本发明属于植物生长调节剂领域，涉及一种喹啉酰胺类化合物及其制备方法与应用。
背景技术：
油菜素内酯又称芸苔素内酯(BRs)，是由植物内合成的一类内源性植物生长调节剂。它能调节植物本身所需要的多种酶和激素，充分发挥植物自身潜能和生长优势，增强生命活力和抗旱耐涝能力。鉴于芸苔素内酯等在植物中的含量极低(小于10-6ppm)和它作为植物激素在农业作物中所表现出的优异的生理活性，其合成和改造研究一直受到各国科学家的青睐。然而对于油菜素内酯合成成本高昂及体内代谢位点多、极易代谢失活的问题却束手无策，因而寻找新靶标受体进行类似物开发的探索日益引起人们关注。
US6667278(2003)报道了根据BL的结构和单元仿造了第一类非甾体类似物，并筛选得到高活性BM1(pM级)，但高浓度(nM以上)表现为无生理活性，且必须与IAA(5μM)协同才能发挥作用。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种喹啉酰胺类化合物及其制备方法与应用。
本发明提供的喹啉酰胺类化合物，其结构通式如式I所示，
所述式I中，R为丁酸基、丁酸甲酯基、Boc-谷氨酸基、Boc-天门冬氨酸基、对甲氧苯基、对甲氧苯乙基或苯甲酸甲酯基。
具体的，所述式I所示化合物为如下化合物中的任意一种：
4-(喹啉-8-氨基)-4-氧代丁酸、
4-(喹啉-8-氨基)-4-氧代丁酸甲酯、
4-(喹啉-8-氨基)-4-氧代丁酸乙酯、
N2-(叔丁氧羰基)-N5-(喹啉-8-氨基)谷氨酰胺、
N2-(叔丁氧羰基)-N4-(喹啉-8-氨基)天冬酰胺、
4-甲氧基-N-(喹啉-8-氨基)苯甲酸、
4-甲氧基-N-(喹啉-8-氨基)苯乙酸或4-甲氧羰基-N-(喹啉-8-氨基)苯甲酸。
本发明提供的制备式I所示化合物的方法，包括如下步骤：
将式II所示化合物与反应物III进行酰基化反应，反应完毕得到所述式I所示化合物；
所述式II中，R1的定义与前述式I中的定义相同；
所述反应物III为反应物III1、反应物III2或
所述反应物III1为
所述反应物III2为
上述方法中，所述反应物II与反应物III的摩尔比为1:(0.9-1.2)，具体可为1:1.1；
所述反应在溶剂中进行；所述溶剂具体选自四氢呋喃、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮和乙腈中的至少一种；
所述反应物III为反应物III1时，所述酰基化反应在-5℃-5℃或室温中进行；反应时间为2-12h，具体可为6h；
所述反应物III为时，所述酰基化反应的反应温度为所用溶剂的回流温度；反应时间为1-6h，具体可为2-3h；
所述反应物III为反应物III2时，所述酰基化反应的反应温度为室温；反应时间为6-24h，具体可为12h。
所述方法还包括如下步骤：在所述反应完毕后，将反应体系进行纯化；
所述纯化的方法具体为重结晶或溶剂打浆；
所述重结晶步骤中，所用溶剂具体为乙醇或乙酸乙酯；
所述溶剂打浆步骤中，所用溶剂具体为乙醇或由体积比为2:1的乙酸乙酯和石油醚组成的混合液；
所述溶剂打浆步骤具体包括：向所述反应体系中加入打浆所用溶剂，搅拌至产物析出，抽滤；所述反应体系与溶剂打浆步骤所用溶剂的用量比具体为1g：5mL。
另外，上述本发明提供的式I所述化合物在调节植物生长活性中的应用及含有式Ⅰ化合物的植物生长活性调节剂，也属于本发明的保护范围。
具体的，所述调节植物生长活性为如下任意一种：
1)促进植物生长；
2)促进茎杆伸长和/或增粗；
