新型苯并噻吩稠合吡啶并[1, 2-a]嘧啶衍生物的合成及其抑菌活性

徐姣 马玲 刘秀波 马伟 马岩 王道林

引用本文: 徐姣, 马玲, 刘秀波, 马伟, 马岩, 王道林. 新型苯并噻吩稠合吡啶并[1, 2-a]嘧啶衍生物的合成及其抑菌活性[J]. 有机化学, 2018, 38(7): 1680-1686. doi: 10.6023/cjoc201801016 shu
Citation:  Xu Jiao, Ma Ling, Liu Xiubo, Ma Wei, Ma Yan, Wang Daolin. Synthesis and Fungicidal Activity of Novel Benzothiophene-Fused Pyrido[1, 2-a]pyrimidine Derivatives[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, 2018, 38(7): 1680-1686. doi: 10.6023/cjoc201801016 shu

新型苯并噻吩稠合吡啶并[1, 2-a]嘧啶衍生物的合成及其抑菌活性

    通讯作者: 马伟, mawei@hljucm.net; 王道林, wangdaolin@sina.com
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(No.31770688)、国家公益性行业专项(No.201404718)、哈尔滨市应用技术研究与开发资金(No.2017RAQXJ129)和黑龙江省卫生计生委科研基金(No.2017-579)资助项目

摘要: 利用Thorpe-Ziegler反应,通过2-氯甲基-4H-吡啶并[1,2-a]嘧啶-4-酮与2-巯基苯甲腈的环化制得2-(3-氨基苯并噻吩-2-基)-4H-吡啶并[1,2-a]嘧啶酮,继而在氨基磺酸作用下,通过Pictet-Spengler反应,设计合成了新型苯并噻吩并[3',2':2,3]吡啶并[4,5-d]吡啶并[1,2-a]嘧啶衍生物.初步抑菌活性试验表明,当浓度为50 mg/L时,化合物5b对黄瓜灰霉病菌和小麦赤霉病菌的抑制率达96%以上,5f对油菜菌核病菌的抑制率为98%,5g5i对烟草赤星病菌的抑制率达93%以上.

English

  • 含氮杂环化合物在医药、农药以及先进材料的研发、生产中占有十分重要的地位.嘧啶及其稠环化合物是一类在生物化学领域非常重要的杂环化合物[1], 尤其是含有吡啶并嘧啶骨架结构的嘧啶类化合物, 由于显著的生物活性和药理活性, 如杀菌[2]、抗肿瘤[3]、抗痛风[4]、抗组胺[5], 以及高效、低毒、作用方式独特等优点, 对其分子设计、合成与生物活性研究仍然是杂环化合物研究中的一个十分活跃的领域[6].

    另外, 苯并噻吩作为药物化学中的一种特权结构单元[7], 被用作微管蛋白聚合抑制剂[8]、乙酰辅酶A羧化酶抑制剂[9]、抗抑郁药[10]和雌激素受体调节剂[11]等.含有苯并噻吩类化合物的一些药物, 如选择性雌激素受体调节剂雷洛昔芬(Raloxifene)[12], 治疗哮喘的白三烯生物合成抑制剂齐留通(Zileuton)[13]以及抑制麦角甾醇合成的抗真菌剂硝酸舍他康唑(Sertaconazole)[14]等, 在临床治疗中广为应用.

    从嘧啶类化合物的杀菌活性研究来看, 嘧啶环上反应位点的多样性变化, 使得杀菌活性的嘧啶类化合物日益丰富.嘧啶环分子中引入杂环、稠杂环等结构, 可得到具有较好生物活性的化合物.最近, 我们以多环嘧啶为研究对象, 应用Pictet-Spengler反应成功合成了噻唑[15a]、苯并呋喃[15b]、吡啶并噻吩[15c]及苯并噻吩[15d]稠合的嘧啶类化合物.为了寻找具有更高活性的嘧啶类杀菌剂, 本文以2-氯甲基-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮为反应底物, 设计利用活性亚结构拼接原理, 将具有广泛生物活性的苯并噻吩和吡啶并嘧啶通过吡啶环稠和连接, 探讨苯并噻吩稠合的吡啶并[1, 2-a]嘧啶衍生物合成方法, 并期待获得良好抑菌活性的嘧啶衍生物新结构体系(Scheme 1).

