新型2-(1-甲基-1H-...成、杀菌活性及分子对接研究_孙昌兴.pdf

有机化学有机化学 Chinese Journal of Organic Chemistry ARTICLE *Corresponding author.E-mail: Received June 7,2022;revised July 11,2022;published online September 1,2022.Project supported by the Natural Science Foundation of Shandong Province(No.ZR2020MB110).山东省自然科学基金(No.ZR2020MB110)资助项目.Chin.J.Org.Chem.2023,43,229235 2023 Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences http:/sioc- DOI:10.6023/cjoc202206008 研究论文研究论文 新型 2-(1-甲基-1H-吡唑-4-基)嘧啶-4-甲酰胺的设计、合成、杀菌活性及分子对接研究 孙昌兴 张福豪 张 欢 李鹏辉 姜 林*(山东农业大学化学与材料科学学院 山东泰安 271018)摘要摘要 为寻找结构新颖的嘧啶类杀菌剂,以 2-氯嘧啶-4-甲酸、1-甲基-4-吡唑硼酸频哪醇酯、取代苯胺或取代苄胺等为原料,经Suzuki偶联和酰胺化反应合成了13种2-(1-甲基-1H-吡唑-4-基)嘧啶-4-甲酰胺类化合物,其结构经过1H NMR、13C NMR、IR、HRMS 鉴定,并利用 X 射线单晶衍射法确定了 N-苄基-2-(1-甲基-1H-吡唑-4-基)嘧啶-4-甲酰胺(4h)的晶体结构.初步测试了目标化合物对 3 种植物病原菌的杀菌活性,在浓度为 100 mg/L 时,N-(4-甲基苯基)-2-(1-甲基-1H-吡唑-4-基)嘧啶-4-甲酰胺(4f)和 N-(4-氯苄基)-2-(1-甲基-1H-吡唑-4-基)嘧啶-4-甲酰胺(4j)对水稻纹枯菌表现出较高的杀菌活性,抑制率分别为 85.3%和 79.1%.分子对接研究显示 4f 可与琥珀酸脱氢酶活性腔内的氨基酸残基形成 2 个氢键和 1个阳离子-相互作用.关键词关键词 嘧啶;酰胺;琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHI);杀菌活性;分子对接 Design,Synthesis,Fungicidal Activity and Molecular Docking Study of Novel 2-(1-Methyl-1H-pyrazol-4-yl)pyrimidine-4-carboxamides Sun,Changxing Zhang,Fuhao Zhang,Huan Li,Penghui Jiang,Lin*(College of Chemistry and Material Science,Shandong Agricultural University,Taian,Shandong 271018)Abstract In order to develop novel pyrimidine fungicides,thirteen 2-(1-methyl-1H-pyrazol-4-yl)pyrimidine-4-carboxami-des were synthesized from 2-chloropyrimidine-4-carboxylic acid,1-methyl-4-pyrazole borate pinacol ester,substituted anilines or substituted benzylamines as starting materials.The structures of target compounds were characterized by 1H NMR,13C NMR,IR,HRMS,and the crystal structure of N-benzyl-2-(1-methyl-1H-pyrazol-4-yl)pyrimidine-4-carboxamide(4h)was also determined by X-ray diffraction method.The preliminary fungicidal activities against three plant fungi were evaluated,and the results showed that at a dosage of 100 mg/L,N-(4-methyl)phenyl-2-(1-methyl-1H-pyrazol-4-yl)pyrimidine-4-carboxamide(4f)and N-(4-chlorobenzyl)-2-(1-methyl-1H-pyrazol-4-yl)pyrimidine-4-carboxamide(4j)possessed relatively high activities against Rhizoctonia solani with inhibitory rates of 85.3%and 79.1%,respectively.Molecular docking study showed that 4f can form two hydrogen bonds and one cation-interaction with succinate dehydrogenase.Keywords pyrimidine;carboxamide;succinate dehydrogenase(SDHI);fungicidal activity;molecular docking 酰胺类化合物因含有独特的 C(O)NH 结构,易与生物体形成氢键,因而表现出良好的生物活性,在农药与医药领域得到广泛应用1.