3)提高种子萌发率；
4)提高产量；
5)改善品质；
6)增强植物抗倒伏能力；
7)增强植物的抗逆性能；
所述植物生长活性调节剂为具有如下功能的至少一种的调节剂：
1)促进植物生长
2)促进茎杆伸长和/或增粗；
3)提高种子萌发率；
4)提高产量；
5)改善品质；
6)增强植物抗倒伏能力；
7)增强植物的抗逆性能；
所述增强植物的抗逆性能具体为增强植物的耐盐胁迫能力；
所述植物具体为水稻、玉米或小麦。
另外，上述本发明提供的式I所述化合物在除草中的应用及含有式Ⅰ化合物的除草剂，也属于本发明的保护范围。
具体的，所述草为禾本科杂草；具体为野燕麦、节节麦、稗草、狗尾巴草或山羊草；所述植物生长活性调节剂或除草剂的剂型为水分散粒剂、悬浮剂、水乳剂、片剂或微胶囊。上述剂型中的载体可为各种常见的载体，只要保证其与本发明式I所示化合物配制后便于施用于待处理的位点即可，例如可以是植物、种子或土壤；或者有利于贮存、运输或操作。载体可以是固体或液体，或通常为气体但已压缩为液体的物质。
本发明设计合成的化合物是一类结构特异的喹啉酰胺类油菜素内酯类似物，通过相关生物活性验证，发现其中某些化合物具有特异的油菜素内酯反应，如促进黑暗中拟南芥突变体det2-1下胚轴伸长，水稻叶片倾角增大，增强玉米耐盐胁迫的能力等。个别化合物在低浓度就具有很高的响应值，另外在高浓度情况下，还能抑制小麦的株高，延缓生长，提高其抗倒伏的能力。同时在防治野燕麦、节节麦、稗草、狗尾巴草、山羊草等禾本科杂草上具有很好的防治效果。该系列化合物制备容易，成本低廉，农业应用推广价值高，值得后续的深入研究开发。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1、化合物1a的制备：
在100mL圆底烧瓶中，加入8-氨基喹啉(10mmol)和丁二酸酐(12mmol)，15mL四氢呋喃(溶剂A)搅拌溶解,升温回流2小时进行酰基化反应，反应完毕降温冷却析出固体，过滤得固体，乙醇重结晶纯化。重结晶具体方法为：向1g待重结晶初产物中，逐滴加入乙醇3mL，加热回流，直至初产物全部溶解，继续回流10min，后缓慢降温析出固体，抽滤得纯净产物。
实施例2、化合物1b的制备：
在100mL圆底烧瓶瓶中，加入8-氨基喹啉(10mmol)、丁二酸酐(12mmol)，15mL四氢呋喃搅拌溶解，回流反应3h进行酰基化反应，降温冷却析出固体，过滤得固体，乙醇重结晶纯化得中间产物。取中间产物(10mmol)，甲醇3ml溶解，冰盐浴冷却至0℃，恒温滴加已制好得二氯亚砜的5ml四氢呋喃溶液，30min滴加完毕；继续反应5小时，反应混合物倒入150mL冰水中，乙酸乙酯提取(3x100mL)，饱和食盐水洗涤(3x100mL)，无水Na2SO4干燥，过滤浓缩，粗产物通过乙醇或乙酸乙酯重结晶纯化。重结晶具体方法为：向1g待重结晶初产物中，逐滴加入乙酸乙酯3mL，加热回流，直至初产物全部溶解，继续回流10min，后缓慢降温析出固体，抽滤得纯净产物。
实施例3、化合物1d的制备：
化合物1d按照如下方法制备：
在100mL圆底烧瓶中，加入8-氨基喹啉(10mmol)、3mL(20mmol)三乙胺，15ml四氢呋喃搅拌溶解，另加入TBTU(3.531g,11mmol)和Boc-氨基酸(10mmol)。反应混合物室温搅拌进行酰基化反应12h，TLC检测反应进程。反应结束后，浓缩并用二氯甲烷(50mL)溶解，1M NaOH调pH至10，体系分层后，取水相，1M HCl酸化至pH＝3，乙酸乙酯萃取(3x100mL)，饱和食盐水洗涤(3x100mL)，无水Na2SO4干燥，过滤浓缩，粗产物通过乙醇重结晶纯化。重结晶具体方法为：向1g待重结晶初产物中，逐滴加入乙醇3mL，加热回流，直至初产物全部溶解，继续回流10min，后缓慢降温析出固体，抽滤得纯净产物。
