基于天然活性物质Xanthatin为先导的结构优化、农用生物活性及构效关系研究

In recent years, the discovery of novel active compounds from plants or further structural optimization based on natural active substances as lead compounds to screen the highly active derivatives has been a hotspot in the field of new pesticide innovation. Xanthatin, an active sesquiterpene lactone occurring in Xanthium species, will be used as the lead compound for preparation of potential antifungal and insecticidal derivatives in this study. Series of novel and various derivatives modified at the positions of the lactone ring, the seven-membered ring and the C-1 side chain by method of chemical derivatization will be synthesized and the structures will be characterized by modern organic analytical techniques. Moreover, their antifungal and insecticidal activities will be tested, and the quantitative structure-activity relationship will be analyzed to aim for structural factors with great influence on the activity and the ideal structural model as fungicides or insecticides. This study will not only contribute to improving the utilization of Xanthium, but also provide the basis for the further development of new pesticides based on Xanthatin, which is of great scientific theoretical significance and application prospect.

从植物体内寻找结构新颖的活性化合物并对其进行结构优化，以此来筛选高活性的衍生物，是近年来新农药创制领域的一个研究热点。本项目拟选取一种源自苍耳属植物中的天然活性倍半萜内酯类化合物苍耳亭（Xanthatin）为研究对象，以抗菌、杀虫活性为导向，采用化学衍生法对其内酯环、七元环和碳1位侧链等位置进行系统的结构修饰，多样性合成系列类型丰富、结构新颖的苍耳亭类衍生物，并通过现代有机分析技术对其结构予以表征。同时测定目标衍生物的抗菌和杀虫活性，分析其定量构效关系，确定对活性影响较大的结构因素，初步构建起具有抗菌或杀虫活性的理想结构模型。本研究将不仅有助于提高苍耳资源的利用率，也为进一步开发基于苍耳亭为模板的新型农药提供依据，具有重要的科学理论意义和应用前景。

苍耳亭是一种从菊科植物苍耳中分离得到的含α-亚甲基-γ-丁内酯结构片段的倍半萜内酯类化合物，研究发现其拥有良好的抑菌和杀虫活性。为了进一步开发利用该化合物的农用生物活性，本项目以苍耳亭为先导化合物展开了结构修饰、抗菌/杀虫活性及构效关系等研究，主要取得下列研究结果：1）首先建立了以苍耳嫩叶为原材料，以95%乙醇室温浸提3次，同时采用柱层析和重结晶相结合的的最优提取分离方案，苍耳亭的分离率高达0.2178%；2）其次对苍耳亭的五元内酯环环外碳碳双键修饰，合成了一系列的迈克尔型硫酚/胺类加合物，还制备了苍耳亭肟类、缩氨脲类以及环氧化类等其他衍生物；3）采用孢子萌发法、小叶碟添加法和浸渍法分别测试了所合成衍生物的抗菌活性、杀虫活性以及杀卵活性，发现了几个对番茄灰霉病菌孢子具有强烈抑制萌发作用的化合物，其中抑菌活性最强者较母体苍耳亭的抑菌能力提高了近40倍；对苍耳亭C-13位修饰的衍生物中，大多数化合物的杀卵活性均超过了苍耳亭，值得进一步研究；4）初步构效关系分析表明：在苍耳亭的C-13位引入吡啶基团能够得到广谱且活性优异的抗菌化合物；在C-4位引入肟结构能显著提升苍耳亭对黄瓜炭疽病菌的抑菌能力；苍耳亭内酯环上的环外双键对于其杀虫活性至关重要，该位置修饰可能导致衍生物的杀虫活性下降甚至丧失；对苍耳亭的C-13位修饰有利于提高此类物质的杀卵活性。上述结果可为进一步研究基于苍耳亭类甚至倍半萜内酯类结构骨架的新型抗菌剂或杀虫剂奠定良好了的基础。