付騁宇，張 波 編譯

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碳酰肼基和含有咪唑啉基團(tuán)的1,3,4-噁二唑衍生物的合成及其對(duì)埃及伊蚊的構(gòu)-效關(guān)系

付騁宇，張 波 編譯

(陜西出入境檢驗(yàn)檢疫局，陜西西安 710068)

蚊媒病是持續(xù)危害人類健康的全球問(wèn)題。瘧疾仍是按蚊傳播的危害性最大的寄生蟲(chóng)病，寨卡病毒是伊蚊傳播的黃病毒，已經(jīng)傳播到南美、中美和加勒比地區(qū)。因?yàn)闆](méi)有疫苗和其他特定處理措施用于防治寨卡病毒的傳染，化學(xué)殺蟲(chóng)劑仍是控制蚊子減少病毒傳播的主要方法。然而，目前大部分農(nóng)藥抗性的出現(xiàn)導(dǎo)致對(duì)新殺蟲(chóng)劑的持續(xù)需求。目前大多數(shù)殺成蟲(chóng)藥抑制乙酰膽堿酯酶的活性或阻斷電壓敏感的鈉通道的失活。

咪唑啉環(huán)類雜環(huán)化合物具有廣譜生物活性。吡蟲(chóng)啉是開(kāi)發(fā)的第一個(gè)新煙堿類殺蟲(chóng)劑，其結(jié)構(gòu)中含有吡啶和咪唑啉環(huán)。新煙堿類殺蟲(chóng)劑作用于昆蟲(chóng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸后膜上的煙堿型乙酰膽堿受體。

設(shè)想化合物的結(jié)構(gòu)由3部分組成：芳香環(huán)(A)、噁二唑環(huán)(B)和咪唑啉酮環(huán)(C)(圖1)。此外，可用含有酰肼基團(tuán)的羰基來(lái)代替噁二唑環(huán)。1,3,4-噁二唑環(huán)是藥物化學(xué)中有用的雜環(huán)，取代的1,3,4-噁二唑環(huán)化合物有不同生物活性，比如：抗菌、除草、殺蟲(chóng)、抗病毒、抗腫瘤和消炎活性。除了廣譜的生物活性外，1,3,4-噁二唑環(huán)是酰胺和酯官能團(tuán)的生物電子等排體，研究表明這些環(huán)容易與不同受體以氫鍵相互作用。

在筆者之前的研究中，合成了一系列3-乙?；?2,5-二取代-2,3-二氫-1,3,4-噁二唑。在試驗(yàn)的17個(gè)化合物中，只有3-乙酰基-5-(4-氟苯基)-2-苯基-2,3-二氫-1,3,4-噁二唑和3-乙?；?5-(4-氟苯基)-2-(4-溴苯基)-2,3-二氫-1,3,4-噁二唑?qū)Π＜耙廖糜紫x(chóng)有殺滅活性，對(duì)1齡幼蟲(chóng)的LC50分別為24.1、30.9 mg/L。近期爆發(fā)的寨卡病毒感染加快了新穎蚊子控制劑的研究，在綜合媒介管理策略中對(duì)蚊子幼蟲(chóng)和成蟲(chóng)的控制工具都很重要。筆者持續(xù)研究的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)新穎殺蟲(chóng)劑，本文中合成了17種含有噁二唑和咪唑啉環(huán)的新穎化合物，并評(píng)估了它們對(duì)埃及伊蚊的殺幼蟲(chóng)和殺成蟲(chóng)活性。

注：(A)芳香環(huán)，(B)噁二唑環(huán)和(C)咪唑啉環(huán)。

1 材料和方法

1.1 化學(xué)

