二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽的合成方法及其抗菌應用與流程

2023-11-11 02:59:07

本發明屬於天然產物化學合成領域，具體涉及二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽的合成方法以及這類化合物在抗菌方面的應用。

技術背景

季銨鹽是一類陽離子表面活性劑，具有良好的抗菌性能，對細菌、真菌、藻類和病毒等微生物都具有良好的殺生效果，被廣泛地應用於眾多領域，並且備受農藥和醫藥界的廣泛關注，其殺生機理與性能的研究一直以來都是國內外研究的熱點，並取得了不少的新進展。

抗菌劑，是指一種在一定時間內殺死或抑制細菌、真菌等微生物生物活性的一種化學製劑。抗菌劑被大量的應用於農業、工業以及動植物保護等方面。而季銨鹽類抗菌劑用於醫療環保、日用化工和水處理等領域，具有濃度低、毒性小、及時性好、殺菌能力強等優點。現有的季銨鹽類抗菌劑雖具有廣譜高效的殺生性能、使用範圍廣、水溶性好、價格便宜等優點，但仍具有一定的缺陷，如毒性大等。

我國松樹資源非常豐富，其經蒸餾得到產量大、價格低廉的可再生資源松節油，它的主要成分是α-蒎烯和β-蒎烯。現有的研究結果表明，植物次生代謝產物中具有抗菌活性的物質主要有萜類化合物及其衍生物、生物鹼類、皂甙、甾體、木脂素、胺基酸、多糖抗菌肽等。其中β-蒎烯屬於雙環萜類化合物，其化學性質活潑，β-蒎烯及其衍生物顯示出了廣泛的生物活性。近年來，β-蒎烯已被廣泛應用於香料、醫藥、食品、農業、高分子材料等行業中。在生物質資源化學與利用大潮的推動下，可再生資源β-蒎烯有著廣泛的應用價值。通過對β-蒎烯結構進行化學修飾合成具有生物活性的化合物已成為林產化學和有機合成化學的研究熱點之一。

眾多研究者對β-蒎烯開展了大量的研究，由其合成的諾卜醇、氫化諾卜醇及其醚類、酯類、縮醛類等衍生物對多種昆蟲具有較好的拒食活性或較好的驅避活性。近年又合成了氫化諾卜酸及其醯胺類化合物，初步活性測定表明，這些化合物具有一定的生物活性。為了對β-蒎烯衍生物進行更加深入的活性篩選及其相關研究，有必要增加此類化合物的品種和數量。因此，本專利公開了一種合成二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽的方法以及這類化合物在抗菌方面的應用。

目前，尚沒有所述的7種二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽的合成方法及其化合物對柑橘病原菌抗菌活性的相關報導，因此，本專利探究了所述7種二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽的合成方法與抗菌活性，並確定了通用的合成方法。

技術實現要素：

本發明的目的在於公開二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽的方法，其操作簡單、不需要大型儀器設備，顯著降低了生產成本；以及公開這類化合物在柑橘病原菌抗菌方面的應用。本發明的內容如下：

以β-蒎烯為初始原料，經過一系列的反應得到二烷基氫化諾卜基胺，將二烷基氫化諾卜基胺與苄基滷代物(氯、溴、碘)合成得到了7種二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽。通過菌絲生長速率法，將得到的7種化合物分別配製為一定濃度的藥液，測試其分別對柑橘病原菌（柑橘莖點黴菌(Phoma citricarpa)、柑橘炭疽菌(Colletotrichum glecosporioides)）的抑制效果。

二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽的合成方法與抗菌應用，該合成方法特點是由二烷基氫化諾卜基胺與苄基滷代物直接一步反應合成二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽，在有機溶劑中，將二烷基氫化諾卜基胺分別和苄基滷代物(氯、溴、碘) 按一定物料比投料於裝有攪拌子以及冷凝回流裝置的錐形瓶中，加熱進行反應，合成二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽，反應後產物經抽濾、洗滌、重結晶、真空乾燥等純化，分別合成得到7種二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽。其反應如下式所示：

所述上式化合物(3)用於抑制如下柑橘病原菌：柑橘莖點黴菌（Phoma citricarpa）和柑橘炭疽菌（Colletotrichum glecosporioides）。