    图式 1

    图式 1.  新型吡啶并嘧啶衍生物及其合成路线
    Scheme 1.  Synthetic route of novel pyrido[1, 2-a]pyrimi- dines

    5a, R=C6H5; 5b, R=4-MeC6H4; 5c, R=2-MeOC6H4; 5d, R=3-MeOC6H4; 5e, R=4-MeOC6H4; 5f, R=3, 4-(MeO)2C6H3; 5g, R=2-HOC6H4; 5h, R=4-HOC6H4; 5i, R=4-ClC6H4; 5j, R=4-O2NC6H4; 5k, R=2-Furyl

    Thorpe-Ziegler环化反应[16]是制备杂环化合物重要的反应之一.本工作设计以易得的2-氯甲基-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮[17](1)为基础原料, 在碳酸钾作用下, 通过与2-巯基苯甲腈(2)的Thorpe-Ziegler环化反应, 成功制备了本研究工作的重要中间体: 2-(3-氨基苯并噻吩-2-基)-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(3) (Scheme 1).

    氨基磺酸(Sulfamic acid, SA, NH2SO3H)是有机合成的重要催化剂[18], 在我们的实验研究[15]中发现, 该催化剂对嘧啶类稠杂环化合物的合成有着良好的催化作用.

    为进一步扩展研究内容, 以SA为催化剂考察了2-(3-氨基苯并噻吩-2-基)-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(3)与苯甲醛(4a)的Pictet-Spengler反应性能.实验结果见表 1.在反应过程中, 催化剂的用量和反应温度对反应影响较大.且当SA的用量为10 mol%, 在120 ℃时产物收率达到最高(86%) (Entry 2).增加催化剂用量(15 mol%)以及升高(130 ℃)或降低(110 ℃)反应温度, 产物收率均有所降低(Entries 3~5).同时, 考察了甲苯、EtOH、HOAc等反应溶剂对该反应的影响(Entries 6~8).发现该反应在DMF和HOAc中可顺利进行, 但在HOAc中反应时间稍长.另外, 作为对比性试验, 考查了对甲基苯磺酸(p-TsOH)和三氟乙酸(TFA)对该反应的影响(Entries 9, 10).依据以上实验结果, 选择SA (10 mol%)为催化剂, DMF作为溶剂, 在120 ℃下进行, 作为该反应的优化条件(Entry 2).

    表 1

    表 1  合成化合物5a的反应条件的优化a
    Table 1.  Optimization of the reaction conditions for the synthesis of 5a
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    Entry Catalyst (mol%) Solvent Temp./℃ Timeb/h Yieldc/%
    1 SA (5) DMF 120 20 61
    2 SA (10) DMF 120 9 86
    3 SA (15) DMF 120 9 85
    4 SA (10) DMF 130 7 79
    5 SA (10) DMF 110 13 78
    6 SA(10) Toluene 110 19 54
    7 SA (10) HOAc 120 12 83
    8 SA (10) EtOH 80 22 52
    9 p-TsOH (10) DMF 120 10 78
    10 TFA (10) DMF 120 8 72
    a Reaction conditions: 3a (1.0 mmol), benzaldehyde (4a, 1.0 mmol), solvent (25 mL); b Reaction progress monitored by TLC; c Isolated yield.

    在以上优化的反应条件下, 对苯并噻吩稠合的吡啶并[1, 2-a]嘧啶类衍生物(5)的合成进行扩展实验(表 2).

    表 2

    表 2  化合物5的反应时间及产率
    Table 2.  Reaction times and yields of the products 5
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    Entry Product R Timea/h Yieldb/%
    1 5a C6H5 9 86
    2 5b 4-MeC6H4 9 82
    3 5c 2-MeOC6H4 10 79
    4 5d 3-MeOC6H4 8 84
    5 5e 4-MeOC6H4 8 85
    6 5f 3, 4-(MeO)2C6H3 7 89
    7 5g 2-HOC6H4 8 80
    8 5h 4-HOC6H4 7 83
    9 5i 4-ClC6H4 10 78
    10 5j 4-NO2C6H4 12 75
    11 5k 2-Furyl 11 73
    12 5l 2-Thienyl 12 77
    13 5m Et 15 72
    14 5n n-Pr 15 70
    a Reaction progress monitored by TLC; b Isolated yield.

