CN109851648A

CN109851648A - 一种大环内酯类衍生物的合成及应用

Info

Publication number: CN109851648A
Application number: CN201910029657.3A
Authority: CN
Inventors: 邹小毛; 董丽丽; 孙广元; 路靖童; 侯文萧; 廉玉韩; 冉书平; 郭琪; 孙万喜; 傅翠蓉
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本发明涉及一种大环内酯类化合物及其制备和应用，具体是修饰改性的阿维菌素类和伊维菌素类衍生物及其制备和应用。该大环内酯衍生物所涉及的化合物，如通式(I)、(II)所示，本发明化合物具有高效、安全、稳定、广谱、低毒的优异的农用杀虫杀螨活性。或者或者或者

Description

一种大环内酯类衍生物的合成及应用

技术领域：

本发明涉及一种大环内酯类化合物的制备，具体是修饰改性的阿维菌素和伊维菌素类衍生物及其制备方法和在农业上的杀虫杀螨方面的应用。

背景技术：

迄今，阿维菌素(Avermectin)和伊维菌素(Ivermectin)是典型的大环内酯类氯离子通道激活剂的商品化品种之一。

阿维菌素是十六元大环内酯双糖苷类化合物。它是一类广谱杀虫杀螨剂，其杀虫普有八十余种，能防治双翅目、同翅目、鞘翅目和鳞翅目害虫及多种害螨等，常用于农业害虫的防治，而且它还可以用于牲畜寄生虫的防治，而且效果很好。但是，由于阿维菌素原药毒性为剧毒，其LD₅₀(雄性大白鼠经口)为10.7mg/kg，因而它在牲畜寄生虫的防止上受到限制，在水稻害虫防治上也受到了限制；另外，由于阿维菌素应用时间较长，国内外文献报道，小菜蛾种群对阿维菌素已经产生了较强的抗性。

伊维菌素(Ivermectin or IVM)是大环内酯类抗生素驱虫药阿维菌素(Avermectins or AVM)家族中的一员，是美国Merck公司对阿维菌素B1a组份经选择加氢还原得到的22，23- 双氢衍生物。与阿维菌素相比，伊维菌素更加稳定和安全，急性毒性比阿维菌素低一倍，其LD₅₀ (雄性大白鼠经口)为29.5mg/kg，但还属于高毒品种。它是目前世界上公认的具有广谱、高效、低残留特点的大环内酯类抗生素驱虫药物，仍具有广阔的应用前景。

本课题组前期对阿维菌素和伊维菌素两个系列的非作用靶标点进行改造修饰，接入醇胺类或醇醚类的亲水性基团，获得了结构新颖的化合物[ZL.201310548827.1]。生测结果表明，当施药浓度为10^-4ug/mL时，部分化合物对小菜蛾的杀死率仍高达或接近100％，而伊维菌素在此浓度下已经失去对小菜蛾的活性，杀虫活性比伊维菌素提高近100倍。此外，生测结果表明，大部分该类化合物的还具有杀螨活性，且与伊维菌素的杀螨活性相当。其中两个化合物进行了田间稻纵卷叶螟和二化螟的防治试验，结果显示每亩施用0.6克有效成分下，药后7天，它们的防效在70％以上。毒力测定表明，雄性大鼠的急性经口毒性LD₅₀为501mg/kg。比阿维菌素降低40多倍，比伊维菌素降低10倍以上，而且其对螟虫的毒力是氯虫苯甲酰胺的2.5倍。

研究表明，药物无论是表皮吸收还是其它途径吸收，都需要以分子的形式穿过屏障膜。药物需首先溶解，且如果药物具有理想的生物药学特性，它从高浓度的区域扩散到低浓度的区域，跨过细胞膜进入到循环系统。所有的生物膜含有脂类作为主要成份。生物膜结构中起主导作用的分子部具有含有磷酸盐的高级行的链端结构，并且，在大多数情况下，两条高度疏水生物碳氢链。生物膜具有双层结构，亲水链端结构面向两侧的水相区域。非常亲水的药物无法穿过生物膜的脂质层而非常疏水性的药物因为相似形容的原因作为生物膜的一部分停留其中，从而不能有效进入内部的细胞质。因此，从这方面来讲，具有一定水溶性和脂溶性的药物分子，也是药物有效传过生物膜所必须的。