按照与上相同的方法，可制备得到表1所列其余归属式I的化合物。
化合物1a-1h的结构及产率如下表1所示：
表1.合成化合物(1a-1h)结构及产率
实施例4、拟南芥突变体det2-1下胚轴伸长活性实验
拟南芥突变体det2-1种子用70％乙醇消毒1min，同时1％次氯酸钠15min，无菌水洗净播种于1/2 MS(0.8％琼脂,1％蔗糖和指定浓度的化合物)；4℃冰箱春化3天，随后转移至黑暗条件下，22℃培养7天，整株拍照后，ImageJ软件测量其下胚轴长度。
所有化合物试验结果如表2所示。
表2 对照药剂拟南芥下胚轴伸长测定结果
表2中，化合物24-epiBL为24-表油菜素内酯，CAS为78821-43-9；Bikinin的CAS为188011-69-0。
表3 拟南芥下胚轴伸长测定结果
从表2、3可以看出，24-epiBL具有很高的活性，在1μM浓度，下胚轴长度达到0.9413±0.0748cm，而已报道的非甾体油菜素内酯类似物Bikinin在40μM时，伸长活性好于24-epiBL，达到1.1086±0.0684cm；在所有设计合成的化合物中，1d、1e对拟南芥突变体都具有一定的伸长活性，最大值达到0.6366±0.0611cm；而1g却抑制了下胚轴的伸长，在高浓度时，长度减至0.1559±0.0227cm，同时也不会影响发芽率。
实施例5、水稻叶片倾斜实验
水稻(日本晴)种子用10％H2O2消毒20min，无菌水洗净，30℃培养箱中萌发3天，幼芽光照培养5-6天，待其长至1叶1心时，在28℃黑暗条件下截取叶倾角部位置于不同浓度的药液中放置48h，量角器测量叶倾角，所有化合物测试结果如表3、4所示。
表4 对照药剂对水稻叶片倾斜角度的影响
表5 合成化合物对水稻叶片倾斜角度的影响
从上述表4、5可以看出，24-epiBL具有很高的活性，在10μM浓度，叶片倾斜角度达到125±9°，而Bikinin在最大浓度100μM时，活性不如24-epiBL，只能达到75±8°；在所有设计合成的化合物中，1g对叶片倾斜角度具有很高的抑制活性，最小值达到10±2°，其表现与拟南芥下胚轴伸长实验一致，表明化合物具有抑制油菜素内酯相关活性的效应，可作为油菜素内酯拮抗剂应用，或作为先导化合物，继续开发研究。
实施例6、化合物对小麦幼苗控制生长试验
小麦种子用10％双氧水消毒15-20min，无菌水洗净播种于0.8％琼脂和指定浓度的化合物)，25℃培养箱黑暗发芽2天，随后100％光照、65％湿度条件下，26℃培养6天，测量小麦的株高，统计分析结果。
统计实验结果如表6所示：
表6 对照药剂对小麦株高的影响
表7 合成化合物对小麦株高的影响
从表6、7中的数据可以得知，本发明制备的化合物对小麦幼苗延缓生长具有很好的效果，1b、1c、1d、1g都能控制株高，最小值达到3.10±0.44cm，与Bikinin相似，同时不遏制植株的正常生长发育。在恶劣情况下，这些效应有助于防止小麦的倒伏发生，保障小麦稳产和正常的经济效益。
实施例7、化合物对盐胁迫下玉米幼苗生物量的影响试验