進一步的，所用主要原料為二烷基氫化諾卜基胺(1)和苄基滷代物(2)。

進一步的，苄基滷代物為氯代、溴代和碘代物，所述的二烷基氫化諾卜基胺與苄基滷代物的摩爾比為1∶1~2（mol/mol）。

進一步的，所述有機溶劑為甲苯、苯、乙苯。

進一步的，所述反應溫度為100-150 ℃。

進一步的，該反應的反應時間為：1~3 d。

進一步的，所述合成二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽的方法，其合成方法步驟特徵如下：

(1)以氯化苄為原料，分別與二烷基氫化諾卜基胺進行反應，製得1個二烷基氫化諾卜基苄基氯化銨。

(2)以溴化苄為原料，分別與二烷基氫化諾卜基胺進行反應，製得3個二烷基氫化諾卜基苄基溴化銨。

(3)以溴化苄為原料，在丙酮中與NaI反應製得碘化苄。

(4)以碘化苄為原料，分別與二烷基氫化諾卜基胺進行反應，製得3個含氫化諾卜基苄基碘化銨。

本發明的有益效果是以二烷基氫化諾卜基胺和苄基滷代物為原料，合成得到了7種二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽，目前國內外無相關報導，本發明為首創，且初始原料豐富，反應操作簡單，反應條件溫和。採用菌絲生長速率法對其進行抗菌活性分析，實驗結果表明：在500 mg/L的濃度下，7種化合物對柑橘莖點黴菌的抑制率均比多菌靈的抑制率要高，且N,N-二乙基-N-氫化諾卜基苄基碘化銨對柑橘莖點黴菌的抑制率高達100%，供試化合物在抑制柑橘炭疽菌方面均等同或超過多菌靈的效果，具有良好的抑制效果。

具體實施方式

下面通過實施例詳述本發明，然而，本發明不限於下述的實施例。

實施例1：

二烷基氫化諾卜基苄基溴(氯)的合成通法

在裝有攪拌子和冷凝回流裝置的100 mL錐形瓶中加入約0.02 mol二烷基氫化諾卜基胺，0.025 mol苄基滷代物(溴、氯)和適量甲苯，在100-150 ℃下加熱1-3 d，取出產物，冷卻結晶，將得到的結晶用冷石油醚(60~90 ℃)洗滌，進行抽濾，並用石油醚洗滌數次後抽至幹，再減壓以除去可能殘留的溶劑並乾燥，得到產物。

實施例2：

苄基滷代物為氯化苄，叔胺為N,N-二甲基氫化諾卜基胺，其它實驗方法和條件同實施例1，得N,N-二甲基-N-氫化諾卜基苄基氯化銨。

MS(C20H32NCl): 356.4(M++Cl), 286.4(M+-Cl), 677.3(2M++Cl), 607.4(2M+-Cl), 35(Cl);

1H NMR, δH/ppm: 7.686(2H, d, J=6.8Hz, 14-CH, 14』-CH), 7.442(3H, t, J1=J2=6.8Hz, 15-CH, 15』-CH, 16-CH), 5.084(2H, s, 12-CH), 3.536(2H, m, 11-CH2), 2.311(1H, m, 2-CH), 2.017~1.829(8H, m, 7-CH, 10-CH2, 3-CH, 5-CH, 1-CH,4-CH2), 1.456(1H, m, 3-CH), 1.196(3H, s, 9-CH3), 1.034(3H, s, 8-CH3), 0.825(1H, d, J=9.2Hz, 7-CH);

13C NMR, δC/ppm: 38.537(C-1), 46.113(C-2), 22.089(C-3), 26.060(C-4), 41.040(C-5), 38.537(C-6), 30.182(C-7), 23.313(C-8), 27.923(C-9), 33.360(C-10), 67.242(C-11), 62.797(C-12), 127.497(C-13), 133.211(C-14), 129.098(C-15), 130.592(C-16), 49.544(C-α);

IR, νmax(cm-1): 2966, 2941, 2901, 2861(C-H), 1540, 1489, 1474, 1411(Ar-C=C), 1383, 1364(CMe2), 933(C-N), 766, 728, 704(一取代苯C-H彎曲振動)。

