基于天然产物TeA的新型吡咯啉酮类除草剂的设计、合成与筛选研究

本课题以研制天然源仿生型除草剂为目标，以微生物代谢产物TeA为先导物，以其独特的PSII抑制机理为理论依据，采用计算机辅助分子设计，以分子等排原理和类同合成法为指导，借鉴现有农药中的活性基团，拟首先对TeA 的1位和5位进行修饰，合成一系列4-羟基吡咯啉-2-酮类衍生物，再重点对3位酰基进行修饰，分别引入吡啶、吡唑、噻唑（噁唑）等含氮杂环,合成3个系列联二杂环类衍生物，经除草活性筛选后，通过3D-QSAR 构效关系分析，建立模拟分子作用模型，对目标化合物分子结构进行优化和设计，进一步筛选高活性化合物，并对其中特别优异者进行田间药效、急性毒性、作物安全性、残留动态及传导性能等研究，力争筛选到1-2个具有自主知识产权的高效、低毒、环境相容性好的化合物进入新农药开发的候选化合物研究阶段。项目设计的新颖分子骨架作为新型除草剂创制是一种有益尝试，可对农田杂草防除提供新的有效手段。

本资助项目以天然产物Tenuazonic acid为先导化合物，设计并合成了7类共计250个目标化合物，包括59个3位含吡啶、嘧啶及异喹啉基团的吡咯烷二酮衍生物、8个吡咯[3,4-c]并吡唑-4-酮类衍生物、63个哒嗪联吡咯烷二酮类衍生物、65个噻吩联吡咯啉酮类衍生物、17个吡咯联吡咯啉-2-酮类衍生物、27个含二取代肼基的吡咯烷二酮类衍生物及11个含取代苯肼基的tetronic acid衍生物。采用FT-IR、1H-NMR、MS、元素分析及单晶X射线衍射分析手段确证了各目标化合物的分子结构。. 采用平皿法测定了各目标化合物对油菜(Brassica napus)和稗草(Echinochloa crusgalli)的抑制活性。结果表明，在浓度为100 μg/mL时，部分3位含吡啶、嘧啶及异喹啉基团的吡咯烷二酮类衍生物、吡咯[3,4-c]并吡唑-4-酮类衍生物和哒嗪联吡咯烷二酮类衍生物对稗草和油菜的生长具有一定的抑制活性。如3位含吡啶肼基团的吡咯烷二酮类化合物A9和A10对稗草根的抑制率分别达到72.08%和75.06%，A9、A10、A12对油菜根的抑制率分别达到88.7%、89.3和90.1%。吡咯[3,4-c]并吡唑类化合物中，化合物C8对油菜根的抑制率达到75.4%，化合物C3对稗草根的抑制率达到73.0%。在哒嗪联吡咯烷二酮类衍生物中，化合物C14对稗草根的抑制率为72.4%，化合物B8和C20对稗草茎的抑制率分别达到62.6%和72.4%。. 采用菌丝生长抑制法测定了目标化合物对植物病原真菌的抑菌活性。结果表明，合成的7类化合物均具有不同程度的杀菌活性。其中噻吩联吡咯啉酮类衍生物、含二取代肼基的吡咯烷二酮类衍生物及含取代苯肼基的tetronic acid衍生物的杀菌活性较为突出。如噻吩联吡咯啉酮类衍生物中，化合物7a7和7c7对水稻纹枯病菌的EC50值分别为1.2584 μg/mL和0.6018 μg/mL。含取代苯肼基的tetronic acid衍生物中，化合物5e和5f对小麦赤霉病菌的EC50值分别达到0.5141 μg/mL和0.5309 μg/mL，化合物5g对蔬菜灰霉病菌的EC50值达到0.2339 μg/mL，低于对照药剂速克灵的0.2398 μg/mL。这两类化合物的结构较为新颖，杀菌活性显著，具有进一步研究的价值。