新型异噁唑衍生物的合成及抗真菌活性研究开题报告

 2023-02-19 20:20:18

1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)

1选题意义

农药是确保农业稳产、丰产不可或缺的生产资料,其创新水平与引领能力,对粮食、食品和生态安全具有不可替代的重要意义。我国是目前世界上农药使用量最大的国家,每年用量接近200万吨,约占世界总使用量的30%。然而,由于我国新农药创制工作基础薄弱、起步较晚,目前市场的主要品种长期受制于外国跨国农药公司,造成了许多重大农作物有害生物的防控一直依赖活性低、用量大、残留多、安全性差的农药。然而过量和不合理使用高毒、高残留的农药品种极易导致环境污染、有害生物产生抗药性等一系列问题,严重威胁食品和环境安全。因此,寻找和研制高效、低毒、选择性强、环境相容性好的具有自主知识产权的新型药剂,是我国农业科技创新领域面临的重大机遇和挑战。

1.1含氮杂环类农药以及杀菌剂

近年来含氮杂环化合物在新型超高效农药创制中占有很重要的地位, 由于杂环类农药的开发应用,使现代农药达到了超高效、低公害,甚至无公害的新阶段。近年开发的新农药品种中有 80%是含杂环的化合物,其中又以含氮杂环化合物为主[1]。在寻找结构新颖具有生物活性的化合物时,设计和合成各种含氮杂环化合物是非常重要的途径之一[2]

在国内外的农药研究中, 杀菌剂作为农药开发之中的热门,含氮杂环化合物由于其选择性好、活性高、用量少、毒性低以及在有害物生化生理反应中的特异性而成为研究的主体,近年上市的的含氮杂环类杀菌剂层出不穷。含氮杂环的化合物一般有吡咯、吡啶、嘧啶、咪唑以及三唑、噁唑、噻唑等几类。已有研究报道含有噁唑杂环的化合物表现出良好的抗菌、消炎、杀灭植物病毒功效和配位性能[3,4],在医药、农药以及配位催化领域有着广泛的应用。噁二唑杂环基团是一类重要的活性基团,它具有较好的杀虫、抗菌、消炎和抗癌等活性[5-7];其中含有噁二唑硫醚结构的衍生物在农作物病虫害防控方面的应用较为广泛,如对辣椒枯萎病菌、苹果腐烂病菌、油菜菌核病菌、水稻白叶枯病菌、烟草青枯病菌、小麦赤霉病菌、蔬菜灰霉病菌、小麦纹枯病菌和辣椒炭疽病菌等均有较好抑制活性。在这些化合物中不断涌现出一些具有划时代意义的新颖药剂,从而引起了人们的重视,成为在农药领域开发的热点之一[8]

1.2异噁唑等杂环杀菌剂开发进展

近年来,含氮杂环化合物在新型超高效农药创制中占有很重要的地位,在寻找结构新颖具有生物活性的化合物时,设计和合成各种杂环化合物是非常重要的途径之一,已成为较活跃的领域。

异噁唑是一类非常重要的含氮杂环化合物,是有机合成的重要先导骨架和母体,它们不仅在有机合成中是重要合成子和合成中间体,由它们衍生的化合物往往具有极高生物活性[9],因此在农药,医药和一些工业领域有着重要的作用。在农药开发中,噁唑化合物往往具有选择性好、活性高、绿色环保等优点而成为农药研究的主体也是当今农药开发的热点之一。

噁唑菌酮 恶霉灵 啶菌噁唑

图1 已上市噁唑类农药

参考文献

[1] 杂环化合物在农药中的应用和开发前[J].专家论坛,2013年第3期

[2] 冯继收.新型含氮杂环吡唑酰胺类化合物的合成及生物活性研究[D].青岛:青岛科技大学

[3] Razavi H., Palaninathan S.K., Powers E.T[J]. Angew. Chem., Int. Ed.2003, 42, 2758.