實施例3：

苄基滷代物為溴化苄，叔胺為N,N-二甲基氫化諾卜基胺，其它實驗方法和條件同實施例1，得N,N-二甲基-N-氫化諾卜基苄基溴化銨。

MS(C20H32NBr): 446.2(M++Br), 286.4(M+-Br), 811.2(2M++Br), 653.3(2M+-Br), 80.2(Br);

1H NMR, δH/ppm: 7.702(2H, d, J=6.8Hz, 14-CH, 14』-CH), 7.441(3H, s , 15-CH, 15』-CH, 16-CH), 5.098(2H, s, 12-CH2), 3.601(2H, m, 11-CH2), 3.296(6H, s, 2 α-CH3), 2.305(1H, m, 2-CH), 2.017~1.714(8H, m, 7-CH, 10-CH2, 3-CH, 5-CH, 1-CH, 4-CH2), 1.470(1H, m, 3-CH), 1.193(3H, s, 9-CH3), 1.034(3H,s, 8-CH3), 0.815(1H, d, J=9.2Hz,7-CH);

13C NMR, δC/ppm: 38.501(C-1), 46.068(C-2), 22.100(C-3), 26.066(C-4), 41.026(C-5), 38.501(C-6), 30.166(C-7), 23.338(C-8), 27.913(C-9), 33.332(C-10), 67.165(C-11), 62.952(C-12), 127.358(C-13), 133.211(C-14), 129.096(C-15), 130.629(C-16), 49.483(C-α);

IR, νmax(cm-1): 2967, 2940, 2903, 2865(C-H), 1560, 1489, 1459, 1411(Ar-C=C), 1383, 1364(CMe2), 932(C-N), 767, 728, 704(一取代苯C-H彎曲振動)。

實施例4：

苄基滷代物為溴化苄，叔胺為N,N-二乙基氫化諾卜基胺，其它實驗方法和條件同實施例1，得N,N-二乙基-N-氫化諾卜基苄基溴化銨。

MS(C22H36NBr): 474.2(M++Br), 314.4(M+-Br), 866.5(2M++Br), 707.3(2M+-Br), 79.8(Br);

1H NMR, δH/ppm: 7.561(2H, d, J=7.2Hz, 14-CH, 14』-CH), 7.457(3H, t, J1=J2=6.8Hz 15-CH, 15』-CH, 16-CH), 4.809(2H, s, 12-CH2), 3.463(4H, m, 2 α-CH2), 3.264(2H, t, J1=J2=7.2Hz, 11-CH2), 2.350(1H, m, 2-CH), 2.019~1.847(8H, m, 7-CH, 10-CH2, 3-CH, 5-CH, 1-CH, 4-CH2), 1.478(7H, m, 3-CH, 2 β-CH3), 1.208(3H, s, 9-CH3), 1.047(3H, s, 8-CH3), 0.869(1H, d, J=9.6Hz, 7-CH);

13C NMR, δC/ppm: 38.834(C-1), 45.833(C-2), 22.219(C-3), 26.105(C-4), 41.063(C-5), 38.555(C-6), 29.620(C-7), 23.348(C-8), 27.955(C-9), 33.453(C-10), 56.979(C-11), 62.063(C-12), 127.209(C-13), 132.464(C-14), 129.363(C-15), 130.715(C-16), 53.610(C-α), 8.721(C-β);

IR, νmax(cm-1): 2977, 2923, 2867(C-H), 1560, 1468, 1458, 1401(Ar-C=C), 1383, 1365(CMe2), 930(C-N), 747, 704(一取代苯C-H彎曲振動)。

實施例5：

苄基滷代物為溴化苄，叔胺為N,N-二正丙基氫化諾卜基胺，其它實驗方法和條件同實施例1，得N,N-二正丙基-N-氫化諾卜基苄基溴化銨。

MS(C24H40NBr): 502.2(M++Br), 342.4(M+-Br), 921.1(2M++Br), 764.4(2M+-Br), 80.2(Br);

1H NMR, δH/ppm: 7.539(2H, s, 14-CH, 14』-CH), 7.469(3H, s, 15-CH, 15』-CH, 16-CH), 4.889(2H, s, 12-CH2), 3.370(4H, m, 2 α-CH2), 2.997(2H, m, 11-CH2), 2.357(1H, m, 2-CH), 2.042~1.750(12H, m, 7-CH, 10-CH2, 3-CH, 5-CH, 1-CH, 4-CH2, 2 β-CH2), 1.470(1H, m, 3-CH), 1.211(3H, s, 9-CH3), 1.041(9H, m, 8-CH3, 2 γ-CH3), 0.873(1H, d, J=8.4Hz, 7-CH);

