Синтез и противогрибковая активность сложных эфиров карвакрола и тимола
advertisement
Синтез и противогрибковая активность сложных эфиров карвакрола и тимола с гетероароматическими карбоновыми кислотами Кайбо Ван, Шаньшань Цзян, Юньхай Ян, Лиминг Фан, Фаву Су и Мин Йе Для цитирования этой статьи: Кайбо Ван, Шаньшань Цзян, Юньхай Ян, Лиминг Фан, Фаву Су и Мин Ye (2018): Синтез и противогрибковая активность сложных эфиров карвакрола и тимола с гетероароматическими карбоновыми кислотами, Исследование натуральных продуктов, DOI: 10.1080/14786419.2018.1480618 Для ссылки на эту статью: https://doi.org/10.1080/14786419.2018.1480618 Просмотреть дополнительные материалы Синтез и противогрибковая активность сложных эфиров карвакрола и тимола с гетероароматическими карбоновыми кислотами Кайбо Ванг1, Шаньшань Цзян1, Юньхай Ян, Лиминг Фан, Фаву Су и Мин Йе Государственная ключевая лаборатория по сохранению и использованию биоресурсов в Юньнани, Юньнаньский сельскохозяйственный Университет, Куньмин, Китай Резюме: Стремясь получить более эффективные ингибирующие патогенные микроорганизмы ингредиенты и изучить влияние введения различных гетероциклических звеньев в сложные эфиры карвакрола и тимола, двадцать производных сложных эфиров с различными были синтезированы гетероциклические звенья. А противогрибковую активность названных соединений in vitro в отношении пяти растительных патогенных грибов оценивали методом скорости роста мицелия. Результаты показали, что некоторые эфиры карвакрола и тимола проявляли хорошую или отличную противогрибковую активность, а соединение 9d (4-бром-5-изопропил-2-метилфенилпиколинат) проявляло широкий противогрибковый спектр. Предварительное исследование показало, что введение фурана, тиофена и пиридинового блока может усилить противогрибковую активность сложных эфиров карвакрола и тимола против Botrytis cinerea и атом брома в пара-положении бензольной части может усилить их противогрибковую активность. ключевые слова Карвакрол; тимол; производные сложных эфиров; гетероциклическое соединение; противогрибковая активность 1. ВВЕДЕНИЕ Болезни растений приводят к серьезным потерям в сельском хозяйстве, которые в первую очередь контролируются применением синтетических фунгицидов. Но чрезмерное использование синтетических пестицидов может привести к устойчивости к фунгицидам, загрязнению пищевых продуктов и окружающей среды (Алиферис и Джабаджи 2011), что побуждает ученых и исследователей разрабатывать новые и улучшенные соединения (Элер 2006). Естественные продукты привлекают все больше внимания при исследованиях и разработках пестицидов из-за их различной структуры, различной биоактивности, меньшего количества побочных эффектов, биоразлагаемых свойств и богатого источника (Dayan et al. 2009). В настоящее время для борьбы с болезнями растений используется значительное количество природных ресурсов (Copping and Duke 2007). Как правило, естественный соединения не являются коммерчески доступными для немедикаментозных физико-химических свойств, таких как летучесть, стабильность и растворимость в воде (Dayan et al. 2009). Альтернативной стратегией борьбы с этой проблемой является объединение двух или более отдельных активных агентов или соединений в одной молекуле. Гибридные молекулы с двойным режимом действия использовались для создания новых и более активных соединений и лекарств (Борат и др. 2011; Пит и др. 2012; Шавета и Сингх 2016). Карвакрол и тимол входят в состав эфирных масел, производимых многочисленными ароматическими растения, такие как род Душица (Стефанакис и др., 2013), Тимус (Порт и Годой, 2008), Липпия (Буэно-Дуран и др., 2014) и Сатурея (Юсефзади и др., 2012; Весоловска и др., 2015). Две природные молекулы меньшего размера проявили потенциальной биологической активностью, таких, как антибактериальное и противогрибковое действие (Таха и Azeiz 2010; Фридман 2014; Suntres и соавт. 2015), и потенциально могут быть использованы в качестве противогрибковых препаратов в отношении фитопатогенных грибов (Васкес и соавт. 