 129.71 (3JCF= 8.5 Hz), 127.69 (4JCF= 3.2 Hz),127.61, 116.92 (2JCF= 21.7 Hz), 114.98, 87.61, 32.96, 32.39,23.88, 21.82, 21.76, 18.35. HR-ESI-MS: C20H20FN2O3S [M +H]+, 计算值 387.117 3, 测试值 387.117 8.

(E)-5-(4-(3-氟苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-亚乙基)-2-硫代-2,4-咪唑二酮(4d): 黄色固体，收率70%，m.p. 289～291 ℃.1H NMR (500 MHz, DMSO-d6),δ: 12.22 (s,1H), 11.96 (s, 1H), 7.51 (q,J= 8.0 Hz, 1H), 7.30 (td,J= 8.7,2.6 Hz, 1H), 7.06 (d,J= 9.4 Hz, 1H), 7.02 (d,J= 7.7 Hz, 1H),1.86～1.46 (m, 9H), 1.78 (s, 3H), 1.21～1.06 (m, 1H).13C NMR(125 MHz, DMSO-d6),δ: 177.56, 168.59, 165.13, 163.03,161.81 (1JCF= 243.9 Hz), 133.57 (3JCF= 8.0 Hz), 131.10(3JCF= 8.8 Hz), 130.06, 127.83, 123.71 (4JCF= 2.4 Hz), 116.29(2JCF= 21.1 Hz), 114.71, 114.21 (2JCF= 22.4 Hz), 87.66,32.90, 32.33, 23.84, 21.82, 21.74, 18.40. HR-ESI-MS:C20H20FN2O3S [M + H]+, 计算值 387.117 3, 测试值 387.116 8.

(E)-5-(4-(3-氯苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-亚乙基)-2-硫代-2,4-咪唑二酮(4e): 淡黄色固体，收率60%，m.p. 302～304 ℃.1H NMR (500 MHz, DMSO-d6),δ: 12.23 (s,1H), 11.97 (s, 1H), 7.55～7.46 (m, 2H), 7.24 (s, 1H), 7.14 (d,J= 7.2 Hz, 1H), 1.88～1.46 (m, 9H), 1.78 (s, 3H), 1.18～1.05(m, 1H).13C NMR (125 MHz, DMSO-d6),δ: 177.56, 168.57,165.05, 163.05, 133.50, 133.34, 130.83, 130.04, 129.32,127.95, 126.69, 126.21, 114.66, 87.66, 32.83, 32.23, 23.82,21.81, 21.71, 18.47. HR-ESI-MS: C20H20ClN2O3S [M + H]+,计算值 403.088 3, 测试值 403.088 7.

(E)-5-(4-(4-叔丁基苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-亚乙基)-2-硫代-2,4-咪唑二酮(4f): 淡绿色固体，收率66%，m.p. 263～265 ℃.1H NMR (400 MHz, DMSO-d6),δ:12.19 (s, 1H), 11.95 (s, 1H), 7.47 (d,J= 8.4 Hz, 1H), 7.17 (d,J= 8.4 Hz, 1H), 1.99～1.52 (m, 9H), 1.75 (s, 3H), 1.26 (s, 9H),1.18～1.04 (m, 1H).13C NMR (101 MHz, DMSO-d6),δ:177.45, 168.74, 166.20, 162.93, 151.90, 129.96, 128.44,127.07, 127.00, 125.58, 115.51, 87.60, 34.46, 33.10, 32.62,30.91, 30.88, 30.84, 23.90, 21.82, 18.46. HR-ESI-MS:C24H29N2O3S [M + H]+, 计算值 425.189 9, 测试值 425.189 5.

