（有机化学专业论文）脲嘧啶类化合物的合成及其生物活性研究.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘要 脲嘧啶类化合物和苯氧羧酸类化合物均具有重要的生物活性，其中脲嘧啶类化 合物作为一类高活性的原卟啉原氧化酶( p r o t o x ) 抑制剂，是以光合作用为靶标的除草 剂，具有对人和牲畜安全的特点。而苯氧羧酸类化合物因其具有强选择性，迅速内 吸性，良好的展着性、对环境危害小和使用安全等优点，被广泛应用在农林、环保 等方面。 本文综述了除草剂研究开发的最新进展及发展趋势；综述了近年来在脲嘧啶环 3 位- 取代的结构优化情况，具体介绍了3 位- 取代典型化合物的化学结构、开 发过程、合成方法、生物活性，并对它的发展趋势和前景作了展望。另外，详细介 绍了苯氧羧酸类除草剂在农药中的研究进展。 本文采用“亚结构连接法”、“生物电子等排”等新化合物创制的方法，将具有不 同除草机理除草活性的亚结构结合起来，即脲嘧啶结构与苯氧羧酸结构有机的结合 起来，设计并合成了三个系列3 7 个未见文献报道的新型化合物。所有化合物的化 学结构均经i r 、1 hn m r 、l c m s 确证。 所合成的化合物按化学结构可分为以下三类： ( 1 ) - 2 取代4 氯( 3 一甲基一2 ，6 二氧4 - 三氟甲基2 ，3 一二氢嘧啶1 ( 6 功一基) 苯 基】0 * 取代2 苯氧乙( 丙) 酰胺类化合物i ： ：弋 弋义， r i x = h ，c l ；r 2 = h ，c h 3 r 1 = 3 f 3 c l ，2 c h 3 ，3 c h 3 ，4 c h 3 ，3 ，5 面c h 3 ，3 c h 3 4 c l ，4 。c o o c h 3 等 ( 2 ) 肛 4 一氟5 - ( 3 一甲基2 ，6 - 二氧4 三氟甲基一2 ，3 二氢嘧啶一1 ( 6 印- 基) 苯基】0 v 二取 代- 2 一苯氧乙( 丙) 酰胺类化合物： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s f 3 o n r 2 r 1 r 1 q 。一a f 3 c o y u 关键词：有机合成；原卟啉原氧化酶抑制剂；脲嘧啶；苯氧羧酸；除草活性 i i a b s t r a c t u r a c i ld 谢v a t i v e sa n dm ep h c l l o x yc 抽o x ”i ca c i dh a v ei m p o r t 觚tb i o l o 百c a l a c t i v i t i e s u r a c i lc o n l p o u n d sa r eo n el ( i n do fl l i g h l ya c t i v ep r o t o p o r h y r i n o g 饥o x i d 嬲e ( p r o t o x ) i i l l l i b i t o r s m i sh 咖i c i d e st a k ep h o t o s ) ，i l m e s i s 必i t ，so b j e c t ，砌c hi i l s w e sm e s p e c i a lt o x i c i t yo nt h et i t l ep l a n t 董妇m ea 1 1 i m a l s t h ep h e n o x yc a r b o x y l i c a c i d d 耐v a t i v e sh a v ee x t e i l s i v ca p p l i c a t i o n 跹dt l l ed e s e 鲫hv a l u 髂i n l ea 鲥c u l t u r e ，f o r e s 缸y 觚da 1 、怖n m e n t t h el a t e s tr e s e 锄h 觚dd e v e l o p m e n to fh e r b i c i d e 锄dp r o t o xi 1 1 l l i b i t o r sw e r c r c v i e w e di nt i l i sa r t i c l e w ea l s op r e s e n tt h el a t e s tp r o 蓼e s so n3 - a r y lu r a c i ld e r i v a t i v 铬， i n c i u d m gm e i rs m l c t u r e s ，r e s e a r c hp r o c e s s ，s y i l t l l e t i cm e m o d s ，b i o a c t i 啊t i e s ，a l o n gw i 廿l p r o s p e c t sa n d 慨d sf o r 触u r cd e v e l o p m 髓to f u r a c i ld 甜v a t i v e s o l e 刑i