    从以上反应结果(表 2)中可以看出, 在SA作用下, 2-(3-氨基苯并噻吩-2-基)-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(3)与芳香醛(4)在Pictet-Spengler反应中表现出较高的反应活性:无论是芳香醛苯环上含有供电子取代基(Me、OMe、OH) (Entries 2~8), 还是含有吸电子取代基(Cl、NO2) (Entries 9, 10)该反应都得以顺利进行, 并得到良好收率(75%~89%).另外, 杂环芳醛(糠醛和噻吩-2-甲醛)(Entries 11, 12)以及脂肪醛(Entries 13, 14)在该类反应中也表现出较好的反应性能(70%~77%).

    目标化合物5结构经过IR、1H NMR、13C NMR和元素分析确认.在该系列化合物的1H NMR谱图中, 饱和碳上的质子化学位移位于δ 1.24~4.38, 苯并噻吩稠合的吡啶并[1, 2-a]嘧啶稠杂环结构体系中环中碳原子上氢的化学位移出现在δ 7.79~9.55; 13C NMR谱图中嘧啶酮羰基碳的化学位移出现在δ 151~165;在δ 103~165出现苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶稠杂环结构体系中环上的17个碳吸收峰. IR谱图中, 发现在1669~1690 cm-1附近出现嘧啶酮羰基的强伸缩振动吸收峰.另外, 元素分析的实测数据与理论计算值是一致的, 进一步证实了目标化合物的结构.

    依据以上实验结果, 对该反应进行的可能机理推测如下:在碱作用下, 2-氯甲基-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(1)与2-巯基苯甲腈(2)通过亲核取代得到S-烷基化产物A, 然后经过Thorpe-Ziegler环化、异构化, 形成关键中间体: 2-(3-氨基苯并噻吩-2-基)-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(3), 接着在酸催化的Pictet-Spengler反应下, 与醛(4)进行环化, 得到P-S反应产物D, 最后经氧化得到最终产物:苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶衍生物5 (Scheme 2).

    图式 2

    图式 2.  新型吡啶并[1, 2-a]嘧啶类化合物的合成机理推测
    Scheme 2.  Probable mechanism of synthesizing novel pyrido[1, 2-a]pyrimidines

    对合成的目标化合物5a~5n进行了抑制植物病菌的活性测试.以黄瓜灰霉病菌(Botrytis cinerea)、小麦赤霉病菌(Gibberella zeae)、油菜菌核病菌(Sclerotonia sclerotiorum)和烟草赤星病菌(Alternaria alternata)为供试材料.采用含毒培养基法, 测试浓度为25、50 μg/mL.用十字交叉法测量菌落直径, 每个培养基测量两次, 取其平均值为菌落的平均直径, 并通过以下公式计算抑制率, 测试结果见表 3[对照药剂为百菌清(chlorothalonil)].

    表 3

    表 3  化合物5的抗菌活性(抑制率/%)
    Table 3.  Fungicidal activity (inhibition rate/%) of compounds 5a~5n
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    compound Botrytis cinerea Gibberella zeae Sclerotonia sclerotiorum Alternaria alternata
    25 μg/mL 50 μg/mL 25 μg/mL 50 μg/mL 25 μg/mL 50 μg/mL 25 μg/mL 50 μg/mL
    5a 46 76 42 69 38 72 45 74
    5b 77 98 65 96 57 79 26 72
    5c 42 74 43 72 31 69 41 78
    5d 31 64 28 75 47 82 38 80
    5e 28 75 34 67 29 80 24 71
    5f 53 81 41 72 64 98 31 68
    5g 29 60 37 78 49 71 59 95
    5h 56 73 46 69 28 87 37 78
    5i 47 78 26 75 36 63 52 93
    5j 48 79 33 68 37 64 44 80
    5k 35 63 41 74 26 72 33 64
    5l 36 57 30 69 34 67 34 56
    5m 26 42 29 52 26 41 16 28
    5n 49 49 23 47 17 38 13 37
    Chlorothalonil 83 98 76 94 79 98 86 96

    菌落扩散直径=菌落平均直径-菌饼直径

    抑制率(%)=(对照菌落扩散直径-处理菌落扩散直径)/(对照菌落扩散直径)×100%.

