He Wei, Song Baoan*, Hu Deyu, Yang Song, Jin Linhong
(Reserch and Development Center for Fine Chemicals, Key Laboratory of Green Pesticide & Agricultural Bioengineering of Education Ministry, Guizhou University, Guiyang 550025)

Abstract 1,3,4-Thiadiazole is widely used in pesticide, medicine and material industry, because of their broad biological activities. According to different structures of 1,3,4-thiadiazole compounds, their chemical synthesis and antifungal activity are reviewed. The developing trend and broad application prospects of 1,3,4-thiadiazole and their derivatives are also discussed.
Keywords 1,3,4-Thiadiazole, Fungicide, Synthesis, Antifungal activity

何 伟 宋宝安 胡德禹 杨 松 金林红
（贵州大学精细化工研究开发中心，教育部绿色农药与农业生物工程重点实验室，贵阳 550025）

2004年9月30日收稿；国家自然科学基金，贵州省自然科学基金资助项目

摘要 1,3,4-噻二唑类化合物因其独特的生物活性而在农药、医药、材料等领域得到广泛应用。本文按照不同的结构进行分类，综述了近年来1,3,4-噻二唑衍生物合成、杀菌活性研究进展，并对其应用前景与发展趋势进行了展望。
关键词 1,3,4-噻二唑 合成 杀菌活性

    1,3,4-噻二唑及其取代衍生物是一类重要的生理活性物质，具有独特抗真菌、抗病毒、杀虫、除草、植物生长调节、防止水稻白叶枯病、柑橘溃疡病、番茄青枯病等活性，还具有消炎、抗菌、抗肿瘤、驱虫、抗血小板凝聚等功能。例如拜尔公司研究开发的Fluthiamide，先正达公司开发的Fluthiacet-methyl，尤其是后者，药后4-15g/ha的施用期，能完全控制玉米和马铃薯中的阔叶杂草，在杀虫剂方面如用于防治卫生害虫的几噻唑，0.5ppm下，7天内100%杀死亚热带粘虫的幼虫。因此，对具有杀菌活性1,3,4-噻二唑化合物的分子设计、合成方法及其生物活性成为绿色新农药及药物研究的一个热点。本文对近年来的相关研究工作作一综述介绍。

1 1,3,4-噻二唑稠杂环类化合物
    1994年张自义等^[1]-[2]报道仿Heindel方法先合成4-氨基-5-(3-吡啶基)-3-巯基-均三唑1，然后将1与几种芳酸2在POCl₃中回流，则得3-(3¢ -吡啶基)-6-芳基-均三唑并[3,4-c]-1,3,4-噻二唑化合物3，反应式如下所示。目标化合物3的合成产率在30-71%之间，大多较低，可能是因为化合物1是共轭分子，分子中3位吡啶环的诱导和共轭效应引起4位氨基电子密度降低，使得其亲核活性降低而不利于和羧酸进行缩合反应。

    用液体培养法观察化合物3a-h在约0.01%浓度时，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、变形杆菌及枯草杆菌均表现一定程度的抑制。
    1997年Yadar^[3]等合成三嗪并1,3,4-噻二唑4。在分子中引入氟苯基，增加其活性，生测结果表明在1000mg/l时具有较好的杀菌活性。结构与活性关系研究表明，当R为4-ClC₆H₄和4-ClC₆H₄OCH₂时，活性较好，在1000mg/L下对黑曲霉和尖孢镰刀菌的抑制率达100%。