s e n el a t e s t r e s e a r c _ ha n dd e v e l o p m e n to fm ep h a l o x yc a r b o x y l i ca c i dd e r i v a t i v e si i lp e s t i c i d ew e r e i n 乜0 d u c e di nd e t a i l w er e a s o n a b l l yc o i n b i n e dw i t hu r a c i ld 舐v a t i v e sa i l dm ep h e l l o x yc a r b o x y l 撕d w r h i c hh a v ed i 鼢e i l ta c t i o nm e c h a i l i s m ，3 7n e wc o m p o u n d sw e r e s ) ，i l m e s i s e db y 研pf d d d e s i 印i n g 埘n i c i p l e ss u c h 嬲s u b - s t m c t u 【r el i r 墩a g ea i l db i o i s o s t 舐s m t h e i rs t n l 咖r e s w e f ec 0 n f i n n e db y 墩，1 hn m ra i l dl c m s a c c o r d i n gt om e i rs t r u c t u r e s ，t l l e s ec o m p o u r l d sc a nb ed i d e di n t ot w os 甜e s 嬲 f 0 1 l o 、析n g ： ( 1 ) ( 2 - s u b s t i t u t e d - 4 - c i l l o r 0 5 - ( 3 一m e m y l - 2 ，6 - d i o x o 一4 一( 仃i n u o r o m e t h y l ) - 2 ，3 一d i h 舛i r 0 p 妒m i d i n l ( 6 印一y 1 ) p h e n y l ) - 2 一s u b s t i t u t e db e n z o x y a c e t 锄i d e s ( b e n z o x y p r o p a n 锄i d e s ) i ： f 3 c h 3 i x = h ，c l ；i p = h ，c h 3 r 1 = 3 - e3 c l ，2 c h 3 ，3 h 3 ，4 h 3 ，3 ，5 - d i c h 3 ，3 h 3 4 c l ，4 c o o c h 3 ( 2 ) - ( 2 ，4 d i s u b s t i t l l t e d 5 - ( 3 - m e m y l - 2 ，6 一d i o x o 4 - ( t r i f l u o r o m e m y l ) 一2 ，3 司m y d r o p y d i l l i d n l ( 6 y 1 ) p h e n y l ) 2 s u b s t i t u t e db e n z o x y a 瞅锄i d e s ( b 讹e o x y p r o p a l l 锄i d e s ) ： i 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s f 3 c h 3 f n h o r 2 r 2 = h ，c h 3 ， r 1 = 3 e3 c l ，2 h 3 ，3 c h 3 ，4 c h 3 ，3 ，5 碰c h 3 ，3 c h 3 4 c i ，4 c o o c h 3e t c ( 3 ) - ( 3 一( 5 - c h l o r o p y r i d i n 一2 一y 1 ) - 6 - ( t r i n u o r o m e m y l ) 一1 ，2 ，3 ，4 t e m l l l y d r o l - m e t h y l - 2 ，4 - d i o x o p 州m i d i n - 5 - y 1 ) p r o p 如a m i d e - 2 - s u b s t i t u t e db e i l z o x y a c e t 锄i d e s ( b e l l z o x y p r 0 - 锄锄i d e s ) ： o r 1 = 3 1 4 q ，3 c h 3 ；r 2 = h ，c h 3 ， c i s o m eo fc o m p o m l d si ，w e r et e s t e df o r h e r b i c i d a la c t i v i 戗i tw a sf o u n dt l l a t1 1 l e s e c o l t 】l p o u n d ss h o w e dd i a e r e n th e r b i