    以上测试结果表明, 目标化合物对上述病菌表现出一定的抗菌活性.在测试浓度为50 μg/mL时, 少数化合物对不同的病菌有较强的选择性抑制活性, 如5b对黄瓜灰霉病菌和小麦赤霉病菌的抑制率均在96%以上, 5f对油菜菌核病菌的抑制率为98%, 5g5i对烟草赤星病菌的抑制率在93%以上, 同对照药剂为百菌清的相应活性相当; 但在测试浓度为25 μg/mL时, 化合物的抑菌活性不高, 与对照药剂百菌清相比, 还有差距.另外, 连有芳环取代基的吡啶并[1, 2-a]嘧啶化合物5a~5l的抑菌活性普遍高于烷基取代化合物5m5n.

    通过2-氯甲基-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮与2-巯基苯甲腈的Thorpe-Ziegler环化, 及其环化产物的Pictet- Spengler反应, 设计合成了一系列新型苯并噻吩稠合的吡啶并[1, 2-a]嘧啶类衍生物; 该合成方法原料易得、反应条件温和、操作简便; 同时拓展了Pictet-Spengler反应在稠杂环化合物合成中的应用, 为新型嘧啶类化合物的合成提供了新的方法与策略.研究了目标化合物的抑制植物病菌活性, 个别化合物表现出较好的抗菌活性, 具有进一步研究的价值.

    熔点用WRS-1B数字熔点仪测定, 熔点未校正; NMR用Bruker DPX-400 MHz核磁共振仪测定, 四甲基硅烷为内标; IR用BIO-RAD FTS-40型傅立叶变换红外分光光度计测定, KBr压片; MS采用ZAB-HS型质谱仪测定; 元素分析用Vario EL元素分析仪测定.所用试剂均为分析纯试剂或按照文献方法合成.

    3.2.1   2-氯甲基-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(1)的制备

    按照文献[17]方法, 以2-氨基吡啶和4-氯乙酰乙酸乙酯为反应原料, 在多聚磷酸作用下制得(收率72%). m.p. 172~174 ℃(文献值[17]: 170 ℃); 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 4.68 (s, 2H), 6.85 (s, 1H), 7.85~7.86 (m, 1H), 8.15~8.17 (m, 1H), 8.55~8.56 (m, 1H), 9.33~9.34 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 38.7, 102.1, 117.8, 121.0, 129.6, 146.4, 146.6, 153.2, 155.6.

    3.2.2   2-(3-氨基苯并噻吩-2-基)-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(3)的制备

    将2-氯甲基-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(1) (1.94 g, 10.0 mmol)、2-巯基苯甲腈(2) (1.35 g, 10.0 mmol), 无水碳酸钾(2.76 g, 20.0 mmol), 加入到DMF (25 mL)中, 100 ℃下反应5 h (TLC监控反应).冷却至室温, 将反应液转入水(50 mL)中, 过滤、水洗, 得到粗产物, 干燥, DMF重结晶, 得到中间体3(收率85%).黄色结晶, m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 7.01 (s, 1H), 7.86 (d, J=7.2 Hz, 1H), 7.93~7.95 (m, 3H), 8.05 (d, J=8.8 Hz, 1H), 8.49 (d, J=8.8 Hz, 1H), 9.26~9.27 (m, 1H), 9.37~9.38 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 102.4, 118.9, 120.3, 121.5, 124.2, 125.7, 128.8, 129.0, 131.1, 132.3, 133.6, 138.7, 142.4, 145.5, 146.9, 154.7; IR (KBr) ν: 3401, 3342 (NH2), 1673 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C16H11N3OS: C 65.61, H 3.78, N 14.32; found C 65.70, H 3.80, N 14.31.