2001; Сокович и соавт. 2002; Numpaque и соавт. 2011). И в наших предыдущих исследованиях карвакрол и тимол оказал значительное ингибирующее действие на рост мицелия нескольких патогенных грибов растений, а их эфирные производные были более эффективными. Таким образом, мы предположили , что для получения более эффективных соединений следует синтезировать больше их эфирных производных (Ван и др., 2018). Гетероциклические соединения сыграли важную роль в молекулярном проектировании пестицидов благодаря их разнообразию химической структуры, широкому спектру биологической активности, низкой токсичности и высокой активности (Liu et al. 2007). Поэтому он привлек наши интересы к разработке сложных эфиры карвакрола и тимола с гетероциклическими звеньями, такими как фуран, тиофен, метилпиразол и пиридин. Между тем, сообщалось, что противогрибковая активность галогенированных производных тимола отличается от тимола (Kaur et al. 2013). Учитывая электронные и пространственные эффекты атома галогена, которые могут сильно влиять на систему сопряжения и компланарность соединений, также были синтезированы бромированные эфиры карвакрола и тимола. В этом исследовании двадцать сложных эфиров карвакрола и тимола были синтезированы путем связывания карвакрола или гидроксильная часть тимола к карбоксильной части гетероароматических карбоновых кислот. Также была оценена их противогрибковая активность в отношении пяти видов важных растительных патогенных грибов (Alternaria solani, Botrytis cinerea, Fusariu oxysporum, Pyricularia oryzae и Rhizoctonia solani) 2. Результаты и обсуждение 2.1. Синтез и характеристика Синтетические пути получения производных карвакрола и сложного эфира тимола описаны на схеме 1. Схема 1. Синтетический путь получения сложных эфиров карвакрола и тимола с гетероароматическими карбоновыми кислотами. Бромкарвакрол и бромтимол (соединения 3, 4) были соответственно получены путем брожения 1 и 2 в соответствии с процедурой, описанной Содербергом (Содерберг и Филдс 1996). Соединения 6a-f были получены реакцией гетероциклических карбоновых кислот с SOCl2 в соответствии с описанной процедурой (Cui et al. 2014). Кроме того, карвакрол, тимол и их бромированные производные соответственно реагировали с соединениями 6a-f с образованием сложных эфиров (соединения 7a-d, 8a-d, 9a-f, 10a-f) с выходом 53-86%. Химическая структура соединения 3, 4 и всех производных сложных эфиров была выяснена на основе ЯМР 1Н, ЯМР 13С и анализов HR-ESI-MS. 2.2. Противогрибковый анализ Противогрибковую активность всех синтетических соединений in vitro против пяти патогенных грибов растений оценивали методом скорости роста мицелия при 10 мкг∙мл−1 и 50 мкг∙мл−1, и результаты приведены в таблице S1 в дополнительных материалах. Предварительный противогрибковый анализ показал, что все синтетические соединения проявляли противогрибковую активность в определенной степени и значительную противогрибковую активность при более высокой концентрации (50 мкг∙мл−1). Сначала все синтетические соединения проявляли низкую противогрибковую активность в отношении A. Solani и F. oxysporum, и их коэффициенты ингибирования были ниже 80 процентов при тестируемых концентрациях. Затем некоторые соединения проявляли более высокую противогрибковую активность, чем хлорталонил, такие как соединения 8a, 9d, 10a,10b и 10d против B. Cinerea и соединения 7a, 7b и 9d против R. Solani. Карвакрол и тимол проявляли низкую активность в отношении P. oryzae, но их сложные эфиры, соединения 9d, 9e и 10b проявлял более высокую противогрибковую активность, чем они. Интересно, что соединение 10b проявляло 100% коэффициент ингибирования против P. oryzae при 50 мкг∙мл−1, но он демонстрировал низкий коэффициент ингибирования (5,48 ± 0,27) при 10 мкг∙мл−1. Противогрибковая активность синтетических соединений против B. cinerea была связана с их химической структурой. Сначала сложные эфиры с фурановым, тиофеновым и пиридиновым звеньями проявляли высокую потенциальную противогрибковую активность, а сложные эфиры с метилпиразольным