挑戰(zhàn)杯作品申報書

序號： 編碼： “挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽決賽作品申報書 作品名稱：三聯(lián)噻吩類光活化農(nóng)藥設計與合成 學院名稱：理學院 申報者姓名：譚建發(fā)，羅欣賢，陳文珊 （集體名稱）：華南農(nóng)業(yè)大學理學院生物農(nóng)藥挑戰(zhàn)組 類別：自然科學類學術論文 哲學社會科學類社會調(diào)查報告和學術論文 科技發(fā)明制作A類 科技發(fā)明制作B類說 明1.申報者應在認真閱讀此說明各項內(nèi)容后按要求詳細填寫。2申報者在填寫申報作品情況時只需根據(jù)個人項目或集體項目填寫A1或A2表，根據(jù)作品類別（自然科學類學術論文、哲學社會科學類社會調(diào)查報告和學術論文、科技發(fā)明制作）分別填寫B(tài)1、B2或B3表。所有申報者可根據(jù)情況填寫C表。3.表內(nèi)項目填寫時一律用鋼筆或打印，字跡要端正、清楚，此申報書可復制。4.序號、編碼由競賽組委會填寫。5學術論文、社會調(diào)查報告及所附的有關材料必須是中文（若是外文，請附中文本），請以4號楷體打印在A4紙上，附于申報書后，字數(shù)在8000字左右（文章版面尺寸14.522cm）。A2申報者情況（集體項目）說明：1必須由申報者本人按要求填寫；2申報者代表必須是作者中學歷最高者，其余作者按學歷高低排列；3本表中的學籍管理部門簽章視為申報者情況的確認。申報者代表情況姓名譚建發(fā)性別男出生年月1987年7月學院理學院系別、專業(yè)、年級2006級應用化學（化學生物）學歷本科學制四年制入學時間2006年作品名稱三聯(lián)噻吩類光活化農(nóng)藥設計與合成畢業(yè)論文題目通訊地址華南農(nóng)業(yè)大學理學院郵政編碼510642辦公電住地通訊地址華南農(nóng)業(yè)大學五山公寓5棟314室郵政編碼510642住宅電他作者情況姓 名性別年齡學歷所在單位羅欣賢女22本科華南農(nóng)業(yè)大學理學院陳文珊女22本科華南農(nóng)業(yè)大學理學院資格認定學院學籍管理部門意見以上作者是否為2009年7月1日前正式注冊在校的全日制非成人教育、非在職的高等學校中國籍?？粕?、本科生、碩士研究生或博士研究生。是 否 （部門簽章）年 月 日院系負責人或?qū)熞庖姳咀髌肥欠駷檎n外學術科技或社會實踐活動成果是 否負責人簽名：年 月 日B1申報作品情況（自然科學類學術論文）說明：1必須由申報者本人填寫；2本部分中的科研管理部門簽章視為對申報者所填內(nèi)容的確認；3作品分類請按作品的學術方向或所涉及的主要學科領域填寫；4碩士研究生、博士研究生作品不在此列。作品全稱三聯(lián)噻吩類光活化農(nóng)藥設計與合成作品分類（E）A機械與控制（包括機械、儀器儀表、自動化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技術（包括計算機、電信、通訊、電子等） C數(shù)理（包括數(shù)學、物理、地球與空間科學等） D生命科學（包括生物、農(nóng)學、藥學、醫(yī)學、健 康、衛(wèi)生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化學、化 工、生態(tài)、環(huán)保等）作品撰寫的目的和基本思路目的：設計和合成具有不同殺蟲、除草活性基團的多聯(lián)噻吩和具噻吩基多雜環(huán)化合物，探討它們的生物活性及構效關系，期望發(fā)現(xiàn)具有廣譜殺蟲活性的光活化農(nóng)藥先導化合物，并力圖在光活化活性方面有所改進,找到能夠提高單線態(tài)氧的量子產(chǎn)率的原理，在此基礎上用生物測試驗證所合成的藥物分子的藥物效果，找到能夠增強噻吩光催化效率的影響因素，提高單線態(tài)氧的量子產(chǎn)率，發(fā)展現(xiàn)有光活化農(nóng)藥合成理論，為先導化合物結構的進一步優(yōu)化提供理論依據(jù)。思路：利用現(xiàn)代有機合成方法，以T及其衍生物為先導化合物，引入具有廣譜殺蟲活性的吡唑啉結構基團，利用光活化農(nóng)藥和傳統(tǒng)殺蟲活性基團不同作用機制，改進先導化合物的廣譜殺蟲活性和增效光活化活性，設計合成含噻吩環(huán)的多雜環(huán)化合物，并認識不同的基團對其分子吸收光譜、電荷分布的影響，找到能夠增強噻吩光催化效率影響因素，提高單線態(tài)氧的量子產(chǎn)率，同時對合成的分子進行生物活性測試，為光活化農(nóng)藥的創(chuàng)制工作提供先導化合物和理論基礎。作品的科學性、先進性及獨特之處（1）本項目設計和合成了三聯(lián)噻吩類雜環(huán)化合物，在保留廣譜殺蟲活性的同時，改進噻吩的光催化效率提高分子的光活化活性方面進行改進，在提高噻吩的光催化效率方面未見文獻報道，填補增強光催化效率以提高單線態(tài)氧量子產(chǎn)率的空白。