    3.2.3   苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5)的合成

    合成的一般步骤:将2-(3-氨基苯并噻吩-2-基)-4H-吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(3) (1.0 mmol)、醛(4) (1.0 mmol)、氨基磺酸(0.1 mmol), 加入到DMF (20 mL)中, 120 ℃下反应(TLC监控反应).反应完毕后, 冷却至室温, 将反应液转入水(25 mL)中, 过滤, 得到粗产物, 干燥, DMF重结晶, 得到目标化合物5.

    6-苯基-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5a):黄色结晶, m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 7.63~7.65 (m, 4H), 7.77~7.79 (m, 2H), 7.88~7.90 (m, 1H), 7.96~7.97 (m, 1H), 8.21 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.36 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.63 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.71~8.73 (m, 1H), 9.29~9.31 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 103.9, 113.2, 118.1, 121.5, 123.2, 123.7, 123.8, 126.2, 127.7, 127.8, 128.9, 129.0, 131.3, 132.6, 134.0, 142.9, 144.5, 147.1, 150.0, 151.1, 158.5; IR (KBr) ν: 1669 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C23H13N3OS: C 72.80, H 3.45, N 11.07; found C 72.91, H 3.46, N 11.09.

    6-(4-甲基苯基)-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5b): m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 2.87 (s, 3H), 7.83~7.87 (m, 4H), 8.14~8.15 (m, 1H), 8.32~8.34 (m, 2H), 8.55~8.58 (m, 1H), 8.78~8.79 (m, 1H), 8.98~9.00 (m, 1H), 8.63 (d, J=8.0 Hz, 1H), 9.06~9.08 (m, 1H), 9.67~9.68 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 19.6, 103.7, 118.0, 121.5, 122.8, 123.6, 123.7, 126.0, 126.2, 127.8, 127.9, 129.5, 131.3, 133.9, 142.9, 144.4, 144.5, 144.9, 147.0, 150.0, 151.5, 158.9; IR (KBr) ν: 1671 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C24H15N3OS: C 73.26, H 3.84, N 10.68; found C 73.32, H 3.85, N 10.71.

    6-(2-甲氧基苯基)-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5c): m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 3.77 (s, 3H), 7.19~7.22 (m, 2H), 7.43~7.45 (m, 1H), 7.74~7.77 (m, 2H), 7.80~7.98 (m, 2H), 8.21 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.35 (d, J=8.4 Hz, 1H), 8.62 (d, J=8.4 Hz, 1H), 8.70~8.72 (m, 1H), 9.31~9.32 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 54.7, 104.9, 111.2, 112.1, 116.0, 118.0, 118.1, 121.0, 121.5, 123.1, 123.7, 126.2, 127.8, 131.2, 133.9, 134.8, 142.7, 144.2, 144.7, 147.1, 149.9, 150.9, 156.3, 157.1; IR (KBr) ν: 1680 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C24H15N3O2S: C 70.40, H 3.69, N 10.26; found C 70.54, H 3.73, N 10.30.

    6-(3-甲氧基苯基)-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5d):黄色结晶, m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 4.00 (s, 3H), 7.27~7.33 (m, 2H), 7.40~7.41 (m, 1H), 7.63~7.64 (m, 1H), 7.79~7.80 (m, 1H), 7.90~7.96 (m, 2H), 8.21 (s, 1H), 8.36~8.37 (m, 1H), 8.65~8.66 (m, 1H), 8.72~8.74 (m, 1H), 9.30~9.31 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 55.1, 104.0, 115.1, 117.2, 118.2, 121.1, 121.5, 123.5, 123.7, 123.8, 126.2, 127.9, 130.5, 130.7, 131.3, 134.0, 142.9, 144.4, 144.5, 147.1, 150.0, 151.5, 157.3, 158.6; IR (KBr) ν: 1684 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C24H15N3O2S: C 70.40, H 3.69, N 10.26; found C 70.47, H 3.71, N 10.29.