c i d a la c t i v i 够b yp o s t - 锄e r g e n c et r i o a h n e i l t 砒l d p r e - e n l e 唱e i l c e 仃e a 缸1 1 e n t t h eh 柏i c i d a la c t i v i t yo nd i c o t y l e d o nw e e d si sb e t t e rm 锄o n m o n o c o t y l e d o nw e e d s s o m eo f t l l ec o m p o u i l d se x l l i b i t e d1o o i n h i b i t i o nt 0d i c o t y l e d o n w e e d sa t7 5ga i h ，册c h 勰么6 “舶刀历p 9 砷，珊织彳m 口厂口，l 珈凇印砌埘b y p o s t - e m e 唱e i l c e 缸e a t m e n t t i l eb i o 嬲s a yo fs o m eo fc o m p o u n d si ，i ia i l dc o m p o l l i l d s i s l l l l d e 九a y a tt h es 锄et i m e ，c o m p o u n d sw e r et e s t e df o rb a c t e r i c i d a la c t i t ya n di s e c t i c i d a l a c t i v i t y i tw a sf o u n dm a ts o m eo fc o m p o u l l d ss h o w e dd i 行b r e i l tb a c t e r i c i d a la c t i v i 够a n d i s e c t i c i d a la c t i v i 够 k e yw o r d s ：o 唱a i l i cs ) ，i l m e s i s ；p r o t o xi i 蚰b i t o r ；u m c i l ；p h 朗o x yc a r b o x y l i ca c i d ； h e r b i c i d a ia c t i t y 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法 律结果由本人承担。 作者签名： p 廊 了日 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中师范大 学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作槲：多噼， 日期：缈k 年醪月砷日 导师签名： 日期：年 月 日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程 ，同意将本人的 学位论文提交c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程 中的 规定享受相关权益。回童诠塞握銮后进蜃! 旦圭生；旦二生；旦三生筮查! 储叛压韦 日期：碱年略月1 日 导师签名： 日期：年月 心 年 暖矽 书 靴 权 日 授用使权版文论 蓖叮张 硕士学位论文 h l a s t e r st h e s i s 第一章绪论 随着我国农业现代化的发展和农业劳动力不断向第二、第三产业转移，栽培耕 作方式趋向于规模化和集约化，对农药的需求量显著增加。其中，除草剂近年来的 增长率远高于杀虫剂和杀菌剂的发展水平，约占到农药产量比重1 3 。目前全国农 田化学除草面积已达6 亿亩次，较1 9 8 0 增加1 0 多倍，挽回粮食损失6 0 0 多亿公斤， 节省劳动力投入1 0 0 多亿个工日，直接经济效益1 6 0 0 多亿元。我国上市的除草剂 有效成分约为1 0 0 个，分属磺酰脲、酰胺、三氮苯等2 0 大类，除草剂产业发展迅 速。预计今后除草剂的需求将以每年约3 0 0 0 亩次的速度增加，年需除草剂7 9 万 吨，占农药需求总量的3 0 4 0 左右。未来1 0 年全国化学除草面积可能会增加o 3 1 亿公顷，因而蕴藏着可观的商机【l j 。 随着绿色农业的迅速发展，高毒、高残留农药对环境污染已被人们普遍认识。 高效、低毒、低残留农药已逐渐成为农户选择的主导产品，同时也加大了创制开发 的难度。尽管新农药开发的难度越来越大，要求越来越高，但由于农药的必需性， 人们还是在不断地致力于研究开发中。二十年来，我国以政府行为为主的农药创制 工作取得巨大成绩，组建了南北两大农药创制中心，造就了一批以中青年科技精英 为核心力量的创制团队，使我国农药新品种研发的思路和实践由基本是仿制转轨到 重点是创制，迄今获准农药临时登记的拥有自主知识产权的新创制品种达二十多 个，为今后农药创制工作奠定了思想认识上、组织机构上、人才队列上、硬件设施 上、科学实验上的坚实基础f 2 j 。 