（2）利用昆蟲細胞建立新的生測體系對藥物分子進行測試，利用合成理論，生物測試等多種手段綜合研究三聯(lián)噻吩設計與合成，找出噻吩構象與生物活性間的關系。（3）對新合成的藥物分子在非常短期內(nèi)進行系統(tǒng)的研究，以圖為新的藥物合成和設計的提供新的思路。作品的實際應用價值和現(xiàn)實意義光活化農(nóng)藥分子結構設計是本項目需要解決的關鍵問題。對于該問題，我們提出了下列方法解決：農(nóng)藥分子設計歷來是農(nóng)藥創(chuàng)制中一個非常重要的問題，它在一定程度上決定了整個農(nóng)藥創(chuàng)制工作的成敗，目前關于農(nóng)藥分子結構設計，有多種文獻報道方法，比較實用和具有較好理論基礎的有隨機合成篩選法、結構與活性定量關系法、組合化學法、生物等排取代法等。本項目中所設計的光活化農(nóng)藥在保留了先導化合物光活化活性結構的基礎上，引入其它廣譜殺蟲活性基團，進行活性基團對接，其設計思想來源于藥物分子設計理論和實踐，然后再根據(jù)化合物構效關系模型，對取代基進行活性篩選，其分子結構設計有著良好的理論基礎，因此可以預期解決此關鍵問題。同時，本方案用生物測試手段進行細胞測試，從多角度研究藥物分子活性與構效的關系。力圖找到高效可應用于生產(chǎn)的光活化農(nóng)藥分子用于農(nóng)田應用。對于光活化農(nóng)藥分子結構設計，本課題組指導老師有一定成功經(jīng)驗，指導老師曾長期從事農(nóng)藥分子設計和合成工作，有較好的實際經(jīng)驗和理論基礎，針對所設計目標化合物關鍵中間體，提出了切實可行的研究方案，部分合成路線在前期工作中已初步實現(xiàn)，我們還設計了可行的替代合成路線，以作為研究方案的備用。進行所合成藥物分子的生物測試，利用生物測試結果進一步與實驗理論的結果相對比，找出具有現(xiàn)實指導意義的相關性。因此有把握得到具有廣譜殺蟲活性的光活化農(nóng)藥先導化合物，并發(fā)展光活化分子催化效率的理論。學術論文文摘以a三聯(lián)噻吩為先導化合物，引入氨基甲酸酯、吡唑啉類等廣譜殺蟲活性基團，設計具有下列結構的噻吩基多聯(lián)雜環(huán)化合物，并對其殺蟲、除草等光活化性能進行研究，然后再根據(jù)化合物構效關系模型，對取代基進行進一步篩選和設計。 作品在何時、何地、何種機構舉行的會議上或報刊上發(fā)表及所獲獎勵無鑒定結果請?zhí)峁τ诶斫狻彶?、評價所申報作品具有參考價值的現(xiàn)有技術及技術文獻的檢索目錄1 黃青春, 吳計劃. 噻吩類光活化物質(zhì)對淡色庫蚊的活性及構效關系研究J. 中國媒介生物學及控制雜志, 2006, 17(4): 271-273. 2 Tamao K, Kodama S, Nakajima I, et al. Nickel-Phosphine complex-catalyzed grignard coupling-. Terahedron, 1982, 38(22): 3347-3354.3 Juzo N, Toru K, Masamatsu H. Preparetion of thiophene oligomers. Heterocycles, 1988, 27(7): 1732-1754.4 錢定權, 曹如珍, 劉綸祖. Vilsmeier試劑近年來在有機合成中的應用J. 有機化學, 2000, 20(1): 30-43.5 韓秀英, 林培華, 田美令, 等. 1,3-二苯基-5(4-氯苯基)-2-吡唑啉的合成J. 山西大學學報(自然科學版), 2003, 26(4): 327-329.6 常建華, 楊韻娜. ,不飽和醛酮與取代肼的反應J. 化學通報, 1988, 5: 39-42.7 草鏞, 過丁, 葉成, 等. 2,5-噻吩集聚物鏈結果的表征J.化學學報, 1987, 15: 1072-1076. 8 H Chen, D Q Qian, G X Xu, Y X Liu, X D Chen, X D Shi, R C Cao, L Z Liu.The Synthesis of Phosphonyl Pyrazoles. Proceedings of the 14th International Conference on Phosphorus Chemistry, July, Cincinnati, 1998(in Press)9 Downum K R. Light-Activated Pesticides Control. ACS Symp. Ser., 1995:443. 10 楊淑娟,萬樹青,蔣志勝,等. 光活化2三噻吩誘發(fā)稗草愈傷組織保護酶系的反應. 武漢植物學研究, 2004, 22 (5) : 445 - 44811 Sheldrick, G. M. SHELXTL V 5. 