小菜蛾又名小青虫、两头尖，是世界性迁飞害虫，主要危害甘蓝、青花菜、薹菜、芥菜、花椰菜、白菜、油菜、萝卜等蔬菜，全世界每年估计因小菜蛾危害损失10亿美元。迄今，小菜蛾依然难以防治，成为农民面临的重大挑战。目前，虽然有一些可用的传统杀虫剂，如毒死蜱、高效氯氰菊酯和印楝素，然而，长期的使用已经产生了抗药性。因此，开发新作用方式的杀虫剂是一项紧迫的任务。黔南民族师范大学化学与化工学院成功开发了31种含有双酰胺部分的新型异噁唑衍生物（图1），并且部分目标化合物对小菜夜蛾具有良好的杀虫活性，尤其是目标化合物E26（图2）。该研究是首次报道关于异噁唑衍生物的双酰胺基的杀虫活性，为设计和合成新型、高效的杀虫剂提供新开发方向。
图 1 目标化合物E1～E31的设计路线
1 31种新型化合物
异噁唑是合成各种活性分子及其衍生物的重要支架，具有广泛的生物活性，如抗菌、杀虫、抗病毒作用。酰胺及其衍生物具有强大的生物活性，包括具有抗菌、抗癌、抗氧化及杀虫活性，在医药和农药中起着主导作用。该研究用苯基和双酰胺取代吡唑和酰肼，其中双酰胺基具有抗病毒活性，合成了31种新的异噁唑衍生物（E1～E31），产率为83%～90%，目标化合物E1～E31的设计路线如图1所示。
图 2 E26结构式
2 杀虫活性
采用淋溶法测定了目标化合物E1～E31对小菜蛾的杀虫活性，结果见表1。化合物E12、E13、E19、E23、E26、E27和E31质量浓度为500 μg/mL，化合物E12、E26和E27为250 μg/mL，化合物E12和E26为100 μg/mL时，对小菜蛾的杀虫活性均为100%，与毒死蜱、高效氯氰菊酯和印楝素的杀虫活性相当。值得注意的是，化合物E26在6.25 mg/L时对小菜蛾的杀虫活性仍为56.7%，优于毒死蜱的43.3%、高效氯氰菊酯的40.0%和印楝素的40.0%。
表 1 目标化合物对小菜蛾的杀虫活性
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化合物 |
杀虫活性（%） | |||||
|
500 μg/mL |
250 μg/mL |
100 μg/mL |
50 μg/mL |
25 μg/mL |
12.5 μg/mL | |
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E1 |
76.7±2.1 |
53.3±1.2 |
30.0±1.3 |
/ |
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E2 |
60.0±1.9 |
40.0±1.4 |
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E3 |
56.7±2.2 |
33.3±1.8 |
/ |
/ |
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/ |
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E4 |
66.7±1.5 |
46.7±1.7 |
/ |
/ |
/ |
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E5 |
50.0±2.1 |
26.7±1.1 |
/ |
/ |
/ |
/ |
|
E6 |
43.3±1.4 |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
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E7 |
86.7±2.4 |
63.3±1.6 |
43.3±1.0 |
/ |
/ |
/ |
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E8 |
90.0±2.8 |
76.7±1.9 |
60.0±2.3 |
43.3±2.5 |
/ |
/ |
|
E9 |
83.3±3.0 |
70.0±2.6 |
56.7±1.8 |
36.7±2.1 |
/ |
/ |
|
E10 |
70.0±3.2 |
53.3±2.3 |
40.0±1.5 |
/ |
/ |
/ |
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E11 |
66.7±2.5 |
50.0±1.4 |
30.0±1.7 |
/ |
/ |
/ |
|
E12 |
100.0±2.9 |
100.0±3.4 |
100.0±2.6 |
93.3±2.7 |
80.0±2.4 |
66.7±1.8 |
|
E13 |
100.0±3.1 |
86.7±2.2 |
70.0±0.9 |
60.0±1.2 |
46.7±0.8 |
/ |
|
E14 |
90.0±1.5 |
73.3±1.8 |
60.0±1.1 |
40.0±2.1 |
/ |
/ |
|
E15 |
83.3±2.0 |
66.7±1.3 |
46.7±0.9 |
/ |
/ |
/ |
|
E16 |
93.3±1.0 |
63.3±2.2 |
46.7±1.4 |
/ |
/ |
/ |
|
E17 |
66.7±1.5 |
50.0±2.0 |