1.2.4 化合物5～7 的合成 化合物5 和6 的合成参照文献方法[29-31]进行，以化合物5d 的合成为例：在50 mL 圆底瓶中，加入化合物4d (193 mg,0.50 mmol)、碳酸钾 (104 mg, 0.75 mmol)、苄基三乙基氯化铵 (TEBAC, 171 mg, 0.75 mmol)和20 mL丙酮，冰浴搅拌下缓慢滴加5 mL 含1,2-二溴乙烷(141 mg, 0.75 mmol)的丙酮溶液，室温反应6 h。TLC (V乙酸乙酯:V石油醚= 1 : 2)监测反应完毕后，将反应液冷却至室温，减压旋转蒸发除去丙酮，粗产物经硅胶柱层析(V乙酸乙酯:V石油醚= 1 : 2)分离，得到167 mg 黄色固体5d，收率81%。采用类似的方法合成5a～5c、5e、5f 和6a～6f，以氢氧化钠代替碳酸钾作碱，采用相同的反应条件合成化合物7a～7f。

(E)-6-(1-(4-甲基-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)四氢咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5a): 白色固体，收率78%，m.p. 163～165 ℃.1H NMR (300 MHz,CDCl3),δ: 3.89～3.80 (m, 2H), 3.76～3.66 (m, 2H), 2.30 (s,3H), 1.88 (s, 3H), 1.84～1.66 (m, 9H), 1.38～1.16 (m, 1H).13C NMR (75 MHz, CDCl3),δ: 170.56, 168.01, 167.61, 163.25,145.62, 131.71, 124.52, 88.15, 40.83, 34.24, 33.60, 33.23,24.81, 22.10, 22.06, 19.32, 12.53. HR-ESI-MS: C17H23N2O3S[M + H]+, 计算值 335.142 9, 测试值 335.143 4.

(E)-6-(1-(4-甲基-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基) 亚乙基) 四氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3] 噻嗪-3(2H)-烷酮(6a): 白色固体，收率83%，m.p. 182～184 ℃.1H NMR(300 MHz, CDCl3),δ: 3.67～3.51 (m, 2H), 3.07 (t,J= 5.0 Hz,2H), 2.30 (s, 3H), 2.27～2.15 (m, 2H), 1.86 (s, 3H), 1.84～1.57(m, 9H), 1.32～1.15 (m, 1H).13C NMR (75 MHz, CDCl3),δ:170.55, 167.96, 165.23, 157.95, 138.80, 131.33, 124.85, 39.79,33.66, 33.24, 26.05, 24.80, 22.99, 22.09, 22.05, 19.24, 12.53.HR-ESI-MS: C18H25N2O3S [M + H]+, 计算值 349.158 6, 测试值 349.158 8.

(E)-2-(1-(4-甲基-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)二氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7a): 白色固体，收率71%，m.p. 189～191 ℃.1H NMR(300 MHz, CDCl3),δ: 4.42～3.48 (m, 4H), 2.29, 2.26 (s, 3H),1.88, 1.87 (s, 3H), 1.84～1.53 (m, 10H). HR-ESI-MS:C18H23N2O4S [M + H]+, 计算值 363.137 9, 测试值 363.137 5.

(E)-6-(1-(4-苯基-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)四氢咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5b): 黄色固体，收率82%，m.p. 183～185 ℃.1H NMR (300 MHz,CDCl3),δ: 7.41～7.33 (m, 3H), 7.21～7.13 (m, 2H), 3.95～3.78(m, 2H), 3.77～3.62 (m, 2H), 1.98 (s, 3H), 1.95～1.65 (m, 9H),1.20～1.02 (m, 1H).13C NMR (75 MHz, CDCl3),δ: 233.63,169.77, 168.20, 167.67, 163.64, 146.34, 132.06, 130.72,129.29, 128.74, 128.52, 127.49, 127.38, 88.66, 40.84, 34.29,33.78, 33.13, 24.63, 24.55, 22.27, 22.21, 19.54, 1.12. HR-ESIMS: C22H25N2O3S [M + H]+, 计算值 397.158 6, 测试值 397.158 2.