羰基氰基-對(duì)-三氟甲氧基苯腙(FCCP)購(gòu)自Abcam公司(美國(guó)馬賽諸塞州劍橋市)，其他所有化學(xué)試劑和溶液均購(gòu)自Sigma-Aldrich公司(美國(guó)密蘇里州，圣路易斯市)和Merck公司(德國(guó)達(dá)姆施塔特)。用薄層色譜(TLC)檢測(cè)化合物的均勻性和純度，商品化硅膠板(德國(guó)默克Merck薄層板TLC Silica gel 60G F254 25 Glass plates 20 x 20 cm)，展開(kāi)劑為甲醇:氯仿(60:40)。薄層板同時(shí)采用紫外光(波長(zhǎng)254nm)和碘顯色。用反向高效液相色譜(HPLC，Chromasil C183.6×150 mm柱，英國(guó)Hichrom公司)檢測(cè)合成化合物的純度，流動(dòng)相為乙腈︰水(50︰50，體積比)。用Schmelzpunktbestimmer SMP II熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定熔點(diǎn)(德國(guó)呂伯林根，Gottfried-Keller-Weg)。紅外光譜儀為FTIR-8400S(日本東京，島津)。核磁共振氫譜(1H-NMR)以四甲基硅烷(TMS)作為內(nèi)標(biāo)，氘代二甲亞砜(DMSO-d6)為溶劑，Advance 400NMR型核磁共振儀(美國(guó)加州費(fèi)里蒙特Bruker Biospin公司)?；瘜W(xué)位移以相對(duì)于TMS的值表示，使用以下縮寫來(lái)描述峰的形式：s，單峰；d，雙峰；t，三重峰；m，多重峰。元素分析儀[碳(C)，氫原子(H)，氮原子(N)]型號(hào)為CNHS-Thermo Scientific Flash 2000(美國(guó)馬薩諸塞州沃爾瑟姆，賽默飛世爾科技公司)。

1.2 酰肼衍生物合成步驟

3-(甲基磺酰基)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(1)，CAS號(hào)：64341-28-2。

3-(甲基磺?；?-2-氧代咪唑啉-1-碳酰氯(1.74 mmol)在磁力攪拌下溶于甲醇，加入水合肼(1 mL)，室溫下攪拌8 h。過(guò)濾混合物，并以甲醇洗滌。

化合物1：白色固體，收率60%，熔點(diǎn)(mp) 222~ 223 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3566，3358，3020, 2997，2918，1685，1508，1477，1288。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.37(s，3H，SO2CH3)，3.72-3.85(m，4H，-CH2-)，4.85(s，2H，-NH2), 9.36(s，1H，-NH)。對(duì)于C5H10N4O4S (分子量222.22 g/mol)，計(jì)算值：C：27.02 H：4.54 N：25.21，實(shí)測(cè)值：C：27.02 H：4.54 N：25.21。

1.3 碳酰肼衍生物的合成步驟(2a-h)

室溫下在酰肼(1 mmol)(1)和三甲胺(2 mmol)的干二氯甲烷溶液(5 mL)中滴加預(yù)制好的苯甲酰氯(1 mmol)，磁力攪拌混合反應(yīng)體系3 h。以蒸餾水洗滌沉淀物，過(guò)濾。用TLC檢測(cè)化合物純度。

′-(4-氟苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2a)：白色固體，收率70%，熔點(diǎn)(mp) 271~ 273 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3371, 3321, 3010, 2928, 1695, 1473, 1280, 812。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.37(s，3H，-SO2CH3)，3.77-4.01(m，4H，-CH2-)，7.42-8.40(m，4H，Ar-H)，9.01和10.47(s，2H，-NH2)。對(duì)于C12H13FN4O5S (分子量344.32 g/mol)，計(jì)算值：C：41.86 H：3.81 N：16.27，實(shí)測(cè)值：C：41.66 H：3.79 N：16.20。

′-(4-氯苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2b)：白色固體，收率70%，熔點(diǎn)(mp) 248~ 250 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3367, 3282, 3026, 2993, 2933, 1689, 1479, 1280, 848。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.37(s，3H，-SO2CH3)，3.75-3.92 (m，4H，-CH2-)，7.58-7.90(m，4H，Ar-H)，9.36和10.67(s，2H，-NH-)。對(duì)于C12H13ClN4O5S (分子量360.77 g/mol)，計(jì)算值：C：39.95 H：3.63 N：15.53，實(shí)測(cè)值：C：40.01 H：3.60 N：15.55。

