农药学学报  2017, Vol. 19 Issue (4): 507-511   PDF    
引用本文
郑广进, 黄欢. 含苯并咪唑环的1,3,4-噻二唑酰胺衍生物的合成与抑菌活性[J]. 农药学学报, 2017, 19(4): 507-511,doi: 10.16801/j.issn.1008-7303.2017.0066   
ZHENG Guangjin, HUANG Huan. Synthesis and fungicidal activity of 1,3,4-thiadiazole amide derivatives containing benzimidazole moiety[J]. Chinese Journal of Pesticide Science, 2017, 19(4): 507-511, doi:10.16801/j.issn.1008-7303.2017.0066   
含苯并咪唑环的1,3,4-噻二唑酰胺衍生物的合成与抑菌活性
郑广进, 黄欢     
广西民族师范学院 广西高校桂西南特色植物资源化学重点实验室培育基地，广西 崇左 532200
收稿日期: 2017-05-08    录用日期: 2017-06-15.
基金项目: 2013年度广西高校科学技术研究项目 (2013YB271)
作者简介: **郑广进，通信作者 (Author for correspondence)，男，硕士研究生，讲师，主要从事杂环化合物的合成与抑菌活性研究，E-mail：276617332@qq.com
摘要: 为寻找新型活性杂环化合物，通过活性亚结构拼接，以取代苯酚和氯乙酸为起始原料，经醚化、缩合、烃基化和氨解反应，设计并采用微波辅助合成了6种未见文献报道的含苯并咪唑环的1,3,4-噻二唑酰胺衍生物，其结构经红外和核磁共振氢谱确证。初步抑菌活性测试结果表明，所有目标化合物对5种供试病原菌都表现出一定的抑菌活性，其中，化合物7c、7d、7e和7f在50 mg/L下对5种供试病原菌的抑制率均达到80%以上。
关键词: 苯并咪唑     1,3,4-噻二唑     酰胺     抑菌活性    
Synthesis and fungicidal activity of 1,3,4-thiadiazole amide derivatives containing benzimidazole moiety
ZHENG Guangjin, HUANG Huan     
Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory Breeding Base of Chemistry of Guangxi Southwest Plant Resources, Guangxi Normal University for Nationalities, Chongzuo 532200, Guangxi, China
Abstract: In order to discover novel heterocyclic compounds with biological activity, six novel 1,3,4-thiadiazole amide derivatives containing benzimidazole moiety were synthesized under microwave assisted condition via etherification, condensation, hydrocarbylation and the ammonolysis reactions with substituted phenol and chloracetic acid as raw materials. The structures were confirmed by IR and 1H NMR. Fungicidal activity test showed that all the compounds exhibit fungicidal activity against the five fungi tested at the concentration of 50 mg/L, among them, the inhibition rate of 7c, 7d, 7e and 7f against the fungi tested were above 80% .
Key words: benzimidazole      1,3,4-thiadiazole      amide      fungicidal activity     

苯并咪唑类化合物具有优良的杀菌活性[1-2]，已商品化的代表品种有苯菌灵、噻菌灵和多菌灵[3]等。近年来，新型苯并咪唑类化合物的合成，尤其含杂环基团的苯并咪唑环衍生物的合成越来越受到重视[4-5]。1,3,4-噻二唑类化合物也表现出广泛的生物活性，如抑菌[6]、抗病毒[7]、除草[8]等，此类杂环化合物在农药研究领域倍受青睐；此外，酰胺基团作为药效基团存在于许多生物活性物质中，特别是在杀菌剂和除草剂中具有重要地位[9-10]。

本研究采用活性亚结构拼接法，将苯并咪唑环与1,3,4-噻二唑环通过酰胺基团连接组合于同一分子中，设计并合成了6个含苯并咪唑环的1,3,4-噻二唑乙酰胺类化合物，并初步测试了其抑菌活性。目标化合物的合成路线见图式 1。

