脱落酸(Abscisic Acid, S-ABA, 1)是广泛存在于植物体内的倍半萜类内源性植物激素[1].随着研究的不断深入, 发现ABA不仅对植物生长发育的诸多生理过程起着重要作用[2~6], 包括种子的休眠与萌发、根的生长、花芽的形成、气孔的关闭、果实的成熟等.同时, ABA在植物抵抗干旱、高盐、低温等逆境胁迫的生理过程中也扮演着至关重要的角色[7~11], 享有“植物抗逆因子”的美誉, 在农业生产上有着广阔的应用前景.但是, 在植物体内的快速代谢失活和体外的光异构化失活是制约ABA全面应用的重要因素[12~14], 因此, 在ABA的植物生理活性被逐步阐明后, 新型ABA类植物生长调节剂的研发受到越来越多的关注, 已经成为一项亟待解决的重要研究课题[15~23].
2009年, Park等[24]在Science上报道了化合物Pyrabactin (2), Pyrabactin可以特异性地与拟南芥中的ABA受体START蛋白中的PYR/PYL/RCAR家族蛋白结合, 然后抑制2C型磷酸蛋白酶(PP2Cs)来抑制种子萌发[25].虽然该化合物与ABA在结构上有较大差别, 但却与ABA有着相同的受体, 说明其是ABA的功能类似物.在受体口袋中, Pyrabactin与ABA有着相似的结合作用模式: Pyrabactin的萘环与ABA的环己烯酮环重叠, 在与受体氨基酸残基的相互作用中, Pyrabactin的磺酰胺基团和吡啶环上的N原子充当了ABA上羧酸基团的角色, Pyrabactin萘环上Br原子与ABA环己烯酮上的羰基O原子的作用相似, 有利于受体蛋白与下游PP2Cs的相互结合[26].这些相似的作用方式, 使得Pyrabactin可以与ABA受体相互结合, 激活ABA信号转导途径, 从而抑制种子萌发. Pyrabactin的发现证明了可以利用新的骨架结构来设计新型的ABA类似物. 2016年, 段留生等[27]以Pyrabactin为先导, 引入不同的氨基酸取代其结构中的2-氨甲基吡啶, 设计合成了一系列萘磺酰胺类ABA类似物3, 生物活性测定结果表明, 部分化合物具有较好的抑制种子萌发活性.
在前期工作中, 本课题组设计合成了苯并异脱落酸(iso-PhABA, 4)[28].该化合物具有合成相对简便、结构更稳定、生物活性优异的特点.将苯环结构引入到ABA的骨架中取代2', 3'位置的双键, 苯环的引入可以避免8'-甲基羟基化后迈克尔加成反应的发生, 从而有效地延缓了ABA类似物在植物体内的代谢失活.在拟南芥和莴苣种子萌发实验中, iso-PhABA的抑制活性要略好于ABA.在抑制拟南芥幼苗根生长和提高植物抗旱性的生物活性测定中, iso-PhABA也具有与ABA相当甚至更好的生物活性.
类同合成原理是设计和创新药物的重要思想, 目前已有许多成功的范例.为了探索开发具有抑制种子萌发活性和结构更稳定的新型ABA类似物, 我们将iso-PhABA的四氢萘酮部分与Pyrabactin的磺酰胺部分进行拼接, 设计合成了13个未见文献报道的结构新颖的磺酰胺类化合物, 结构均经1H NMR, 13C NMR, HRMS确证, 设计思路见图 1.采用抑制种子萌发法, 以拟南芥和莴苣种子为实验对象, 对目标化合物的生物活性进行了初步评价.
以1-四氢萘酮为起始原料经四步反应获得目标化合物, 合成路线如Scheme 1所示.首先, 以1-四氢萘酮(7)为起始原料, 经过羰基α位的甲基化反应得到2, 2-二甲基-3, 4-二氢萘-1(2H)-酮(8), 然后中间体8在以乙酰丙酮钴为催化剂, 过氧叔丁醇为氧化剂的条件下被氧化为2, 2-二甲基-2, 3-二氢萘-1, 4-二酮(9).接下来, 中间体9与对甲苯磺酰肼在以甲醇为溶剂的条件下加热反应得到2, 2-二甲基-2, 3-二氢萘-1, 4-二酮-4-对甲苯磺酰腙(10).中间体10和2.0 equiv.相应的胺在DABSO (1, 4-diaza- bicyclo[2.2.2]octane bis(sulfur dioxide))的作用下密闭加热反应得到目标化合物[29].
