曲阜师范大学文江伟课题组Green Chem.: 电化学合成具有良好生物兼容性的农药3-硫/硒代磷酸化咪唑衍生物

导语

发展高效、绿色且实用的策略构建无金属残留的生物活性分子是有机合成领域的重要课题。近日，曲阜师范大学文江伟课题组报道了一种以廉价、易得的异硫氰酸酯/异硒氰酸酯、异氰酸酯和亚磷酸酯为起始原料，在电化学条件下，利用“一锅法”三组份交叉偶联策略，实现了3-硫/硒代磷酸化咪唑的高效合成。值得注意的是，这些所合成的3-硫/硒代磷酸化咪唑衍生物表现出优异的小麦抗蝗活性，且具有优异的生物兼容性。相关研究成果受邀发表在Green Chem. (DOI: 10.1039/D3GC02727A)。

前沿科研成果

电化学合成具有良好生物兼容性的农药3-硫/硒代磷酸化咪唑衍生物

近年来，世界范围内已报道的农药化学物质有860多种，但是商业化的农药很少。如图1a所示，硫代磷酸酯和硫基咪唑是多种药物和农药的重要骨架。该团队设想通过组装硫代磷酸盐和巯基咪唑的活性部分，合成新型硫代磷酸化咪唑衍生物，以构建具有良好生物相容性的新型潜在农药分子。鉴于此，作者选择以廉价、易得的异硫氰酸酯/异硒氰酸酯、异氰酸酯和亚磷酸酯为原料，在电化学条件下，利用“一锅”三组份交叉偶联策略，实现了3-硫/硒代磷酸化咪唑的高效合成。这类衍生物具有优异的小麦幼苗抑蝗活性，在低浓度下对水生环境没有影响，且具有良好的生物相容性。

图1.研究背景及反应设计（图片来源：Green Chem.）

首先，作者以异硫氰酸苯酯、异氰基乙酸乙酯和亚磷酸二乙酯作为原料对反应条件进行了条件优化，反应在最优条件下以75%的收率得到目标产物1d，且放大反应也有57%的产率。在最优条件下，作者对该方法进行了底物适用范围的研究，分别考察了异硫/硒氰酸苯酯、异氰酸酯、亚磷酸二乙酯的适用范围(图2)。

图2. 底物范围（图片来源：Green Chem.）

图3. 机理研究（图片来源：Green Chem.）

此外，作者还进行了一系列机理实验(图3)，这些实验结果证明了作者所提出的自由基反应机制(详细见：DOI: 10.1039/D3GC02727A)。

最后，作者还进行了系列生物应用研究，为了便于后续的药物结构修饰，作者精心挑选了一批具有代表性的化合物，并对其抑蝗、水生毒性和生物相容性进行了综合评价(图3)。研究表明，合成的化合物具有良好的小麦抗蝗活性，且在低浓度时对水生环境没有影响。同时，受空间位阻效应的影响能增强3-硫代磷酸化咪唑衍生物的细胞毒性，细胞炎症实验结果表明所合成化合物展现出低的细胞炎症因子(5d-stimulated RAW 264.7 macrophages, IL-6 = 5.3 pg/mL, THF-a = 79.8 pg/mL)。这些结果表明3-硫代磷酸化咪唑分子是一种优异的潜在农药分子，且具有良好的生物兼容性。

图4. 农药及生物活性实验（图片来源：Green Chem.）

综上所述，作者以廉价、易得的异硫氰酸酯/异硒氰酸酯、异氰酸酯和亚磷酸酯化合物为原料，在一体池中，实现了3-S/Se磷酸化咪唑的的电化学合成。所发展合成方法具有宽泛的底物范围，并能以良好至中等的收率生成所需的产物。系列机理实验结果证实了所提出的自由基反应机制。特别是，所合成的化合物在低浓度下不影响水生环境，具有优异的小麦幼苗的抑蝗活性。此外，这些易于获取的化合物不仅可用于小麦抗蝗，而且具有良好的生物相容性，为新型农药的筛选提供了数据指引。

该研究工作得到了国家自然基(21902083)、山东省自然科学基金(ZR2020QB130)、浙江省自然科学基金(LQ22E030018)和曲阜师范大学启动基金(6132，6125)的资助。该工作通讯作者为曲阜师范大学文江伟副教授和浙江理工大学王世博副教授，第一作者为曲阜师范大学硕士研究生尹永红和团队教师杨建静博士。

课题组简介

课题组合照

课题组秉承绿色、安全、高效的合成理念，致力于开发新型的纳米催化、光催化和电催化合成技术，以实现药物及药物中间体的高效、绿色合成。近年来，课题组为多种药物及中间体的高效合成发展了多种新型光催化剂和光催化技术、利用电化学合成技术实现了多种配体、农药和生物活性分子的高效合成，发展了多种实用的电催化有机合成技术。已在Org. Lett. Green Chem., ACS Sustainable Chem. Eng., Org. Chem. Front. Chem. Commun.等国际知名期刊发表论文30余篇。

教授简介

文江伟副教授

文江伟，曲阜师范大学化学与化工学院，副教授，硕士生导师。2015年至2018年在武汉大学攻读博士学位，师从雷爱文教授。2017年至2018年美国阿贡国家实验室博士联陪，师从林晓鸣研究员。2018年7月加入曲阜师范大学化学与化工学院，致力于光、电、纳米协同催化药物分子的绿色构筑及有机合成新方法的研究，以通讯作者或第一作者在Org. Chem. Front, Org. Lett., Green Chem., Chem. Commun.等国际知名期刊发表SCI论文30余篇，撰写综述2篇；特邀撰写英文刊物2章节，申请中国发明专利4项，美国发明专利1项；主持国家青年基金1项，校级教改项目1项，作为主要研究人员参与国家面上项目2项、山东省青年基金1项，指导山东省省级大创2项。

邀稿

今天，科技元素在经济生活中日益受到重视，中国迎来“科学技术爆发的节点”。科技进步的背后是无数科学家的耕耘。在追求创新驱动的大背景下，化学领域国际合作加强，学成归国人员在研发领域的影响日益突出，国内涌现出众多优秀课题组。为此，CBG资讯推出“人物与科研”栏目，走近国内颇具代表性的课题组，关注研究、倾听故事、记录风采、发掘精神。来稿请联系C菌微信号：chembeango101。

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