1 1 除草剂研究开发的最新进展 目前世界农药开发的主要标志是：强调高活性的同时，更注重安全性，确保非 靶标生物、人类和环境的安全，且有安全第一，活性次之的趋势。除草剂的开发也 不例外，且因植物结构( 美国的作物主要为大豆、玉米、小麦等；我国的作物主要为 水稻、小麦、棉花等) 和从事农业生产的人数等的差异，导致发达国家除草剂使用比 例较高，随着种植结构的调整、时间的推移以及各方面的进步，国内除草剂的需求 将逐渐增大，除草剂的研究与开发也将得到进一步的发展。 除草剂的开发具有如下特点【3 】：( 1 ) 选择性高、作用机理独特。针对杂草和作 物代谢机理之间的差异开发的各种酶抑制剂：乙酰乳酸合成酶抑制剂、乙酰辅酶a 羧化酶抑制剂、对羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶抑制剂、原卟啉原氧化酶抑制剂、咪 唑甘油磷酸酯脱水酶抑制剂等；( 2 ) 安全高效、利于轮作。对于以前广泛使用的外 硕士学位论支 m a s t e r st h e s l s 消旋除草剂，已开始使用单一的消旋光活性产品。新开发的产品大都是作用在酶的 分子水平上，其用量极少，甚至几克公顷，如此低的剂量，同以前每公顷几千克 的用量相比对环境及人类造成的负面影响就减少了很多；新开发的品种在土壤中的 残效期适宜，对下茬作物安全；( 3 ) 旱田除草剂多；( 4 ) 天然源除草剂的研究进一步 加强；( 5 ) 抗除草剂和耐除草剂的转基因作物已推广使用等。 下面对化学除草剂研究开发的重要的除草剂按作用机理【4 】和化学结构类型予以 简要的介绍，并概述其发展趋势。 1 1 1 乙酰乳酸合成酶抑制剂( a l s ) 乙酸羟酸合成酶【址队s ) 抑制剂 乙酰乳酸合成酶( a l s ) 乙酸羟酸合成酶( a h a s ) 抑制剂属内吸传导型除草剂，通 过抑制植物( 杂草) 的a l s a h a s ，阻止支链氨基酸如缬胺酸、亮胺酸、异亮胺酸的 生物合成，破坏蛋白质的合成，干扰d n a 合成及细胞分裂生长，最终导致植物( 杂 草) 死亡。a l s 办钮a s 抑制剂的化学结构主要有四类：磺酰脲类、咪唑啉酮类、三 唑并嘧啶磺酰胺类和嘧啶水杨酸类【5 】。 磺酰脲类磺酰脲类除草剂的开发是除草剂进入超高效时代的标志。此领域的 研究是化学农药最活跃的研究领域之一，从1 9 7 9 年氯磺隆问世至目前为止，已有3 0 多个品种问世。近年来研究开发了多种磺酰脲类除草剂，如拜耳公司研发的甲酰胺 磺隆( f o r a r i l s u i u r o n ) 、丙苯磺隆0 r o p o x y c a r b a z o n e ) 、甲磺胺磺隆( m 懿o s u l 如r o n ) 和 t l l i e i l c a r b a z o n e ，韩国化工研究院研制的氟啶乙磺隆( n u c e t o s u l 缸r o n ) 和意大利i s a g r 0 公司开发的o n h o s u l 最瑚u r o n 。甲酰胺磺隆对许多一年生或多年生禾本科杂草和阔叶 杂草均有优异的活性，如稗草、千金子、马唐、野燕麦、麦、假高粱等，也可作为 植物生长调节剂【6 7 】。丙苯磺隆主要用于防除禾本科杂草如看麦娘、雀麦等和一些重 要的阔叶杂草【8 】。甲磺胺磺隆主要用于谷类禾本科除草，防除阔叶杂草，对猪殃殃 等有特效【9 1 。t 1 1 i e n c a r b a z o n e 用于大豆和玉米等除草【姗。氟啶乙磺隆主要用于稻田除 草【1 1 1 2 1 。o 吡o s u l f ；h n u r o n 用于苗前、苗后防除莎草与禾本科杂草f 1 3 】。t l l i e l l c a r b a z o n e 也是拜耳公司报道的除草剂。亦用于禾谷类作物田除草【1 4 1 。 咪唑啉酮类近期开发的眯唑啉酮类除草剂，甲基咪草烟( i l n a z 印i c ) 和甲氧咪草 烟( 妇a z 锄o x ) 。前者为花生田除草剂；后者主要用于大豆田及花生田除草，在土壤 中残留期短于咪草烟，对后茬作物如小麦、大麦、黑麦、高粱、向日葵、烟草等安 厶【s ，l s l 工。 嘧啶水杨酸类该类有5 个品种，3 个由日本组合化学公司开发，嘧草硫醚为棉 花田苗前及苗后用除草剂、嘧草醚和双草醚均为水田除草剂，另外两个是l g 化学 开发的嘧啶肟草醚【1 6 】和诺华公司开发的环酯草嘧q 河f i a l i d ) f 1 7 】。 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s 1 1 2 乙酰辅酶a 羧化酶( a c c a s e ) 抑制剂 乙酰辅酶a 羧化酶( a c c a s e ) 抑制剂属内吸传导型除草剂，作用特点是药剂经茎 叶处理后，迅速被杂草茎叶吸收，并传导到顶端以至整个植株，积累于植物分生组 织，抑制植物体内乙酰辅酶a 羧化酶，导致脂肪酸合成受阻而使杂草死亡。