含氨基酸的咪唑[1,2-a]吡啶衍生物的设计合成及其杀线虫与杀菌活性研究

《Results in Chemistry》：Design, synthesis, nematicidal and fungicidal activities of imidazo [1,2-a] pyridine derivatives containing amino acids

本研究针对植物寄生线虫和真菌病害防治中传统农药的毒性及抗性问题，设计合成了32种含氨基酸的8-氯-6-(三氟甲基)咪唑[1,2-a]吡啶衍生物。活性评价发现化合物1和10对秀丽隐杆线虫的LC50分别为61.34 mg/L和40.31 mg/L，优于对照药剂噻唑磷(73.26 mg/L)；化合物10和18在活体实验中对抗南方根结线虫表现出优异效果；化合物13对立枯丝核菌的EC50低至3.33 mg/L，盆栽试验保护效果达91.26%。该研究为开发新型高效低毒农用化学品奠定了基础。

　　

在广阔的农田中，一场看不见的战争常年进行着。植物寄生线虫，这些微小的蠕虫，是农业生产中最具破坏性的病原体之一。它们侵入植物细胞，掠夺营养，干扰代谢，导致作物严重减产甚至绝收。据统计，全球每年因植物寄生线虫造成的经济损失高达1570亿美元。在中国，由于横跨温带和亚热带，多种线虫危害严重，其中根结线虫和孢囊线虫威胁最大。化学杀线虫剂因其快速、高效和成本效益而成为主要防治策略，但许多传统药剂存在环境毒性、对非靶标生物有害等问题，不符合可持续农业的要求。此外，传统药剂的过度使用加速了抗药性的发展，降低了其长期效力。因此，发现具有新型骨架、高效力、低毒性的下一代杀线虫剂迫在眉睫。

与此同时，真菌病害也是农作物生产的另一大威胁，如由立枯丝核菌引起的水稻纹枯病等，同样对粮食安全构成严重挑战。开发兼具杀线虫和杀菌活性的新型农药，实现“一药多治”，对于农业可持续发展具有重要意义。正是在这样的背景下，研究人员将目光投向了咪唑[1,2-a]吡啶这一具有广阔生物活性的优势骨架。该类化合物在医药和农药领域均有广泛应用，例如商品化杀线虫剂氟唑虫清就是其中的杰出代表，其对南方根结线虫表现出卓越的效力且对哺乳动物毒性低。另一方面，氨基酸作为两性分子，具有结构简单、可修饰性强和内在生物活性等优点，在农药研究中备受关注。例如，β-氨基丁酸可以通过叶面或土壤施用诱导植物对根结线虫产生系统抗性。将氨基酸引入活性分子中，有望赋予化合物新的特性和功能。

为了开发新型高效杀线虫剂，研究人员受氟唑虫清的药效团设计策略启发，通过活性片段拼接，设计并合成了一系列8-氯-6-(三氟甲基)咪唑[1,2-a]吡啶-氨基酸缀合物。利用酰胺键将氨基酸单元连接到咪唑吡啶骨架上，构建了一个多样化的目标化合物库。本研究系统评价了这些化合物的杀线虫和杀菌活性，并初步总结了构效关系，相关成果发表在《Results in Chemistry》上。

为开展本研究，研究人员主要运用了以下关键技术方法：基于药效团引导的合理化药物设计策略；经典的有机合成方法，包括回流缩合、水解、酰氯化以及与氨基酸（酯）的缩合反应，成功合成了目标化合物；通过核磁共振谱和高效液相色谱-质谱联用技术对所有合成化合物进行了结构确证；采用体外生测法系统评价了化合物对秀丽隐杆线虫和松材线虫的杀线虫活性，以及对五种植物病原真菌的抑制活性；通过温室盆栽实验评估了优选化合物对南方根结线虫的活体防治效果和对立枯丝核菌的活体保护及治疗效果。

2.1. 体外杀线虫活性

研究人员首先在体外评估了所有合成化合物对模式生物秀丽隐杆线虫的毒性。在100 mg/L浓度下，所有化合物均表现出不同程度的活性，其中化合物1、10和21的活性超过60%，优于对照药剂噻唑磷（56.02%）。进一步的半数致死浓度测定证实，化合物1和10对秀丽隐杆线虫二龄幼虫的LC₅₀值分别为61.34 mg/L和40.31 mg/L，均优于噻唑磷（73.26 mg/L）。初步的构效关系分析表明，D-构型异构体的活性普遍优于其对应的L-构型异构体。在氨基丁酸酯系列中，活性随侧链取代基远离氨基而降低（2-位 > 3-位 > 4-位）。而在氨基丁酸系列中，活性则随着取代位点远离氨基而增加。此外，在针对松材线虫的测试中，化合物20、24和25在100 mg/L浓度下表现出中等活性，但其LC₅₀值分别为46.86 mg/L、66.93 mg/L和72.34 mg/L，仍低于噻唑磷（10.12 mg/L）。与对秀丽隐杆线虫的结果不同，D-和L-异构体之间的活性没有显著差异。在氨基丁酸酯和氨基丁酸系列中，活性通常随着取代基从2位向4位移动而增加。