[4] (a) Gao, R.; Zhang, M.; Liang, T.; Wang, F.; Sun, W.-H.Organometallics 2008, 27, 5641.

[5] 陈美航,罗兰,朱雪松等.1,2,4-三唑的肟酯类衍生物的合成与生物活性研究[J].化学研究与应用。2017,29( 7): 992-998.

[6] 祁叶茂,李兰杰,刘明杰等. 噁二唑衍生物的合成研究[J].化学研究与应用,2017, 29( 7): 1062-1064.

[7] 王俊岭,汪小伟,吴峰敏等.2-取代硫醚-5-[5-( 4-氯苯 基) 吡唑-3-基]-1,3,4-噁二唑类化合物的合成及其荧光性质[J].化学试剂, 2017,9( 05): 525-527,560.

[8] 刘红英, 华玉山.含氮杂环化合物作为农用杀菌剂的开发应用[J].Journal of Dezhou University Vol.22 , No.6 .Dec.2006

[9] 齐传民,王蕴峰,张关心,冯淑娟.新型异噁唑类化合物的合成及其生物活性的研究 [N].北京师范大学学报(自然科学版),2001(06):787-789.

2. 研究的基本内容和问题

(一)研究的目标

在前期研究基础上,对课题组筛选发现的高活性化合物三唑肼进行结构优化,引入异噁唑环,设计合成一系列异噁唑酰肼结构的化合物,通过深入的活性评价,最终发现安全高效的新型杀菌剂候选化合物。

(二)研究的内容

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3. 研究的方法与方案

研究方法与技术路线

图3 合成路线

化合物合成路线:取代苯甲醛和盐酸羟胺在水中共沸得到苯甲醛肟,加NCS回流半小时,加入丙炔酸甲酯,搅拌反应过夜,纯化得到异噁唑的酯;酯加氢氧化钠水解得到酸,酸与苯肼发生缩合反应生成酰肼。

(二)植物病原菌活性测定实验方案

参照杀菌剂生测行业标准,选择生物学上有不同分类地位的重要的植物病原菌如油菜菌核病菌、水稻纹枯病菌、灰霉病菌、小麦赤霉病菌、辣椒疫霉病菌等为生物靶标,进行室内抑菌活性生物测定(MIC或EC50)。

选择活性较高的化合物进行温室盆栽试验,测定化合物在活体上(水稻、小麦、油菜、大豆、黄瓜、番茄等)的对植物病害防治效果,研究其活性大小、作用方式(保护性/内吸性)、防治谱等,明确具有进一步开发价值的杀菌剂候选化合物。

(三)可行性分析

本课题设计思路是在广泛查阅国内外相关文献和专利,并结合课题组已有的研究基础提出且充分掌握了国内外有关噁唑类杂环化合物合成及生物活性研究的进展,并开展了本类化合物的设计合成与活性研究相关工作。所在天然产物与农药化学实验室已做过多种不同新型化合物合成及抗性活性研究,以实验室已有的有效骨架设计合成一系列新型异噁唑酰肼化合物,并通过室内抑菌测定初步测定出其化合物具有良好的活性,为本实验打下理论基础。同时,实验方案设计合理,实验室仪器及材料准备充分为项目进行提供有利条件,加之,老师和实验室师兄师姐的指导,综上所述,实验可行。

4. 研究创新点

可能存在的问题

合成路线的构建和打通可能需要很长的时间尝试,合成过程中可能会遇到某些取代基反应条件要求苛刻,分离提纯困难,目标化合物产率不高等问题;活性测试时可能会遇到化合物水溶性不好、生物利用度低,活性低于预测值等问题,拟采用药效团分析、加入亲水基团、拼接活性基团等手段加以克服。

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5. 研究计划与进展

2018.7-2018.10 查阅相关文献,了解研究背景,掌握基础知识,确定实验方案

2018.10-2018.12 合成化合物并进行结构表征,测试化合物对植物病原真菌的抑菌活性

2019.1-2019.3 整理分析实验结果;

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