1-苯甲酰基-3-(4,6-二甲氧基嘧啶-2-氨基)硫脲
的合成、晶体结构及生物活性
傅丁薇1宋纪蓉1,2*任莹辉1吕兴强1胡怀明3
(1西北大学化工学院陕西省物理无机化学重点实验室, 西安 710069;2故宫博物院文保科技部,北京 100009;
3西北大学化学系西安 710069)
摘要 以2-氨基-4,6-二甲氧基嘧啶、硫氰酸钾和苯甲酰氯为原料,在乙酸乙酯中合成了1-苯甲酰基-3-(4,6-二甲氧基嘧啶
-2-氨基)硫脲,并用X射线单晶衍射法测定其晶体结构。结果表明每个结构单元中有4个分子,该化合物属于三斜系,
P⎯1空间,a=0.9040(2)nm,b=1.8285(4)nm,c= 1.8931(5) nm,α=70.217(4) º,β=80.583(4) º, γ=84.110(4)º,V=2901.3(12) Ǻ3,D c =1.458 g/cm3,μ= 0.242 mm-1,F(000)=1328,Z=8,R= 0.0637,由2095个可观测衍射点[F O>
4sig(F O)]得到的wR = 0.1698。同层中相邻分子间的分子间氢键N—H⋅⋅⋅S (DA)和C—H⋅⋅⋅O (DA)的交叉作用以及层与层之
间弱的π⋅⋅⋅π堆积作用使得化合物形成网状超分子结构。该结构的化合物具有良好的生物活性。
关键词酰基硫脲 晶体结构 分子间相互作用 生物活性
Synthesis and Crystal Structure of
1-benzoyl-3-(4,6-dimethoxylpyrimidin-2-yl)thiourea
Fu Dingwei 1, Song Jirong1,2*, Ren Yinghui1,Lü Xingqiang1, Hu Huaiming3
(1 School of Chemical Engineering, Shaanxi Key Laboratory of Physico-inorganic Chemistry, Northwest University, Xi’an 710069;
2 Conservation technology department, the Palace Museum, Beijing 100009;
3 Department of Chemistry, Northwest University, Xi’an 710069)
Abstract 1-Benzoyl-3-(4,6-dimethoxylpyrimidin-2-yl)thiourea was synthesized with 2-amino-4,6-dimeth
oxyl pyrimidine, potassium thiocyanate and benzoyl chloride in ethyl acetate. Its structure was characterized by X-ray diffraction analysis, which shows four molecules in each structural unit. The crystal belongs to triclinic, space group P⎯1 with a=0.9040(2)nm,
b=1.8285(4)nm, c=1.8931(5) nm, α=70.217(4) º, β=80.583(4) º, γ=84.110(4)º, V=2901.3(12) Ǻ3, D c=1.458 g/cm3, μ(Mo Kα)=0.242 mm-1, F(000)=1328, Z=8, R = 0.0637, wR = 0.1698 for 2095 observed reflections [F O> 4sig(F O)]. The existence of the staggered intermolecular N—H⋅⋅⋅S (DA) and complementary C—H⋅⋅⋅O (DA) hydrogen bonds between the adjacent molecules in the same layer, together with the weak π⋅⋅⋅π stacking interactions between the near two layers, leads to the formation of multi-dimensional supramolecular networks. This type of compound has nice effect on growth regulation of wheat.