阿维菌素和伊维菌素的自身结构决定了它们是一类疏水性很强的药物分子。本发明通过构效关系研究，向阿维菌素B1a和伊维菌素B1a的费作用靶点位置4”位和5位引入含氮原子结构和醚键结构，以调节它们的水溶性和油溶性，使其水溶-油溶达到一个新的更好的平衡，从而提高靶标生物对他们呢的吸收效率，减少生物体外的损失。

发明内容：

本发明的目的是提供一类结构新颖的阿维菌素B1a和伊维菌素B1a的大环内酯类衍生物的制备及其应用。本发明的化合物具有相当的农用杀虫杀螨活性。

本发明提供了一类结构新颖的阿维菌素B1a和伊维菌素B1a的大环内酯类衍生物的制备及其应用，该类化合物的结构，如通式(I)和(II)所示：

其中，

X＝O或NH；Y＝O或NH；n＝0，1，2，3，4，5，6。

本发明较为优选的化合物为：

；X＝O；Y＝O；n＝0，1，2，3。

本发明的化合物(I)和(II)通过如下方法制备：

将阿维菌素B1a或伊维菌素B1a与含有R¹基团的氯甲酸烷基酯溶于适当的有机溶剂中，例如二氧六环、苯、甲苯、乙酸乙酯、四氢呋喃，正己烷，四氯化碳，氯仿或二氯甲烷，以有机碱如吡啶、三乙胺、四甲基乙二胺为缚酸剂，以4-N，N-二甲基吡啶(DMAP)为催化剂，温度为-25℃到室温条件下反应1-24小时制得化合物2。

将化合物2与适当的氧化剂，例如H₂O₂、NaClO、SeO₂、NaNO₂、间氯过氧化苯甲酸、过氧化苯甲酸叔丁酯、三氯氧磷、苯氧基磷酰氯或氧气，温度为-25℃到室温条件下反应1-24小时制得化合物3。

将化合物3与适当的肟化试剂，如盐酸羟胺，温度为-25℃到室温条件下反应1-24小时制得化合物4。

将化合物4与适当的还原剂，例如铁粉、H₂、NaBH₄、NaCNBH₃或LiAlH₄，温度为-25℃到室温条件下反应1-24小时制得化合物5。

本发明的通式(I)，(II)化合物具有相当的农用杀虫杀螨效果。

本发明还包括以通式(I)，(II)化合物为活性组份的杀虫杀螨组合物。该杀虫杀螨组合份中活性组份的重量百分含量为1-99％。该杀虫杀螨组合物中还包括农业上可接受的载体。

本发明的通式(I)，(II)化合物及其作为活性组份的杀虫杀螨组合物可以制成多种制剂使用。在这些组合物中，也可以加入液体或固体载体，并加入适量的表面活性剂来配合施用。

本发明的通式(I)，(II)化合物作为杀虫杀螨剂既可以单独使用也可以配合其它已知的杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂或肥料一起混合使用。

本发明提供了一类结构新颖的阿维菌素B1a和伊维菌素B1a大环内酯衍生物及合成方法，本发明化合物具有相当的的杀虫杀螨活性。

具体实施方式

下列实施例和生测试验结果可进一步说明本发明化合物的优越性能，但不意味着限制本发明。

合成实施例

化合物2的制备

称取15g(17.1mmol)阿维菌素B1a原料于250ml四口烧瓶内，冰盐浴下用60ml二氯甲烷搅拌溶解。称取催化量的4-二甲氨基吡啶加入反应体系内，称取2.49g(18.0mmol)2-甲氧基氯甲酸乙酯，并用15ml二氯甲烷稀释，将上述化合物混合于恒压滴液漏斗中滴加，TLC跟踪反应。