звеном проявляли низкую противогрибковую активность. Более того, большинство сложных эфиров тимола проявляли более высокую противогрибковую активность, чем сложные эфиры карола. Например, соединение 10b, сложный эфир тимола с тиофеновым звеном, было более эффективнее, чем его изомерное соединение 9b. Точно такие же результаты наблюдались также в сложных эфирах с фураном, метилпиразолом или пиридиновым звеном. С другой стороны, бромированные эфиры показали более высокие коэффициенты ингибирования. Например, соединение 8b, сложный эфир тимола без заместителя брома, было менее эффективным, чем его бромированное соединение 10b. Однако атом хлора в пиридиновом звене синтетических соединений не мог усилить их противогрибковую активность. Противогрибковая активность соединений 9e и 10e была не выше, чем у соединений 9d и 10d. Кроме того, на противогрибковую активность синтетических соединений влияло положение сложноэфирной связи в гетероциклической части. Соединения, соединенные сложноэфирной связью в орто-положении пиридинового звена (соединения 9d и 10d), были более эффективными, чем в мета -положении (соединения 9e и 10e). В противогрибковом анализе синтетических соединений против R. solani соединения 7a, 7b и 9d были признаны наиболее эффективными противогрибковыми соединениями, которые проявляли аналогичную или лучшую противогрибковую активность, чем их исходные соединения и хлорталонил. Соединения с различным гетероциклическим звеном терпеновая структура и заместитель проявляли различную противогрибковую активность, но существенных регулярных изменений не наблюдалось. Соединения 9d и 9e были единственными двумя соединениями, которые проявляли некоторую противогрибковую активность в отношении P. oryzae в этом исследовании. Все остальные соединения, однако, были менее эффективными. Таким образом, мы пока не можем сделать четкий вывод о взаимосвязи структуры и активности тестируемых соединений против R. Solani и P. oryzae в соответствии с текущими результатами испытаний. Это не первый случай синтеза гибридных молекул карвакрола и тимола. Недавно были разработаны некоторые гибридные молекулы путем введения различных активных структур в молекулы карвакрола и тимола. Например, гибридные молекулы карвакрола и серосодержащих аминокислот показали хорошую противогрибковую активность в отношении Candida albicans (Каччиаторе и др., 2015). Бендре и его коллеги (Пит и др., 2012) синтезировали производные бензоилфенилмочевины со структурой карвакрола, и несколько соединений продемонстрировали возможность применения в сельском хозяйстве и медицине. Сринивас и коллеги (Джеймс Боунд и др., 2016) синтезировали серию новых 2,3ненасыщенных и 2,3-дидеокси 1-О-глюкозидов карвакрола, тимола и периллилового спирта, 2,3-дидеоксиглюкозиды карвакрола и тимола показали высокую противогрибковую активность и потенциально могут быть использованы в качестве противогрибковых средств. И в этом исследовании мы синтезировали некоторые сложные эфиры карвакрола и тимола, и противогрибковая активность in vitro наиболее эффективного соединения (соединения 9d) была близка к хлорталонилу против как B. cinerea, P. oryzae, так и R. solani. В предыдущих исследованиях были синтезированы производные карвакрола и тимола со структурой 5-фенил-2-фурана и оценена их противогрибковая активность, и результаты показали, что большинство названных соединений оказывали значительное влияние на выбранные растительные патогенные грибы (Cui et al. 2014). В нашем исследовании нашей главной заботой было то, что влияние введения различных гетероциклических звеньев в карвакрол и сложные эфиры тимола и гетероароматические карбоновые кислоты без заменителя химически соединялись с молекулами карвакрола и тимола. К счастью, некоторые гибридные молекулы также проявляли превосходную противогрибковую активность, которая была выше, чем сообщалось ранее о карвакроле или сложных эфиров тимола. Тем не менее, необходимо синтезировать больше производных пиколината, чтобы получить более эффективный противогрибковый ингредиент для наших дальнейших исследований. 