    6-(4-甲氧基苯基)-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5e): m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 4.38 (s, 3H), 7.60 (d, J=7.6 Hz, 2H), 8.01 (d, J=7.6 Hz, 2H), 8.13~8.17 (m, 1H), 8.22~8.26 (m, 2H), 8.55 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.70 (d, J=8.0 Hz, 1H), 9.00 (d, J=8.0 Hz, 1H), 9.06~9.08 (m, 1H), 9.67~9.69 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 54.8, 103.6, 114.6, 115.9, 117.9, 121.5, 121.7, 122.6, 123.6, 123.7, 126.1, 127.7, 130.5, 131.3, 133.9, 142.8, 144.5, 146.9, 150.0, 151.5, 158.1, 162.7; IR (KBr) ν: 1673 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C24H15N3O2S: C 70.40, H 3.69, N 10.26; found C 70.48, H 3.72, N 10.28.

    6-(3, 4-二甲氧基苯基)-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5f): m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 3.96 (s, 3H), 4.08 (s, 3H), 7.24 (d, J=8.4 Hz, 1H), 7.29 (s, 1H), 7.38 (d, J=7.2 Hz, 1H), 7.80~7.84 (m, 1H), 7.93~7.99 (m, 2H), 8.22 (d, J=8.4 Hz, 1H), 8.38 (d, J=8.8 Hz, 1H), 8.68 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.73~8.75 (m, 1H), 9.34~9.36 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 55.0, 55.4, 103.9, 111.3, 112.1, 118.1, 121.5, 121.9, 123.0, 123.1, 123.7, 123.8, 126.2, 127.9, 131.3, 134.0, 142.9, 144.5, 147.0, 148.4, 150.0, 151.6, 152.4, 157.5, 162.4; IR (KBr) ν: 1679 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C25H17N3O3S: C 68.32, H 3.90, N 9.56; found C 68.41, H 3.93, N 9.59.

    6-(2-羟基苯基)-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5g): m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 7.61~7.74 (m, 3H), 7.84~7.85 (m, 2H), 7.93~7.96 (m, 1H), 8.20~8.21 (m, 2H), 8.61 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.69 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.78~8.79 (m, 1H), 8.90~8.91 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 99.6, 109.8, 114.9, 115.9, 118.2, 118.7, 122.7, 122.9, 123.8, 125.4, 126.4, 126.8, 127.5, 134.4, 137.4, 141.9, 142.7, 145.9, 146.1, 149.1, 152.0, 152.2, 161.1; IR (KBr) ν: 3312 (OH), 1684 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C23H13N3O2S: C 69.86, H 3.31, N 10.63; found C 69.92, H 3.34, N 10.68.

    6-(4-羟基苯基)-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5h): m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 7.23~7.24 (m, 2H), 7.62~7.64 (m, 2H), 7.81~7.83 (m, 1H), 7.81~7.92 (m, 2H), 8.21 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.36 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.65~8.67 (m, 1H), 8.74~8.75 (m, 1H), 9.34~9.35 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 103.7, 116.0, 118.0, 121.6, 122.2, 122.8, 123.7, 126.2, 127.8, 130.7, 131.4, 132.3, 134.0, 142.9, 144.5, 147.0, 150.0, 151.2, 158.1, 158.4, 161.9; IR (KBr) ν: 3327 (OH), 1689 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C23H13N3O2S: C 69.86, H 3.31, N 10.63; found C 69.92, H 3.34, N 10.65.

    6-(4-氯苯基)-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5i): m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 7.83~7.85 (m, 1H), 7.94~7.96 (m, 3H), 8.01~8.03 (m, 1H), 8.27 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.43 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.51~8.52 (m, 2H), 8.67~8.68 (m, 1H), 8.76~8.78 (m, 1H), 9.29~9.30 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 104.3, 118.4, 121.6, 123.8, 123.9, 124.4, 126.2, 128.0, 129.7, 131.5, 134.2, 135.9, 143.1, 144.4, 144.8, 147.2, 149.6, 150.2, 151.9, 155.1, 162.3; IR (KBr) ν: 1685 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C23H12ClN3OS: C 66.75, H 2.92, N 10.15; found C 66.83, H 2.91, N 10.16.