1 Softw are ReferenceM anual,B ruker AXS, Inc,M adison,W isconsin,U SA , 1997.12 Vladimir C, Jitka V, Lenka K, et al. Phototoxic activity of a thiophene polyacetylene from Leuzea carthamoides. Fitoterapia, 2006, 77:194-198.13 徐漢虹,鞠榮. 植物源光活化毒素的研究與新農(nóng)藥開發(fā)J . 華南農(nóng)業(yè)大學學報, 2003 , 24 (4) :100105.14 Shlrota YJ . Mater Chem ,2000 , (10) :1.15 Soerensen A R, Overgaard L, Johannsen I. Reactivity of 2,5-dithienylpyrroles and thiophenes. Synth. Met., 1993, 55(2-3): 1626-1631. 16 Takashi K S , Mareyuki T, Hitoshi M, et al. phototoxic precess after rapid photosensitive membrane damage of 5,5-bis(aminomethyl)-2,2,5,2-terthiophene dihydrochloride. J. Photochem. Photobiol., B: 2001, 61(2): 114-121.申報材料清單（申報論文一篇，相關資料名稱及數(shù)量）申報論文一篇：三聯(lián)噻吩類光活化農(nóng)藥設計與合成科研管理部門簽章 年 月 日C.當前國內(nèi)外同類課題研究水平概述 說明：1.申報者可根據(jù)作品類別和情況填寫； 2.填寫此欄有助于評審。國外對于T的光活化殺蟲活性大規(guī)模研究始于20世紀80年代中期，Arnson等首先研究了T制劑對伊蚊的殺蚊效果，并合成了具有部分取代基的T衍生物，對其結構與活性關系進行了研究，發(fā)現(xiàn)化合物的光活化活性按某種順序遞減57。隨后Marchant等對于多聚炔與噻吩類的構效關系進行了研究，發(fā)現(xiàn)當多炔與芳香環(huán)相連時活性較高，他們還研究了多聚炔與噻吩類對微生物的光活化毒性，發(fā)現(xiàn)了相關規(guī)律8。Marles等通過對41種天然和合成的三連噻吩類對伊蚊的毒力研究，通過定量的結構活性分析，研究了這些化合物的理化性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)疏水性對噻吩類化合物的光活化毒力起重要作用9-10。另外，Guillet發(fā)現(xiàn)，在防治煙草天蛾時，倍半萜烯內(nèi)酯對T有增效作用，進一步研究發(fā)現(xiàn)倍半萜烯內(nèi)酯能降低害蟲體內(nèi)的谷胱甘肽的含量，從而引發(fā)了T類復配劑研究的熱潮11-12。國內(nèi)華南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)藥毒理室徐漢虹教授課題組于80年代末開展了這方面的工作,取得重要進展：徐漢虹首次報道了來源于菊科植物豬毛蒿中分離的茵陳二炔在光照下對害蟲活性大大提高，用此種化合物點滴處理斜紋夜蛾幼蟲，光照下幼蟲發(fā)育停滯，5天后逐漸死亡。后又發(fā)現(xiàn)茵陳二炔對倉庫害蟲如赤擬谷盜、谷蠹、黃粉甲和麥蛾具有顯著的繁殖抑制、殺卵及忌避作用13。隨后樂海洋報道了我國萬壽菊根和花的提取物對中華按蚊幼蟲具有光活化毒殺作用，且有效殺蟲成分比之國外報道的萬壽菊更高14，整個課題組取得了一批重要研究成果，在昆蟲學報，植物保護學報等期刊上發(fā)表了一系列高水平文章15-16，并申請了多個專利17-18，專著光活化農(nóng)藥受國家出版基金資助亦即將出版。進入21世紀以來，光活化農(nóng)藥研究的重心已開始由國外轉(zhuǎn)移到我國，其中南開大學蔣志勝等研究了-T對棉鈴蟲和亞洲玉米螟谷胱甘肽過氧化物酶的影響19，華東理工大學黃青春等對T衍生物的生物活性進行了研究，合成了一系列噻吩基噁二唑化合物，發(fā)現(xiàn)此類化合物對淡色庫蚊具有優(yōu)越的光活化殺蟲活性20。綜上所述，國內(nèi)外在T類光活化農(nóng)藥研究方面取得了一些進展，尤其對于保留三個噻吩環(huán)的T類衍生物的生物活性研究取得了重要進展，同時我們發(fā)現(xiàn)由于基于合理分子設計的T類新化合物數(shù)量較少，對其構效關系尚不能進行深入的研究，因而不能有效地指導先導化合物的合成，新化合物往往局限于一些簡單官能團的替換，對于光活化農(nóng)藥存在的廣譜殺蟲活性差等問題沒有得到根本解決。