将反应体系倾入分液漏斗中，饱和NaCl水溶液水洗三次，无水MgSO₄干燥，脱去溶剂后得到白色固体粗品，再用硅胶柱色谱进行提纯，得到白色固体产品，收率60.21％。

A-YJ-2：¹H NMR(CDCl3，400MHz)δ(ppm)δ＝5.87(d，J＝10.5Hz，1H)，5.80(d， J＝1.6Hz，1H)，5.78(d，J＝1.5Hz. 1H)，5.77-5.71(m，2H)，5.70(s，1H)，5，59(d，J＝2.3Hz，2H)，5.56(d，J＝2.5Hz，1H)，5.45(s，1H)，5.42 (d，J＝2.7Hz，2H)，5.38(d，J＝6.2Hz，1H)，5.00(d，J＝5.5Hz，1H)，4.79(d，J＝3.2Hz，，1H)，4.66(qd，J＝14.5， 2.3Hz，2H)，4.41-4.27(m，2H)，4.14(d，J＝6.2Hz，1H)，3.96(s，1H)，3.91-3.82(m，2H)，3.78(dt，J＝12.4，6.2Hz，1H)，3.68-3.61(m，3H)，3.50(d，J＝8.4Hz，2H)，3.45(d，J＝5.7Hz，6H)，3.42-3.39(m，4H)，3.26(t，J＝9.0Hz，1H)，3 .19(t，J＝9.1Hz，1H)，2.53(d，J＝6.5Hz，1H)，2.37(d，J＝4.6Hz，1H)，2.36-2.17(m，6H)，2.12-1.96(m，2H)，1.89-1. 72(m，5H)，1.67-1.44(m，10H)，1.29(dd，J＝9.8，6.2Hz，8H)，1.18(d，J＝6.9Hz，3H)，1.12(d，J＝6.6Hz，1H)，0.98 (s，1H)，0.96-0.93(m，7H)，0.89(s，1H).

化合物3的制备

称取伊维菌素系列产物2固体5.37g(5.34mmol)于100mL三口圆底烧瓶中，冰盐浴搅拌下，加入20mL乙酸异丙酯溶液完全溶解，。向体系中加入2.70g(26.7mmol)三乙胺溶液和1.67g(21.36mmol)二甲基亚砜溶液。称取1.92g(9.08mmol)苯基二氯磷酸酯溶液用2.5mL乙酸异丙酯稀释后缓慢滴加。TLC跟踪反应。

将反应体系倾入分液漏斗中，无水MgSO4干燥，脱去溶剂后得到黄色固体5.14g，收率95.9％。

I-YYB-3：¹H NMR(CDCl3，400MHz)δ(ppm)δ＝5.86(d，J＝8.7Hz，1H)，5.73(d，J＝8.1Hz，2H)，5.58(s，1H)，5.39(d，J＝16.2Hz，3H)，5.00(d，J＝10.1Hz，1H)，4.79(s，1H)，4.65(dd，J＝30.5， 14.4Hz，2H)，4.31(d，J＝4.2Hz，2H)，4.13(d，J＝5.6Hz，2H)，3.96(s，1H)，3.90-3.74(m，3H)， 3.64(dd，J＝14.8，9.1Hz，4H)，3.54-3.33(m，9H)，3.22(dt，J＝29.2，9.0Hz，3H)，2.54(s，1H)，2.46 -2.17(m，6H)，2.11-1.92(m，2H)，1.88-1.72(m，4H)，1.69(s，2H)，1.52(d，J＝7.5Hz，6H)，1.28 (t，J＝7.0Hz，7H)，1.18(d，J＝6.1Hz，9H)，0.95(t，J＝6.9Hz，3H)，0.87(d，J＝6.5Hz，4H)，0.80(s， 3H)。

化合物4的制备

称取阿维菌素系列产物3固体3.45g(3.55mmol)于100mL单口圆底烧瓶中，室温搅拌下，加入20mL无水乙醇溶液使其完全溶解。向体系中加入0.37g(5.32mmol)盐酸羟胺固体，使其完全溶解。称取0.21g(5.32mol)氢氧化钠固体用少量水溶解后缓慢滴加，TLC跟踪反应。