(E)-6-(1-(4-苯基-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基) 亚乙基) 四氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3] 噻嗪-3(2H)-烷酮(6b): 黄色固体，收率85%，m.p. 202～203 ℃.1H NMR (300 MHz, CDCl3),δ: 7.39～7.32 (m, 3H), 7.19～7.12 (m, 2H),3.74～3.54 (m, 2H), 3.06 (t,J= 5.5 Hz, 2H), 2.28～2.15 (m,2H), 1.97 (s, 3H), 1.94～1.52 (m, 9H), 1.17～1.02 (m, 1H).13C NMR (75 MHz, CDCl3),δ: 169.66, 167.52, 165.65, 158.51,139.47, 132.05, 130.18, 129.20, 128.88, 128.66, 127.47, 88.50,39.80, 33.81, 33.13, 26.02, 24.58, 22.89, 22.25, 22.18, 19.42.HR-ESI-MS: C23H27N2O3S [M + H]+, 计算值 411.174 2, 测试值 411.174 6.

(E)-2-(1-(4-苯基-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)二氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7b): 黄色固体，收率69%，m.p. 199～201 ℃.1H NMR(300 MHz, CDCl3),δ: 7.44～7.31 (m, 3H), 7.22～7.09 (m, 2H),4.42～3.54 (m, 4H), 2.04, 1.97 (s, 3H), 1.99～1.48 (m, 9H),1.20-0.98 (m, 1H). HR-ESI-MS: C23H25N2O4S [M + H]+, 计算值 425.153 5, 测试值 425.153 2.

(E)-6-(1-(4-(4-氟苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)四氢咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5c): 黄色固体，收率79%，m.p. 183～185 ℃.1H NMR (500 MHz,CDCl3),δ: 7.21～7.13 (m, 2H), 7.06 (t,J= 8.6 Hz, 2H),3.91～3.79 (m, 2H), 3.75～3.62 (m, 2H), 1.98 (s, 3H), 1.94～1.48(m, 9H), 1.16～1.05 (m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ:169.59, 168.42, 166.62, 163.60, 163.23 (1JCF= 248.3 Hz),146.37, 130.33, 129.49 (3JCF= 8.8 Hz), 128.78, 127.93 (4JCF=4.3 Hz), 116.02 (2JCF= 22.1 Hz), 88.58, 40.81, 34.29, 33.76,33.15, 24.58, 22.22, 22.15, 19.46. HR-ESI-MS: C22H24FN2O3S[M + H]+, 计算值 415.149 2, 测试值 415.149 9.

(E)-6-(1-(4-(4-氟苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)四氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3(2H)-烷酮(6c): 黄色固体，收率84%，m.p. 202～204 ℃.1H NMR (500 MHz, CDCl3),δ: 7.20～7.13 (m,2H), 7.06 (t,J= 8.7 Hz, 2H),3.73～3.54 (m, 2H), 3.07 (t,J= 5.6 Hz, 2H), 2.27～2.17 (m,2H), 1.99 (s, 3H), 1.98～1.47 (m, 9H), 1.19～1.06 (m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ: 169.57, 166.55, 165.71, 163.23(1JCF= 248.3 Hz), 158.77, 139.57, 129.96, 129.55 (3JCF= 8.4 Hz), 129.22, 128.01 (4JCF= 3.2 Hz), 116.01 (2JCF= 21.4 Hz),88.50, 39.85, 33.88, 33.23, 26.06, 24.62, 22.92, 22.26, 22.18,19.42. HR-ESI-MS: C23H26FN2O3S [M + H]+, 计算值 429.164 8,测试值 429.165 7.

(E)-2-(1-(4-(4-氟苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)二氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7c): 黄色固体，收率70%，m.p. 211～213 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.23～7.01 (m, 4H), 4.43～3.77 (m, 3H),3.59～3.37 (m, 2H), 2.00, 1.98 (s, 3H), 1.96～1.45 (m, 9H),1.21～1.05 (m, 1H). HR-ESI-MS: C23H24FN2O4S [M + H]+, 计算值 443.144 1, 测试值 443.145 2.

(E)-6-(1-(4-(3-氟苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)四氢咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5d): 黄色固体，收率81%，m.p. 183～184.5 ℃.1H NMR (500 MHz,CDCl3),δ: 7.42～7.29, 7.19～7.14 (m, 2H), 7.12～6.85 (m, 2H),3.92～3.79 (m, 2H), 3.77～3.59 (m, 2H), 1.99, 1.97 (s, 3H),1.97～1.54 (m, 9H), 1.20～1.06 (m, 1H). HR-ESI-MS:C22H24FN2O3S [M + H]+, 计算值 415.149 2, 测试值 415.148 4.