DABSO是一种商业化的SO2固态源, 通过加热, 可以使其释放出SO2气体来参与化学反应.本文以目标化合物5a的合成为例, 探讨了不同反应条件(催化剂、溶剂、温度)对5a收率的影响(表 1).首先, 我们对反应的催化剂进行了筛选, 当底物2-氨甲基吡啶本身作为碱催化剂时收率最高.有趣的是, 当这个反应添加碳酸铯, 碳酸钾, 叔丁醇锂这一类可以将对甲苯磺酰腙分解为重氮化合物的无机碱时, 反应收率反而会降低.接下来, 对反应溶剂进行了筛选, 在几种常见的溶剂中, 当DMSO作溶剂时, 5a的收率最高.当反应温度为室温时, 未能得到目标产物. DABCO是在反应过程中DABSO中的SO2被消耗后生成的副产物, 因此我们也研究了DABCO对反应的影响, 结果表明DABCO对反应的收率几乎没有影响.当将密闭反应条件换成敞口反应条件时, 目标产物的收率大大降低.通过上面的探索我们得到了5a的最佳合成条件:反应温度为100 ℃, 反应溶剂为DMSO, 2-氨甲基吡啶本身作为碱, 密闭条件下反应.我们利用上面筛选的最优反应条件, 合成了13个结构新颖的磺酰胺类化合物, 其中6c, 6e由6b, 6d在氢氧化锂做碱的条件下水解得到(Eq. 1).另外, 我们还尝试了以焦亚硫酸钾替代DABSO作为SO2的来源, 也以81%的收率得到目标化合物5a (Eq. 2).
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| Solvent | Base | T/℃ | Yield/% |
| DMSO | K2CO3 | 100 | 48 |
| DMSO | Cs2CO3 | 100 | 57 |
| DMSO | LiOtBu | 100 | 45 |
| DMSO | 2-Picolylaminea | 100 | 37 |
| DMSO DMF | 2-Picolylamine 2-Picolylamine | 100 100 | 89 75 |
| Toluene | 2-Picolylamine | 100 | 41 |
| MeCN | 2-Picolylamine | 80 | 34 |
| DCE | 2-Picolylamine | 100 | 0 |
| Dioxane | 2-Picolylamine | 100 | 79 |
| DMSO | 2-Picolylamine | 25 | 0 |
| DMSO | 2-Picolylamine | 80 | 65 |
| DMSO | 2-Picolylamine | 120 | 81 |
| DMSO | DABCO | 100 | 85 |
| DMSO | 2-Picolylamineb | 100 | 18 |
| a 1.2 equiv. 2-picolylamine.; b open to atmosphere. | |||
以目标化合物5a的1H NMR、13C NMR和HRMS数据为例进行说明.氢谱中化学位移在δ 1.04, 1.27处的两个单峰为11, 12位两个甲基上氢的信号峰, δ 2.29~2.49处的峰为2位亚甲基上氢的信号峰, δ 4.10~4.37处的峰为7'位亚甲基上氢的信号峰, δ 4.64~4.69处的峰为1位碳上氢的信号峰, δ 4.64~4.69处的峰为氮原子上氢的信号峰, δ 8.18~8.20, 7.16~7.20, 7.05~7.08处的峰分别为苯环上6, 7, 9位碳上氢的信号峰, δ 7.94~7.97, 7.40~7.45, 8.42~8.44处的峰分别为吡啶环上3', 5', 6'位碳上氢的信号峰, δ 7.53~7.63处的峰为苯环上8位和吡啶环上4'位碳上氢的信号峰.碳谱中化学位移在δ 24.08, 24.57处的峰为11, 12位两个甲基碳的信号峰, δ 36.41, 40.97, 47.78, 59.46处的峰分别为2, 3, 7', 1位碳的信号峰, δ 128.13, 128.61, 128.55, 131.81, 132.92, 133.38分别为苯环上碳的信号峰, δ 121.36, 122.46, 136.68, 148.71, 155.09分别为吡啶环上碳的信号峰, δ 200.43为羰基碳的信号峰.另外, 高分辨质谱的实测数据(345.1261)与理论计算值(345.1267)是一致的, 进一步证实了目标化合物的结构.
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(1) |
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(2) |
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我们对磺酰胺化反应进行的可能机理推测如下:在碱的作用下, 中间体10脱掉对甲基苯磺酰基部分得到重氮中间体12, 然后中间体12与DABSO加热产生的SO2发生亲核反应得到中间体13, 中间体13脱掉一分子N2得到关键中间体14, 最后底物胺11与中间体14反应得到目标化合物5a (Scheme 2).
我们测试了目标化合物5a~5h, 6a~6e在50和10 µmol•L－1浓度下对拟南芥(Arabidopsis)和莴苣(Lettuce)2种种子萌发的抑制活性, 结果见表 2.