向反应中加入30mL二氯甲烷进行萃取，用等体积饱和NaHCO₃溶液和饱和NaCl溶液各洗1次，无水Na₂SO₄干燥，脱去溶剂后得到黄色固体粗品，再用硅胶柱色谱进行提纯，得到浅黄色固体产品2.49g，收率70.94％。

A-BY-4 ¹H NMR(CDCl3，400MHz)δ(ppm)δ＝5.86(d，J＝10.1Hz，1H)，5.80(d，J＝1.2Hz，1H)，5.75(dd，J＝10.1，6.1Hz，2H)，5.58-5.55(m，1H)，5.42(d，J＝3.7Hz，1H)，5.37(d，J＝6.3Hz， 1H)，5.01-4.94(m，1H)，4.79(d，J＝3.0Hz，1H)，4.71(s，1H)，4.67(s，1H)，4.65-4.59(m，1H)， 4.14-4.11(m，1H)，3.95(s，1H)，3.87-3.83(m，1H)，3.79(dd，J＝9.3，6.3Hz，1H)，3.58-3.48(m， 5H)，3.45(d，J＝5.7Hz，4H)，3.39(d，J＝2.2Hz，1H)，3.26(t，J＝9.0Hz，1H)，3.18(t，J＝9.1Hz， 1H)，2.53(s，1H)，2.38-2.20(m，5H)，2.04(dd，J＝11.8，3.7Hz，1H)，2.0(s，1H)，1.80(d，J＝20.2 Hz，3H)，1.63-1.53(m，3H)，1.50(d，J＝8.4Hz，10H)，1.33(d，J＝1.7Hz，4H)，1.31(d，J＝1.7Hz， 3H)，1.30(s，1H)，1.28(d，J＝3.4Hz，2H)，1.26(s，1H)，1.23(s，1H)，1.21(d，J＝2.3Hz，1H)，1.18 (dd，J＝9.1，2.0Hz，4H)，1.12(d，J＝6.7Hz，1H)，0.97(s，1H)，0.96-0.92(m，7H)，0.87(d，J＝11.9 Hz，1H)，0.08(s，2H)。

化合物5的制备

称取伊维菌素系列产物4固体2.17g(2.11mmol)于100mL单口圆底烧瓶中，加入15mL无水甲醇溶液完全溶解，冰盐浴磁力搅拌。用10％的HCl-MeOH液体调节体系pH＝1。称取0.16g(2.53mol)氰基硼氢化钠固体加入体系。TLC跟踪反应。

用10％的NaOH溶液调节体系pH＝7。向反应中加入35mL二氯甲烷进行萃取，用等体积饱和NaHCO₃溶液洗1次和饱和NaCl溶液各洗1次，无水MgSO₄干燥，脱去溶剂后得到黄色固体粗品，再用硅胶柱色谱进行提纯，得到类白色固体产品1.74g，收率79.82％。

I-YD-5：¹H NMR(CDCl3，400MHz)δ(ppm)δ＝5.87(d，J＝8.5Hz，1H)，5.82-5.65(m， 2H)，5.59(s，1H)，5.39(d，J＝16.6Hz，3H)，5.00(d，J＝10.1Hz，1H)，4.80(s，1H)，4.65(dd，J＝29.2， 14.3Hz，2H)，4.42-4.19(m，3H)，4.13(d，J＝5.7Hz，2H)，3.90-3.74(m，3H)，3.68(s，4H)，3.59- 3.34(m，11H)，3.22(dt，J＝29.5，9.1Hz，3H)，2.54(s，2H)，2.44-2.16(m，6H)，2.11(s，1H)，2.04(dd， J＝32.8，11.5Hz，2H)，1.94-1.71(m，5H)，1.68(d，J＝10.8Hz，2H)，1.64-1.43(m，6H)，1.38(dd，J ＝14.5，8.2Hz，4H)，1.28(t，J＝7.0Hz，4H)，1.18(d，J＝6.5Hz，3H)，0.94(dd，J＝15.4，7.6Hz，7H)， 0.87(d，J＝6.5Hz，4H)，0.80(s，4H)。