图式 1 目标化合物7a~7f的合成路线 Scheme1 The synthetic route of target compounds 7a-7f

1 实验部分 1.1 仪器与供试材料

XH-200A微波固液相合成萃取仪 (北京祥鹄科技发展有限公司)；SG-WRR目视熔点仪 (上海申光仪器有限公司)；Spectrum 65型傅里叶红外光谱仪 (KBr压片法，美国Perkin Elmer公司)；Bruker avance 600M核磁共振波谱仪 (TMS为内标，DMSO-d6 为溶剂)。多菌灵 (50%，可湿性粉剂，江苏健谷化工有限公司)，其他试剂均为市售分析纯。5种植物病原菌均由广州爱菲科生物科技有限公司提供。

1.2 化合物的合成

1.2.1 中间体2a~2c的合成　参考文献[11]的方法制备。2a：白色片状晶体，收率80%，m. p. 99~100 ℃ (文献值[11]：收率88%，m. p. 98~99 ℃)。2b：浅粉色针状晶体，收率88%，m. p. 135~136 ℃ (文献值[11]：收率92%，m. p. 136~137 ℃)。2c：白色针状晶体，收率83%，m. p. 138~140 ℃ (文献值[11]：收率86%，m. p. 139~140 ℃)。

1.2.2 中间体3a~3c的合成　参考文献[12]的方法制备。3a：灰白色粉状固体，收率90%，m. p. 160~162 ℃ (文献值[12]：收率56%，m. p. 162~164 ℃)。3b：浅粉色针状晶体，收率86%，m. p. 180~182 ℃ (文献值[12]：收率55%，m. p. 180~182 ℃)。3c：白色针状晶体，收率68%，m. p. 187~189 ℃ (文献值[12]：收率62%，m. p. 186~188 ℃)。

1.2.3 中间体4a~4c的合成　参考文献[13]的方法制备。4a：白色粉状固体，收率42%，m. p. 108~110 ℃ (文献值[13]：收率33%，m. p. 107~109 ℃)。4b：白色片状晶体，收率65%，m. p. 123~125 ℃ (文献值[13]：收率50%，m. p. 123~124 ℃)。4c：白色粉状固体，收率45%，m. p. 134~136 ℃ (文献值[13]：收率47%，m. p. 134~136 ℃)。

1.2.4 中间体6a~6c的合成　参考文献[14]的方法制备。6a：白色晶体，收率87%，m. p. 191~193 ℃ (文献值[14]：收率88%，m. p. 190~192 ℃)；6b：白色针状结晶，收率75%，m. p. 202~204 ℃ (文献值[14]：收率74%，m. p. 202~204 ℃)；6c：白色针状固体，收率78%，m. p. 197~199 ℃ (文献值[14]：收率73%，m. p. 196~198 ℃)。

1.2.5 目标化合物7a~7f的合成通法　以7a的合成为例：在 100 mL三口烧瓶中加入 15mL无水乙醇和 0.184 g (8 mmol) 金属钠，待金属钠溶解之后，加入 0.202 g (2 mmol) 中间体6a，搅拌 5 min，加入 0.324 g (1 mmol) 中间体4a和 1 mL DMF，置微波固液相合成萃取仪中以 500 W的功率间歇辐射回流反应 15 min。冷却，加入 60 mL蒸馏水，有大量灰白色固体析出，用浓盐酸调节pH=4~5，静置 1.0 h, 抽滤，水洗，烘干，得灰白色粉状固体0.212 g，收率56%，m. p. 230~232 ℃。采用同样的方法合成7b~7f。

1.3 抑菌活性测试

以多菌灵为阳性对照，以丙酮为空白对照，采用菌丝生长速率法[15]测试目标化合物对5种供试病原菌的抑制作用。先将样品用丙酮溶解并配制成质量分数为50%的原液，再用无菌水稀释成500 mg/L 的待测样品。待测样品与培养基按体积比1 : 9的比例制成50 mg/L的含药PDA平板。将菌饼反接到平板中央，置 (25 ± 1) ℃的培养箱中培养72 h。每处理组设3次重复，用十字交叉法测量菌落直径 (mm)，按公式 (1) 和 (2) 计算化合物在50 mg/L下的菌丝生长抑制率。