3-(甲磺酰)-′-(4-硝基苯甲酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2c)：淺黃色，收率60%，熔點(diǎn)(mp) 286~ 288 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3302, 3020, 2993, 2937, 1687, 1479, 1251, 800。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.37(s，3H，-SO2CH3)，3.73-3.92(m，4H，-CH2-)，7.20-7.33(d，4H，Ar-H)，9.02和9.24(s，2H，NH)。對(duì)于C12H13N5O7S (分子量371.33 g/mol)，計(jì)算值：C：38.81 H：3.53 N：18.86，實(shí)測(cè)值：C：38.84 H：3.54 N：18.80。

′-(4-甲基苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2d)：白色固體，收率65%，熔點(diǎn)(mp) 245~ 246 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3373, 3300, 3032, 2982, 2924, 1695, 1473, 1253, 802。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 2.49-2.51(s，3H，-CH3)，3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.74-3.89(m，4H，-CH2-)，7.28-7.84(m，4H，Ar-H)，9.41(s，2H，-NH-)。對(duì)于C13H16N4O5S (分子量340.35 g/mol)，計(jì)算值：C：45.88 H：4.74 N：16.46，實(shí)測(cè)值：C：46.01 H：4.72 N：16.50。

′-苯甲酰-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2e)：白色固體，收率70%，熔點(diǎn)(mp) 240~242 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3371, 3327, 3024, 2989, 2935, 1693, 1473, 1251, 802。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.74-3.90(m，4H，-CH2-)，7.51-7.89(m，5H，Ar-H)，9.36和9.44(s，2H，-NH-)。對(duì)于C12H14N4O5S(分子量326.33 g/mol)，計(jì)算值：C：44.17 H：4.32 N：17.17，實(shí)測(cè)值：C：44.15 H：4.30 N：17.20。

′-(4-甲氧基苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2f)：淺黃色，收率60%，熔點(diǎn)(mp) 261~ 263 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3281, 3227, 3009, 2922, 2841, 1703, 1489, 1249, 898。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.74-3.90 (m，4H，-CH2-)，4.33(s，3H，OCH2)，7.00-7.90(m，4H，Ar-H)，9.37(s，2H，NH)。對(duì)于C13H16N4O6S (分子量356.35 g/mol]，計(jì)算值：C：43.82 H：4.53 N：15.72，實(shí)測(cè)值：C：43.91 H：4.50 N：15.80。

′-(4-溴苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2g)：白色固體，收率65%，熔點(diǎn)(mp) 290~ 291 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3371, 3026, 2991,2929, 1697, 1473, 1251, 898。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.77-3.92(m，4H，-CH2-)，7.72-7.83(m，4H，Ar-H)，9.36和9.47(s，2H，-NH-)。對(duì)于C12H13BrN4O5S (分子量405.22 g/mol)，計(jì)算值：C：35.57 H：3.23 N：13.83，實(shí)測(cè)值：C：35.52 H：3.26 N：13.81。

′-(2,4-二氯苯甲酰)-3-(甲磺酰)-2-氧代咪唑啉-1-碳酰肼(2h)：白色固體，收率55%，熔點(diǎn)(mp) 287~ 288 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3367, 3302, 3020, 2993, 2929, 1687, 1479, 1251, 891。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.77-3.89 (m，4H，-CH2-)，7.46-7.56(m，3H，Ar-H)，9.36和9.57(s，2H，-NH-)。對(duì)于C12H12Cl2N4O6S (分子量395.22 g/mol)，計(jì)算值：C：36.47 H：3.06 N：14.18，實(shí)測(cè)值：C：36.47 H：3.01 N：14.20。

1.4 噁二唑衍生物合成步驟(3a-h)

在反應(yīng)瓶中加入碳酰肼(1 g)和15 mL三氯氧磷，回流6 h。待反應(yīng)物冷卻至室溫，將其倒入冰水混合物中，過(guò)濾沉淀物，洗滌，干燥。

