本发明属于农用除草、杀菌剂领域的合成和应用，具体涉及一类1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪的曼尼希(Mannich)碱类衍生物及其制备方法和应用。
背景技术：
：植物病菌和杂草的防治在农、林、牧、副、渔以及公共卫生等各行业的实现过程中非常重要。随着人们对环境问题日益重视，需要科学家们不断进行创新研究，进而开发出新的高效、低毒、安全和具有不同作用方式的农药品种。哌嗪是一类重要杂环化合物，许多含哌嗪的衍生物在医药的研究已经涉及到多个领域，其发展十分迅速。研究表明，含哌嗪且N-取代的化合物常显示出广泛的生物活性，如抗微生物、抗高血压、抗癌、抗抑郁、抗焦虑、消炎和止痛等。迄今为止，已开发了许多含有哌嗪杂环的医药品种，例如环丙沙星、左羟丙哌嗪、达沙替尼、西他列汀等。许多杂环曼尼希(Mannich)碱类化合物也因其广泛的生物活性而在药物研发中占据重要地位，然而当前双杂环化合物的合成及生物活性研究已经成为杂环农药的一重要发展方向。稠合三唑类衍生物因其独特的生理活性得到了广泛关注,其与氨基酸作用得到的化合物是一类重要的二肽基肽酶-Ⅳ抑制剂和人体神经激肽-I拮抗剂,可用于2型糖尿病、肥胖症和高血压等疾病的预防和治疗为了寻找具有超高生物活性的1,2,4-三唑环稠合杂环，通过对已经商品化的杀菌剂结构、活性位点及作用机理的进一步了解，本文以此为基础，利用活性片段拼接原理和药物衍生化法，取自西他列汀中1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪片段，首次设计合成了一系列1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪的曼尼希(Mannich)碱类衍生物，并测试了其相应的生物活性(除草活性、杀菌活性和KARI酶抑制活)，总结了其构效关系，为设计和开发1,2,4-三唑环稠合杂环提供了极大的借鉴意义，并且将有利于创制出超高效的新型药物，为新型医药和农药提供了新的机遇和挑战，因此有关1,2,4-三唑环稠合杂环设计方面还有很大的潜力。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述技术分析，提供一类1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪的曼尼希碱类衍生物及其制备方法和应用，该制备方法将不同取代基团导入1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪制备取代衍生物，发现生物活性较高的的新结构，总结新构效关系及生物活性间规律；制备的曼尼希碱类衍生物为具有超高除草活性、杀菌活性的绿色农药,可应用于对各种作物上草害和菌害的综合防治。本发明的技术方案：一类1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪的曼尼希(Mannich)碱类衍生物，具有如通式I所示的结构式：式中：通式中：R1是单取代、多取代、未取代的芳基或杂芳基，该取代基是低级烷基、低级烷氧基、低级卤代烷基、卤素原子、硝基、氰基；杂芳基是含1个或多个N、O、S杂原子的5元环或6元环，包括呋喃、噻吩、吡唑、咪唑、三唑、吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪；芳基是苯基；R2是杂芳基或具有1-3个取代基的杂芳基，该取代基是低级烷基、低级卤代烷基、苯基、取代苯基、卤素原子，所述的取代是单取代或多取代，杂芳基是含1个或多个N、O、S杂原子的5元环或6元环，包括呋喃、噻吩、吡唑、咪唑、三唑、吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪；所述取代苄基、取代苯基、取代嘧啶基和取代吡啶基上的取代基是低级烷基、低级卤代烷基或卤素原子，所述的取代是单取代或多取代；所述“低级烷基”为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环丙基、环丁基、环戊基或环己基；所述“低级烷氧基”为甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、环丙氧基、环丁氧基、环戊氧基或环己氧基；所述“低级卤代烷基”的碳骨架与之所定义的低级烷基中的相同，在此前提下低级卤代烷基是在低级烷基上的氢原子可以部分或全部被卤原子取代；所述的卤素原子为氟、氯、溴或碘。