在三大类农药中,酰胺类化合物均有优良品种出现,如杀虫剂氟啶虫酰胺、氯虫酰胺,杀菌剂烯酰吗啉、氟吡菌胺,除草剂乙草胺、氟吡草胺等.在酰胺类杀菌剂中,琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHI)是一类作用机制新颖、高效低毒、发展潜力大的杀菌剂2.1966 年,第一个 SDHI 类杀菌剂萎锈灵问世,但此后的三十多年里该类杀菌剂仅开发出 8 个品种.2003 年,随着广谱高效杀菌剂啶酰菌胺的问世,该类杀菌剂有了快速发展,迄今已开发出24个品种,其中销售额在 14 亿美元的品种多达 7 个,即氟唑菌酰胺、苯并烯氟菌唑、啶酰菌胺、联苯吡菌胺、氟唑菌苯胺、吡唑萘菌胺和氟唑环菌胺3.值得一提的是我国科研人员在此领域成效突出,杨光富课题组创制了氟苯醚酰胺4和苯醚唑酰胺5,其中苯醚唑酰胺由山东中农联合有限公 有机化学 研究论文 230 http:/sioc- Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences Chin.J.Org.Chem.2023,43,229235 司开展登记和产业化开发.目前,SDHI 类杀菌剂的设计与合成仍然是农药化学研究的热点.例如,Xu 等6通过骨架迁越和翻转法,设计合成了一系列 N-(吡唑-5-基)取代苯甲酰胺,部分化合物对菌核菌有很高的抑制作用.Yang 等7设计合成了一系列 N-取代吡啶基-(1-苯基-5-三氟甲基)吡唑甲酰胺,一些化合物在 100 g/mL 浓度下对赤霉菌、枯萎菌等 5 种病原菌有良好的抑制效果.赵金浩等8设计合成一系列吡唑联噻吩甲酰胺,在 50 g/mL 浓度下,部分化合物对赤霉菌和灰霉菌有较高的抑制作用.唐孝荣等9将查尔酮活性片段引入酰胺分子中,设计合成多种类型的 N-(3-芳杂基)丙烯酰基)苯基酰胺,其中 2 种化合物对油菜菌核菌表现出较强的抑制活性.从化学结构来看,SDHI 类杀菌剂由三部分组成:酸部分、酰胺桥和侧链部分.酸部分主要是取代苯环、吡唑、噻唑、噻吩、呋喃、吡啶、吡嗪、恶噻啉等;侧链部分主要是取代苯环,或取代联苯、二苯醚、苯基并环、烷基噻吩等10.在 24 种 SDHI 杀菌剂中,酸部分为吡唑环的多达 12 种,可见吡唑结构在该类杀菌剂中是非常重要的药效团11.嘧啶是一种重要的杂环药效团,其衍生物具有广泛的生物活性,如杀菌12、除草13、抗病毒14、抗肿瘤15、抗炎16等生物活性.仅在农用杀菌剂方面,就有嘧菌胺、氟嘧菌胺、嘧菌酯等 10 多个优良品种17.近年来,我们开展了取代嘧啶甲酰胺18、嘧啶-苯并咪唑衍生 物19-20的合成及杀菌活性研究,得到具有较高杀菌活性的嘧啶衍生物.受上述研究成果的启发,本文利用活性亚结构拼接法,将吡唑环与嘧啶环拼接作为 SDHI 类杀菌剂分子中的酸部分,设计合成了一系列 N-(取代苯基/苄基)-2-(1-甲基-1H-吡唑-4-基)嘧啶-4-甲酰胺,期望得到具有良好杀菌活性的新型化合物,设计策略如图 1 所示.1 结果与讨论结果与讨论 1.1 化合物的合成 目标化合物的合成路线如 Scheme 1 所示.2-氯嘧 啶-4-甲酸与 1-甲基-4-吡唑硼酸频哪醇酯在双(三环己基膦)二氯化钯(Pd(PCy3)2Cl2)催化下,经 Suzuki 偶联反应制备关键中间体 2-(1-甲基-1H-吡唑-4-基)嘧啶-4-甲酸(1).在缩合剂 EDCI 作用下,中间体 1 与取代苯胺(2)或取代苄胺(3)反应生成目标化合物 4.实验发现,制备中间体1 的 Suzuki 偶联试剂Pd(PCy3)2Cl2对氧气与过氧化物极为敏感,应使用新蒸馏的 N-甲基吡咯烷酮(NMP)作溶剂.如果使用久置的 NMP,会导致反应时间延长、产率下降,其原因是 NMP 中氮的-亚甲基能与空气中的氧气反应生成过氧化物,过氧化物会将催化剂中高活 图图 1 目标化合物的设计策略 Figure 1 Design strategy of target compounds 图式图式 1 目标化合物 4a4m 的合成路线 Scheme 1 Synthetic route for the target compounds 4a4m Chinese Journal of Organic Chemistry ARTICLE Chin.J.Org.Chem.2023,43,229235 2023 Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences http:/sioc- 性的 Pd(0)氧化为 Pd(II),从而导致催化剂的催化效率降低、甚至失活21.1.2 波谱分析 以目标化合物 4f(R4-CH3)为例.1H NMR 中,化学位移 9.81 处的单峰对应于酰胺键的氢,嘧啶环 5-位和6-位2个氢的化学位移分别在 8.92和7.93处且呈双重峰,吡唑环的 2 个氢化学位移分别为 8.24、8.16,7.66、7.22 处的 2 个双峰对应于苯环 4 个氢,4.01 处的单峰对应于吡唑环 1-位的甲基氢,2.36 处的单峰对应于苯环 4-位的甲基氢.13C NMR 中,160.4 处的峰对应于嘧啶环 2-位碳,160.3 处的峰对应于酰胺键的碳;159.8114.9 区间的 10 个峰为嘧啶环其余碳、苯环碳、吡唑环碳的吸收峰;吡唑环 1-位的甲基碳、苯环 4-位甲基碳吸收峰分别位于 39.3 和 20.9 处.IR 中,3347 cm1 为 NH 的伸缩振动吸收峰,1684 cm1为酰胺 CO 的伸缩振动吸收峰,1527 cm1为 CN 伸缩振动吸收峰.1.3 化合物 4h 的晶体结构 将化合物 4h 的粉末溶于氯仿,注入玻璃小瓶中并用薄膜封口,扎小孔使溶剂缓慢挥发,析出白色单晶.使用 Supernova Dual Source X 射线单晶衍射仪,以石墨单色化 Mo K 射线(0.071073 nm)为衍射光源,测定其晶体结构,如图 2 所示.4h 的晶体属单斜晶系,I2/a 空间群;晶胞参数:a