Keywords Acylthiourea , Crystal structure, Intermolecular interaction, Bioactivity
作为具有良好生物活性、能有效地抑制多种农作物疾病的硫脲衍生物[1,2],在近年来又由于其可用于抗HIV病毒 [3,4]及良好的杀菌活性[5]而受到极大的关注。尤其是含有功能性氮杂环的酰基硫脲衍生物显示出很好的杀真菌[6]及除草活性[7]。一些环上有取代的N-芳基-N’-酰基硫脲化合物的结构和生物活性已经被研究[8],但是含不同取代基的N-芳基-N’-酰基硫脲化合物的结构与生物活性之间的关系还没有受到
重视。因此,根据前期工作,为了进一步研究不同取代基对结构的影响,笔者合成了一系列N-芳基-N’-酰基硫脲类化合物(图式1)并对其生物活性进行了初步探索。本文选择其中一种具有典型结构的化合物,对其结构、
国家自然科学基金项目(20571060)和陕西省教育厅专项基金项目(05JK294) 资助
2007-04-09收稿,2007-07-11接受
分子间相互作用及生物活性作了研究。
KSCN +R CCl
O
R +KCl
N
N OCH 3
NH 2OCH 3
+N
N OCH 3
NH OCH 3
CH 3COOCH 2CH 3
C O N C S
R C O N C S
C S NH C
O
R
R=-OCH 3, -OC 2H 5, -C 6H 5
Scheme 1 Reaction scheme for the synthesis of the compound
1.实验部分
1.1仪器与试剂
所采用的试剂均为市售品,用前未做进一步纯化。元素分析使用PE-2400型元素分析仪。红外光谱测定使用EQUINOX55 FT-IR 型红外光谱仪,测量范围为4000.3~399.3 cm -1,KBr 压片。化合物根据文献[9]合成。
2.2标题化合物的合成
在干燥条件下,将苯甲酰氯(3.2mL, 27mmol )缓慢滴加到含有硫氰酸钾(4.0g, 41mmol )的乙酸乙酯溶液中,回流反应2h 后过滤掉生成的KCl ,向滤液中加入2-氨基-4,6-二甲氧基嘧啶(3.4g ,22mmol ),加热回流反应4h 后冷却、过滤,得到浅黄固体。粗品用蒸馏水洗涤,并在二甲基甲酰胺(DMF)中重结晶得到浅黄的晶体,产率:72%,熔点:198~199℃。元素分析:实验值(计算值)/%:C 53.0(52.78), H 4.42(3.97), N 17.67(17.83);IR(KBr),υ/cm -1:3169 (N —H),1177、1241(C=S), 1331 (C —N),1719、1776cm-1(C=O)。 2.3 衍射数据的收集和晶体结构的测定
选取尺寸为0.49 mm×0.38 mm×0.25 mm 的单晶,在Bruker SMART APEX II X-射线面探衍射仪上经石墨单器单化的Mo K α射线(λ = 0.071073 nm),以ω-θ方式扫描,在296(2) K 温度下,扫描范围为2.
22<θ<25.10°,共收集14599个衍射点,其中10154个独立衍射点[R int = 0.0387],2095个可观测点[F O > 4sig (F O )]用于结构解析。晶体结构由直接法解出,并用全矩阵最小二乘法对801参数进行精修。所有的计算都用带有非氢原子各向异性热参数的SHELXL97[10]程序包解出。最终偏离因子R (F O > 4sig (F O ))=0.0637, wR =0.1698 (w =1/[σ2 (F o 2) +(0.0530P )2 +0.34P ],P =(F o 2+2F c 2)/3。最后一轮精修的最大偏移(Δ/σ) max <0.001,GOOF 值为1.028。最终差值电子云密度的最高峰和最低峰分别为0.446 and -0.563 e/Å3。标题化合物的CCDC 号为0656。
3.结果与讨论
3.1 标题化合物的结构
非氢原子坐标及热参数见表1,部分键长见表2,部分扭转角值见表3,氢键数据见表4。
表1 标题化合物的非氢原子坐标(×104)及热参数(Ǻ2)
Table1 Non-hydrogen atomic coordinates (×104)and thermal displacement parameters (Ǻ2) for the title compound
原子 x y z U(eq)* 原子 x y z U(eq)* S(1) 3423(3) 7955(1) 1699(1) 56(1) C(2) -868(10) 11422(5) 543(5) 53(3) S(2) 6574(3) 2044(1) 3304(1) 55(1) C(3) -714(12) 11852(5) 994(6) 63(3) S(3) 3428(3) 29