    2000年Patil等^[4]报道了含吲哚取代基1,2,4-三唑的1,3,4-噻二唑稠双杂环新化合物的合成，合成路线如下：

e: CH₃ -C₆H₅ j:OCH₃ -C₆H₅ o: Br -C₆H₅ t: Cl -C₆H₅

    化合物[5-(5'-取代-3'-苯基吲哚-2'-基)-2,3-二氢-1,3,4-噁二唑-2-硫酮]5a-d与99%肼在乙醇溶液中回流反应给出3-(5'-取代-3'-苯基吲哚-2'-基)-4-氨基-4,5-二氢-5-三唑-5-硫酮6a-d,中间体6a-d在无水乙醇中与溴化氰回流反应得出6-氨基-3-(5'-取代-3'-苯基吲哚-2'-基)-5-三唑[3,4-b][1,3,4] 噻二唑9a-d，中间物6a-d在乙醇钠溶液中与二硫化碳反应生成3-(5'-取代-3'-苯基吲哚-2'-基)-5-三唑[3,4-b][1,3,4] 噻二唑-6(5H)-硫酮8a-d。化合物6a-d在三氯氧磷存在下与取代芳基羧酸回流反应得到6-取代-3-(5'-取代-3'-苯基吲哚-2'-基)-5-三唑[3,4-b][1,3,4] 噻二唑7a-t。
    采用平板试验法，药液浓度为1000mg/mL，供试细菌S.aureus,B.subtilis,S.species,E.coli，供试真菌为A.niger和C.albicans,这些化合物抑菌活性结果表明：化合物6c,6d,9c, 9d,7c, 7d, h, I, k, l, n和p-s对S.aureus具有较高抑制活性，所有化合物对E.coli均无抑制活性。
    2002年张艳^[5]等报道w-溴-w-(1H-1,2,4-三唑-1-基)苯乙酮与2-取代-5-氨基-1,3,4-噻二唑反应，一步合成得到2-烷基/芳基-5-(1H-1,2,4-三唑-1-基)-6-苯基-咪唑[2,1-h]-1,3,4--噻二唑12，反应如下所示。目标化合物的合成在EtONa催化下，在绝对无水乙醇中回流8-10小时得到，条件相对适中，产率在72-88%之间。


    用杯盘培养法测定了所有目标化合物在质量浓度为100mg/mL时对大肠杆菌、枯草杆菌和金黄葡萄杆菌的抑制活性，初步抑菌结果表明，大部分化合物都有一定的抑菌活性，特别是对大肠杆菌和金黄葡萄杆菌表现出明显的活性。
    2002年张艳等^[6]报道取代苯胺经七步反应合成2-氨基-5-(1-芳基-5-甲基-1,2,3-三唑-4-基)-1,3,4-噻二唑与醋酸酐反应得到目标物13，与溴代苯乙酮在绝对无水乙醇中回流得到咪唑[2,1-b]-1,3,4-噻二唑目标化合物14，合成路线如下：

    化合物13，14进行抗菌生物测定，在药剂浓度为100mg/mL，抑制B.subhtilis, S.aureus和E.coli结果表明，化合物13a，13h，14a，14b表现出较良好抑菌活性。
    2002年曹克广等人^[7]报道以葡萄糖基团对三唑并噻二唑的6-位取代基进行结构修饰，设计合成了8个新化合物3-烷基/芳基-6-(2^',3^',4^',6^'-四-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖基)氨基均三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑，合成路线如下所示。目标化合物合成收率在54-64%之间。

    用离体平皿法对目标物进行抑菌实验，结果表明化合物15对黄瓜赤霉、棉花立枯、玉米大斑、苹果黑斑、花生褐斑和小麦赤霉6种植物病害均有不同程度抑制，其中部分化合物在50mg/L浓度对小麦赤霉病的防效达85%。
    2002年Ammar等^[8]报道了s-三唑[3,4-b] 1,3,4-噻二唑的合成与杀菌活性，合成路线如下：

