新型长效芸苔素内酯、合成方法及其应用

技术领域

本发明属于农用化学品领域，具体涉及新型的具有植物生长促进作用的化合物-两种新型长效芸苔素内酯、它们的合成方法和作为农药成分在农作物中的应用。

背景技术

芸苔素内酯，也叫油菜素内酯或油菜甾醇内酯，是一类天然的具有甾醇骨架结构的内酯化合物的通称。它们是一种内源性的植物生长激素，不仅具有促进农作物的细胞生长、分裂和细胞伸长的作用，还具有增强农作物抗寒、抗虫害、抗盐碱和抗杂草的能力。值得一提的是，芸苔素内酯的使用，还能在相当程度上降低农作物的农药残留量。芸苔素内酯促植物生长的作用浓度非常低，达到10

自上世纪七十年代科学家们首次分离得到天然芸苔素内酯并随后对其进行了结构鉴定以来(见文献：Nature 1979，281，216)，科学家们已经从不同的植物花茎叶中分离提取得到了几十个具有相似甾体母核结构和相似生物活性的化合物，其中比较典型的有22，23，24-三表芸苔素内酯、24-表芸苔素内酯、28-高芸苔素内酯和28-表高芸苔素内酯。

由于合成原料来源丰富，价格适中，合成步骤不长，反应条件不苛刻，22，23，24-三表芸苔素内酯、24-表芸苔素内酯、28-高芸苔素内酯和28-表高芸苔素内酯这四种芸苔素内酯已经在国内多家公司生产。据统计，国内这四种芸苔素内酯原料药的产量已达到1吨左右。现在已基本上能够满足它们在农作物上的使用。

当前市场上广泛使用的24-混表芸苔素内酯、24-表芸苔素内酯、28-高芸苔素内酯和28-表高芸苔素内酯，虽然促生长的效果很好，然而美中不足的是，它们的促生长作用持续时间较为短暂，仅为3-7天。这就导致在作物的整个生长期间，需要对作物进行多次的喷洒，从而造成药剂的损失、劳动力的浪费和效率的降低。

上世纪80年代，日本的科学家提取得到了一种称为丙酰长效芸苔素内酯的化合物，当使用于田间农作物时，其具有的促生长作用的有效期可以达到15-25天。丙酰长效芸苔素内酯的出现，弥补了上述四种芸苔素内酯有效期短的缺点。近年来，我国科技工作者针对丙酰芸苔素内酯进行结构改造，合成出了多种新型结构的化合物(见相关专利：WO9428011、CN1114612C、CN101434637A、和CN1962688A)，这些化合物都具有较长的作用期限，能达到20-30天。

将速效芸苔素内酯(有效作用期限为3-8天)和长效芸苔素内酯(有效作用期限为15-30天)做成复配制剂使用，是当前农药市场上的一个趋势。这样做的目的，是能够兼顾速效和长效的作用，既能减少制剂的使用量，又能减少喷洒的次数，从而提高了劳动效率。

当前芸苔素内酯行业的一个不足之处，是长效芸苔素内酯的种类单一，不能满足不同地域、不同气候和不同种类农作物的使用要求，因此新型高效的长效芸苔素内酯的开发十分必要。现有的丙酰长效芸苔素内酯，需要经过多步反应才能合成得到，尤其是最后一步侧链上烯烃双键的环氧化反应，文献报道需要10-20天，这样长的反应时间对车间生产上来说，是非常不利的，会到哦之成本大大增加，效率低下。

另一方面，我们都知道，植物体内都含有能水解酯基的酶，当速效芸苔素内酯(比如28-表高芸苔素内酯和24-表芸苔素内酯)的四个羟基都被酯化，再配成制剂喷洒到植物上并被吸收后，酯基在植物体内会慢慢水解释放出速效芸苔素而起作用。酯基在植物体内水解的速度决定了其长效期限。基于上述描述，我们合成了多个28-表高芸苔素内酯的四羧酸酯和多个24-表芸苔素内酯的四羧酸酯，初步的生物活性测试表明，这两类物质都具有良好的长效促生长作用，持效期限在15-25天。本发明的另一个优点是，本发明所述的两类新型的具有长效植物生长促进作用的化合物可以分别直接使用现有市场上价格便宜的28-表高芸苔素内酯原药粉末和24-表芸苔素内酯原药粉末作原料，经过一步简单的酯化反应即可合成得到，因此具有合成方法简单和易于生产的优点。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术上的不足而提供两类新型的具有长效植物生长促进作用的化合物，从而为农药市场提供更多的选择。本发明的一个突出优点是这两类物质合成方法简单和易于生产。

本发明的技术方案中，新型长效芸苔素内酯具有如下化学结构式1和2：

其中，化合物1的化学名称为(2α，3α，22S，23S)-四酰氧基-24S-B-高-7-氧-5α-豆甾烷-6-酮。化合物2的化学名称为(2α，3α，22R，23R)-四酰氧基-24R-B-高-7-氧-5α-麦角甾烷-6-酮。