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| Compd. | Arabidopsis | Lettuce | |||
| 50µmol•L－1 | 10 µmol•L－1 | 50 µmol•L－1 | 10 µmol•L－1 | ||
| 5a | 58.27 | 19.67 | 44.33 | 8.30 | |
| 5b | 37.20 | 8.67 | 23.80 | 0.30 | |
| 5c | 40.13 | 10.83 | 26.73 | 0.53 | |
| 5d | 44.60 | 12.33 | 32.13 | 5.10 | |
| 5e | 61.13 | 22.63 | 48.97 | 9.33 | |
| 5f | 59.63 | 27.53 | 47.30 | 6.67 | |
| 5g | 45.63 | 17.30 | 33.40 | 4.33 | |
| 5h | 34.60 | 4.97 | 28.67 | 0.97 | |
| 6a | 36.57 | 8.33 | 27.37 | 0.43 | |
| 6b | 29.30 | 2.67 | 18.57 | 0 | |
| 6c | 56.63 | 14.97 | 43.90 | 9.07 | |
| 6d | 36.60 | 7.20 | 27.50 | 0.47 | |
| 6e | 52.63 | 10.90 | 40.90 | 4.55 | |
| ABA | 100 | 100 | 100 | 96.36 | |
| iso-PhABA | 100 | 100 | 100 | 96.62 | |
以上生测结果表明, 大多数目标化合物对拟南芥和莴苣种子的萌发表现出一定的抑制活性.在测试浓度为50 µmol•L－1时, 个别目标化合物对拟南芥和莴苣种子有较强的抑制活性, 如5a, 5e, 5f, 6c和6e对拟南芥和莴苣种子萌发的抑制率均在50%和40%以上, 但与对照药剂相比还有差距.当测试浓度为10 µmol•L－1时, 目标化合物对拟南芥和莴苣种子萌发的抑制率大大降低.可以得出: (1)对于5a~5h系列化合物而言, 当化合物的芳杂环上只有一个杂原子, 且杂原子的α位通过亚甲基连接磺酰胺基团时, 其抑制种子萌发的活性要略好于含有其它芳杂环和苯环的化合物的活性. (2)对于6a~6e系列化合物而言, 在抑制种子萌发实验中, 氨基酸类化合物的活性要略好于相应的氨基酸脂类化合物的活性.
关于目标化合物的其它生理活性, 比如促进气孔关闭、提高植物抗旱性等等正在进一步的研究之中.
以1-四氢萘酮作为起始原料, 经过羰基α位的甲基化、苄位氧化、羰基腙化和磺酰胺化四步合成了一系列新颖的磺酰胺类Pyrabactin类似物, 其中含有氨基酸甲酯结构的类似物可以进一步水解得到含有氨基酸结构的Pyrabactin类似物.通过1H NMR、13C NMR和HRMS等分析方法完成了对13个目标化合物的结构表征, 并测试了化合物对种子萌发的抑制活性.结果表明, 个别化合物在50 µmol•L－1时表现出较好的抑制活性.本研究为脱落酸类合成植物激素的研究提供了一定的参考, 课题组将在本研究的基础上进行进一步结构优化研究.
Bruker Avance DPX300超导核磁共振仪, 以四甲基硅烷(TMS)为内标; 安捷伦ESI-Q-TOF型高分辨质谱仪; Yanagimoto MFG Co.熔点测定仪, 温度计未经校正; 宁波江南仪器厂RXZ智能型光照培养箱.所有试剂为国产市售分析纯, 无水溶剂按标准方法处理.
在500 mL的圆底烧瓶中, 分别加入250 mL四氢呋喃和20 g 1-四氢萘酮(20 g, 0.137 mol), 冰浴降温至0 ℃, 加入60% NaH (13.72 g, 0.343 mol), 在冰浴下搅拌0.5 h, 然后缓慢滴加碘甲烷.滴加完, 撤掉冰浴, 室温下继续搅拌反应, 薄层色谱(TLC)检测反应进程, 反应完毕, 用碎冰猝灭反应, 乙酸乙酯(100 mL×3)萃取, 合并有机相, 饱和食盐水(100 mL×2)洗涤, 无水硫酸钠干燥.旋转蒸发溶剂, 得到黄色油状粗产物, 用V(石油醚):V(乙酸乙酯)＝10:1作为洗脱液对粗产物进行硅胶柱层析分离得到亮黄色油状产物8[28] (23.6 g, 收率99%). 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.06 (d, J＝7.8 Hz, 1H), 7.47 (td, J＝7.5, 1.3 Hz, 1H), 7.30 (dd, J＝12.2, 4.5 Hz, 1H), 7.23 (d, J＝7.5 Hz, 1H), 3.00 (t, J＝6.3 Hz, 2H), 2.00 (t, J＝6.3 Hz, 2H), 1.23 (s, 6H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 202.54, 143.03, 132.62, 131.11, 128.30, 127.63, 126.23, 41.24, 36.27, 25.35, 24.00.