13C NMR, δC/ppm: 38.564(C-1), 45.770(C-2), 22.211(C-3), 26.100(C-4), 41.029(C-5), 38.870(C-6), 29.639(C-7), 23.291(C-8), 27.941(C-9), 33.415(C-10), 57.844(C-11), 62.994(C-12), 127.305(C-13), 132.441(C-14), 129.360(C-15), 130.752(C-16), 60.119(C-α), 16.342(C-β), 10.707(C-γ);

IR, νmax(cm-1): 2982, 2932, 2910, 2879, 2862(C-H), 1497, 1475, 1395(Ar-C=C), 1381, 1365(CMe2), 938(C-N), 734, 709(一取代苯C-H彎曲振動)。

實施例6：

二烷基氫化諾卜基苄基碘化銨的合成通法

將NaI在溫熱條件下用丙酮溶解，然後轉入裝有冷凝回流管和攪拌子的錐形瓶中，再加入溴化苄，在加熱條件下攪拌，產物純化處理後得到碘化苄。在裝有攪拌子和冷凝回流裝置的100 mL的錐形瓶中加入約0.02 mol二烷基氫化諾卜基胺，0.025 mol碘化苄和適量甲苯，在100-150 ℃下加熱1-3 d，取出產物，冷卻結晶，將得到的結晶用冷石油醚(60~90 ℃)洗滌，抽濾至幹，再減壓以除去可能殘留的溶劑並乾燥，得到季銨鹽。

實施例7：

苄基滷代物為碘化苄，叔胺為N,N-二甲基氫化諾卜基胺，其它實驗方法和條件同實施例6，得N,N-二甲基-N-氫化諾卜基苄基碘化銨。

MS(C20H32NI): 540.1(M++I), 286.4(M+-I), 952.9(2M++I), 699.2(2M+-I), 127.3(I);

1H NMR, δH/ppm: 7.666(2H, s, 14-CH, 14』-CH), 7.434(3H, s, 15-CH, 15』-CH, 16-CH), 5.015(2H, s, 12-CH2), 3.574(2H, t, J1=8.4Hz, J2=8Hz, 11-CH2), 3.252(6H, s, 2 α-CH3), 2.287(1H, m, 2-CH), 2.053~1.730(8H, m, 7-CH, 10-CH2, 3-CH, 5-CH, 1-CH, 4-CH2), 1.469(1H, m, 3-CH), 1.175(3H, s, 9-CH3), 1.021(3H, s, 8-CH3), 0.813(1H, s, 7-CH);

13C NMR, δC/ppm: 38.535(C-1), 46.002(C-2), 22.212(C-3), 26.096(C-4), 41.058(C-5), 38.606(C-6), 30.190(C-7), 23.440(C-8), 27.948(C-9), 33.361(C-10), 67.267(C-11), 63.259(C-12), 127.079(C-13), 133.243(C-14), 129.237(C-15), 130.819(C-16), 49.726(C-α);

IR, νmax(cm-1): 2971, 2937, 2906, 2866(C-H), 1560, 1472, 1458(Ar-C=C), 1383, 1364(CMe2), 928(C-N), 765, 729, 703(一取代苯C-H彎曲振動)。

實施例8：

苄基滷代物為碘化苄，叔胺為N,N-二乙基氫化諾卜基胺，其它實驗方法和條件同實施例6，得N,N-二乙基-N-氫化諾卜基苄基碘化銨。

MS(C22H36NI): 568.1(M++I), 314.4(M+-I), 755.2(2M+-I), 127.3(I);