究其原因，可能有以下兩個方面：其一是雖然以光活化農(nóng)藥為代表的生物農(nóng)藥是國內(nèi)外農(nóng)藥發(fā)展的趨勢，目前的研究力量仍然主要集中于化學農(nóng)藥這方面，其二是目前從事光活化農(nóng)藥研究的人員集中于植物保護、農(nóng)藥學等領域，具有農(nóng)藥分子設計與合成背景的研究力量還很缺乏。本項目申請者作為徐漢虹教授課題組研究人員，擬在課題組的現(xiàn)有研究基礎之上，以天然光活化農(nóng)藥T及其衍生物2,5二噻吩2乙炔基噻吩作為先導化合物，在充分保留化合物的光活化性能同時，基于現(xiàn)有農(nóng)藥分子設計理論【21】，對先導化合物進行合理結構修飾，引入氨基甲酸酯、菊酯、磷酸酯類等廣譜殺蟲活性結構基團，設計和合成多類含噻吩環(huán)的多雜環(huán)及乙炔類化合物，探討所合成化合物在殺蟲、除草等方面的光活化活性，預期發(fā)現(xiàn)具有廣譜殺蟲活性的光活化農(nóng)藥先導化合物；對所合成化合物結構與活性的量化關系進行計算并建立quantitative structure-activity relationships (QSAR)模型，進一步揭示光活化農(nóng)藥作用機制，為先導化合物結構的進一步優(yōu)化提供理論依據(jù)。關于密度泛函的在光活化分子催化效率的應用未見有文獻報道。參考文獻1 黃青春, 吳計劃. 噻吩類光活化物質(zhì)對淡色庫蚊的活性及構效關系研究J. 中國媒介生物學及控制雜志, 2006, 17(4): 271-273. 2 Tamao K, Kodama S, Nakajima I, et al. Nickel-Phosphine complex-catalyzed grignard coupling-. Terahedron, 1982, 38(22): 3347-3354.3 Juzo N, Toru K, Masamatsu H. Preparetion of thiophene oligomers. Heterocycles, 1988, 27(7): 1732-1754.4 錢定權, 曹如珍, 劉綸祖. Vilsmeier試劑近年來在有機合成中的應用J. 有機化學, 2000, 20(1): 30-43.5 韓秀英, 林培華, 田美令, 等. 1,3-二苯基-5(4-氯苯基)-2-吡唑啉的合成J. 山西大學學報(自然科學版), 2003, 26(4): 327-329.6 常建華, 楊韻娜. ,不飽和醛酮與取代肼的反應J. 化學通報, 1988, 5: 39-42.7 草鏞, 過丁, 葉成, 等. 2,5-噻吩集聚物鏈結果的表征J.化學學報, 1987, 15: 1072-1076. 8 H Chen, D Q Qian, G X Xu, Y X Liu, X D Chen, X D Shi, R C Cao, L Z Liu.The Synthesis of Phosphonyl Pyrazoles. Proceedings of the 14th International Conference on Phosphorus Chemistry, July, Cincinnati, 1998(in Press)9 Downum K R. Light-Activated Pesticides Control. ACS Symp. Ser., 1995:443. 10 楊淑娟,萬樹青,蔣志勝,等. 光活化2三噻吩誘發(fā)稗草愈傷組織保護酶系的反應. 武漢植物學研究, 2004, 22 (5) : 445 - 44811 Sheldrick, G. M. SHELXTL V 5. 1 Softw are ReferenceM anual,B ruker AXS, Inc,M adison,W isconsin,U SA , 1997.12 Vladimir C, Jitka V, Lenka K, et al. Phototoxic activity of a thiophene polyacetylene from Leuzea carthamoides. Fitoterapia, 2006, 77:194-198.13 徐漢虹,鞠榮. 植物源光活化毒素的研究與新農(nóng)藥開發(fā)J . 華南農(nóng)業(yè)大學學報, 2003 , 24 (4) :100105.14 Shlrota YJ . Mater Chem ,2000 , (10) :1.15 Soerensen A R, Overgaard L, Johannsen I. Reactivity of 2,5-dithienylpyrroles and thiophenes. Synth. Met., 1993, 55(2-3): 1626-1631. 16 Takashi K S , Mareyuki T, Hitoshi M, et al. phototoxic precess after rapid photosensitive membrane damage of 5,5-bis(aminomethyl)-2,2,5,2-terthiophe