向500 mL圆底烧瓶中, 依次加入150 mL丙酮、中间体8 (20 g, 0.115 mol)、过氧化叔丁醇(t-BuOOH, 64.4 g, 0.5 mol, 70%水溶液)和Co(acac)2 (3.08 g, 0.012 mol), 在室温下搅拌反应24 h, 然后将反应液用乙酸乙酯(100 mL×3)萃取, 合并有机相, 饱和食盐水(100 mL×2)洗涤, 无水硫酸钠干燥.旋转蒸发溶剂得到棕色油状物.用V(石油醚):V(乙酸乙酯)＝5:1作为洗脱液对粗产物进行硅胶柱层析分离得到白色固体9[28] (20.98 g, 收率97%). m.p. 61~62 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.07~7.88 (m, 2H), 7.74~7.61 (m, 2H), 2.89 (s, 2H), 1.26 (s, 6H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.78, 195.73, 134.53, 133.98, 133.50, 133.29, 127.12, 125.68, 51.56, 45.11, 25.34.
向250 mL圆底烧瓶中, 依次加入150 mL甲醇, 中间体9 (10 g, 0.053 mol), 对甲苯磺酰肼(9.9 g, 0.053 mol), 加热回流反应, 薄层色谱(TLC)检测反应进程, 反应完毕, 冷却至室温, 产物析出, 抽滤得到白色固体产物10 (18.14 g, 收率96%). m.p. 203~204 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.59 (s, 1H), 8.03~7.98 (m, 1H), 7.99~7.91 (m, 3H), 7.56 (td, J＝7.6, 1.5 Hz, 1H), 7.52~7.42 (m, 1H), 7.35 (d, J＝8.0 Hz, 2H), 2.74 (s, 2H), 2.42 (s, 3H), 1.18 (s, 6H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.85, 148.77, 144.16, 135.58, 134.86, 133.23, 130.42, 130.15, 129.42, 127.72, 127.02, 124.15, 42.54, 37.70, 25.07, 21.27.
向25 mL的厚壁耐压瓶中依次加入中间体10 (0.5 g, 1.4 mmol), DABSO (0.19 g, 0.77 mmol), 10 mL DMSO和相应的胺(2.8 mmol), 立即封口, 放入100 ℃的油浴中加热, 搅拌反应12 h, 然后将反应液冷却至室温, 小心打开旋塞, 加入饱和食盐水淬灭反应, 用乙酸乙酯(10 mL×3)萃取, 合并有机相, 饱和食盐水(10 mL×2)洗涤, 无水硫酸钠干燥.旋转蒸发溶剂, 得到粗产物, 用V(石油醚):V(乙酸乙酯)＝3:1作为洗脱液对粗产物进行硅胶柱层析分离得到目标化合物.
N-(吡啶-2-基甲基)-3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘-1-磺酰胺(5a):白色固体, 收率89%. m.p. 122~123 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.51~8.33 (m, 1H), 8.19 (d, J＝7.9 Hz, 1H), 7.96 (dd, J＝7.8, 1.4 Hz, 1H), 7.68~7.50 (m, 2H), 7.42 (t, J＝7.5 Hz, 1H), 7.23~7.13 (m, 1H), 7.06 (d, J＝7.8 Hz, 1H), 6.20 (t, J＝5.2 Hz, 1H), 4.66 (dd, J＝10.8, 5.9 Hz, 1H), 4.23 (td, J＝57.4, 15.7, 5.2 Hz, 2H), 2.40 (td, J＝24.7, 13.9, 8.4 Hz, 2H), 1.27 (s, 3H), 1.04 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.43, 155.09, 148.71, 136.68, 133.38, 132.92, 131.81, 128.61, 128.55, 128.13, 122.46, 121.36, 59.46, 47.78, 40.97, 36.41, 24.57, 24.08. HRMS calcd for C18H20N2O3S [M+H]+ 345.1267, found 345.1261.