1-[5-(4-氟苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]-3-(甲磺?；?咪唑啉-2-酮(3a)：白色固體，收率50%，熔點(diǎn)(mp) 251~253 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3375, 3080, 1683, 1593, 1475, 1234, 1097, 846。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.75-4.11 (m，4H，-CH2-)，7.44-8.02(m，4H，Ar-H)。對(duì)于C12H11FN4O4S (分子量326.30 g/mol)，計(jì)算值：C：44.17 H：3.40 N：17.17，實(shí)測(cè)值：C：44.24 H：3.43 N：17.10。

1-[5-(4-氯苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]-3-(甲磺?；?咪唑啉-2-酮(3b)：白色固體，收率50%，熔點(diǎn)(mp) 276~278 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3010, 2929, 1683, 1550, 1475, 1253, 809。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.74-4.08(m，4H，-CH2-)，7.68-7.69(m，4H，Ar-H)。對(duì)于C12H11ClN4O5S(分子量342.76 g/mol)，計(jì)算值：C：42.05 H：3.23 N：16.35，實(shí)測(cè)值：C：42.10 H：3.26 N：16.40。

1-(甲磺?；?-3-[5-(4-硝基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]咪唑啉-2-酮(3c)：淡黃色，收率40%，熔點(diǎn)(mp) 261~263 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3024, 2931, 1685, 1555, 1471, 1230, 856。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.75-4.12(m，4H，-CH2-)，8.16-8.47(m，4H，Ar-H)。對(duì)于C12H11N5O6S(分子量353.31 g/mol)，計(jì)算值：C：40.79 H：3.14 N：19.82，實(shí)測(cè)值：C：40.74 H：3.10 N：19.90。

1-[5-(4-甲基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]-3-(甲磺?；?咪唑啉-2-酮(3d)：白色固體，收率40%，熔點(diǎn)(mp) 241~242 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3026, 2929, 1683, 1550, 1477, 1251, 800。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 2.50(s，3H，-CH3)，3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.74-4.07(m，4H，-CH2-)，7.40-7.84(m，4H，Ar-H)。對(duì)于C13H14N4O4S (分子量322.34 g/mol)，計(jì)算值：C：48.44 H：4.38 N：17.38，實(shí)測(cè)值：C：48.48 H：4.34 N：17.40。

1-(甲磺?；?-3-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)-咪唑啉-2-酮(3e)：白色固體，收率50%，熔點(diǎn)(mp) 249~250 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3024, 2929, 1683, 1548, 1469, 1249, 891。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.39(s，3H，-SO2CH3)，3.76-3.90(m，4H，-CH2-)，7.50-8.24(m，5H，Ar-H)。對(duì)于C12H12N4O4S (分子量308.31 g/mol)，計(jì)算值：C：46.75 H：3.92 N：18.17，實(shí)測(cè)值：C：46.80 H：3.90 N：18.15。

1-[5-(4-甲氧基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]-3-(甲磺?；?咪唑啉-2-酮(3f)：淡黃色，收率40%，熔點(diǎn)(mp) 265~266 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3026, 2929, 1683, 1548, 1469, 1288, 831。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.36(s，3H，-SO2CH3)，3.60(s,H, OCH3)，3.74-3.90(m，4H，-CH2-)，7.10-7.90(m，4H，Ar-H)。對(duì)于C13H14N4O5S (分子量338.34 g/mol)，計(jì)算值：C：46.15 H：4.17 N：16.56，實(shí)測(cè)值：C：46.12 H：4.18 N：16.51。

1-[5-(4-溴苯基)-1,3,4-噁二唑2-基]-3-(甲磺?；?咪唑啉-2-酮(3g)：白色固體，收率45%，熔點(diǎn)(mp) 292~293 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3020, 2928, 1683, 1550, 1473, 1280, 895。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.36(s，3H，-SO2CH3)，3.73-4.07(m，4H，-CH2-)，7.70-8.07(m，4H，Ar-H)。對(duì)于C12H11BrN4O4S (分子量387.21 g/mol)，計(jì)算值：C：37.22 H：2.86 N：14.47，實(shí)測(cè)值：C：37.20 H：2.82 N：14.50。