    6-(4-硝基苯基)-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[3, 2-a]嘧啶酮(5j):黄色结晶, m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 7.35~7.37 (m, 2H), 7.70~7.71 (m, 2H), 7.82~7.84 (m, 1H), 7.93~7.94 (m, 1H), 7.99~8.01 (m, 1H), 8.24~8.23 (m, 1H), 8.39~8.41 (m, 1H), 8.66~8.68 (m, 1H), 8.75~8.76 (m, 1H), 9.33~9.34 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 104.1, 116.2, 116.4, 121.5, 123.4, 123.8, 124.9, 126.2, 127.9, 130.6, 130.7, 131.3, 134.1, 142.9, 144.4, 144.5, 147.1, 150.0, 151.6, 157.4, 164.0; IR (KBr) ν: 1688 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C23H12N4O3S: C 65.09, H 2.85, N 13.20; found C 65.14, H 2.89, N 13.25.

    6-(呋喃-2-基)-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5k):黄色结晶, m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 6.87~6.93 (m, 1H), 7.74~7.79 (m, 1H), 7.93~8.09 (m, 3H), 8.09~8.10 (m, 1H), 8.24~8.29 (m, 1H), 8.46~8.51 (m, 1H), 8.63~8.69 (m, 2H), 9.43~9.47 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 100.9, 115.2, 117.7, 120.6, 121.7, 123.4, 123.7, 125.8, 127.6, 128.6, 131.4, 134.1, 141.7, 143.0, 143.2, 144.0, 145.0, 146.5, 150.0, 150.7, 151.6; IR (KBr) ν: 1673 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C21H11N3O2S: C 68.28, H 3.00, N 11.38; found C 68.35, H 3.02, N 11.42.

    6-(噻吩-2-基)-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5j):黄色结晶, m.p.>300 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 7.27~7.28 (m, 1H), 7.65~7.66 (m, 1H), 7.72~7.74 (m, 1H), 7.87~7.89 (m, 3H), 8.14 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.27 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.59 (d, J=8.0 Hz, 1H), 8.67~8.68 (m, 1H), 9.29~9.30 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 104.2, 117.9, 121.6, 123.2, 123.7, 123.8, 126.0, 127.3, 127.8, 131.4, 133.7, 133.8, 134.0, 136.5, 142.8, 144.3, 144.6, 146.8, 150.0, 151.2, 151.8; IR (KBr) ν: 1678 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C21H11N3OS2: C 65.43, H 2.88, N 10.90; found C 65.54, H 2.87, N 10.94.

    6-乙基-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5m):黄色结晶. m.p. 267~269 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 1.56~1.58 (m, 3H), 3.88~3.89 (m, 2H), 7.79~7.81 (m, 1H), 7.94~7.95 (m, 2H), 8.15~8.17 (m, 1H), 8.32~8.34 (m, 1H), 8.63~8.64 (m, 1H), 8.73~8.74 (m, 1H), 9.51~9.52 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 11.4, 27.9, 103.7, 118.0, 121.6, 122.3, 123.4, 123.7, 125.9, 127.7, 131.3, 133.9, 142.8, 144.3, 144.7, 146.8, 150.0, 151.8, 165.0; IR (KBr) ν: 1677 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C19H13N3OS: C 68.86, H 3.95, N 12.68; found C 68.93, H 3.94, N 12.71.

    6-丙基-5H-苯并噻吩并[3', 2':2, 3]吡啶并[4, 5-d]吡啶并[1, 2-a]嘧啶酮(5n):黄色结晶, m.p. 274~276 ℃; 1H NMR (CF3CO2D, 400 MHz) δ: 1.24~1.25 (m, 3H), 1.97~1.98 (m, 2H), 3.85~3.89 (m, 2H), 7.82~7.84 (m, 1H), 7.97~7.98 (m, 2H), 8.19~8.20 (m, 1H), 8.36~8.38 (m, 1H), 8.66~8.67 (m, 1H), 8.74~8.76 (m, 1H), 9.54~9.55 (m, 1H); 13C NMR (CF3CO2D, 100 MHz) δ: 12.2, 22.7, 36.0, 103.9, 118.1, 121.6, 122.3, 123.5, 123.7, 126.0, 127.7, 131.3, 133.9, 142.8, 144.3, 144.7, 146.9, 150.0, 151.9, 163.8; IR (KBr) ν: 1674 (C=O) cm-1. Anal. calcd for C20H15N3OS: C 69.54, H 4.38, N 12.17; found C 69.62, H 4.41, N 12.20.

