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本文以α-三连噻吩(α-T)为先导结构,设计合成出系列2,5.二芳基乙炔基噻吩类化合物,并研究了化合物的杀虫和除草活性,构建出构效关系模型,指出提高化合物活性和选择性的方向。
通过钯催化偶联反应,本文合成了36个化合物,其中23个为新化合物。
以对小菜蛾毒杀活性指导化合物的结构设计与合成。在100μgmL-1的浓度下,光照1h,2,5-二噻吩-2-乙炔基噻吩(II1)对2龄小菜蛾的毒杀活性为76.7%(24h),而a-T仅为6.4%;2,5-二比啶-3-乙炔基噻吩(II2)、2,5-二苯乙炔基噻吩(II3)、1,4-二苯乙炔基苯(II27)活性分别为6.7%、70%、0%,说明2,5-二芳基乙炔基噻吩类化合物的两边取代基为噻吩环和苯环时活性较高,而中间噻吩环对活性很重要。
比较化合物对小菜蛾光活化毒杀活性测定结果,初步推断苯环上不同取代基对活性的影响。带有4-C1(II7)、4-N02(II8)的化合物对2龄小菜蛾活性为O%,说明疏水(+π)、吸电子(+σ)取代基可能对活性不利。化合物4-OCH3(II4)活性为66.7%,高于II7,说明-π、-σ可能对活性有益。而3-OCH3(II5)活性为40%,低于II4,表明+σ取代基使活性下降。合成-π、-σ更强、带有N,N-二甲基氨基(II17)、氨基(II16)、经基(b2)的化合物,但活性丧失,可能是其不稳定造成的。乙基取代(II9)化合物活性的大于丙基取代(II10)和丁基取代(II11),表明随碳链的延长活性降低。含氟化合物活性较高,2,5-二对氟苯乙炔(II12)和2.对氟苯乙炔基-5-苯乙炔基噻吩(II22)对2龄小菜蛾活性分别为65.6%、82.6%,说明非对称性化合物活性高于对称性化合物。二元取代化合物中,2,5.二(3,4-亚甲二氧基)苯乙炔基噻吩(II13)的活性最高,对小菜蛾的光活化毒杀活性为82.7%。
近紫外下测定各个化合物对致倦库蚊和白纹伊蚊的活性。化合物II3、Ⅱ2l、IIl3、II4、II20、II12、II22、119、II16、II13、a2、II2对致倦库蚊表现出较高的活性,LC50值低于1.0μgmL-1。化合物II3、II12和2一对甲基苯乙炔基-5-苯乙炔基噻吩(II19)对白纹伊蚊表现出很强的活性,LCso值分别为0.0180μgmL-l、0.0915μgmL-1和0.0985μgmL-l。
近紫外下化合物II3对斜纹夜蛾3龄幼虫的毒杀活性较高,200μgmL-1处理后24h斜纹夜蛾死亡率为78.3%。相同条件下其它化合物的毒杀活性低于50%。II3对斜纹夜哦3龄幼虫的LC50值为63.3μgmL-1。
紫外照射下,含吡啶环的化合物表现出强的除草活性,但杀蚊活性中等。Ⅱ2、2-噻吩-2-乙炔基-5-11比啶-3-乙炔基噻吩(II24)、2-对甲氧基苯乙炔-5-P比啶-3-乙炔基噻吩(II25)、2-对乙基苯乙炔-5-吡啶-3-乙炔基噻吩(II26)对致倦库蚊4龄幼虫的LC50值分别为0.9853μgmL-1、1.6199μgmL-1、2.0397μgmL-1、1.2928μgmL-1,其对茎长的I50分别为1.2366μgmL-1、0.1045μgmL-1、0.4090μgmL-1、0.5021μgmL-1。
紫外和黑暗下测定氨基甲酸酯类光敏素对丁酰胆碱酯酶的抑制作用。光照下化合物酶抑制活性显著高于黑暗条件下的酶抑制活性,表现出了光活化作用。而黑暗条件下氨基甲酸酯类光敏素的酶抑制活性高于II3,表明氨基甲酸酯基团的活性得以表现。
利用最小二乘法计算了19个化合物结构与杀蚊活性之间的量化关系进行,建立了杀虫2D-QSAR模型,其相关系数R为0.829,F=2.746。该模型认为,化合物的杀蚊活性与化合物的鲍林电负性之差B、消光系数£2、最大紫外吸收波长λ1负相关,与分子摩尔折射率CMR2正相关。当F/λ为8.50、ClogP为6.44时,化合物的活性为极大值。
23个化合物的杀蚊CoMFA模型的交叉验证系数为0.543,非交叉验证系数为0.988,标准误差为0.n6,F值是145.32。该模型认为非对称性化合物具有较高的杀蚊活性。化合物体积较大一端,间位取代基的电负性较小对活性有利,而对位取代基电负性较大对活性有利;对体积较小一端,如果电负性较小的取代基团距苯环位置稍远对活性有利。
利用最小二乘法计算16个化合物对菜心茎长抑制活性的2D—QSAR模型,其相关系数R为0.849,F=7.129。该模型认为,化合物的除草活性于F/λ、ε/λ1、CMR、ClogP为负相关。
对21个化合物对菜心根长抑制活性进行CoMFA分析,其交叉验证(1eave-one-out方法)的相关系数(q2)为0.555,非交叉验证(n0cross-validation)的相关系数(R2)为0.984,标准误差为O.136,F值是145.32。该模型预测:化合物一端应为吡啶环、另一端应为苯环;吡啶上连接体积、电负性较大取代基对活性有利;苯环上的对、间位连接体积较大、电负性较小的基团有利于提高除草活性。
对2D—QSAR模型和3D—QSAR模型分析均表明,化合物的杀虫和除草活性对取代基要求不同,这为设计不同的活性化合物指明了方向。
近紫外下测定所合成的7个1,4-二芳基丁二炔类化合物对白纹伊蚊的活性,1,4-二噻吩-2-基丁二炔的活性较高,1μgmL-1浓度下白纹伊蚊死亡率100%。