1-[5-(2,4-二氯苯基)-1,3,4-噁二唑2-基]-3-(甲磺?；?咪唑啉-2-酮(3h)：白色固體，收率40%，熔點(diǎn)(mp) 277~279 ℃。紅外最大吸收波(cm-1)：3026, 2933, 1683, 1585, 1467, 1259, 854。1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): 3.37(s，3H，-SO2CH3)，3.75-4.13(m，4H，-CH2-)，7.57-7.80(m，3H，Ar-H)。對(duì)于C12H10Cl2N4O4S(分子量377.20 g/mol)，計(jì)算值：C：38.21 H：2.67 N：14.85，實(shí)測(cè)值：C：38.20 H：2.64 N：14.90。

1.5 供試蚊子和生物測(cè)定

用于點(diǎn)滴法生物測(cè)定的蚊子為奧蘭多品系(ORL)埃及伊蚊羽化3~7 d的雌性成蟲(chóng)。ORL是自1952年以來(lái)未進(jìn)行過(guò)田間補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)敏感品系。氯菊酯對(duì)該品系的半數(shù)致死量(LD50)為0.1~0.2 ng。先前已對(duì)標(biāo)準(zhǔn)飼養(yǎng)流程進(jìn)行了描述，并用此方法培育大小為(2.3±0.3) mg的雌性成蟲(chóng)。

幼蟲(chóng)的生物測(cè)定方法以前已有描述，以1齡幼蟲(chóng)為試蟲(chóng)，在96孔微量滴定板進(jìn)行，每孔容量為200 μL。向每只幼蟲(chóng)提供10 μL 2%食物溶液(苜蓿粉︰豬飼料1︰1)的上清液。分別吸取每種化合物儲(chǔ)備液2、1、0.5、0.2 μL，以DMSO稀釋至100 μg/μL，加入微孔中，充分接觸幼蟲(chóng)蟲(chóng)體。設(shè)氯菊酯為陽(yáng)性對(duì)照，DMSO為陰性對(duì)照。在不同的日期至少重復(fù)試驗(yàn)3次。

按照已描述的方法進(jìn)行成蟲(chóng)點(diǎn)滴生物測(cè)定。取0.5 μL 10 μg/μL丙酮溶液處理低溫麻醉的蚊子。將試蟲(chóng)置于25 ℃使其蘇醒，并飼喂10%蔗糖溶液。處理24 h后檢查，完全不動(dòng)或?yàn)l臨死亡狀態(tài)(以無(wú)法飛行和站為特征)都視為死亡，計(jì)算死亡率。在不同日期重復(fù)3次試驗(yàn)，設(shè)氯菊酯和丙酮溶劑為對(duì)照。

對(duì)達(dá)到80%以上致死率的化合物進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)，研究其LD50和95%置信限(Cls)。在3個(gè)不同日期，分別用一系列劑量處理ORL雌性埃及伊蚊。對(duì)各個(gè)不同日期每個(gè)劑量的24 h昆蟲(chóng)死亡率合并、分析，用SigmaPlot v13繪制劑量-死亡率數(shù)據(jù)圖形，進(jìn)行非線性回歸四參數(shù)邏輯模型分析，確定LD50值和95%置信限。

1.6 電生理學(xué)

為了評(píng)估活性化合物對(duì)昆蟲(chóng)神經(jīng)系統(tǒng)功能的影響，以佛羅里達(dá)大學(xué)的黑腹果蠅()野生俄勒岡R品系3齡幼蟲(chóng)為試蟲(chóng)。按已有的方法試驗(yàn)、記錄幼蟲(chóng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)電生理活動(dòng)。在pH為7.2的生理鹽水(含氯化鈉0.157 M，氯化鉀0.003 M，氯化鈣0.002 M，HEPES 0.004 M)中剝離獲得中樞神經(jīng)系統(tǒng)，并去除血腦屏障，使化學(xué)物質(zhì)容易滲透進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。用玻璃吸管吸附電極監(jiān)測(cè)外周神經(jīng)干的遞降放電活動(dòng)。用PowerLab將電信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換為放電頻率。然后將試驗(yàn)化合物加到鹽水浴(1 mL水浴中加入1 μL DMSO溶液)中，用吸管慢慢攪勻。以3 min平均放電率，以及以其與時(shí)間作圖來(lái)評(píng)估30 min內(nèi)藥物的作用。