(E)-6-(1-(4-(3-氟苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)四氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3(2H)-烷酮(6d): 黄色固体，收率82%，m.p. 204～206 ℃.1H NMR (500 MHz, CDCl3),δ: 7.37～7.29 (m, 1H), 7.07 (td,J= 8.6, 2.6 Hz,1H), 6.93 (d,J= 7.6 Hz, 1H), 6.88 (d,J= 9.2 Hz, 1H),3.73～3.55 (m, 2H), 3.07 (t,J= 5.6 Hz, 2H), 2.28～2.15 (m,2H), 1.99 (s, 3H), 1.96～1.49 (m, 9H), 1.17～1.04 (m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ: 169.46, 165.99, 165.73, 162.59(1JCF= 247.1 Hz), 158.92, 139.57, 134.07 (3JCF= 7.9 Hz),130.55 (3JCF= 8.8 Hz), 129.55 (3JCF= 7.9 Hz), 123.46 (4JCF=3.3 Hz), 116.31 (2JCF= 20.3 Hz), 114.76 (2JCF= 22.5 Hz),88.49, 39.86, 33.80, 33.21, 26.07, 24.59, 22.91, 22.25, 22.17,19.48. HR-ESI-MS: C23H26FN2O3S [M + H]+, 计算值 429.164 8,测试值 429.165 9.

(E)-2-(1-(4-(3-氟苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)二氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7d): 黄色固体，收率66%，m.p. 209～211 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.58～7.48 (m, 1H), 7.36～7.21 (m, 2H),7.14～7.01 (m, 1H), 4.43～3.43 (m, 4H), 2.08, 2.00 (s, 3H),2.03～1.41 (m, 9H), 1.20～1.03 (m, 1H). HR-ESI-MS:C23H24FN2O4S [M + H]+, 计算值 443.144 1, 测试值 443.145 4.

(E)-6-(1-(4-(3-氯苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)四氢咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5e): 白色固体，收率84%，m.p. 193～195 ℃.1H NMR (500 MHz,CDCl3),δ: 7.36 (d,J= 8.3 Hz, 1H), 7.31 (t,J= 7.7 Hz, 1H),7.15 (s, 1H), 7.03 (d,J= 7.6 Hz, 1H), 3.94～3.80 (m, 2H),3.77～3.64 (m, 2H), 2.00 (s, 3H), 1.96～1.46 (m, 9H), 1.19～1.04(m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ: 169.44, 168.60,165.98, 163.61, 146.40, 134.75, 133.77, 130.14, 129.84,129.48, 129.15, 127.29, 125.86, 88.54, 40.82, 34.30, 33.64,33.11, 24.52, 22.19, 22.12, 19.59. HR-ESI-MS:C22H24ClN2O3S [M + H]+, 计算值 431.119 6, 测试值 431.118 5.

(E)-6-(1-(4-(3-氯苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)四氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3(2H)-烷酮(6e): 白色固体，收率86%，m.p. 205～207 ℃.1H NMR (500 MHz, CDCl3),δ: 7.34 (d,J= 8.1 Hz, 1H), 7.29 (t,J=7.7 Hz,1H), 7.15 (s, 1H), 7.02 (d,J= 7.5 Hz, 1H), 3.72～3.54 (m, 2H),3.07 (t,J=5.4 Hz, 1H), 2.29～2.15 (m, 2H), 1.99 (s, 3H),1.96～1.46 (m, 9H), 1.19～1.05 (m, 1H).13C NMR (125 MHz,CDCl3),δ: 169.40, 165.90, 165.68, 158.96, 139.55, 134.69,133.80, 130.10, 129.54, 129.42, 127.28, 125.89, 88.43, 39.82,33.70, 33.12, 26.03, 24.51, 22.86, 22.19, 22.11, 19.51. HRESI-MS: C23H26ClN2O3S [M + H]+, 计算值 445.135 3, 测试值445.136 5.