N-(吡啶-3-基甲基)-3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘-1-磺酰胺(5b):白色固体, 收率90%. m.p. 127~128 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.31 (d, J＝4.2 Hz, 1H), 8.21 (s, 1H), 8.12 (d, J＝7.9 Hz, 1H), 8.06~7.93 (m, 1H), 7.59~7.49 (m, 2H), 7.45 (t, J＝7.4 Hz, 1H), 7.18 (dd, J＝7.7, 4.9 Hz, 1H), 6.77 (t, J＝5.6 Hz, 1H), 4.63 (dd, J＝10.4, 6.0 Hz, 1H), 4.06 (td, J＝48.9, 15.0, 5.7 Hz, 2H), 2.34 (td, J＝24.6, 14.0, 8.3 Hz, 2H), 1.23 (s, 3H), 1.06 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.84, 148.27, 148.20, 135.64, 133.32, 133.15, 133.03, 131.89, 128.76, 128.72, 128.10, 123.42, 59.59, 44.81, 41.02, 36.30, 24.52, 24.36. HRMS calcd for C18H20N2O3S [M+H]+ 345.1267, found 345.1262.
N-苄基-3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘-1-磺酰胺(5c):白色固体, 收率91%. m.p. 126~127 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.14 (d, J＝7.9 Hz, 1H), 8.02 (d, J＝7.7 Hz, 1H), 7.56 (dd, J＝10.9, 4.3 Hz, 1H), 7.46 (t, J＝7.5 Hz, 1H), 7.27 (dd, J＝5.0, 1.5 Hz, 3H), 7.21~7.10 (m, 2H), 4.98 (t, J＝5.8 Hz, 1H), 4.52 (dd, J＝10.7, 5.9 Hz, 1H), 4.11 (td, J＝51.2, 14.5, 5.9 Hz, 2H), 2.26 (td, J＝24.7, 13.9, 8.5 Hz, 2H), 1.24 (s, 3H), 0.99 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.61, 136.69, 133.44, 133.10, 131.78, 128.70, 128.52, 128.49, 128.26, 127.72, 127.56, 59.66, 47.56, 40.97, 36.45, 24.57, 24.05. HRMS calcd for C19H21NO3S [M－H]－ 342.1169, found 342.1172.
N-(吡啶-4-基甲基)-3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘-1-磺酰胺(5d):白色固体, 收率89%. m.p. 197~198 ℃; 1H NMR (300 MHz, DMSO-d6) δ: 8.50 (dd, J＝4.4, 1.6 Hz, 2H), 8.12 (t, J＝6.2 Hz, 1H), 8.05 (d, J＝8.0 Hz, 1H), 7.88 (dd, J＝7.8, 1.4 Hz, 1H), 7.67 (td, J＝7.7, 1.6 Hz, 1H), 7.51 (t, J＝7.3 Hz, 1H), 7.27 (dd, J＝4.4, 1.6 Hz, 2H), 4.94 (dd, J＝10.1, 6.0 Hz, 1H), 4.19 (d, J＝6.2 Hz, 2H), 2.29 (td, J＝24.1, 14.0, 8.1 Hz, 2H), 1.22 (s, 3H), 1.01 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ: 200.83, 149.67, 147.74, 134.90, 133.39, 131.84, 129.19, 128.77, 127.65, 122.35, 58.05, 45.24, 41.00, 36.17, 25.01, 24.74. HRMS calcd for C18H20N2O3S [M+H]+ 345.1267, found 345.1265.
N-(噻吩-2-基甲基)-3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘-1-磺酰胺(5e):白色固体, 收率93%. m.p. 140~141 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.16 (d, J＝8.0 Hz, 1H), 8.06 (dd, J＝7.8, 1.4 Hz, 1H), 7.60 (td, J＝7.6, 1.5 Hz, 1H), 7.48 (t, J＝7.5 Hz, 1H), 7.23 (dd, J＝4.9, 1.2 Hz, 1H), 7.02~6.76 (m, 2H), 4.64 (d, J＝5.2 Hz, 1H), 4.57 (dd, J＝10.9, 5.9 Hz, 1H), 4.35 (td, J＝64.0, 15.1, 5.8 Hz, 2H), 2.32 (td, J＝24.7, 13.8, 8.3 Hz, 2H), 1.29 (s, 3H), 1.05 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.38, 139.22, 133.20, 133.08, 131.86, 128.78, 128.42, 128.38, 126.75, 126.51, 125.76, 60.00, 42.28, 40.99, 36.55, 24.60, 24.08. HRMS calcd for C17H19NO3S2 [M－H]－ 348.0734, found 348.0735.