1.7 細(xì)胞呼吸試驗(yàn)

用海馬細(xì)胞能量代謝實(shí)時(shí)測(cè)定儀/生物能量代謝測(cè)定儀(安捷倫公司，美國(guó)加利佛尼亞州圣克拉拉市)來(lái)評(píng)估N2A細(xì)胞的線粒體呼吸和糖酵解活動(dòng)。試驗(yàn)采用已報(bào)道的方法，并做了小的改動(dòng)。簡(jiǎn)言之，在未涂層的XFe96儀器孔板中加入達(dá)爾伯克改良伊格爾培養(yǎng)基，在培養(yǎng)基中添加5%胎牛血清和抗生素，約24 h后把細(xì)胞接種到培養(yǎng)基中。試驗(yàn)時(shí)，用DMSO或待測(cè)化合物(30 μM)處理細(xì)胞3 h，然后進(jìn)行代謝流量分析。通過(guò)測(cè)定N2A細(xì)胞耗氧率(OCR) (測(cè)定線粒體呼吸的方法)或細(xì)胞外酸化率(ECAR) (測(cè)定糖酵解作用的方法)來(lái)評(píng)定細(xì)胞的代謝流量。

在測(cè)定OCR和ECAR的前1 d，將傳感器盒在XF校準(zhǔn)物(安捷倫公司)中進(jìn)行水合，37 ℃下在XF Prepstation(安捷倫公司)中保存過(guò)夜。第2 d，測(cè)定OCR前，將細(xì)胞清洗3次，在無(wú)二氧化碳的恒溫箱中，37 ℃條件下，在培養(yǎng)基(bicarbonate-freelow-buffered assay medium)中培養(yǎng)1 h，然后向細(xì)胞中加入寡霉素1.0 μm，F(xiàn)CCP 0.6 μm和魚藤酮/抗霉素A(1︰1，1.3 μm)(列出的最終濃度)。測(cè)定ECAR時(shí)，測(cè)定前，在含二氧化碳的恒定培養(yǎng)中，37 ℃條件下，用呼吸緩沖液沖洗細(xì)胞3次共1 h。使用Wave2.3軟件(安捷倫公司)收集和分析所有數(shù)據(jù)。

1.8 化學(xué)信息學(xué)

用MarvinSketch軟件(版本號(hào) 17.21.0；計(jì)算模塊由ChemAxon研發(fā)，http://www.chemaxon.com/ products/marvin/marvinsketch/, 2017)進(jìn)行農(nóng)藥化學(xué)信息學(xué)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

目標(biāo)化合物的合成路線見(jiàn)圖2。化合物(1,2a-h，3a-h)結(jié)構(gòu)由紅外光譜、氫核磁共振譜和元素分析確定?；衔?1, 2a－h(huán))紅外光譜顯示有N-H鍵伸縮振動(dòng)(3221-3566)。所有化合物(1, 2a－h(huán)，3a－h(huán))的紅外光譜都顯示含有C-H鍵伸縮振動(dòng)(3009~3080)、C=O鍵伸縮振動(dòng)(1683~1697)、芳香環(huán)C=C鍵伸縮振動(dòng)(1467~1593)和S=O鍵伸縮振動(dòng)(1230~1288)。酰肼基團(tuán)的NH質(zhì)子在4.85、9.36 ppm有2個(gè)單峰共振。碳酰肼基團(tuán)的NH質(zhì)子在9.36~9.57 ppm有一單峰。芳香環(huán)的質(zhì)子在7.28~8.84 ppm有一多重峰?；衔锏脑胤治鼋Y(jié)果與預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)一致。