    重要中间体1-(6-甲氧-2-萘基)-1-(5^'-氨基-4^'-烷基-5-三唑-3-基)乙烷16的合成是采用2-（6-甲氧-2-萘基）丙酸与氨基硫脲高温闭环得到，反应收率89%。中间体16与甲酸闭环合成三唑并噻二唑衍生物17，合成收率54%。中间体16与二硫化碳、KOH在乙酸溶液中回流反应10h，浓缩，注入冰水中，用稀盐酸酸化，过滤，用1,4-环氧乙烷重结晶，得到目标化合物18，合成收率81%。中间体16与二硫甲基甲叉丙二腈反应得到收率为 73%的二腈三唑并噻二唑衍衍生物19。在药剂浓度为1mg/mL，试验菌种为Aspergillus Ochraceus Wihelm、Aspergillus Flavos Link、Penicillium Chrgsogenum Thom、Candida Albicans Berklv，化合物16、17、18、19的抑菌直径为18-14mm。
    2003年Jaquith等^[9]报道了如下结果化合物的合成，目标化合物合成收率为40-50%。生物活性测试结果表明，当R=H和F时，化合物20对由紫杉醇引起的神经损伤保护作用的IC50分别为7uM和5uM，而对碳酸酐酶CA II抑制的IC50则分别为0.25uM和0.217uM。


2 取代1,3,4-噻二唑类化合物
2.1 1,3,4-噻二唑基-a -氨基膦酸酯
    1999年和2000年卢水明等^[10]分别报道了利用2-氨基-1,3,4-噻二唑，芳香醛和亚磷酸三苯酯的类Mannich反应合成的1,3,4-噻二唑基a -氨基膦酸酯衍生物21，合成路线如下所示。目标化合物产率随R₁取代不同而变化较大，在R₁为2,4-(NO₂)₂时收率为10%左右，而当R₁为p-NO₂或p-Cl时收率在70%以上。

    经平皿培养实验，化合物21对小麦赤霉病菌、水稻纹枯病菌、棉花立枯、甜菜褐斑菌和芦苇褐斑病菌都有不同程度的抑制作用，尤其对水稻纹枯病菌的杀菌活性较高。从结构与杀菌活性的关系来看，1,3,4-噻二唑的5位为异丙基的杀菌活性比正丙基的大，而芳环的对位被氯原子取代的杀菌活性高于被其它基团所取代的杀菌活性。
  药剂浓度为50×10^-6， R₁=p-Cl取代基的化合物21h对Pellicalaria sasakii抑菌率为95%；R₂为CF₃取代基的化合物比其它取代基具有较高抑菌活性。
2.2 2,4-双-苯氧羧酸基-1,3,4-噻二唑类化合物
    1996年张玉霞等^[11]以二水杨酸酰肼为原料，与五硫化二磷反应得到2,5-二(邻羟苯基)-1,3,4-噻二唑23，化合物23与a-氯代乙酸乙酯，醚化得到2,5-二(2'-苯氧乙酸乙酯)－1,3,4-噻二唑24，与FeCl₃和浓盐酸作用得到2,5-二[2'-（4'-氯代苯氧乙酸乙酯）基]－1,3,4-噻二唑25，化合物22与a-氯代乙酸反应得到2,5-二(2'-苯氧乙酸)-1,3,4-噻二唑26，化合物26与FeCl₃和浓盐酸氯化得到2,5-二[2'(4'-氯代苯氧乙酸)基]-1,3,4-噻二唑27。



    活性实验结果表明：27对黄瓜灰霉病有显著的抑制作用，采用活体小株法，试样浓度为500×mg/L时抑制率为70%以上，同时它对小麦锈病也有一定抑制效果。化合物22对黄瓜灰霉病有54%活性。
2.3 2-杂环基取代-1,3,4-噻唑
    1999年Kidwai等^[12]采用2-烷基噻二唑取代苯基氯化汞在微波照射下反应合成目标化合物28, 合成路线如下：

    采用试管稀释法进行初步生物活性表明，目标化合物28对A.niger和A.flavus均有良好生物活性。
    2000年陈寒松等^[13]采用活性拼接法，将吡唑杂环基团引入1,3,4-噻二唑分子中，合成了一系列1,3,4-噻二唑杂环衍生物。由5-吡唑甲酰肼与二硫化碳反应，经闭环和烷基化反应，得到目标化合物29、30、31、32。