(E)-2-(1-(4-(3-氯苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)二氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7e): 白色固体，收率69%，m.p. 209～211 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.41～7.27 (m, 2H), 7.19～7.11 (m, 1H),7.09～6.98 (m, 1H), 4.44～3.43 (m, 4H), 2.01, 2.02 (s, 3H),2.02～1.47 (m, 9H), 1.20～1.02 (m, 1H). HR-ESI-MS:C23H24ClN2O4S [M + H]+, 计算值 459.114 5, 测试值 459.115 8.

(E)-6-(1-(4-(4-叔丁基苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)四氢咪唑[2,1-b]噻唑-5(6H)-烷酮(5f): 白色固体，收率88%，m.p. 173～175 ℃.1H NMR (500 MHz,CDCl3),δ: 7.36 (d,J= 8.4 Hz, 2H), 7.11 (d,J= 8.4 Hz, 2H),3.94～3.82 (m, 2H), 3.76～3.65 (m, 2H), 1.98 (s, 3H), 1.96～1.53(m, 9H), 1.31 (s, 9H), 1.19～1.05 (m, 1H).13C NMR (125 MHz,CDCl3),δ: 169.93, 168.12, 167.80, 163.67, 152.52, 146.30,131.31, 128.92, 128.25, 127.29, 125.71, 88.76, 40.88, 34.86,34.33, 33.90, 33.19, 31.32, 24.65, 22.32, 22.27, 19.59. HRESI-MS: C26H33N2O3S [M + H]+, 计算值 453.221 2, 测试值453.222 2.

(E)-6-(1-(4-(4-叔丁基苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基)亚乙基)四氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3]噻嗪-3(2H)-烷酮(6f): 白色固体，收率87%，m.p. 199～201 ℃.1H NMR(500 MHz, CDCl3),δ: 7.34 (d,J= 8.5 Hz, 2H), 7.10 (d,J= 8.5 Hz, 2H), 3.73～3.57 (m, 2H), 3.07 (t,J= 5.5 Hz, 2H),2.27～2.17 (m, 2H), 1.97 (s, 3H), 1.96～1.53 (m, 9H), 1.30 (s,9H), 1.21～1.06 (m, 1H).13C NMR (125 MHz, CDCl3),δ:169.84, 167.66, 165.70, 158.44, 152.44, 139.45, 130.82,128.93, 128.64, 127.31, 125.66, 88.62, 39.84, 33.95, 33.22,31.29, 26.08, 24.63, 22.95, 22.32, 22.26, 19.50. HR-ESI-MS:C27H35N2O3S [M + H]+, 计算值 467.236 8, 测试值 467.237 9.

(E)-2-(1-(4-(4-叔丁基苯基)-2-氧代-1-氧杂螺[4,5]-癸-3-烯-3-基) 亚乙基) 二氢-5H-咪唑[2,1-b][1,3] 噻嗪-3,6(2H,7H)-二酮(7f): 白色固体，收率70%，m.p. 212～214 ℃.1H NMR (500 MHz, CDCl3),δ: 7.42～7.34 (m, 2H), 7.15～7.07(m, 2H), 4.44～3.83 (m, 3H), 3.51～3.38 (m, 1H), 2.01, 1.99 (s,3H), 1.31 (s, 9H), 1. 02～1.11 (m, 1H). HR-ESI-MS:C27H33N2O4S [M + H]+, 计算值 481.216 1, 测试值 481.217 5.