选取籽粒饱满、大小一致、无霉变、无病虫害的玉米种子(郑单958)，用对照24-epiBL(1.0mg/L)、Bikinin(40mg/L)和待测药剂(40mg/L)常温浸种24h，浸种完成后，用灭菌滤纸吸干水分备用。将浸种处理的种子置于铺有石英砂的发芽盒中，，每盒中加入150mM NaCl溶液10mL，于培养箱中28℃下催芽，每盒25粒，设3个重复，用清水处理(CK)作为对照，光照培养箱中培养(白天：18h，26℃；100％光照，黑夜：6h，20℃)。每天更换处理液，发芽至第8天时，随机测量10株幼苗的生物量(称量苗鲜重，后置于80℃烘箱中烘干48h，称量干重量)。
实验结果如图表8所示：
表8 对照药剂和化合物对玉米幼苗生物量的影响
从表8中的数据可以得知，本发明制备的某些化合物对玉米幼苗盐胁迫下的生物量积累具有一定的效果，其中1b、1c、1g表现了一定的活性，超过清水对照，实际与Bikinin相似，同时促进胁迫下的种子发芽。在恶劣情况下，这些效应有助于帮助轻度盐胁迫下玉米的正常生长及发育，保障小麦经济效益。
实施例8、化合物对杂草种子抑制萌发试验
用1b、1c、1d、1g配置的80mg/L的药液对杂草种子进行培养皿浸种24h，无菌水洗净播种于底部垫有两层滤纸的6cm一次性培养皿中，每皿均匀放置适量粒大饱满且大小均一的种子20粒，培养箱中黑暗培养(白天：18h，25℃；黑夜：6h，20℃)，统计3天发芽势和7天发芽率，处理数据，分析结果。
表9 化合物对杂草种子的抑制萌发活性
实验结果如表9所示：
从表9的结果可以看出，在80mg/L的高药物浓度下，狗尾巴草、山羊草和野燕麦的种子发芽都受到一定程度的抑制。在狗尾巴草中，抑制最好的是1g，抑制率达到了43.7％；其次是1c，达到了22.2％。山羊草中，抑制最好的还是1g，抑制率达到了47.5％；其次是1c，达到了21.1％。1g对野燕麦的抑制同样也是最好的，达到了33.2％；其次是1b，达到了17.7％；1c也有12.7％的抑制率。随着浓度的提高，药效可能会更好，其中1g具有很高的应用价值，值得后续的开发研究。
实施例9、化合物1b水分散粒剂(10％)的配制
称量1b 10g、润湿分散剂脂肪醇硫酸酯盐6g、崩解剂硫酸铵3g、载体高岭土补足至100g，充分混合均匀，经气流粉碎机粉碎成可湿性粉剂，加入流化床干燥造粒机中，用含有黏结剂聚乙二醇2g的水溶液，在(50℃-70℃)的流化床造粒，干燥机中干燥，筛分后得到10％1b水分散粒剂产品。
其他通式化合物的水分散粒剂均可通过上述方法制备。
实施例10、化合物1c水悬浮剂(25％)的配制
称量1c 25g、乳化剂NPEPO4 4.8g、脱糖木质素磺酸盐1.2g，连同加水总量70g加入到砂磨釜中进行磨研，1h后，将增稠剂黄原胶0.15g、防冻剂乙二醇4g及剩余水补足100％，加入体系中，进行调制，得到1c(25％)白色均相水悬浮剂。
其他通式化合物的水悬浮剂均可通过上述方法制备。
实施例11、化合物1d水乳剂(5％)的配制
称量1d 5g和乳化剂农乳501#2.8g、共乳化剂农乳601#7.2g加在一起，使溶解成均匀油相。将水、抗冻剂乙二醇5g混合在一起，成为均一水相。在常温和高剪切乳化机搅拌下，将水相加入油相，形成分散良好的水乳剂。
其他通式化合物的水乳剂均可通过上述方法制备。
实施例12、化合物1g泡腾片剂(1％)的配制
称量1g 1g在80℃烘干24小时后密封包装，将草酸30g、碳酸氢钠30g机械粉碎到100目，硅藻土0.1g、乳糖3g、白炭黑31g和滑石粉5g混合搅拌均匀，粉碎到800目，与1g在混合搅拌机内搅拌10分钟后压制成泡腾片，密封包装即成产品。
其他通式化合物的片剂均可通过上述方法制备。
实施例13、化合物1h粒径20μm微胶囊(3％)的配制