一类所述1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪的曼尼希(Mannich)碱类衍生物的制备方法，如下式所示：具体步骤如下：1)将式II化合物1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪与式III化合物4-(4-取代芳基亚甲氨基)-5-取代-4H-1,2,4-三唑-3-硫醇用有机溶剂混匀，加入37wt％甲醛水溶液，搅拌反应，抽滤出生成的固体或浓缩后抽滤出固体，反应温度为10-80℃，反应时间为2-10小时；2)将上述固体用乙醇或乙醇-水混合液重结晶，或直接用乙醇洗涤，制得式I化合物，其中乙醇-水混合液中乙醇与水的体积比为1:0.1-0.5；所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、二氯甲烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺；所述式II所示的化合物、式III所示的化合物、有机溶剂与甲醛的摩尔比为1∶1-1.2∶1-3∶1.5-2；通式II的化合物按照文献(J.Med.Chem.2008,51,589–602.)操作进行制备，通式III的化合物按照文献(J.Agric.Food.Chem.,2010,58,5515-5522.)中的方法制备。一类所述1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪的曼尼希(Mannich)碱类衍生物的应用，用于控制植物菌害和草害，其对黄瓜枯萎病菌、花生褐斑病菌、苹果轮纹病菌、小麦纹枯病菌、番茄早疫病菌和小麦赤霉病菌具有较高的离体抑制活性。本发明的优点是：该制备方法将不同取代基团导入1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪制备取代衍生物，发现生物活性较高的的新结构，总结新构效关系及生物活性间规律；制备的曼尼希碱类衍生物具有较高的杀菌活性和除草活性，对黄瓜枯萎病菌、花生褐斑病菌、苹果轮纹病菌、小麦纹枯病菌、番茄早疫病菌和小麦赤霉病菌等植物病菌有高的离体抑制活性，可用于控制植物菌害和草害，该杀菌或除草组合物中还包括农业、林业、卫生上可接受的载体。具体实施方式以下结合实施例来进一步说明本发明，其目的是能更好地理解本发明的内容乃体现本发明的实质性特点，因此所举之例不应视为对本发明保护范围的限制。这里也特别指出实施例中所涉及的具体实验方法和设备如无特殊说明，均为常规方法或按照制造厂商说明书建议的条件实施，所涉及的试剂无特殊说明均为市售。实施例1：一类1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪的曼尼希(Mannich)碱类衍生物，所述碱类衍生物为(E)-4-((R2—亚甲基)氨基)-5-R1-2-((3-(三氟甲基)-5,6-二氢-[1,2,4]三唑[4,3-α]哌嗪-7(8H)-基)甲基)-2,4-二氢-3H-1,2,4-三唑-3-硫酮，其化学结构通式如下所示：其制备方法，步骤如下：(一)3-(三氟甲基)-1,2,4-三唑并[4,3-α]吡嗪的制备，其制备过程为：其制备步骤如下：1)将31.3g(80wt％、50mmol)水合肼加入到100mL三颈瓶中,升温至60℃,磁力搅拌下缓慢滴加11.5g(100mmol)2-氯吡嗪,保持温度60℃反应10h，反应完毕后冷却至2℃,析出固体，过滤，干燥得白色固体6.63g,收率60.5％；2)将6.0g(55mmol)2-肼基吡嗪加入到250mL三颈瓶中，冰水冷却至0℃，磁力搅拌下缓慢滴加28.6g(136mmol)三氟乙酸酐，然后升至室温反应2h，加入35mL稀释过的多聚磷酸(每100g多聚磷酸加入10g水稀释)，加热至80℃反应10h，冷却至室温后，向残留物加入30mL冰水，缓慢滴加氢氧化钠溶液调节pH为7-8，乙酸乙酯萃取，合并有机层，有机相用饱和氯化钠水溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，缩合有机层，得浅黄色固体6.7g，收率65.1％。