表1为部分如通式(I)所示的本发明化合物

表2为部分通式(II)所示的本发明化合物

生测实例

部分化合物对粘虫、蚊幼虫、棉铃虫及玉米螟的生物活性测定

杀粘虫活性测定方法：粘虫(Mythimna separata Walker)，室内饲养的正常群体。浸叶法，用玉米叶浸渍于丙酮配制的药液中(200μg·ml^-1)，待药液后接入4龄幼虫，主要为胃毒、触杀作用，同时观察幼虫取食现象。24小时检查死亡率。

蚊幼虫杀虫活性测定方法：尖音库蚊淡色亚种(Culex pipiens pallens))，室内饲养的正常群体。称取供试化合物约5mg于盘尼西林药瓶中，加5mL丙酮(或适宜溶剂)，振荡溶解，即为1000μg·ml^-1母液。移取0.1mL母液，加入盛有39.9毫升水的100mL烧杯中，选取10头4 龄初蚊子幼虫，连同10mL饲养液一并倒入烧杯中，其药液的浓度即为2μg·ml^-1。将处理放入标准处理室内，24h检查结果。以含有0.5mL试验溶剂的水溶液为空白对照。

棉铃虫(Helicoverpa armigera)杀虫活性测定方法：室内饲养的正常群体。试验方法：浸叶法。浸叶法，用玉米叶浸渍于丙酮配制的药液中(200ppm，200mg/L)，待药液干后绞碎放入24孔中，每孔接入3龄幼虫一头，每次用10头，三次重复，共30头试虫，主要为胃毒、触杀作用，同时观察幼虫取食现象。72小时后检查死亡率。

玉米螟杀虫活性测定(Ostrinia nubilalis Hubner)，室内饲养的正常群体。试验方法：浸叶法。浸叶法，用玉米叶浸渍于丙酮配制的药液中(200ppm，200mg/L)，待药液干后接入3 龄幼虫10头于培养皿中，三次重复，共用试虫30头，主要为胃毒、触杀作用，同时观察幼虫取食现象。72小时后检查死亡率。

小菜蛾杀虫测定方法：采用国际抗性行动委员会(IRAC)提出的浸叶法。先将供试药品配制成所需浓度的待测药液，再用直头眼科镊子浸渍甘蓝叶片，3～5s后甩掉余液。每次1 片，每个样品共3片。按样品标记顺序依次放在处理纸上。待药液溶剂(水)蒸发完全后，将叶片放入具有标记的10cm长的直型管内，再接入2龄小菜蛾幼虫5头，用纱布盖好管口。将试验处理置于标准处理室内，96h后检查结果。以拨针轻触虫体，不动者为死亡，计算死亡率。重复两次，取平均值。

杀蚜虫活性试验方法：浸渍法。初筛浓度：200μg·ml^-1。15mg药样于100mL烧杯中，加 0.5mL丙酮(或其它适合溶剂)，最多不超过1mL；加乳化剂Sorpol～560(或其它适合乳化剂) 1滴，用玻璃棒充分搅拌，使其互相溶解，再加75mL蒸馏水后，再次充分搅拌，即为200μg·ml^-1的药液。将带有若虫的植株在上述药液中浸渍2～3秒钟，甩掉多余药液，将植株扦在泡沫板上，加盖煤油灯灯罩(灯罩上口用纱布、橡皮圈封口)。并将试验置于处理室内。24h检查结果。用相应的丙酮(或使用的溶剂)、乳化剂的水溶液浸渍带虫的蚕豆植株作为空白对照。用放大镜检查死活虫数.按试虫不能爬行自身体长为死亡标准。除记录各药样处理中幼虫的死虫数外，还应计录中毒症状，击倒速度等项目。