称取2.0g壳聚糖和1.0g明胶溶于100ml 2％的醋酸溶液中，将2ml失水山梨酸钾单月桂酸酯在800rpm搅拌下，缓慢加入到上述溶液中，持续搅拌20min。再将1.0ml脂肪醇聚氧乙烯醚与2.0ml 7.5％1h乙醇溶液混合，1000rpm下搅拌乳化10min。而后，将1h的乳化液在1200rpm搅拌下缓慢加入到已乳化好的壳聚糖与明胶的醋酸溶液中，继续搅拌45min直至混合液均匀分散。最后将制得的混合液在进口温度为135℃、出口温度为85℃的喷雾干燥器中进行固化干燥，所得粉末即为1h缓释微胶囊。经测定，药物成囊率83％，载药率3.0％，平均粒径20.5μm。
其他通式化合物的微胶囊均可通过上述方法制备。
实施例14、不同的1g化合物制剂对药效的影响(拟南芥下胚轴伸长实验)
拟南芥突变体det2-1种子用70％乙醇消毒1min，同时1％次氯酸钠15min，无菌水洗净播种于1/2 MS(0.8％琼脂,1％蔗糖和一定浓度的1g化合物制剂)；4℃冰箱春化3天，随后转移至黑暗条件下，22℃培养7天，整株拍照后，ImageJ软件测量其下胚轴长度。制剂浓度为0.025mg/g(25mg/L)，配制方法为将各种浓度的制剂按标明的浓度，加水或DMSO稀释至所需的浓度。
试验结果
所有化合物测试结果如表10所示。
表10 拟南芥下胚轴伸长测定结果
从表10中的数据可以得知，本发明制备的1g化合物制剂对拟南芥下胚轴的药效都好于纯药剂的处理。其中水分散粒剂、水悬浮剂、水乳剂和微胶囊表现了较高的活性，在25mg/L的浓度下好于片剂和1g，突显了制剂对提高药效的作用。对于后期的应用研究提供了一定的指导意义。
附所有化合物表征图谱数据
4-(喹啉-8-氨基)-4-氧代丁酸(1a)
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ12.17(s,1H),10.14(s,1H),8.94(dd,J＝4.2,1.7Hz,1H),8.61(dd,J＝7.6,1.5Hz,1H),8.40(dd,J＝8.3,1.7Hz,1H),7.71–7.51(m,3H),2.83(dd,J＝7.5,5.8Hz,2H),2.59(dd,J＝7.3,5.9Hz,2H).13C NMR(75MHz,DMSO-d6)δ174.00,173.77,148.96,138.20,136.72,134.78,128.02,127.14,122.25,121.87,116.69,31.81,29.17.HRMS m/z:245.0919(M+H+,calcd for C13H13N2O3,245.0921)mp:140.0-141.7℃
4-(喹啉-8-氨基)-4-氧代丁酸甲酯(1b)
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ10.18(s,1H),8.94(dd,J＝4.2,1.7Hz,1H),8.59(dd,J＝7.6,1.4Hz,1H),8.41(dd,J＝8.3,1.7Hz,1H),7.71–7.51(m,3H),3.61(s,3H),2.89(dd,J＝7.5,5.6Hz,2H),2.66(dd,J＝7.5,5.6Hz,2H).13C NMR(75MHz,DMSO-d6)δ172.95,170.51,148.85,138.17,136.62,134.67,127.95,127.03,122.14,121.84,116.72,51.50,31.55,28.79.