58(1) 1698(1) 54(1) C(4) 148(11) 11545(5) 1572(5) 56(3) S(4)
6571(3)
7046(1)
3299(1)
57(1)
C(5)
882(10)
10819(5)
1689(5)
51(3)
表2 部分键长
Table 2 Selected bond length
键长/nm
键长/nm S(1)-C(8) 0.1648(8)
S(3)-C(36)
0.1669(8)
C(7)-O(1) 0.1208(9) C(35)-O(7) 0.1192(9) S(2)-C(22)
0.1664(8)
S(4)-C(50) 0.1639(8)
C(21)-O(4) 0.1193(9) C(49)-O(10) 0.1198(9)
表3 标题化合物中部分扭角
Table 3 Selected torsion anglesfor the title compound
扭角/°
扭角/°
C(9)-N(2)-C(8)-N(1)
2.0(13)
C(37)-N(10)-C(36)-N(9) 3.3(13) C(8)-N(1)-C(7)-O(1) 1.7(16)
C(36)-N(9)-C(35)-O(7) -0.4(16)
N(1) 2388(8) 9329(4) 1881(4) 40(2) C(6) 729(10) 10393(5) 1235(5) 43(3) N(2) 4040(7) 8569(3) 2680(4) 40(2) C(7) 1489(10) 9597(5) 1312(5) 49(3) N(3) 4892(8) 8739(4) 3675(4) 42(2) C(8) 3261(10) 8649(5) 2084(5) 40(2) N(4)
3285(8)
9721(4)
2951(4)
41(2)
C(9)
4064(10) 9043(5) 3121(5) 37(2) N(5) 7610(8) 673(4) 3126(4) 45(2) C(10) 4905(10) 9180(5) 4109(5) 43(2) N(6) 5976(7) 1434(3) 2322(4) 41(2) C(11) 4160(10) 9903(5) 4000(5) 46(3) N(7) 6708(8) 295(4) 2050(4) 42(2) C(12) 3338(11) 10135(5) 3407(5) 43(3) N(8) 5122(8) 1266(4) 1313(4) 42(2) C(13) 2352(10) 11308(5) 3642(5) 65(3) N(9) 2400(8) 4331(4) 1875(4) 42(2)
C(14)
6502(10) 8174(5) 4838(5) 63(3) N(10) 4020(7) 3565(3) 2672(4) 38(2) C(15) 9141(10) -821(5) 3305(5) 50(3) N(11) 4879(8) 3733(4) 3683(4) 40(2) C(16)
9859(11)
-1552(5)
3430(5)
56(3)
N(12) 3299(7) 4715(4) 2944(4) 38(2) C(17) 10709(11) -1835(5) 4005(5) 51(3) N(13) 7606(7) 5672(4) 3121(4) 39(2) C(18) 10871(10) -1428(5) 4467(5)
reaction between pvp and amino51(3)
N(14) 5964(8) 6432(4) 2319(4) 44(2) C(19) 10156(10) -704(5) 4343(5) 45(3) N(15) 6725(8) 5286(4) 2050(4) 42(2) C(20) 9284(9) -392(5) 3763(5) 37(2) N(16) 5113(8) 6275(4) 1318(4) 38(2) C(21) 8515(10)
395(5) 3699(5) 47(3)
O(1) 1321(8) 9236(4) 904(4) 84(3)
C(22) 6757(10) 1344(5) 2914(5) 39(2)
O(2) 2474(7) 10801(3) 3197(3) 51(2) C(23) 5955(10) 959(5) 1879(5) 39(2)
O(3) 5730(7) 8945(3) 4670(4) 56(2)