杀螨虫活性测定方法：初筛浓度：200μg·ml^-1。在分析天平上称取15mg药样于100mL 烧杯中，加1mL丙酮(或其它适合溶剂)。加乳化剂sorpol～560(或其它适合乳化剂)1滴，用玻璃棒充分搅拌，使其互相溶解，再加75mL蒸馏水后，再次充分搅拌，即为200μg·ml^-1的药液。将带有叶螨的植株在上述药液中浸渍5秒钟，轻轻抖动，去掉多余的药液，将植株插入带有方块玻璃盖的水培缸中，玻璃盖四周涂以羊毛脂，防止螨虫逃走。把试验置于处理室内。24 或48h检查结果。用相应的丙酮(或使用的溶剂)、乳化剂的水溶液浸渍带叶螨的菜豆植株作为空白对照。除记录各药样处理中叶螨的死虫数外，还应记录中毒症状。

表3：通式(I)和通式(II)中化合物2系列对小菜蛾及其幼螨的生测结果

表4通式(I)和(II)化合物4和5系列的粘虫、蚊幼虫、棉铃虫、玉米螟生物测定结果

杀蚜虫活性试验方法：浸渍法。初筛浓度：200μg·ml^-1。15mg药样于100mL烧杯中，加0.5mL丙酮(或其它适合溶剂)，最多不超过1mL；加乳化剂Sorpol～560(或其它适合乳化剂)1滴，用玻璃棒充分搅拌，使其互相溶解，再加75mL蒸馏水后，再次充分搅拌，即为200μg·ml^-1的药液。将带有若虫的植株在上述药液中浸渍2～3秒钟，甩掉多余药液，将植株扦在泡沫板上，加盖煤油灯灯罩(灯罩上口用纱布、橡皮圈封口)。并将试验置于处理室内。24h检查结果。用相应的丙酮(或使用的溶剂)、乳化剂的水溶液浸渍带虫的蚕豆植株作为空白对照。用放大镜检查死活虫数，按试虫不能爬行自身体长为死亡标准。除记录各药样处理中幼虫的死虫数外，还应计录中毒症状，击倒速度等项目。

表5通式(I)(II)部分化合物对蚜虫、朱砂叶螨和小菜蛾的生物活性测定结果

Claims

1.一种大环内酯衍生物的化合物，其特征在于如通式(I和II)所示：

其中：

X＝O或NH；Y＝O或NH；n＝0，1，2，3，4，5，6。

HO-N＝，

2.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，通式(I和II)中：

X＝O，Y＝O，n＝0，1，2，3。

3.权利要求1所述的化合物用于制备农业中的杀虫杀螨剂。

4.一种杀虫杀螨组合物，其特征在于含有权利要求1所述的化合物作为活性组分和农业上可接受的载体。

5.如权利要求3所述的杀虫杀螨组合物，其特征在于组合物中活性组分的重量百分含量为1-99％。

6.权利要求1所述化合物的制备方法，其特征在于包括下述的步骤：

1)将阿维菌素Bla或伊维菌素Bla与另外制备的含有R¹基团的氯甲酸烷基酯溶于在有机溶剂，以有机碱吡啶、四甲基乙二胺或三乙胺为缚酸剂，以4-二甲氨基吡啶为催化剂，温度为-25℃到室温条件下反应1-24小时制得化合物2；

2)将化合物2在-25℃到室温条件下与氧化剂反应1-24小时制得化合物3，其特征在于所述氧化剂为H₂O₂、NaClO、SeO₂、NaNO₂、间氯过氧化苯甲酸、过氧化苯甲酸叔丁酯、三氯氧磷、苯基二氯磷酸酯或氧气；

3)将化合物3在-25℃到室温条件下与肟化剂反应1-24小时制得化合物4，其特征在于所述肟化剂为盐酸羟胺；

4)将化合物4在-25℃到室温条件下与还原剂反应1-24小时制得化合物5，其特征在于所述还原剂为铁粉、H₂、NaBH₄、NaCNBH₃或LiAlH₄。