36.7±1.2 |
/ |
/ |
/ |
|
E18 |
63.3±2.1 |
46.7±1.7 |
/ |
/ |
/ |
/ |
|
E19 |
100.0±1.6 |
93.3±2.1 |
83.3±2.5 |
40.0±1.6 |
/ |
/ |
|
E20 |
93.3±2.2 |
80.0±1.7 |
70.0±1.4 |
56.7±2.2 |
30.0±1.9 |
/ |
|
E21 |
90.0±3.1 |
76.7±2.0 |
60.0±1.7 |
43.3±2.6 |
/ |
/ |
|
E22 |
86.7±1.8 |
63.3±2.6 |
46.7±2.1 |
/ |
/ |
/ |
|
E23 |
100.0±3.3 |
90.0±3.4 |
76.6±1.3 |
60.0±1.6 |
46.7±1.0 |
/ |
|
E24 |
80.0±3.5 |
60.0±2.1 |
46.7±2.7 |
/ |
/ |
/ |
|
E25 |
73.3±1.7 |
60.0±2.5 |
40.0±2.1 |
/ |
/ |
/ |
|
E26 |
100.0±2.6 |
100.0±3.0 |
100.0±2.0 |
93.3±2.7 |
80.0±1.9 |
70.0±2.8 |
|
E27 |
100.0±2.0 |
100.0±2.5 |
90.0±1.7 |
60.0±1.4 |
40.0±2.3 |
/ |
|
E28 |
76.7±1.9 |
60.0±1.2 |
46.7±1.3 |
/ |
/ |
/ |
|
29 |
70.0±1.2 |
60.0±1.6 |
40.0±2.3 |
/ |
/ |
/ |
|
E30 |
67.7±2.1 |
50.0±2.1 |
30.0±1.5 |
/ |
/ |
/ |
|
E31 |
100.0±3.5 |
93.3±3.2 |
80.0±2.4 |
60.0±1.9 |
50.0±2.0 |
/ |
|
毒死蜱 |
100.0±1.8 |
100.0±2.2 |
100.0±1.4 |
90.0±1.9 |
83.3±2.3 |
66.7±1.6 |
|
高效氯氰菊酯 |
100.0±1.3 |
100.0±2.0 |
100.0±1.1 |
83.3±1.9 |
70.0±2.8 |
60.0±1.9 |
|
印楝素 |
100.0±1.4 |
100.0±1.6 |
100.0±1.5 |
90.0±1.9 |
80.0±2.8 |
56.7±1.5 |
如表2所示，化合物E12和E26对小菜蛾具有优良的杀虫活性，LC50值分别为6.4和4.6 μg/mL，远远优于毒死蜱(7.7 μg/mL)、高效氯氰菊酯(12.8 μg/mL)和印楝素(10.2 μg/mL)。这表明含有双酰胺基的异噁唑衍生物可作为一种新型、有前途的杀虫剂。
表 2 部分目标化合物对小菜蛾的LC50值
|
化合物 |
LC50(μg/mL) |
化合物 |
LC50(μg/mL) |
|
E12 |
6.4±1.4 |
E27 |
25.6±2.7 |
|
E13 |
29.0±1.9 |
E31 |
23.8±2.5 |
|
E20 |
48.4±2.2 |
毒死蜱 |
7.7±1.5 |
|
E23 |
27.6±2.0 |
高效氯氰菊酯 |
12.8±2.3 |
|
E26 |
4.6±1.2 |
印楝素 |
10.2±3.1 |
3 构效关系分析
根据目标化合物对小菜蛾的杀虫活性，即结构-活性关系（SAR）表明取代基R的类型和位置对目标化合物对小菜蛾杀虫活性有影响，其相关规律如下：① 当R2取代基的时，在苯基上的R1取代基上存在电子拉基团-Cl、-F时，相应的化合物就会表现出对小菜蛾更好的生物活性，如E8＞E1；E13＞E1；E9＞E2。② 当R2取代基相同并且在苯基上的R1取代基上存在-Cl时，-Cl取代基在4位的化合物杀虫活性高于在5位的化合物，如E13＞E8和E14＞E9；③ R2取代基相同并且苯基上的R1取代基上存在-F时，-F取代基在5位上的化合物的杀虫活性高于在4位上，如E27＞E20；E31＞E23。
4 总结
毒死蜱、高效氯氰菊酯和印楝素是防治小菜蛾的有效杀虫剂，由于这些药剂的自身限制，如毒死蜱属于1B类生殖毒物物质，存在损害胎儿发育的风险等，高效氯氰菊酯对人类健康和生态环境存在风险，已经被欧盟等地区禁用。开发高效、绿色农药品种是农药创制的发展方向。该研究首次开发了31种含有双酰胺的新型异噁唑衍生物，并且某些目标化合物对小菜蛾具有良好的杀虫活性。特别是，化合物E26对小菜蛾具有优异的杀虫活性，其LC50值和杀虫活性均优于毒死蜱、高效氯氰菊酯和印楝素。这表明含有双酰胺基的异噁唑衍生物可作为开发新型、有前途的杀虫剂的一种良好的选择，并且化合物E26或将开发成为替代毒死蜱、高效氯氰菊酯和印楝素的大品种，值得期待。
注：本文整理自期刊J Heterocyclic Chem中题为Design, synthesis, and insecticidal activity of novel isoxazole derivatives containing bisamide moiety的研究论文。
农药快讯, 2020 (17): 31-32.
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