1.3 离体杀菌活性测试

供试菌株：棉花立枯丝核菌Rhizoctonia solani、番茄灰霉病菌Botrytis cinerea、辣椒疫霉Phytophthora capsici、油菜菌核病菌Sclerotinia sclerotiorum和小麦赤霉病菌Fusarium graminearum，均由中国农业大学植物保护学院植物病理系分离并保存，活性测试前进一步活化。

采用菌丝生长速率法[32]测定。称取5.0 mg 待测样品，先用200 μL 二甲基亚砜(DMSO) 溶解后，再用马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)稀释，制备成50 mg/L的含毒PDA 平板供试。从待测菌落边缘打取直径5 mm 的菌饼，菌丝面朝下接种于带毒PDA 培养皿的中央，置于25 ℃培养箱中黑暗培养 2～3 d，待空白对照中的菌落充分生长后，以十字交叉法测量各处理的菌落直径。每个样品平行测定3 次，结果取其平均值。以多菌灵和咪唑菌酮为对照药剂。按 (1) 式计算菌丝生长抑制率。对于初筛抑制率在65%以上的化合物再进行精密毒力测定。

式中：I为菌丝生长抑制率，%；DCK为空白对照菌落直径，mm；Dt为药剂处理后菌落直径，mm。

2 结果与讨论

2.1 化合物的合成以及结构表征

化合物4a 和4b 的合成方法与前文[14-15]相同。化合物2c～2f 由1c～1f 通过碱性条件下的相转移催化反应合成[24-28]；参照前文[14-15]方法合成4c～4f；参照文献方法[29-31]在相转移催化剂苄基三乙基氯化铵(TEBAC) 的作用和碱性条件下，化合物4a～4f 与双卤代烷烃或1,3-二氯丙酮发生环化反应，成功制备了目标化合物5～7。采用碳酸钾作碱时没能合成化合物7，后续通过对碱的筛选，发现以氢氧化钠作碱可以催化反应，最终成功合成了化合物7a～7f。其结构得到核磁共振氢谱(1H NMR)、碳谱(13C NMR)及高分辨质谱(HRMS)的确证。

化合物4a～4f 与双卤代烷烃反应后得到化合物5 和6，其四氢噻唑(噻嗪)环上的亚甲基由于多个氢原子的相互偶合而裂分成多重峰，而在δ2.00附近的甲基信号是一个单峰(图1)，13C NMR 也证明化合物5 和6 是单一结构的化合物，表明它们不再具有互变异构现象；而与1,3-二氯丙酮反应后得到的化合物7，从核磁共振氢谱上甲基信号在δ2.00 附近出现两个化学位移相近的单峰，而噻嗪酮环羰基两侧的两组亚甲基在δ4.50～3.30 范围内出现了复杂的偶合裂分(图1)，推测化合物7 可能是噻嗪酮环羰基取向差异产生的两种稳定构象的平衡混合物。

图1 几个目标化合物 1H NMR 的局部特征峰Fig. 1 The local characteristic 1H NMR peaks of several target compounds

在前期工作中[14-15,21-23]，化合物4 的构型主要是通过后续衍生物的晶体结构和量化计算证明其构型为E-式。本研究采用与前期相同的方法合成了化合物4a～4f，它们的构型应该保持不变，在后续的衍生化反应中，本研究使用的是碱性条件，并不存在如前文[23]部分构型翻转所需要的酸性条件，由此推断化合物5～7 应该都保持了化合物4 的E-式构型。

2.2 离体杀菌活性

测试结果(表1)表明，在50 mg/L 质量浓度下，部分化合物对辣椒疫霉和油菜菌核病菌的杀菌活性较好，其中化合物7b 和7e 对辣椒疫霉的抑制率大于70%，5f 和6f 对油菜菌核病菌的抑制率大于65%，略好于商品化药剂咪唑菌酮。精密毒力测试结果(表2)表明，化合物5f 和6f 对油菜菌核病菌的EC50值分别为33.2 和29.8 mg/L，优于咪唑菌酮(46.8 mg/L)，化合物7b 和7e 对辣椒疫霉的EC50值分别为45.8 和43.5 mg/L，亦优于咪唑菌酮(50.7 mg/L)。

表1 目标化合物5a～5f、6a～6f 和7a～7f 的离体杀菌活性(抑制率/%, 50 mg/L)Table 1 The in vitro fungicidal activity of compounds 5a-5f, 6a-6f and 7a-7f (inhibition rate/%, 50 mg/L)

表2 部分化合物对供试病原真菌的EC50 值Table 2 EC50 values of some compounds against tested pathogenic fungi