${\text{菌落扩展直径}}= {\text{菌落平均直径}} - 5$ (1)
${\text{抑制率}}/\text{%} ={\frac{{{\text{空白对照菌落扩展直径}} - {\text{处理组菌落扩展直径}}}}{{\text{空白对照菌落扩展直径}}}}\times 100$ (2)
2 结果与讨论 2.1 化合物的合成与表征

目标化合物7a~7f的理化性质见表1，核磁共振氢谱及红外数据见表2。

表 1 目标化合物7a~7f的理化性质 Table 1 Properties of target compounds 7a-7f

表 2 目标化合物7a~7f的核磁共振氢谱及红外光谱数据 Table 2 1H NMR and IR data of target compounds 7a-7f

目标化合物的1H NMR图谱显示，6个化合物在 δ 12.8~13.3之间均具有一个积分为1的单峰，具有典型的酰胺基团特征峰。

由于酰胺基团的p-π 共轭效应大于氨基的吸电子诱导效应，此外，酰胺基上的-NH-和芳氧甲基上的-CH2O-空间位置接近，可形成分子内氢键。综合以上因素，目标化合物的羰基峰与相应的中间体酯 (4a~4c) 比较，位移向低波数方向移动，峰的强度也变弱。

以上数据说明，通过酯的氨解反应成功获得了目标化合物。

2.2 抑菌活性

初步的抑菌活性数据 (表3) 表明，所合成的目标化合物对5种病原菌均表现出一定的抑菌活性，其中，化合物7c、7d、7e和7f的抑菌活性较强，50 mg/L下抑制率均达到80%以上，接近阳性对照多菌灵。初步构效关系表明，当苯并咪唑环2位取代基芳氧甲基的对位连接给电子基团时，有利于提高目标化合物的抑菌活性；而噻二唑基团5位取代基碳链的增长也有利于抑菌活性的提高。