C(24) 5077(10) 819(5) 893(5) 46(3)
O(4) 8691(8) 760(4) 4093(4) 88(3) C(25) 5855(9)
107(5) 1007(5) 45(3)
O(5) 7504(7) -795(3) 1809(3) 56(2)
C(26) 6678(10) -137(5) 1591(5) 41(2)
O(6) 4249(7) 1062(3) 321(3) 57(2) C(27) 7647(11) -1302(5) 1362(5) 67(3) O(7) 1303(8) 4239(4) 907(4) 86(3)
C(28) 3478(10) 1813(5) 160(5) 60(3)
O(8) 2481(7) 5802(3) 3192(3) 56(2) C(29) -143(9)
5691(5) 658(5) 43(3)
O(9) 5742(7) 3944(3) 4671(3) 56(2)
C(30) -871(10) 6416(5) 529(5) 50(3)
O(10) 8683(8) 5767(4) 4092(4) 89(3) C(31) -698(10) 6837(5) 983(5)
52(3)
O(11) 7522(7) 4201(3) 1804(3) 51(2) C(32) 136(11) 6544(5) 1572(5) 54(3) O(12) 4263(7) 6059(3) 324(3) 54(2) C(33) 863(10)
5822(5) 1699(5) 49(3)
C(1)
-158(9)
10694(5)
656(5)
47(3)
*U eq is defined as one third of the trace of the orthogonalized U ij tensor
C(9)-N(2)-C(8)-S(1) -177.3(7) C(37)-N(10)-C(36)-S(3) -177.9(7)
C(8)-N(1)-C(7)-C(6) -177.9(8) C(36)-N(9)-C(35)-C(34) -178.8(8)
C(23)-N(6)-C(22)-N(5) -2.7(13) C(51)-N(14)-C(50)-N(13) -3.8(13)
C(22)-N(5)-C(21)-O(4) -2.3(17) C(50)-N(13)-C(49)-O(10) -2.4(16)
C(23)-N(6)-C(22)-S(2) 177.7(7) C(51)-N(14)-C(50)-S(4) 176.5(7)
C(22)-N(5)-C(21)-C(20) 179.4(8) C(50)-N(13)-C(49)-C(48) 179.1(8)
表4 标题化合物的氢键
Table 4 Hydrogen bonds of the title compound
D-H…A d(D-H)/nm A)/nm A)/nm <DHA/°
N(14)-H(14)⋅⋅⋅S(1) 0.086 0.258 0.3431(8) 169
N(10)-H(10)⋅⋅⋅S(2) 0.086 0.260 0.3441(7) 166
N(6)-H(6)⋅⋅⋅S(3) 0.086 0.259 0.3437(7) 168
N(2)-H(2)⋅⋅⋅S(4) 0.086 0.258 0.3425(7) 169
C(1)-H(1)⋅⋅⋅O(1) 0.093 0.255 0.3252(11) 133
C(19)-H(19)⋅⋅⋅O(4) 0.093 0.255 0.3262(11) 133
C(29)-H(29)⋅⋅⋅O(7) 0.093 0.257 0.3260(11) 132
C(47)-H(47)⋅⋅⋅O(10) 0.093 0.255 0.3262(11) 134
晶体结构分析表明,化合物的一个不对称结构单元中有4个分子,如图1所示。由表3可知,含有S1原子的分子中,C9-N2-C8-N1和C8-N1-C7-O1的扭角接近于0°,而C9-N2-C8-S1和C8-N1-C7-C6的扭角接近于180°,其余的3个分子相对应的扭角也都趋于0°或180°,这说明4个分子均具有很好的平面性。有趣的是,含有S1和S4原子的2个分子与含有S2和S3原子的2个分子分别处于两个平面上,这两个平
报
Fig. 1. View of the four molecules in the asymmetrical structural unit with the weak π-π stacking interaction
and C-H⋅⋅⋅O hydrogen bonds with nearby molecules