对于化合物5～7，螺环丁烯内酯4-位取代基的差异对化合物的杀菌活性有较大影响：当取代基是苯基或取代苯基时，化合物的活性明显好于取代基是甲基的活性，该现象在对辣椒疫霉的杀菌活性中尤其明显；而当螺环丁烯内酯4-位为对叔丁基苯基取代时，化合物5f 和6f 对油菜菌核病菌的杀菌活性明显好于其他化合物，证明具有更大空间位阻的取代苯基有利于该类化合物杀菌活性的提高。

化合物7 对辣椒疫霉的杀菌活性明显好于化合物5 和6，证明所引入杂环上的羰基对该类型化合物的杀菌活性有重要影响，而化合物5 和6 的杀菌活性无明显差异，说明引入杂环的大小对杀菌活性的影响不大，后续的结构优化应关注在杂环上活性官能团的引入，而不应过度关注杂环的大小。

本课题组之前[14-15]将关键中间体4a 和4b 与碘甲烷进行甲基化反应，得到化合物X1和X2(图式2，YR1= SCH3)，杀菌活性测试结果表明，X1和X2的杀菌活性很差，在50 mg/L 下对油菜菌核病菌的抑制活性小于20%，对辣椒疫霉病菌的抑制活性小于60%。与单甲硫基化合物X1和X2相比，化合物5～7 的杀菌活性更好，说明稠杂环的引入可以显著提高该类型化合物的杀菌活性，而X1和X2与各种取代芳香胺进行衍生化反应生成2-氨基咪唑啉酮衍生物(图式2，YR1=NHAr)，其杀菌活性明显高于化合物5～7 的杀菌活性，说明芳香胺中NH 的存在对于提高该类化合物的杀菌活性具有重要影响。

3 结论

本课题组以多样性导向合成为基本策略，采用活性亚结构拼接原理将螺环丁烯内酯和咪唑啉酮进行拼接，发现一些具有优良生物活性的新化合物，本研究在螺环丁烯内酯4-位的苯环上引入卤素和叔丁基等活性基团，并采用1,n-二溴代烷烃或者1,3-二氯丙酮对中间体4进行环化衍生，设计并合成了一系列未见文献报道的含稠杂环结构的螺环丁烯内酯类化合物。离体杀菌活性测试结果表明，化合物7b和7e对辣椒疫霉具有较好的抑制活性，化合物5f和6f对油菜菌核病菌具有较好的抑制活性，它们均优于商品化对照药剂咪唑菌酮。稠杂环的引入不仅解决了C=N 互变异构的问题，而且显著提高了该类型化合物的杀菌活性。构效关系分析表明，在螺环丁烯内酯4-位苯基的间位引入卤素或大位阻基团，将咪唑啉酮环转化为稠杂环，并保留咪唑啉酮或2-芳胺基咪唑啉酮上结构的NH，对于该类化合物杀菌活性的提高具有重要作用，对后续进一步通过多样性导向合成策略来发现高活性候选化合物具有指导意义。

谨以此文庆贺中国农业大学农药学学科成立70 周年。

Dedicated to the 70th Anniversary of Pesticide Science in China Agricultural University.

作者简介：

李益豪，男，2018 年毕业于西北农林科技大学植物保护学院制药工程专业，获学士学位，同年就读于中国农业大学理学院，现为农药学专业博士研究生，主要从事螺环丁烯内酯结构导向的多样性设计、合成及其杀菌活性研究。

王明安，男，1995 年于中国农业大学农药学专业获得博士学位，现为中国农业大学理学院应用化学系教授，博士生导师。主要从事天然产物化学、新农药创制和大环化合物立体化学等方面的研究工作，主持或参加国家自然科学基金、国家重点研发计划、科技支撑计划等多项科研项目的研究工作。近年来在螺环丁烯内酯结构导向的多样性设计、合成，螺二萘类天然产物的全合成、结构修饰以及3,7-二甲基-7-羟基-2-辛烯酸-6-内酯的多样性结构修饰和生物活性等方面开展了系统性的研究工作。现任《农药学学报》常务编委。