(二)(三氟甲基)-5,6,7,8-四氢[1,2,4]三唑并[4,3-α]哌嗪的制备将5.0g(26.6mmol)3-(三氟甲基)-1,2,4-三唑并[4,3-α]吡嗪3.0g和质量分数为其5wt％的钯炭加入到装50mL无水乙醇的100mL三颈烧瓶中，于30℃磁力搅拌下通入氢气，常压氢化20h，反应完毕后过滤，滤液经活性碳脱色，经柱层析，得黄棕色液体3.5g，收率68.5％。(三)(E)-4-((R2—亚甲基)氨基)-5-R1-2-((3-(三氟甲基)-5,6-二氢-[1,2,4]三唑[4,3-α]哌嗪-7(8H)-基)甲基)-2,4-二氢-3H-1,2,4-三唑-3-硫酮制备在50mL的圆底烧瓶中，加入0.17g(0.90mmol)(三氟甲基)-5,6,7,8-四氢[1,2,4]三唑并[4,3-α]哌嗪，2.0g质量分数37％的甲醛水溶液和15mL无水乙醇，室温搅拌15min，然后加入4-((R2—亚甲基)氨基)-5-R1-2,4-二氢-3H-1,2,4-三唑-3-硫醇，室温搅拌1h，抽滤，用无水乙醇洗涤，制得目标固体产物。在上述的制备方法中，R1、R2采用不同的原料制备的该类衍生物物理性质列入表1，部分衍生物1HNMR数据列入表2。表1目标化合物的物理性质表2目标化合物的核磁所制备的1,2,4-三唑环并[4,3-α]稠合哌嗪的曼尼希(Mannich)碱类衍生物用于控制植物菌害和草害。1)除草活性的测定，选用氯磺隆做对照：油菜平皿法：在两组直径6cm的培养皿中分别铺好一张直径5.6cm的滤纸，加入2毫升100μg/mL的供试化合物溶液(溶剂DMF)，加入浸种6小时的油菜种子10粒，28±1℃下，黑暗培养72小时后测定胚根长度，通过黑暗条件下化合物对油菜胚根的生长抑制来检测化合物的除草活性，每个处理重复两次，并与空白对照组进行比较得到抑制率(公式)。活性指标：胚根伸长抑制率(％)，结果见表3。稗草小杯法：在两组50毫升的小烧杯中分别铺好玻璃珠和滤纸后，分别加入6毫升10μg/mL和100μg/mL的供试化合物溶液(溶剂DMF)，刚刚露白的稗草种子10粒，28±1℃下，光照培养72小时后测定小苗的高度，通过光照条件下化合物对稗草幼苗株高的生长抑制来检测化合物的除草活性，每个处理重复两次，并与空白对照组进行比较得到抑制率(公式)。活性指标：株高生长抑制率(％)，结果见表3。表3.部分化合物的除草活性(抑制率％，100ppm)No油菜稗草No油菜稗草0138.310.01013.900251.110.01135.110.00316.15.01232.010.00452.717.01320.100525.33.0144.900633.55.01559.88.00731.85.01621.500835.213.0氯磺隆74.766.709012.0结论：与对照药氯磺隆相比，化合物的除草活性与其有一定的差距，但是化合物02，0.4，15的油菜除草活性均超过了50％，这也预示着本系列化合物存在这潜在的除草活性，可以进一步优化，从而提高除草活性。2)利用本发明提供的衍生物进行离体抑菌活性测试：实验靶标：在50mg/L浓度下,黄瓜枯萎病菌、花生褐斑病菌、苹果轮纹病菌、小麦纹枯病菌、番茄早疫病菌和小麦赤霉病菌等常见植物病原真菌进行了抑菌测试。测试方法：采用菌丝生长速率法。将化合物溶于二甲亚砜中，配成浓度为3.0×104mg/L的溶液，用吐温溶液稀释成浓度500mg/L的测试液。取1mL接入供试菌种，设置空白对照。在25±1℃下培养72h后，测量菌落直径，并与空白对照组进行比较得到抑制率(公式)，并选用三唑酮做对照，结果见表4：表4.部分化合物的抑菌活性(抑制率％,50mg/L)结论：与对照药三唑酮相比，本系列化合物部分化合物对个别菌种(花生褐斑病菌，苹果轮纹病菌，番茄早疫病菌和小麦赤霉病菌)的抑制活性与三唑酮相当，甚至超过三唑酮，并且具有广谱性(01和04)，杀菌活性优异。当前第1页1 2 3