由表4和图2可知,含有S2和S3原子的分子所处的平面存在两种分子间氢键: N6—H6⋅⋅⋅S3和N10—H10⋅⋅⋅S2,C19—H19⋅⋅⋅O4和C29—H29⋅⋅⋅O7,同层分子之间通过这种弱分子间氢键的交叉作用形成一维链状结构。而在化合物红外谱图中,C=O和C=S在1719,1776 cm-1和1177, 1241 cm-1处分别有两组强特征吸收峰,相对于一般征吸收峰[11]均有一定的红移,这两组峰值进一步证明了分子间氢键N-H⋅⋅⋅S和C-H⋅⋅⋅O 的存在。此外,由于分子间氢键的存在使得化合物中S1-C8 (S2-C22, S3-C36 或S4-C50,见表2)的键长比一般S=C的键长稍长,而C7-O1 (C21-O4, C35-O7或C49-O10,见表2)的键长则介于C—O单、双键键长之间。层与层之间弱的π-π堆积作用和上述分子间氢键的作用使得化合物形成多维结构,如图3所示。同时,由于共价键和氢键的作用,化合物在空间上形成了各种空穴结构。
3.2 化合物对植物的生长调节作用
对表5中的几种化合物进行初步生物活性测试(见表6)。结果表明,含有嘧啶环的几种化合物对小麦的生长均有较好的调节性能,其中有明显作用的是化合物Ⅰ,小麦的发芽率达到20%,是几种化合物中最高的,而小麦的增长率均高于100%,也明显高于其他化合物。标题化合物(化合物Ⅵ)仅
Fig. 3. View of stacking the title compound
表6 化合物对小麦的生长调节作用
Table 6 effects of compounds in growth regulation of wheat 发芽率/%
增长率/%
编号 C1 C2 C3 C4 C1 C2 C3 C4 Ⅰ 0 20 20 14.28 153.1 138.3 109.9 128.4 Ⅱ -6.7 -26.7 20
-33.3 -17.9 -5.03 110.6 33.5 Ⅲ 0 16.7 -25 -16.7 -26.8 -38.1 -51.5 10.8 Ⅳ -219 20 5.9 9.4
-32.5 -25.9 -29.6 -19.1 Ⅴ -20 26.7 6.7 13.3 -28.9 -37.8 -32.2 -15.6 Ⅵ
8.3 -16.7 -41.7 8.3 62.6 43.9 55.6 22.5
C1,C2,C3,C4分别代表25、20、15、10 mg/L 4个不同的浓度
次于化合物Ⅰ,小麦的增长率达到62.6%。而对于化合物Ⅱ,浓度为15 mg/L 时,对小麦的促进作用效
果最好,发芽率为20%,增长率达到110.6%。对于嘧啶环上被甲氧基取代的脲酸酯化合物Ⅴ,相对于嘧啶环上无取代基的两种脲酸酯化合物Ⅰ和Ⅱ而言,促进小麦叶子生长的性能明显变差,效果甚至不如空白,但其发芽率与Ⅰ及Ⅱ相差不大。化合物Ⅲ相对于化合物Ⅰ和Ⅱ来说,对调节小麦生长的性能明显变弱,且高浓度时,对小麦生长有抑制作用,而较低浓度时,对小麦生长有较弱的作用。
参考文献
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[9] J Huang, J R Song, Y H Ren et al. Chinese J. Structure. Chem., 2006,25: 168~172.
[10] G M Sheldrick. SHELXS-97: Program for crystal structure refinement, Göttingen, Germany, 1997.
傅丁薇
1983年7月生于陕西
2005年毕业于西安西北大学本科 现系西北大学化工学院硕士研究生 现从事功能材料的研究
Email: fdw9322@sina
宋纪容
1958年6月生于山东郓城
1997年获南京理工大学工学博士学位 西北大学教授
从事功能材料及苹果资源深加工研究
Email: songji@nwu.edu
表5 化合物的编号
Table 5 The number of the compound
X
N N
2
N
N
NH 2
N N
NH 2
N N
H 3CO
H 3CO
2
N
N
H 3CO
H 3CO NH 2N
N
H 3CO
H 3CO
NH 2
Y -OCH 3 -OC 2H 5 -C 6H 5 -OCH 3 -OC 2H 5 -C 6H 5 编号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
-X 表示N 上取代基,-Y 表示N'端羰基上取代基
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