N-(呋喃-2-基甲基)-3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘-1-磺酰胺(5f):白色固体, 收率92%. m.p. 91~92 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.07 (d, J＝8.0 Hz, 1H), 7.97 (dd, J＝7.8, 1.4 Hz, 1H), 7.52 (td, J＝7.7, 1.5 Hz, 1H), 7.40 (t, J＝7.4 Hz, 1H), 7.34~7.26 (m, 1H), 6.26 (dd, J＝3.2, 1.9 Hz, 1H), 6.17 (d, J＝3.0 Hz, 1H), 5.53 (t, J＝6.0 Hz, 1H), 4.49 (dd, J＝9.6, 6.9 Hz, 1H), 4.19 (td, J＝21.0, 15.8, 5.9 Hz, 2H), 2.32~2.12 (m, 2H), 1.21 (s, 3H), 0.98 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.78, 150.17, 142.30, 133.54, 133.11, 131.69, 128.56, 128.45, 128.15, 110.33, 108.21, 59.54, 40.89, 39.84, 36.29, 24.62, 24.17. HRMS calcd for C17H19NO4S [M－H]－ 332.0962, found 332.0964.
N-(嘧啶-2-基甲基)-3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘-1-磺酰胺(5g):白色固体, 收率90%. m.p. 118~119 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.54 (d, J＝4.9 Hz, 2H), 8.15 (d, J＝8.0 Hz, 1H), 7.82 (dd, J＝7.8, 1.4 Hz, 1H), 7.50 (td, J＝7.9, 1.5 Hz, 1H), 7.33 (t, J＝7.5 Hz, 1H), 7.14 (t, J＝4.9 Hz, 1H), 6.01 (t, J＝5.4 Hz, 1H), 4.72 (dd, J＝10.7, 6.1 Hz, 1H), 4.30 (td, J＝67.7, 17.5, 5.4 Hz, 2H), 2.43 (td, J＝24.7, 13.9, 8.5 Hz, 2H), 1.24 (s, 3H), 1.02 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.53, 164.85, 156.84, 133.14, 132.96, 131.78, 128.67, 128.50, 127.82, 119.44, 59.51, 48.43, 41.01, 36.28, 24.52, 24.04. HRMS calcd for C17H19N3O3S [M+H]+ 346.1220, found 346.1217.
N-(吡嗪-2-基甲基)-3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘-1-磺酰胺(5h):白色固体, 收率91%. m.p. 134~135 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.39 (d, J＝2.6 Hz, 1H), 8.35 (dd, J＝2.5, 1.5 Hz, 1H), 8.30 (d, J＝1.4 Hz, 1H), 8.09 (d, J＝8.0 Hz, 1H), 7.84 (dd, J＝7.8, 1.5 Hz, 1H), 7.49 (td, J＝7.7, 1.6 Hz, 1H), 7.36 (t, J＝7.4 Hz, 1H), 6.15 (t, J＝5.8 Hz, 1H), 4.68 (dd, J＝10.6, 6.0 Hz, 1H), 4.23 (td, J＝46.2, 16.3, 5.8 Hz, 2H), 2.47~2.26 (m, 2H), 1.22 (s, 3H), 1.02 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.54, 151.43, 143.44, 143.40, 142.97, 133.02, 132.91, 131.85, 128.74, 128.62, 127.98, 59.60, 45.84, 41.00, 36.22, 24.52, 24.23. HRMS calcd for C17H19N3O3S [M+H]+346.1220, found 346.1218.
N-[(3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘-1-基)磺酰基]甘氨酸乙酯(6a):白色固体, 收率93%. m.p. 123~124 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.17 (d, J＝8.0 Hz, 1H), 8.06 (dd, J＝7.7, 1.1 Hz, 1H), 7.61 (td, J＝7.8, 1.5 Hz, 1H), 7.49 (t, J＝7.4 Hz, 1H), 4.81 (t, J＝5.3 Hz, 1H), 4.73 (dd, J＝10.6, 5.9 Hz, 1H), 4.13 (qd, J＝7.2, 0.7 Hz, 2H), 3.69 (td, J＝66.4, 18.1, 5.5 Hz, 2H), 2.47 (td, J＝24.6, 13.9, 8.3 Hz, 2H), 1.35 (s, 3H), 1.23 (t, J＝7.1 Hz, 3H), 1.13 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.47, 168.97, 133.00, 131.98, 128.78, 128.56, 128.28, 61.63, 59.95, 44.63, 41.06, 36.35, 24.61, 24.28, 13.69. HRMS calcd for C16H21NO5S [M+NH4]+ 357.1479, found 357.1477.