表 3 化合物7a~7f的抑菌活性 Table 3 Fungicidal activities of compound 7a-7f

参考文献
[1] 甘新琪, 黄军海, 魏少鹏, 等. 1-异丙基-3-酰基-5-甲氧基苯并咪唑酮衍生物的合成及抑菌活性[J]. 农药学学报, 2013, 15(6): 629–634.
GAN X Q, HUANG J H, WEI S P, et al. Synthesis and antifungal activity of 1-isopropyl-3-acyl-5-methoxy-benzimidazolone derivatives[J]. Chin J Pestic Sci, 2013, 15(6): 629–634.
[2] 李方方, 魏少鹏, 宗兆锋, 等. 1-酰基苯并咪唑酮酰胺衍生物的合成及其抗菌活性[J]. 农药学学报, 2012, 14(6): 597–601.
LI F F, WEI S P, ZONG Z F, et al. Synthesis and antimicrobial activity of 1-acyl benzimidazolone amide derivatives[J]. Chin J Pestic Sci, 2012, 14(6): 597–601.
[3] 尤娟, 郭宏斌, 曾绍东, 等. 苯并咪唑类杀菌剂性质及检测技术[J]. 农药, 2016, 55(12): 859–863, 876.
YOU J, GUO H B, ZENG S D, et al. Properties and detection technologies of benzimidazole fungicide[J]. Agrochemicals, 2016, 55(12): 859–863, 876.
[4] 陈岚, 魏宁宁, 高洁, 等. 2-取代苯并咪唑类化合物的合成及其抑菌活性[J]. 农药学学报, 2011, 13(5): 448–452.
CHEN L, WEI N N, GAO J, et al. Synthesis and antifungal activity of 2-heterocyclicbenzimidazole derivatives[J]. Chin J Pestic Sci, 2011, 13(5): 448–452.
[5] 王陆瑶, 田敏, 胡文祥, 等. 微波催化新型杂环基苯并咪唑杀菌剂的合成、表征及活性测定[J]. 应用化学, 2007, 24(5): 507–511.
WANG L Y, TIAN M, HU W X, et al. Ferrocenesulfonyl benzimidazole derivatives synthesized under microwave irradiation and their crystal structure and antimicrobial activity[J]. Chin J Appl Chem, 2007, 24(5): 507–511.
[6] 谢艳, 龚华玉, 王晓斌, 等. 含1,3,4-噻二唑硫醚的吡唑酰胺类化合物合成及生物活性[J]. 农药, 2016, 55(12): 872–876.
XIE Y, GONG H Y, WANG X B, et al. Synthesis and biological activity of novel pyrazole amide derivatives containing 1,3,4-thiadiazole thioether moiety[J]. Agrochemicals, 2016, 55(12): 872–876.
[7] 魏学, 郑玉国, 薛伟, 等. 新型1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑类衍生物合成及其抗病毒活性[J]. 合成化学, 2010, 18(5): 595–598.
WEI X, ZHENG Y G, XUE W, et al. Synthesis of novel triazolo[3,4-b]-1,3,4-thiadiazole derivatives and their antivirus activity [J]. Chin J Synth Chem, 2010, 18(5): 595–598.
[8] 胡燕红, 何海琴, 刘幸海, 等. 含1,3,4-噻二唑的吡啶联吡唑乙酰胺类化合物的合成及除草活性[J]. 农药学学报, 2017, 19(1): 114–118.
HU Y H, HE H Q, LIU X H, et al. Synthesis and herbicidal activity of substituted 2-(1-(3-chloropyridin-2-yl)-3,5-dimethyl-1H-pyrazol-4-yl) acetic acid derivatives containing 1,3,4-thiadiazole [J]. Chin J Pestic Sci, 2017, 19(1): 114–118.
[9] 赵文泽, 李黔柱, 解旭东, 等. 杂环酰胺类化合物的杀菌活性研究进展[J]. 吉林农业科学, 2012, 37(5): 52–58.
ZHAO W Z, LI Q Z, XIE X D, et al. Advances in antifungal activity of heterocyclic amide compounds[J]. J Jilin Agric Sci, 2012, 37(5): 52–58.
[10] 崔莹. 杂环酰胺类衍生物除草活性的研究进展[J]. 西安文理学院学报(自然科学版), 2014, 17(4): 17–20.
CUI Y. Recent researches in herbicidal activity of hetercyclic amide derivatives[J]. J Xi'an Univ(Nat Sci Ed), 2014, 17(4): 17–20.
[11] 柴兰琴. 微波辐射下芳氧乙酸的合成[J]. 兰州交通大学学报(自然科学版), 2004, 23(3): 133–135.
CHAI L Q. Synthesis of aryloxycarboxylic acid under microwave irradiation[J]. J Lanzhou Jiaotong Univ (Nat Sci Ed), 2004, 23(3): 133–135.
[12] 李英俊, 刘丽军, 靳焜, 等. 熔融法合成2-芳氧甲基苯并咪唑化合物[J]. 有机化学, 2009, 29(11): 1825–1828.
LI Y J, LIU L J, JIN K, et al. Melting synthesis of 2-aryloxymethylbenzimidazoles[J]. Chin J Organ Chem, 2009, 29(11): 1825–1828.
[13] 邱文龙. 含苯并咪唑环的酰氨基硫脲、1,3,4-噻二唑/噁二唑化合物的合成及生物活性[D]. 大连: 辽宁师范大学, 2013.
QIU W L. Synthesis, characterization and biological activities of some novel acylthiosemicarbazides,1,3,4-thiadiazole/oxadiazole derivatives containing benzimidazole moiety[D]. Dalian: Liaoning Normal University, 2013.
[14] 乐长高, 丁健桦, 杨思金. 5-烷基-2-氨基-1,3,4-噻二唑的合成及应用[J]. 化学世界, 2002, 43(7): 366–368.
LE Z G, DING J H, YANG S J. Synthesis and application of 5-alkyl-2-amino-1,3,4-thiodiazole[J]. Chem World, 2002, 43(7): 366–368.
[15] 农药室内生物测定试验准则 杀菌剂 第2部分: 抑制病原真菌菌丝生长试验 平皿法: NY/T 1156.2—2006[S]. 北京: 中国农业出版社, 2006.
Pesticides guidelines for laboratory bioactivity tests Part 2: Petri plate test for determining fungicide inhibition of mycelial growth: NY/T 1156.2—2006[S]. Beijing: China Agriculture Press, 2006.
含苯并咪唑环的1,3,4-噻二唑酰胺衍生物的合成与抑菌活性
郑广进, 黄欢