氮/硫活性亚结构协同异海松酸抑制林木真菌机制研究

Isopimaric acid is an important component in rosin acids. Due to the separation and purification issues, the relationship between structural modifications and biological activity of isopimaric acid need further investigation. The previous research has demonstrated that isopimaric derivatives have important relationship with the switching performance of ion (potassium) channels in cell membrane, which is a critical factor for both cell metabolism and permeability of the derivatives. In this project, we plan to synthesis of a series of compounds using isopimaric acid as starting material on the basis of the preparation technology of isopimaric acid make a breakthrough. Important reaction parameters for different isopimaric derivatives, including isopimaric acid amides, isopimaric acid acylhydrazone, isopimaric acid thiourea and isopimaric acid sulfonamide, will be studied. The relations between the molecular structures of isopimaric derivatives and permeability behavior through cell membrane, and the relationship between particular molecular structure and antifugal mechanism will be investigated. This project aims to provide a solution for the pollutions of chemical antimicrobial agents, and provides a fundamental research for the development of high value downstream rosin derivatives.

异海松酸是松香的重要组成成分，但分离提纯困难，在生物活性及分子结构修饰应用方面的研究工作受到很大限制。本项目旨在异海松酸制备技术取得突破的基础上，设计将含氮/硫的活性亚结构与异海松酸活性结构进行拼接，利用业已发现的异海松酸具有控制菌体细胞离子通道、改变细胞膜通透性能的特性，使异海松酸衍生物能快速穿透细胞屏障，达到有效干扰林木真菌细胞正常代谢的目的。本项目拟通过酰氯化、肼解、酰胺化、酰腙化等化学过程，实现异海松酸与酰胺类、酰腙类、硫脲类及磺酰胺类等活性亚结构的有效拼接，完成不同亚结构修饰的异海松酸活性衍生物的真菌细胞壁通透性能研究，探明活性亚结构与异海松酸母体结构在抑制林木病原真菌方面的协同作用、构效关系及作用机理。本项目研究将为有效利用松香组分、提高松香利用附加价值和有效解决化学抑菌剂应用带来的生态和环境问题奠定坚实的理论基础。

以天然资源松香中的异海松酸为原料，设计并合成了3个系列共63种氮/硫活性亚结构修饰的异海松酸活性衍生物，其中包括35个异海松酸酰腙类、18个N-[4-(异海松酰胺基)苯基]-杂环磺酰胺类衍生物和10个N-异海松酰基-硫脲类衍生物，并优化了制备条件；对所制备的产物进行分离纯化，采用FT-IR、1H NMR、13C NMR和MS对产物结构进行了确证。对所合成的63个化合物均进行了抑菌实验测定，同时作为对比研究还测定了部分衍生物的抗肿瘤活性。在本研究中，部分含有卤素取代基的衍生物在引入杂环等结构后，生物活性得到了较大提高。合成的异海松基酰腙类衍生物中(5-溴吡啶-2-甲醛)-异海松酰腙(23)的MIC值为0.98 μg/mL，表现出最强的抑制效果，优于对照样品利福平；总体来说，大部分异海松酸酰腙类化合物的抑菌活性均优于或与异海松酸相当。合成的N-[4-(异海松酰胺基)苯基]-杂环磺酰胺类衍生物中5c和5h对白色念珠菌具有优异的生物活性，化合物5b、5d、5e和5k对白色念珠菌具有较好的生物活性。化合物5k和5q对樟子松枯梢病菌和无壳异担子菌具有较好的生物活性。合成的大部分N-异海松酰基-杂环硫脲类衍生物对金黄色葡萄球菌都具有非常好的抑菌活性，化合物4b、4c、4d、4e、4f的最低抑菌浓度仅为0.98 μg/mL，优于对照产物青霉素钠，化合物4h的最低抑菌浓度为15.6 μg/mL；化合物4i、4j的最低抑菌浓度为31.3 μg/mL，N-异海松酰基-杂环硫脲类衍生物有作为抑菌药物开发的潜力。从结构分析可以看出：含有卤素取代基的吡啶杂环类衍生物的抑菌活性明显提高；同时，吡啶类杂环中氮原子的位置也影响产物的抑菌活性，这一规律同时出现在喹啉杂环类衍生物中；另外，同时含有硫原子和氮原子的杂环类取代化合物具有更好的生物活性。通过上述研究，为海松酸型树脂酸生物活性衍生物的开发提供理论基础，并为松香的高值化利用开辟新的途径。