N-[(3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘-1-基)磺酰基]甘氨酸甲酯(6b):白色固体, 收率91%. m.p. 130~131 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.16 (d, J＝8.0 Hz, 1H), 8.06 (dd, J＝7.8, 1.3 Hz, 1H), 7.61 (td, J＝7.7, 1.5 Hz, 1H), 7.50 (t, J＝7.5 Hz, 1H), 4.85 (t, J＝5.6 Hz, 1H), 4.74 (dd, J＝10.6, 5.8 Hz, 1H), 3.81 (dd, J＝18.2, 5.4 Hz, 1H), 3.68 (s, 3H), 3.60 (dd, J＝18.2, 5.9 Hz, 1H), 2.57 (dd, J＝13.9, 5.9 Hz, 1H), 2.37 (dd, J＝13.8, 10.7 Hz, 1H), 1.35 (s, 3H), 1.13 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.64, 169.65, 133.07, 133.01, 131.97, 128.74, 128.58, 128.19, 77.16, 76.74, 76.32, 59.93, 52.23, 44.43, 41.04, 36.24, 24.60, 24.33. HRMS calcd for C15H19NO5S [M－ H]－ 324.0911, found 324.0915.
3-[(3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘)-1-磺酰氨基]丙酸甲酯(6d):白色固体, 收率92%. m.p. 97~98 ℃; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.14 (d, J＝8.0 Hz, 1H), 8.07 (dd, J＝7.8, 1.4 Hz, 1H), 7.62 (td, J＝7.8, 1.6 Hz, 1H), 7.50 (t, J＝7.5 Hz, 1H), 5.02 (t, J＝6.4 Hz, 1H), 4.68 (dd, J＝10.7, 5.9 Hz, 1H), 3.67 (s, 3H), 3.29~3.08 (m, 2H), 2.53~2.40 (m, 2H), 2.38~2.26 (m, 2H), 1.35 (s, 3H), 1.14 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 200.48, 172.11, 133.28, 133.04, 131.92, 128.78, 128.53, 128.31, 59.48, 51.62, 41.06, 39.35, 36.54, 34.36, 24.62, 24.29. HRMS calcd for C16H21NO5S [M+NH4]+ 357.1479, found 357.1481.
将化合物6b (0.5g, 1.54 mmol)加入到50 mL的圆底烧瓶中, 加入10 mL THF溶解6b, 再加入10 mL的H2O和LiOH (0.074g, 3.08 mmol), 室温下搅拌反应, 薄层色谱(TLC)检测反应进程, 反应完毕, 用乙酸乙酯(10 mL×3)萃取, 合并有机相, 饱和食盐水(10 mL×2)洗涤, 无水硫酸钠干燥.旋转蒸发溶剂, 得到粗产物, 用V(二氯甲烷):V(甲醇)＝5:1作为洗脱液对粗产物进行硅胶柱层析分离得到6c.也用同样的方法得到6e.
N-((3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘-1-基)磺酰基)甘氨酸(6c):白色固体, 收率97%. m.p. 122~123 ℃; 1H NMR (300 MHz, DMSO-d6) δ: 8.10 (d, J＝7.8 Hz, 1H), 7.88 (t, J＝9.9 Hz, 2H), 7.66 (t, J＝7.3 Hz, 1H), 7.51 (t, J＝7.4 Hz, 1H), 4.93 (dd, J＝9.9, 5.5 Hz, 1H), 3.71 (q, J＝18.1 Hz, 2H), 2.56 (dd, J＝13.9, 5.5 Hz, 1H), 2.25 (dd, J＝13.7, 10.3 Hz, 1H), 1.24 (s, 3H), 1.05 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ: 201.00, 171.50, 135.23, 133.29, 131.82, 129.19, 128.63, 127.63, 58.51, 44.50, 40.99, 36.11, 25.11, 24.74. HRMS calcd for C14H17NO5S [M－H]－ 310.0755, found 310.0757.
3-((3, 3-二甲基-4-氧亚基-1, 2, 3, 4-四氢萘)-1-磺酰胺基)丙酸(6e):白色固体, 收率98%. m.p. 164~165 ℃; 1H NMR (300 MHz, DMSO-d6) δ: 12.33 (s, 1H), 8.04 (d, J＝7.9 Hz, 1H), 7.89 (d, J＝7.6 Hz, 1H), 7.67 (t, J＝7.5 Hz, 1H), 7.51 (t, J＝7.3 Hz, 2H), 4.94 (dd, J＝9.9, 5.9 Hz, 1H), 3.25~3.05 (m, 2H), 2.44~2.16 (m, 4H), 1.24 (s, 3H), 1.05 (s, 3H); 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ: 201.01, 172.53, 135.17, 133.28, 131.92, 129.31, 128.65, 127.58, 57.41, 41.02, 39.00, 36.14, 34.91, 25.07, 24.94. HRMS calcd for C15H19NO5S [M－H]－ 324.0911, found 324.0914.
