环氧四氢邻苯二甲酰亚胺衍生物的合成与计算生物学研究：新型农用生物活性剂的开发与应用

（编辑推荐）本研究通过四步法合成八种环氧四氢邻苯二甲酰亚胺衍生物（15a–18b），结合分子对接（Molecular Docking）和生物活性评价，揭示其对1H-NMR表征的MAPK（Mitogen-Activated Protein Kinase）靶点的抑制作用。化合物16a在500?μm浓度下对高粱（Sorghum bicolor）地上部分抑制率达70%，优于商业除草剂?S-异丙甲草胺，为抗性杂草治理提供新策略。

　　

1 引言

随着杂草对传统除草剂抗性增强，开发新型生物活性物质成为迫切需求。本研究聚焦具有多重生物活性的酰亚胺类化合物，通过分子杂交策略设计环氧四氢邻苯二甲酰亚胺衍生物。已有研究表明，含酰胺结构的化合物（如氯酞酸酯I）可通过抑制原卟啉原氧化酶（PPO）干扰叶绿素合成，而本研究旨在探索其新型作用机制。

2 材料与方法

2.1 合成路线

以马来酸酐1和异戊二烯为起始原料，经微波辅助Diels-Alder反应（产率99%）获得四氢邻苯二甲酸酐2，随后与芳香胺缩合生成羧酰胺酸3–6。硫酸催化下甲醇酯化得到酯类7–10与四氢邻苯二甲酰亚胺11–14的混合物，最终经m-CPBA氧化分离出八种目标化合物（15a–18b）。

2.2 生物活性评价

采用培养皿发芽试验评估化合物对生菜（Lactuca sativa）、黄瓜（Cucumis sativus）等四种植物的抑制作用。浓度梯度实验（50–500?μ_m）显示，16a在300?μ_m时对高粱地上部分抑制率达66%，显著高于阳性对照^?S-异丙甲草胺（P<0.05）。

2.3 计算生物学研究

通过SwissSimilarity筛选潜在靶点，发现MAPK 5R92（p38α）与化合物亲和力最强（ΔG=?8.19?kcal/mol）。分子动力学模拟显示，15a与Phe-169形成氢键，而17b额外结合Asp-168和Lys-53，其疏水相互作用与参考配体SO7重叠。

3 结果与讨论

3.1 结构表征

化合物15a的¹³C-NMR显示环氧环特征峰（δ=55.0–56.1?ppm），HMBC谱证实C1a与C6a的立体构型。NOESY交叉峰验证了H2a/H2x的空间邻近性，为构效关系研究奠定基础。

3.2 生物活性异质性

• 高粱：16a和17a对根系的抑制率分别达70%和65%

• 鬼针草：15a在500?μ_m时抑制地上部分61%，而16a在100?μ_m反常促进生长61%

• 跨物种差异：所有化合物对黄瓜根系表现为弱刺激效应

3.3 靶点机制

MAPK在植物应激响应中起核心作用。对接研究表明，环氧环的亲电特性使其能与Thr-106等关键残基结合，阻断TAB1介导的激酶活化通路。水解实验证实，开环产物仍保持相似结合能力（ΔG差异<0.5?kcal/mol）。

4 结论

本研究开发的环氧四氢邻苯二甲酰亚胺衍生物展现出广谱除草活性，其MAPK靶向机制为抗性杂草治理提供新思路。后续需开展环境毒理学评估以推动农业应用。