    在温室内，药剂浓度500mg/L，化合物29、30、31、32分别经对黄瓜灰霉病（Botrytis cinere CB.C）、Puccinia tritinia(P.t.)、Sclerstinia sclertioram (S.s)进行杀菌活性测定，化合物30、31c对P. t., S. c.分别有中等活性抑制活性。
    2001年邹霞娟、金桂玉等^[14]报道4-哒嗪酮-3-甲酰肼与取代苯基异硫氰酸反应，得到中间体，经浓硫酸闭环合成相应的1,3,4-噻二唑衍生物32，合成路线如下：

    经初步抑菌活性测定，药剂浓度为500ppm,化合物32a-c对小麦锈病（Puccinia recondita）抑制率达100%。
    2001年Foroumadi等^[15]报道了2-芳杂环-1,3,4-噻二唑衍生物的合成，合成路线如下：

    经抑菌生物活性测定，化合物37a-b,38a-b,40a-b对结核杆菌（Mycobacterium tuberculosis）的最低抑制浓度为6.25m g/mL以下。
    2001年Reiter等^[16]合成了如下化合物46，生测结果表明其对5-HT₂C受体结合抑制的IC50达到了24nmol/L。

    2002年金桂玉等^[17]报道了哒嗪酮噻二唑杀菌活性和QSAR研究工作，目标化合物合成路线如下：

    将取代氨基硫脲分批加入到预冷到0℃浓硫酸中，然后升温至室温，反应20h，水洗，干燥，用乙醇和DMF混合溶剂重结晶，得到收率为94-96%的目标物。以小麦叶绣病（Puccinia recondita）为生物筛选对象，进行同系列QSAR分析，其定量构效关系方程式如下：
D=2.8021(±0.4499)Sp-3.2753(±0.5335) Ss + 0.9950(±0.2138) SEs-0.9355(±0.2097) SF-2.8445(±0.0723)
n=16, r=0.9017, s=0.2812(1)
    由上述QSAR方程式知，同系列化合物中Sp是影响目标物生物活性重要因素，提高分子亲脂性，有利于小麦叶绣病菌抑制活性的提高，如R₁基团不变，改变R₂基团，生物活性大小顺序依次为：m-CF₃>o-F>H。
    2003年Forooumadi等在原有研究工作基础上^[18]，合成了N-[5-(5-硝基-2-噻吩)-1,3,4-噻二唑基]-哌嗪基-喹啉新化合物49目标化合物按以下途径合成：


    体外抑菌生物活性测试结果表明，化合物49a-c相比喹唑啉类化合物48a-c对革兰氏阳极菌（Gram-positire）微生物有很强和良好生物活性。化合物49a最低抑制的浓度为0.017mg/mL，对Staphylococous aureus和Staphylococius epidermidor有较高的生物活性。然而所有化合物对革兰氏阴极菌（Gram-negative）无活性。
2.4 2（或5）-氨基衍生物取代-1，3，4-噻二唑
    2000年张艳等^[19]报道以1-吡啶甲酰基-4-芳酰基氨基硫脲为前体，利用浓硫酸脱水合成5-(4'-吡啶基)-2-芳酰氨基-1,3,4-噻二唑新化合物50，合成收率均在80-90%之间。合成路线如下：

    采用琼脂稀释法，药剂浓度为50×10^-6g/mL，进行黄瓜灰霉病菌、棉花立枯病、油菜菌核菌、小麦赤霉病菌、花生褐斑病菌等抑制试验，结果表明50a和50i对大多数植物病原菌有抑制效果，其中对黄瓜灰霉病菌抑制效果达41.7%。
    2000年毛春晖等^{[20 ]}报道以2-氨基-5-三氟甲基-1,3，4-噻二唑为原料合成了一类新的（取代）芳氧乙酰胺类化合物53，目标化合物53按下列途径合成：

    对所合成化合物进行了杀虫、除草、杀菌等活性测试，结果发现，新化合物对小麦白粉病菌有不同程度的抑制，其中53a的抑制率达95%以上，53c和53j为75-95%。
    2002年车超等^[21]依据活性基团拼接原理，将吡啶、1,3,4-噻二唑和酰胺三类致毒基团拼接于同一分子中，合成了2-[N-(1-甲氧羰基)乙基-N-酰基]氨基-5-(2-氯吡啶-4-基)-1,3,4-噻二唑类化合物54，收率较低，大多在50%以下。合成路线如下：