化合物1可通过28-表高芸苔素内酯和烷基酰氯或烷基酸酐(或苯甲酰氯或苯甲酸酐)在碱作用下发生酯化反应合成得到；

化合物2可通过24-表芸苔素内酯和烷基酰氯或烷基酸酐(或苯甲酰氯或苯甲酸酐)在碱作用下发生酯化反应合成得；

反应方程式如下：

利用28-表高芸苔素内酯原料药作为原料，与烷基酰氯或烷基酸酐(或苯甲酰氯或苯甲酸酐)在碱存在下发生酯化反应，即可生成产物1。利用24-表芸苔素内酯原料药作为原料，与烷基酰氯或烷基酸酐(或苯甲酰氯或苯甲酸酐)在碱存在下发生酯化反应，即可生成产物2。

常规的有机溶剂，比如二氯甲烷、甲苯、四氢呋喃、乙腈、氯仿、1，2-二氯乙烷、二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、1，4一二氧六环和二甲亚砜等都可以使用作为该酯化反应的溶剂。其中优选溶剂为二氯甲烷。

常规的有机碱和无机碱，比如三乙胺、二异丙基乙基胺、4-(二甲胺基)吡啶、吡啶、2，6-二甲基吡啶、1，8-二氮杂-双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、碳酸钾、碳酸钠和碳酸铯等都可以使用作为该酯化反应的碱。优选碱为吡啶。

酯化反应的反应温度可在0-150℃下进行，优选温度为20-40℃。

将这两类新型的化合物配制成一定浓度的制剂，对农作物进行浸种和茎叶喷洒处理，结果表明具有明显的长效促生长效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

(1)本发明的两类新型长效芸苔素内酯物质都具有良好的长效促生长作用，持效期限在15-25天，作用时效长。

(2)本发明两类新型的新型长效芸苔素内酯制备工序简单，原料成本低，合成方法简单和易于生产的优点。

具体实施方式

本发明下面列举了28-表高芸苔素内酯四羧酸酯(1a～1f)和24-表芸苔素内酯四羧酸酯(2a～2f)的合成及应用实例来具体说明本发明的内容。需要说明的是，本发明的权利保护范围包括了但并不限于下列所描述的化合物和应用范围。

实施例128-表高芸苔素内酯和酸酐或酰氯反应：

实验步骤通式：于100毫升单口圆底烧瓶中，依次加入28-表高芸苔素内酯(2.47克，5.0mmol)、甲苯(50mL)、酰氯(20.0mmol到50.0mmol)或者酸酐(20.0mmol到50.0mmol)、碱(20.0mmol到75.0mmol)和4-(二甲胺基)吡啶(1.2克，10.0mmol)。然后在回流状态下搅拌反应20小时。降温到室温，加入100毫升乙酸乙酯稀释反应液，然后分别用水、1N盐酸水溶液和饱和食盐水洗涤。油层用无水硫酸钠干燥，过滤，减压蒸馏，得粗品。粗品经硅胶柱层析分离，用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂洗脱，得固体产物1。固体产物1为以下几种：

(1)28-表高芸苔素内酯四乙酸酯1a：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

(2)28-表高芸苔素内酯四丙酸酯1b：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

(3)28-表高芸苔素内酯四丁酸酯1c：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

(4)28-表高芸苔素内酯四异丁酸酯1d：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

(5)28-表高芸苔素内酯四戊酸酯1e：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

(6)28-表高芸苔素内酯四苯甲酸酯1f：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

实施例2 24-表芸苔素内酯和酸酐或酰氯的反应：

实验步骤通式：于100毫升单口圆底烧瓶中，依次加入24-表芸苔素内酯(2.40克，5.0mmol)、甲苯(50mL)、酰氯(20.0mmol到50.0mmol)或者酸酐(20.0mmol到50.0mmol)、碱(20mmol到75mmol)和4-(二甲胺基)吡啶(1.2克，10mmol)。然后在回流状态下搅拌反应20小时。降温到室温，加入100毫升乙酸乙酯稀释反应液，然后分别用水、1N盐酸水溶液和饱和食盐水洗涤。油层用无水硫酸钠干燥，过滤，减压蒸馏，得粗品。粗品经硅胶柱层析分离纯化，用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂洗脱，得固体产物2。固体产物2为以下几种：

(1)24-表芸苔素内酯四乙酸酯2a：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

(2)24-表芸苔素内酯四丙酸酯2b：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

(3)24-表芸苔素内酯四丁酸酯2c：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

(4)24-表芸苔素内酯四异丁酸酯2d：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

(5)24-表芸苔素内酯四戊酸酯2e：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

(6)24-表芸苔素内酯四苯甲酸酯2f：

高分辨质谱HRMS(ESI-TOF)m/z：分子式C

两类新型长效芸苔素内酯对玉米苗的促生长试验：

将对照用的28-表高芸苔素内酯和24-表芸苔素内酯，以及28-表高芸苔素内酯四丙酸酯1b和24-表芸苔素四丙酸酯2b分别配成4×10

试验结果表明，和对照组相比，玉米苗生长的前12天内，喷洒了28-表高芸苔素内酯、24-表芸苔素内酯、28-表高芸苔素内酯四丙酸酯1b和24-表芸苔素内酯四丙酸酯2b的玉米都生长得比对照组的玉米苗更好更高。但是28-表高芸苔素内酯和24-表芸苔素内酯的活性更高。18天后，28-表高芸苔素内酯四丙酸酯1b和24-表芸苔素内酯四丙酸酯2b的促生长作用，超过了28-表高芸苔素内酯和24-表芸苔素内酯的作用。这些实验证明了两类新型芸苔素内酯化合物1b和2b具有明显的长效促植物生长作用。