实验材料:拟南芥种子(Arabidopsis thaliana, Columbia, WT), 莴苣种子(Lettuce, Lactuca sativa L.cv.), 目标化合物5a~5h和6a~6e, 选择ABA, iso-PhABA和Pyrabactin作为对照药剂
拟南芥种子萌发实验:将拟南芥种子用70%乙醇灭菌10 min, 无菌水漂洗, 再将消毒吹干后的拟南芥种子分装至装有400 μL的待试药液的1.5 mL离心管中, 置于4 ℃冰箱中春化3 d.将春化好的拟南芥种子用牙签小心点播50粒种子于垫有双层滤纸并加2 mL清水的培养皿中, 封口膜密封, 放入设置为22 ℃、16 h光照和8 h黑暗的智能光照培养箱中萌发.蒸馏水浸泡春化为空白对照. 24 h后统计萌发率.
莴苣种子萌发实验:将大小均一且饱满的莴苣种子用70%乙醇灭菌10 min, 无菌水漂洗.消毒吹干后的莴苣种子分装浸泡于1 mL待试药液中24 h.将浸种完成后莴苣种子用蒸馏水冲洗, 滤纸吸干种子表面残余水分后, 用牙签将50粒莴苣种子点播于垫有双层滤纸并加2 mL清水的培养皿中, 封口膜密封, 放入设置为25 ℃、24 h光照和0 h黑暗的智能光照培养箱中萌发.蒸馏水浸泡为空白对照. 24 h后统计萌发率.
辅助材料(Supporting information) 化合物5a~5h, 6a~6e的1H NMR和13C NMR谱图.这些材料可以免费从本刊网站(http://sioc-journal.cn/)上下载.
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图 1 目标化合物的设计思路(相同的色块表示在与受体结合时具有相同的结合位点和功能)
Figure 1 Design strategy of the target compounds(The atoms labeled by the same color circle have the same binding sites and functions in the receptor binding pocket)
表 1 反应条件对化合物5a收率的影响
Table 1. Effect of reaction conditions on the yield of compound 5a
| Solvent | Base | T/℃ | Yield/% |
| DMSO | K2CO3 | 100 | 48 |
| DMSO | Cs2CO3 | 100 | 57 |
| DMSO | LiOtBu | 100 | 45 |
| DMSO | 2-Picolylaminea | 100 | 37 |
| DMSO DMF | 2-Picolylamine 2-Picolylamine | 100 100 | 89 75 |
| Toluene | 2-Picolylamine | 100 | 41 |
| MeCN | 2-Picolylamine | 80 | 34 |
| DCE | 2-Picolylamine | 100 | 0 |
| Dioxane | 2-Picolylamine | 100 | 79 |
| DMSO | 2-Picolylamine | 25 | 0 |
| DMSO | 2-Picolylamine | 80 | 65 |
| DMSO | 2-Picolylamine | 120 | 81 |
| DMSO | DABCO | 100 | 85 |
| DMSO | 2-Picolylamineb | 100 | 18 |
| a 1.2 equiv. 2-picolylamine.; b open to atmosphere. | |||
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表 2 化合物5a~5h和6a~6e对种子萌发的抑制活性(抑制率/%)
Table 2. Inhibitory activities of seed germination of compounds 5a~5h and 6a~6e (inhibitory rate/%)
| Compd. | Arabidopsis | Lettuce | |||
| 50µmol•L－1 | 10 µmol•L－1 | 50 µmol•L－1 | 10 µmol•L－1 | ||
| 5a | 58.27 | 19.67 | 44.33 | 8.30 | |
| 5b | 37.20 | 8.67 | 23.80 | 0.30 | |
| 5c | 40.13 | 10.83 | 26.73 | 0.53 | |
| 5d | 44.60 | 12.33 | 32.13 | 5.10 | |
| 5e | 61.13 | 22.63 | 48.97 | 9.33 | |
| 5f | 59.63 | 27.53 | 47.30 | 6.67 | |
| 5g | 45.63 | 17.30 | 33.40 | 4.33 | |
| 5h | 34.60 | 4.97 | 28.67 | 0.97 | |
| 6a | 36.57 | 8.33 | 27.37 | 0.43 | |
| 6b | 29.30 | 2.67 | 18.57 | 0 | |
| 6c | 56.63 | 14.97 | 43.90 | 9.07 | |
| 6d | 36.60 | 7.20 | 27.50 | 0.47 | |
| 6e | 52.63 | 10.90 | 40.90 | 4.55 | |
| ABA | 100 | 100 | 100 | 96.36 | |
| iso-PhABA | 100 | 100 | 100 | 96.62 | |
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