HRMS m/z:259.1080(M+H+,calcd for C14H15N2O3,259.1077)mp:88.3-90.4℃
4-(喹啉-8-氨基)-4-氧代丁酸乙酯(1c)
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ10.17(s,1H),8.94(dd,J＝4.2,1.7Hz,1H),8.60(dd,J＝7.6,1.4Hz,1H),8.40(dd,J＝8.3,1.7Hz,1H),7.71–7.50(m,3H),4.13–4.00(m,2H),2.88(dd,J＝7.5,5.6Hz,2H),2.64(dd,J＝7.5,5.7Hz,2H),1.17(t,J＝7.1Hz,3H).13C NMR(75MHz,DMSO-d6)δ172.41,170.51,148.81,138.16,136.59,134.68,127.93,127.01,122.11,121.79,116.67,60.04,31.59,29.03,14.16.HRMS m/z:273.1236 (M+H+,calcd for C15H17N2O3,273.1234)mp:90.6-91.8℃
N2-(叔丁氧羰基)-N5-(喹啉-8-氨基)谷氨酰胺(1d)
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ12.15(s,1H),10.50(s,1H),8.89(dd,J＝4.2,1.7Hz,1H),8.66(dd,J＝7.6,1.4Hz,1H),8.43(dd,J＝8.3,1.7Hz,1H),7.77–7.54(m,4H),4.24–4.10(m,1H),2.38(t,J＝7.5Hz,2H),2.13(s,1H),1.85(ddt,J＝14.1,9.8,7.4Hz,1H),1.44(s,9H).13C NMR(75MHz,DMSO-d6)δ174.03,171.07,155.91,148.97,138.08,136.77,134.06,127.93,127.16,122.38,122.08,115.97,78.95,55.28,30.52,28.32,26.39.HRMS m/z:374.1709(M+H+,calcd for C19H24N3O5,374.1710)mp:216.5-218.2℃
N2-(叔丁氧羰基)-N4-(喹啉-8-氨基)天冬酰胺(1e)
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ12.68(s,1H),10.18(s,1H),8.94(dd,J＝4.2,1.7Hz,1H),8.65(dd,J＝7.6,1.4Hz,1H),8.42(dd,J＝8.3,1.7Hz,1H),7.74–7.59(m,3H),7.16(d,J＝8.3Hz,1H),4.48–4.34(m,1H),3.03–2.91(m,2H),1.35(s,9H).13C NMR(75MHz,DMSO-d6)δ173.38,168.85,155.51,148.95,138.18,136.71,134.60,127.98,127.09,122.26,122.13,116.78,78.41,50.85,39.00,28.29.HRMS m/z:360.1553(M+H+,calcd for C18H22N3O5,360.1554)mp:167.1-169.0℃
4-甲氧基-N-(喹啉-8-氨基)苯甲酸(3f)
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ10.72(s,1H),8.97(dd,J＝4.2,1.7Hz,1H),8.71(dd,J＝7.6,1.4Hz,1H),8.46(dd,J＝8.3,1.7Hz,1H),8.16(s,4H),7.77(dd,J＝8.3,1.4Hz,1H),7.73–7.60(m,2H),3.90(s,3H).13C NMR(75MHz,DMSO-d6)δ164.03,162.37,149.11,138.29,136.80,134.30,129.01,127.91,127.12,126.70,122.34,122.00,116.29,114.33,55.58.HRMSm/z:279.1132(M+H+,calcd for C17H15N2O2,279.1128)mp:119.1-119.8℃
4-甲氧基-N-(喹啉-8-氨基)苯乙酸(3g)
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ10.18(s,1H),8.89(dd,J＝4.2,1.7Hz,1H),8.61(dd,J＝7.6,1.4Hz,1H),8.39(dd,J＝8.3,1.7Hz,1H),7.70–7.50(m,3H),7.40–7.28(m,2H),6.98–6.87(m,2H),3.87(s,2H),3.74(s,3H).
13C NMR(75MHz,DMSO-d6)δ170.09,158.35,148.88,136.61,134.64,130.57,127.90,127.71,127.02,122.13,121.93,116.48,114.06,55.14,43.02.HRMS m/z:293.1282(M+H+,calcd for C18H17N2O2,293.1285)mp:72.7-73.5℃
4-甲氧羰基-N-(喹啉-8-氨基)苯甲酸(3h)
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ10.73(s,1H),8.98(dd,J＝4.2,1.7Hz,1H),8.72(dd,J＝7.6,1.4Hz,1H),8.47(dd,J＝8.3,1.7Hz,1H),8.17(s,4H),7.78(dd,J＝8.3,1.4Hz,1H),7.74–7.61(m,2H),3.92(s,3H).13C NMR(75MHz,DMSO-d6)δ165.72,163.77,149.33,138.50,136.88,133.97,132.62,129.85,128.00,127.59,127.12,122.81,122.49,117.06,52.61.HRMS m/z:307.1081(M+H+,calcd for C18H15N2O3,307.1077)mp:133.7-134.9℃。