    辅助材料(Supporting Information) 中间体及产物的核磁共振(氢谱、碳谱)谱图.这些材料可以免费从本刊网站(http://sioc-journal.cn/)上下载.

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  • 图式 1  新型吡啶并嘧啶衍生物及其合成路线

    Scheme 1  Synthetic route of novel pyrido[1, 2-a]pyrimi- dines

    5a, R=C6H5; 5b, R=4-MeC6H4; 5c, R=2-MeOC6H4; 5d, R=3-MeOC6H4; 5e, R=4-MeOC6H4; 5f, R=3, 4-(MeO)2C6H3; 5g, R=2-HOC6H4; 5h, R=4-HOC6H4; 5i, R=4-ClC6H4; 5j, R=4-O2NC6H4; 5k, R=2-Furyl

    图式 2  新型吡啶并[1, 2-a]嘧啶类化合物的合成机理推测

    Scheme 2  Probable mechanism of synthesizing novel pyrido[1, 2-a]pyrimidines

    表 1  合成化合物5a的反应条件的优化a

    Table 1.  Optimization of the reaction conditions for the synthesis of 5a

    Entry Catalyst (mol%) Solvent Temp./℃ Timeb/h Yieldc/%
    1 SA (5) DMF 120 20 61
    2 SA (10) DMF 120 9 86
    3 SA (15) DMF 120 9 85
    4 SA (10) DMF 130 7 79
    5 SA (10) DMF 110 13 78
    6 SA(10) Toluene 110 19 54
    7 SA (10) HOAc 120 12 83
    8 SA (10) EtOH 80 22 52
    9 p-TsOH (10) DMF 120 10 78
    10 TFA (10) DMF 120 8 72
    a Reaction conditions: 3a (1.0 mmol), benzaldehyde (4a, 1.0 mmol), solvent (25 mL); b Reaction progress monitored by TLC; c Isolated yield.
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    表 2  化合物5的反应时间及产率

    Table 2.  Reaction times and yields of the products 5

    Entry Product R Timea/h Yieldb/%
    1 5a C6H5 9 86
    2 5b 4-MeC6H4 9 82
    3 5c 2-MeOC6H4 10 79
    4 5d 3-MeOC6H4 8 84
    5 5e 4-MeOC6H4 8 85
    6 5f 3, 4-(MeO)2C6H3 7 89
    7 5g 2-HOC6H4 8 80
    8 5h 4-HOC6H4 7 83
    9 5i 4-ClC6H4 10 78
    10 5j 4-NO2C6H4 12 75
    11 5k 2-Furyl 11 73
    12 5l 2-Thienyl 12 77
    13 5m Et 15 72
    14 5n n-Pr 15 70
    a Reaction progress monitored by TLC; b Isolated yield.
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    表 3  化合物5的抗菌活性(抑制率/%)

    Table 3.  Fungicidal activity (inhibition rate/%) of compounds 5a~5n

    compound Botrytis cinerea Gibberella zeae Sclerotonia sclerotiorum Alternaria alternata
    25 μg/mL 50 μg/mL 25 μg/mL 50 μg/mL 25 μg/mL 50 μg/mL 25 μg/mL 50 μg/mL
    5a 46 76 42 69 38 72 45 74
    5b 77 98 65 96 57 79 26 72
    5c 42 74 43 72 31 69 41 78
    5d 31 64 28 75 47 82 38 80
    5e 28 75 34 67 29 80 24 71
    5f 53 81 41 72 64 98 31 68
    5g 29 60 37 78 49 71 59 95
    5h 56 73 46 69 28 87 37 78
    5i 47 78 26 75 36 63 52 93
    5j 48 79 33 68 37 64 44 80
    5k 35 63 41 74 26 72 33 64
    5l 36 57 30 69 34 67 34 56
    5m 26 42 29 52 26 41 16 28
    5n 49 49 23 47 17 38 13 37
    Chlorothalonil 83 98 76 94 79 98 86 96
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  • 发布日期:  2018-07-01
  • 收稿日期:  2018-01-08
  • 修回日期:  2018-03-25
  • 网络出版日期:  2018-07-12
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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