基于杀线虫活性的杂环取代硫醚(砜)类衍生物的设计合成及作用机制研究

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硫醚(砜)类化合物因其具有广谱的生物活性而备受关注。近年来,科学家们发现硫醚(砜)类化合物具有很好的杀线虫活性,其中新一代优秀的砜类杀线虫剂氟噻虫砜已经投入市场,用于由线虫引起的病害的防控。为了创制高效低毒、环境友好、生态安全的绿色杀线虫剂,本文将具有杀线虫活性的硫醚(砜)类结构引入含杂环的母体中,设计合成一系列新型杂环取代硫醚(砜)类化合物。采用触杀法或淋根法测试了目标化合物的杀线虫活性,并建立了化合物的CoMFA和CoMSIA模型用于三维定量构效关系分析(3D-QSAR)。最后测试了高活性化合物对线虫生理生化指标的影响。主要工作总结如下:
  1.将具有杀线虫活性的硫醚(砜)类结构引入含1,3,4-噁(噻)二唑杂环的母体中,设计合成含1,3,4-噁(噻)二唑取代的新型硫醚(砜)类衍生物,共5个系列149个目标化合物。并利用核磁共振(1H NMR和13C NMR)和高分辨质谱(HRMS)表征了所有目标化合物的结构。
  2.采用触杀法测试了149个含杂环取代基的硫醚(砜)目标化合物对线虫的离体杀线虫活性及采用淋根法测试了高活性化合物的活体杀线虫活性。离体杀线虫活性测试结果表明部分目标化合物对柑橘线虫(Tylenchulus semipenetrans)具有很好的抑制活性,其中化合物A21显示出极好的杀线虫活性,其LC50值为11.7mg/L,优于对照药剂阿维菌素(24.8mg/L)。此外,当浓度为50mg/L处理48h时,化合物B34和B35对南方根结线虫(Meloidogyne incognita)的抑制率均为100%,其LC50值分别为6.5和7.6mg/L,活体活性分别为83.3%和79.2%。
  3.建立了含苯氧基的1,3,4-噁(噻)二唑取代硫醚和含1,3,4-噻二唑取代硫醚(砜)酰胺类化合物的CoMFA和CoMSIA模型。其中,含苯氧基的1,3,4-噁(噻)二唑取代硫醚类化合物CoMFA模型的q2、r2分别为0.722和0.985。CoMSIA模型的q2和r2值分别为0.634和0.988。在该模型中杀线虫活性主要受疏水效应、静电效应以及空间效应的影响,且具有较好的预测能力。基于模型分析结果设计合成了具有更高杀线虫活性的化合物A33,其LC50值为9.8mg/L,优于对照药剂阿维菌素。而含1,3,4-噻二唑取代硫醚(砜)的酰胺类化合物的3D-QSAR模型分析结果表明,在该系列化合物的乙基附近引入体积小、疏水和电负性的基团有利于提高杀线虫活性。
  4.化合物A33和B34分别对柑橘线虫和南方根结线虫显示出一定的趋避作用。化合物B34对南方根结线虫的表观形态有明显的影响。当处理时间不变时,线虫表面变形皱缩及体壁的破坏程度随处理浓度的增加而增加,而当处理浓度不变时,线虫表面变形皱缩及体壁的破坏程度随处理时间的增加而增加。
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