2.2. 体内杀线虫活性

为了验证优选化合物在实际病害防控中的潜力，研究人员在温室盆栽实验中评估了化合物10、18和20在不同浓度（50、100和200 mg/L）下对南方根结线虫的防治效果。选择化合物18是因为其结构中含有β-氨基丁酸，而化合物10和20则因其强体外活性而被选中。实验结果表明，在50 mg/L浓度下，化合物10、18和20的防治效果分别为67.44%、64.19%和51.16%。在100 mg/L浓度下，它们的防治效果分别上升至75.58%、77.21%和70.70%，均超过了同浓度下的氟吡菌酰胺（64.19%）。在200 mg/L浓度下，化合物10和18的防治效果分别达到83.72%和87.79%，也优于氟吡菌酰胺（80.47%）。经化合物处理的番茄根部根结形成明显减少。特别值得注意的是，化合物18在体外活性并非最佳，但在活体实验中表现出色。研究人员推测可能有两个原因：一是化合物18可能在植物体内分解产生β-氨基丁酸，从而增强了植物对根结线虫的系统抗性；二是化合物18本身可能诱导了植物的抗病能力。导致这一现象的具体因素有待进一步研究。

2.3. 体外杀菌活性

研究还评估了所有化合物在50 mg/L浓度下对五种植物病原真菌的抑制活性。所有化合物对至少一种病原菌表现出活性。化合物13、14和29对立枯丝核菌表现出强抑制活性，抑制率分别为79.08%、49.35%和69.61%，优于氟吡菌酰胺（45.30%）。化合物2、13、14和29对禾谷丝核菌的抑制效果优于氟吡菌酰胺。化合物6、13和14对茄链格孢的抑制活性优于对照药剂多菌灵。鉴于化合物13和29对立枯丝核菌的抑制率超过60%，研究人员测定了它们的半数有效浓度。结果显示，化合物13和29的EC₅₀值分别为3.33 mg/L和25.62 mg/L，均显著优于氟吡菌酰胺（112.74 mg/L）。初步的构效关系分析表明，氨基酸酯衍生物的杀菌效力普遍高于其对应的羧酸衍生物。

2.4. 体内杀菌活性

鉴于化合物13在体外对立枯丝核菌的卓越活性，研究人员进一步在温室盆栽实验中评估了其在100和200 mg/L浓度下的防治效果，以多菌灵作为阳性对照。结果表明，化合物13在100 mg/L和200 mg/L浓度下的保护效果分别为83.95%和91.26%，与多菌灵的效果（86.90%和96.67%）相当。水稻基部叶鞘上的病斑发展轻微，且随着浓度增加而减少，显示出剂量依赖性的保护作用。其治疗效果略低于多菌灵。较高浓度的化合物13能有效抑制叶鞘上特征性灰褐色坏死斑的出现。这些发现证明了化合物13强大的杀菌潜力，凸显了其商业化开发的前景。

本研究成功设计并合成了32个新型的含氨基酸（酯）的8-氯-6-(三氟甲基)咪唑[1,2-a]吡啶衍生物，并系统评价了其杀线虫和杀菌活性。研究发现多个化合物表现出优异的生物活性。化合物1和10在体外对秀丽隐杆线虫具有强杀线虫活性。在活体实验中，化合物10和18对南方根结线虫表现出剂量依赖性的优异防治效果。化合物13在体外对立枯丝核菌表现出卓越的杀菌活性，其EC₅₀值显著优于氟吡菌酰胺；在活体实验中，其保护效果与多菌灵相当。综上所述，该研究首次报道了含氨基酸的咪唑[1,2-a]吡啶衍生物同时具备强效杀线虫和杀菌活性。8-氯-6-(三氟甲基)咪唑[1,2-a]吡啶骨架是开发下一代杀线虫剂和杀菌剂的宝贵先导结构。本研究为未来基于结构的咪唑[1,2-a]吡啶类作物保护剂的开发奠定了坚实基础，并为引入β-氨基丁酸对杀线虫活性和系统获得抗性的影响提供了有价值的数据参考。尽管先前的研究大多集中于该骨架的医药应用，但本研究结果强调了其在农用化学品创新中尚未开发的潜力。