3. Экспериментальная часть 3.1. Общие экспериментальные Все реагенты и растворители для реакции были приобретены у Aladdin (Китай) или Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd (Китай) были аналитического качества и использовались без дополнительной обработки. Растворители для экстракции и хроматографии были технического качества и дистиллировались перед использованием. Реакции контролировали методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) с использованием предметных стекол, покрытых силикагелем (силикагель 60 GF 254, Qingdao Haiyang Chemical, Китай). Детектирование проводилось при ультрафиолетовом излучении (254 нм). Спектры ЯМР 1Н и 13С были записаны на спектрометр Bruker Avance III 500 ЯМР. Химические сдвиги (δ) были указаны в промилле со ссылкой на внутренние TMS, а константы связи (J) были указаны в Гц. Спектры ESI-MS были записаны на Thermo Fisher Scientific TSQ Endura MS. 3.2. Химия 3.2.1. 4-Бромокарвакрол (3) К раствору карвакрола (1,5 г) в ледяной уксусной кислоте (10 мл), охлажденному до 0°C, добавляли Br2 (0,51 мл) в течение 20 мин, затем реакционную смесь перемешивали в течение 3 ч при комнатной температуре. Смесь выливали на ледяную воду (20 мл) и экстрагировали водный раствор с дихлорметаном (3 × 10 мл). Объединенную органическую фазу высушивали над безводной Na2SO4, фильтровали, и растворитель удаляли в вакууме, чтобы получить желтое масло. Масло очищали методом колоночной хроматографии с использованием силикагеля с PE/EA (40:1, v/v) в качестве элюента для получения соединения 3. Соединение 4 было приготовлено так, как описано для соединения 3. 3.2.2. 5-изопропил-2-метилфенилфуран-2-карбоксилат (7а) Раствор фуран-2-карбоновой кислоты (1,2 ммоль, 1,2 экв.) в тионилхлориде (1 мл) подвергали обратному кипячению в течение 3 ч, затем тионилхлорид удаляли в вакууме. Остатки были растворены в безводный ТГФ (1 мл) и добавляли к раствору карвакрола (1 ммоль, 1,0 экв.) и триэтиламина (1,5 ммоль, 1,5 экв.) в безводном ТГФ (4 мл). Смесь перемешивали в течение 1 ч при комнатной температуре. После завершения реакции в реакционную смесь добавляли 5 мл воды, затем реакционную смесь экстрагировали EtOAc (2 × 10 мл). Органический слой высушивали над безводным Na2SO4. Растворитель удаляли в вакууме, а масло очищали с помощью коллоидной хроматографии на силикагеле (петролейный эфир: EtOAc = 20:1) с получением соединения 7a. Соединения 7b-d, 8a-d, 9a-f и 10a-f были получены, как описано для соединения 7a. 3.3. Противогрибковые анализы Противогрибковую активность целевых соединений in vitro определяли методом скорости роста мицелия. Пять видов важных растительных патогенных грибов (Alternaria solani, Botrytis cinerea, Fusariu oxysporum, Pyricularia oryzae и Rhizoctonia solani) были выбраны для противогрибковый анализ. Экспериментальные детали и вычислительные методы такие же, как мы описали в нашей недавней статье (Ван и др., 2018). 4. Выводы В заключение были синтезированы двадцать сложных эфиров карвакрола и тимола с гетероароматическими карбоновыми кислотами, и их противогрибковая активность была оценена в отношении пяти фитопатогенов. Результаты показали, что некоторые синтетические соединения проявляли более высокую противогрибковую активность, чем их соединения-предшественники и коммерческий хлорталонил, а соединение 9d (4-бро мо-5-изопропил-2метилфенилпиколинат) было наиболее потенциальным противогрибковым агентом в этом исследование, в котором был продемонстрирован широкий противогрибковый спектр против B. cinerea, P. oryzae и R. Solani. Введение различных гетероциклических звеньев в молекулы карвакрола и тимола может влиять на их противогрибковую активность, сложные эфиры карвакрола и тимола с фураном, тиофеном и пиридиновым звеном проявляют хорошую противогрибковую активность, а атом брома в пара-положении пиридинового звена может способствовать усилению их противогрибкового эффекта. Мы находимся в процессе дополнительного противогрибкового анализа для изучения биологической активности соединения 9d. И для нашей дальнейшей работы, следует синтезировать больше производных пиколината. Карвакрол Тимол Хлорангидрид бензойной кислоты (Органикум, т. 2, с. 103) Трихлорид фосфора. 