1H NMR, δH/ppm: 7.544(2H, d, J=6.4Hz, 14-CH, 14』-CH), 7.468(3H, t, J1=10Hz, J2=7.2Hz 15-CH, 15』-CH, 16-CH), 4.726(2H, s, 12-CH2), 3.439(4H, m, 2 α-CH2), 3.251(2H, d, J=8.8Hz, 11-CH2), 2.351(1H, m, 2-CH), 2.120~1.790(8H, m, 7-CH, 10-CH2, 3-CH, 5-CH, 1-CH, 4-CH2), 1.485(7H, t, J1=J2=6.4Hz, 3-CH, 2 β-CH3), 1.212(3H, s, 9-CH3), 1.062(3H, s, 8-CH3), 0.871(1H, d, J=9.6Hz, 7-CH);

13C NMR, δC/ppm: 38.632(C-1), 45.588(C-2), 22.106(C-3), 25.956(C-4), 40.878(C-5), 38.421(C-6), 29.495(C-7), 23.303(C-8), 27.804(C-9), 33.295(C-10), 56.892(C-11), 61.734(C-12), 126.702(C-13), 132.262(C-14), 129.312(C-15), 130.704(C-16), 53.662(C-α), 8.784(C-β);

IR, νmax(cm-1): 2978, 2937, 2908, 2866(C-H), 1502, 1468, 1451, 1394(Ar-C=C), 1385, 1366(CMe2), 952(C-N), 757, 710(一取代苯C-H彎曲振動)。

實施例9：

苄基滷代物為碘化苄，叔胺為N,N-二正丙基氫化諾卜基胺，其它實驗方法和條件同實施例6，得N,N-二正丙基-N-氫化諾卜基苄基碘化銨。

MS(C24H40NI): 596.1(M++I), 342.4(M+-I), 811.4(2M+-I), 127.3(I);

1H NMR, δH/ppm: 7.506(2H, s, 14-CH, 14』-CH), 7.472(3H, s, 15-CH, 15』-CH, 16-CH), 4.791(2H, s, 12-CH2), 3.268(6H, m, 2 α-CH2, 11-CH2), 2.341(1H, m, 2-CH), 2.195~1.820(12H, m, 7-CH, 10-CH2, 3-CH, 5-CH, 1-CH, 4-CH2, 2 β-CH2), 1.479(1H, m, 3-CH), 1.212(3H, s, 9-CH3), 1.053(9H, m, 8-CH3, 2 γ-CH3), 0.872(1H, d, J=8.8Hz, 7-CH);

13C NMR, δC/ppm: 38.671(C-1), 45.710(C-2), 22.254(C-3), 26.118(C-4), 41.036(C-5), 38.583(C-6), 29.707(C-7), 23.387(C-8), 27.958(C-9), 33.415(C-10), 57.950(C-11), 62.863(C-12), 127.007(C-13), 132.397(C-14), 129.429(C-15), 130.862(C-16), 60.032(C-α), 16.547(C-β), 10.704(C-γ);

IR, νmax(cm-1): 2966, 2935, 2905, 2875(C-H), 1560, 1498, 1473, 1408(Ar-C=C), 1383, 1365(CMe2), 952(C-N), 757, 710(一取代苯C-H彎曲振動)。

抑菌實驗：

針對以上實施例中的7種化合物，採用菌絲生長速率法，對植物病原菌進行抑菌活性測試。其具體實施方法為：

在無菌的條件下，將化合物配製成濃度為5 g/L的溶液，按一定的比例加入到經滅菌處理的馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基中，得到最終濃度為0.5 g/L的含藥培養基平板。取已活化且培養好的病原菌菌餅(直徑5mm)，接到上述含藥培養基平板上，每個培養皿上接一個菌餅，菌餅置於培養皿中央，重複3次。以未添加任何化合物的PDA培養基平板作為空白對照組，多菌靈為陽性對照。當空白對照組平板的菌落直徑生長到整個培養皿的三分之二左右，用十字交叉法測量直徑，取平均值，計算其抑制率，結果見表1，計算公式如下：

菌落直徑=菌落平均直徑－菌餅直徑(5mm)

菌絲生長抑制率=[(對照菌落生長直徑－處理菌落生長直徑)/對照菌落生長直徑]×100%

表1 化合物對植物病原菌菌絲生長的抑制率(%)

表1結果說明7種二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽化合物對柑橘莖點黴菌和柑橘炭疽菌均具有良好的抑制作用，其中6種二烷基氫化諾卜基苄基季銨鹽化合物對柑橘莖點黴菌和柑橘炭疽菌抑制效果均好於多菌靈。