    初步生物活性试验表明，化合物54对葡萄白腐病菌有一定抑制活性。
    2002年陈莉等^[22]合成5-取代亚氨基-3-大环-1,3,4-噻二唑类化合物，合成路线如下：

    测定化合物对棉花立枯（Rhizoctonia solani kuehn）抑制作用，结果表明大部分目标化合物对棉花立枯病菌有一定的活性。
    2003年Zamani等^[23]报道了5-吡啶基-1,3,4-噻二唑类化合物合成，目标化合物合成路线如下：

R₂：(a) 2-pyridyl (b) 3- pyridyl (c)4- pyridyl
57：n=1,R=R₁=H 58： n=2,R=R₁=H 59： n=1,R=H, R₁=CH₃
60：n=0,R= OCH₃,R₁=CH₃ 61：(a-c),n=1,R=R₁=H 62：(a-c),n=2,R=R₁=H
63：(a-c),n=1,R= H ,R₁= CH₃ 64：(a-c),n=0,R= OCH₃ ,R₁= CH₃ 65：(a-c),n=2,R=R₁=H
66：(a-c),n=1,R= H ,R₁=CH₃ 67：(a-c),n=0,R= OCH₃

    吡啶-2,3,4-取代羧酸酰肼与异硫氰酸酯反应得到氨基硫脲，在浓硫酸中发生分子内环化反应给出相应2,5-二取代基-1,3,4-噻二唑（57-67），收率为47-90%，1,3,4-噻二唑的5位取代基为2-吡啶基和4-吡啶基的化合物合成收率优于5位取代基为3-吡啶基的化合物，结果表明3-吡啶基异构体羧基上碳原子亲电性相比2，4-为吡啶基异构体的亲电性要弱。因此，连接3-吡啶反应基羧基上碳原子亲电进攻能力较弱，其合成路线收率相应减少。最小抑制浓度测试结果表明大部分化合物对革兰氏阳极菌（Gram-positire）和革兰氏阴极菌（Gram-negative）抑制浓度低于3.6mg/ml。5-位取代基为3-吡啶基的化合物61b对StraphylococcusAFIP-p-5283、Escherichia coli、Proteus Vulgaris等17中细菌抑制活性最高，优于2-，或4-吡啶基的化合物。
    2003年Shankath等^[24]报道了化合物68的合成。合成路线较长，每步产率在70-80%之间。生物活性测试表明，化合物对细菌Staphylococcus aureus和Escherichia Coli的抑制活性与对照药剂诺氟沙星相当。对真菌Penicillium nigricam的活性是对照药剂灰黄霉素的1.52倍，对Aspergillus funigatus的活性则与灰黄霉素相当。

    2004年Tijen等^[25]报道了化合物69的合成，目标化合物合成收率在30-70%之间。生物活性测试结果表明，化合物具有一定的抗伤害活性，在热板法、击尾法、夹尾法等抗伤害试验中，化合物69a（R=Me）的抗伤害活性均优于对照药剂二吡喃酮和阿斯匹林。

6 结语
    从以上介绍两大类不同结构化合物，可以看出：稠杂环和2位或5位杂环取代1,3,4-噻二唑化合物是两类研究较为广泛的化合物，其中有不少化合物表现出良好的抗真菌、抗细菌、抗病毒活性，部分高效化合物有望开发成商品化的新品种。有关1,3,4-噻二唑合成方法多数采用羧酸酯为原料，与水合肼反应成酰肼后，与二硫化碳反应成盐，浓硫酸闭环合成目标化合物，通过1,3,4-噻二唑结构进行修饰，在2, 5位引入五元和六元杂环取代基，或含氮和含硫基团，在噻二唑上形成稠杂环等，设计与合成新型化合物，筛选具有杀菌活性新农药新药剂将会有更多的发展。

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