注：i:水合肼；ii:三甲胺、CH2Cl2；iii:POCl3

2.2 殺蚊活性

化合物對(duì)埃及伊蚊幼蟲(chóng)的初步活性篩選研究表明所有化合物在1、0.5、0.25、0.1 μg/μL濃度對(duì)1齡幼蟲(chóng)均無(wú)致死作用。溶劑對(duì)照對(duì)幼蟲(chóng)的致死率為零，而陽(yáng)性對(duì)照氯菊酯在0.04 ng/μL濃度對(duì)幼蟲(chóng)的致死率為100%。表1列出了對(duì)埃及伊蚊ORL品系成蟲(chóng)的點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果，表明隨化合物結(jié)構(gòu)不同，其毒性有較大變化。例如：化合物2a為氟代物，3d含有甲基，3f的芳香環(huán)上有一甲氧基取代，它們的活性最弱，對(duì)幼蟲(chóng)的致死率約50%或更低。相比之下，其他所有化合物在劑量為5 μg/蚊時(shí)致死率高于60%。化合物2b活性最高，在3個(gè)重復(fù)中幾乎致所有蚊子死亡，其次是3c、3g和3h，再其次是2g、3b、2c、2d、3e、2e、3a和2f。

對(duì)所有劑量為5 μg/蚊時(shí)致死率≥80%的化合物進(jìn)行了進(jìn)一步活性試驗(yàn)，測(cè)定了LD50。表1列出了它們的LD50、95%置信限和擬合參數(shù)。所有測(cè)試的化合物的LD50為2.3~5.0 μg/蚊，其中3h和2c活性最高。雖然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)log(log)與活性間有顯著相關(guān)性，但化合物3h有1個(gè)氯取代基，2c有1個(gè)硝基，這2基團(tuán)為化合物提供了親脂性，其表皮/細(xì)胞的滲透性增加。芳環(huán)上有1個(gè)硝基的化合物2c和苯環(huán)2,4-位為鹵原子的3h是最有發(fā)展前景的化合物。

表1 對(duì)ORL品系埃及伊蚊成蟲(chóng)的24 h致死率(n=3)

注：a：在進(jìn)行初篩后，對(duì)致死率≥80%的化合物進(jìn)行進(jìn)一步對(duì)成蟲(chóng)點(diǎn)滴試驗(yàn)測(cè)定其LD50。

-?；ｋ潞?,3,4-噁二唑環(huán)具有相似的活性。-?；ｋ?2b、2c、2d、2g)和其對(duì)應(yīng)噁二唑衍生物(3b、3c、3g、3h)有活性。在合成過(guò)程中在氫供體和受體基團(tuán)被保護(hù)下，進(jìn)行環(huán)合使化合物產(chǎn)生活性或增加活性。

2.3 作用機(jī)制研究

大多數(shù)重要農(nóng)藥與線粒體發(fā)生交叉反應(yīng)?？紤]到此交叉反應(yīng)對(duì)化合物的選擇性和可能的靶標(biāo)方法的重要性，評(píng)估了系列2和3化合物對(duì)線粒體的活性，以線粒體解偶聯(lián)劑FCCP作為基準(zhǔn)物。化合物2a顯示出低毒性，2c具有高毒性(表1)。這些化合物與FCCP有一些微小的結(jié)構(gòu)相似性(圖2和表2)，它們都具有相鄰的氮原子，離苯環(huán)最近的氮原子的計(jì)算值分別為6.7和6.4，與FCCP(圖2)的6.4相似。由圖6可知，化合物的組別與其極性表面積(PSA)相關(guān)，即極性原子表面和。除3c與同組其他化合物相比具有更高的PSA外，這2組化合物表現(xiàn)出明顯區(qū)別。類似地，以pH 7.4時(shí)的log看，化合物自然分組，在pH 7.4時(shí)，log=log+。這2種特性都與化合物到達(dá)昆蟲(chóng)靶點(diǎn)或非靶向哺乳動(dòng)物細(xì)胞的能力相關(guān)。還評(píng)估了閉環(huán)類似物3d和3h，這2個(gè)化合物具有相似的低毒性和高毒性，但均沒(méi)有與氮結(jié)合的酸性質(zhì)子。電生理試驗(yàn)表明，F(xiàn)CCP在10~30 nM濃度會(huì)導(dǎo)致蒼蠅中樞神經(jīng)系統(tǒng)幅度小的可變的神經(jīng)放電，并伴隨著神經(jīng)放電頻率降低(A)，與ATP產(chǎn)生中斷相一致。從濃度-效應(yīng)數(shù)據(jù)的非線性擬合曲線得到IC50(納摩爾)(圖4B)?；衔?d和3h處理后昆蟲(chóng)神經(jīng)放電增加，然后恢復(fù)到對(duì)照水平，化合物2a和2c則幾乎沒(méi)有影響。因此，對(duì)黑腹果蠅3齡幼蟲(chóng)神經(jīng)放電的影響與對(duì)蚊子的毒性無(wú)關(guān)。