1 моль карбоновой кислоты, 0,4 моль трихлорида фосфора смешать в круглодонной колбе, встряхнуть и оставить на ночь, защитив от влаги воздуха. Или нагреть 3 ч на водяной бане при 50 С с обратным холодильником. Жидкость декантировать с осевшей фосфористой кислоты, отогнать. Тионилхлорид. 1 моль карбоновой кислоты кипятить с 1,5 моль тионилхлорида с обратным холодильником с хлоркальциевой трубкой до прекращения выделения газа. Избыток тионилхлорида отогнать на водяной бане. Хлорангидрид перегнать. Бензоилхлорид можно по обеим методикам получить с выходом 80%. Ткип 71 С (9 мм рт ст) Показатель 1,5537 преломления Температура • плавления -1 °C • кипения 197,2 °C • вспышки 72 °C • воспламенения 88 °C • самовоспламенения 591 °C Пределы 81-99 % взрываемости Состояние бесцветная жидкость с резким запахом Молярная масса 140,567 ± 0,008 г/моль Плотность 1,212 г/см³ Тимол + бензоилхлорид Растворители для тимола: Очень легко растворим в спирте 96 %, легко растворим в хлороформе, жирных маслах, 10 % растворе натрия гидроксида, очень мало растворим в воде. Органические растворители. Растворители для бензоилхлорида: бензол, Алкоголиз бензоилхлорида по Шоттен-Бауману (Органикум, т.2., с. 81) Подготовка растворителя ТГФ. Проба на перекиси. Выстоять над гидроксидом натрия. Перегонка над натрием. Очистка растворителя. Подобно другим эфирам, тетрагидрофуран при контакте с атмосферой образует перекись. При выпаривании с целью осушки это вещество сильно взрывается. Для приготовления чистого тетрагидрофурана рекомендуется следующая процедура [2]. Для устранения перекисных соединений растворитель выдерживают в течение нескольких дней в контакте с КОП. Затем перегоняют с натриевой проволокой, а дистиллят выдерживают в течение нескольких дней в контакте с натрийнафталином. Наконец, растворитель перегоняют непосредственно в электролитическую ячейку. Все указанные операции проводятся в атмосфере сухого аргона. [c.29] Тетрагидрофуран для очистки следует прокипятить в течение 8 час над едким кали в атмосфере аргона, перегнать над гидридом кальция и хранить над металлическим натрием. [c.126] НЕ ГНАТЬ ДОСУХА! ВЗРЫВАЕТСЯ! Продажный тетрагидрофуран промывают несколько раз 40 %-ным водным раствором едкого натра для освобождения от перекисей и органических стабилизаторов, а затем сушат над твердым едким натром. Прозрачную жидкость сливают с осушителя и применяют без дополнительной очистки. [c.144] Я засыпаю конем на сутки, сливаю в колбу на пятиокисью фосфора перегоняю, потом туда бросаю натрий мелко нарезаный. Но если ТГФ старый, там могут быть неприятные вещи, поэтому лучше попробовать мл 200 и на перекиси проверить. Проба на перекиси. необходимо проверить на содержание в них перекисей, для чего к 14 1 мл испытуемой жидкости в пробирке надо добавить 1 мл раствора KI в водной уксусной кислоте. При наличии перекисей появится бурая окраска йода Тетрагидрофуран (ТГФ) очистка. К ТГФ прибавляют твердую щелочь и оставляют стоять в течение суток. Если ТГФ содержит много перекисей, на этом этапе может произойти взрыв. Поэтому перед прибавлением щелочи необходимо проверить ТГФ на содержание перекисей. Для этого к порции ТГФ прибавляют подкисленный серной кислотой раствор иодида калия. Если при этом выделяется значительное количество иода, перекиси из ТГФ удаляют следующим способом. К ТГФ прибавляют 0,5% (по массе) хлорида меди Cu2Cl2, кипятят смесь в течение 30 мин и перегоняют ТГФ. Удалить перекиси можно также пропусканием ТГФ через слой окиси алюминия на фильтре. Только после этого можно добавлять к ТГФ щелочь. После стояния над щелочью ТГФ декантируют, добавляют порцию свежей щелочи и кипятят в течение 3-4 часов. Затем растворитель отгоняют, добавляют к нему бензофенон и натрий и, как в случае эфира, кипятят до появления глубокой синей окраски. После этого ТГФ отгоняют.