測(cè)試了化合物對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞中線粒體呼吸的影響。由圖5可以看出，4個(gè)化合物中的3個(gè)(2a，2c和3d)對(duì)一些線粒體呼吸參數(shù)有影響，1個(gè)化合物(3h)沒(méi)有活性?；钚曰衔镌黾恿嘶A(chǔ)呼吸、由FCCP刺激的最大呼吸、與ATP產(chǎn)生相關(guān)的呼吸和備用呼吸能力。質(zhì)子漏和急性毒性沒(méi)有顯著變化。這些結(jié)果表明細(xì)胞應(yīng)激能力的增加反映在線粒體生理學(xué)上。盡管化合物3h是對(duì)蚊子毒性最強(qiáng)的化合物之一，但它對(duì)細(xì)胞的線粒體活性沒(méi)有任何影響。因此，在本試驗(yàn)中雖然觀察到對(duì)線粒體的影響，但沒(méi)有得到明確的結(jié)構(gòu)-毒性關(guān)系。

注：基礎(chǔ)呼吸為處理前的細(xì)胞耗氧量。應(yīng)用寡霉素阻斷復(fù)合物IV ATP合酶，以表示細(xì)胞ATP生產(chǎn)的呼吸。利用FCCP解偶聯(lián)作用估算最大呼吸速率，從而估算出基礎(chǔ)率以上的備用呼吸能力。最后使用抗霉素A+魚藤酮分別阻斷復(fù)合物I和III，以及除線粒體過(guò)程外的所有呼吸。然后計(jì)算質(zhì)子漏(基礎(chǔ)呼吸與ATP生成無(wú)關(guān))和急性毒性(對(duì)處理沒(méi)有反應(yīng))(圖4)。

圖3 對(duì)線粒體功能參數(shù)毒理作用試驗(yàn)分析過(guò)程

表2 合成化合物的物理化學(xué)性質(zhì)

注：PSA表示極性表面積。

注：B中擬合曲線被限定為底端0，頂端30。

注：用化合物(30 μM)處理N2A小鼠細(xì)胞3 h，然后測(cè)定線粒體的功能。每一柱形代表平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，n=6~8，P＜0.05表示具有統(tǒng)計(jì)顯著性。

注：由圖可以看出化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)特性有2個(gè)主要交集。兩者都與化合物到達(dá)昆蟲(chóng)靶點(diǎn)的能力有關(guān)。

3 結(jié) 論

本研究合成了一系列含有咪唑啉部分的1,3,4-噁二唑基團(tuán)的噁二唑衍生物，并通過(guò)核磁共振、紅外光譜和元素分析確定了它們的結(jié)構(gòu)。這17個(gè)化合物的構(gòu)-效關(guān)系表明在苯基取代試驗(yàn)中，對(duì)化合物2b、2c、2d、2g、3b、3c、3g和3h進(jìn)行氯基、硝基、甲基和溴基取代可有效增加殺成蟲(chóng)活性，進(jìn)一步結(jié)構(gòu)變化可開(kāi)發(fā)新的有效殺蟲(chóng)劑。合成化合物系列有限，進(jìn)行的作用機(jī)制研究無(wú)法確定對(duì)蚊子的致死作用是通過(guò)神經(jīng)毒性還是作用于線粒體呼吸所致。

付騁宇(1978—)，女，高級(jí)工程師。研究方向：食品安全與真?zhèn)舞b別。E-mail: fu_chengyu@sina.com。

2018-03-12。

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2018.02.04

TQ450

A

1009-6485(2018)02-0023-07