a c c 蹴 抑制剂主要有两种类型：芳氧羧酸类和环己烯酮类。 芳氧羧酸类近期开发的芳氧羧酸类只有一个，具有单一旋光活性体的高活性 水田除草剂腈氟草酯，其对环境及移栽和直播水稻均安全。( 1 3 将作详细的介绍) 环己烯酮类环己烯酮类化合物共有9 个，最近报道的化合物有4 个：吡喃草 酮( t e p r o l o x y d i m ) 【1 引、丁苯草酮( b u 仃0 x y d i m ) 【1 9 】、环苯草酮( c l e f o x i d h ) 【2 0 】和 c g a 2 1 5 6 8 4 。除环苯草酮( c l e f o x i d i m ) 为水田除草剂外，其他均为旱田除草剂。 1 1 3 对羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶( h p p d ) 抑制剂 h p p d 抑制剂的作用特点是具有广谱的除草活性、苗前苗后均可使用、杂草出 现白化后死亡。虽其症状同类胡萝卜素生物合成抑制剂的作用症状极其相似，但其 化学结构特点如极性和电离度与类胡萝卜素生物合成抑制剂等有明显不同。通过抑 制h p p d 的合成，导致酪胺酸的积累，使质体醌和生育酚的生物合成受阻，进而影 响类胡萝卜素的生物合成，因此h p p d 抑制剂与类胡萝卜素生物合成抑制剂的作用 症状相似。但该类化合物不仅对作物安全，而且环境友好，生态相容性和安全性极 高，虽然有一些残留，但可在生长季节内消失，不会对后茬作物产生不良影响。h p p d 抑制剂主要有三种结构：吡唑类、三酮类、和异嗯唑类。 吡唑类该类化合物除吡唑特( p y r a z 0 1 a t e ) 、吡草酮( b e n z o f 饥a p ) 和苄草唑( p y r a z 0 - x ) ，f i e n ) 外，虽然有大量专利，但新产品的报道不多：n c 3 2 4 。该化合物为日产化学 公司发现、三共公司开发的水田除草剂。土壤处理使用剂量为2 5 肛5 0 0ga i 1 1 1 一； 茎叶处理使用剂量为6 2 5 1 2 5ga i 1 1 1 n 2 。p y r o x a s u l f o n e 是组合化学公司研制的吡唑 类除草剂，主要用于玉米田除草，使用剂量为1 2 5 2 5 0 舢，活性高于异丙甲草胺 等，预计2 0 1 0 年上市【1 4 】。拜耳公司报道的h p p d 抑制剂【1 4 】一p y r a s u l f o t o l e ，主要用于 麦田等和谷类作物除草；b a s f 报道的t o p r 锄e z o n e 【2 1 1 。 三酮类该类除草剂除磺草酮外，近期报道的化合物是甲基磺草酮田j 和双环磺 草酮田】。其中，甲基磺草酮主要用于防除玉米田杂草如苍耳c 勋，l 聃f “聊j 仇f 疗姗彳“朋) 等，对磺酰脲类除草剂产生抗性的杂草有效，苗前除草可与乙草胺混用，苗后除草 可与烟磺隆混用；另外有关的报道有：t e m r y l t r i o n e 主要用于水稻田和玉米田除草； t e m b o t r i o n e 主要用于玉米田除草，活性高于硝磺酮( 甲基磺草酮) ，对作物安全，将 硕士学位论文 m a s t e r 。st h e s i s 于2 0 0 9 2 0 1 0 年上市【川。 异嗯唑类该类是最近报道的新型h p p d 抑制剂，有两个品种：异嗯唑草酮和 异嗯氯草酮【z 4 j 。 1 1 4 原卟啉原氧化酶抑制剂 原卟啉原氧化酶抑制剂属触杀型除草剂，通过植物细胞中原卟啉原氧化酶积累 而发挥药效。茎叶处理后，其可被迅速吸收到敏感植物或杂草组织中，使植株迅速 坏死，或在阳光照射下，使茎叶脱水干枯而死。对作物、环境安全，残效适中，对 后茬作物无影响。原卟啉原氧化酶抑制剂的化学结构主要有以下几类：二苯醚类、 咪唑二酮类、三唑啉酮类、噫二唑酮类、嗯唑啉酮类、哒嗪酮类、吡唑类、肛苯基 j p g 酞酰亚胺类、嘧啶二酮类。 二苯醚类近期开发的二苯醚类化合物只有一个氯氟草醚【2 5 1 ，是由匈牙利 b u d a p e s t 化学公司开发的具有单一旋光活性体的高效旱田苗后除草剂，主要用于苗 后防除大豆、小麦、花生、豌豆等田中阔叶杂草如猪殃殃( g 口矗“所印口砌p ) 、苘麻 “施砌，l 踊e 叩j j l ，淞妨、苍耳嚣绣f 姗zj 价f 槐口，觑掰) 等十多种杂草；防除杂草最佳期是 2 5 叶期。其结构与通常二苯醚类不同，以氯代替硝基；活性几乎比通常二苯醚类 高一个数量级，使用剂量为1 肛3 0ga i 胁2 ，可与磺酰脲类除草剂媲美。 三唑啉酮类该类化合物共有3 个：甲磺草胺、唑酮草酯、唑啶草酮。甲磺草 胺【2 6 j 是由f m c 公司开发。适用于大豆、玉米、高粱、花生、向日葵等，其在土壤 中残效期较长，半衰期为1 1 0 2 8 0d ，对下茬禾谷类作物安全，但对棉花甜菜有一 定的药害，防除一年生阔叶杂草、禾本科杂草、和莎草如反枝苋似聊口旭，z 坊凇 愆纨! 触x 淞) 、曼陀罗( 踟f 掰凇s 飙黝口露f 拓掰) 、马唐p 哲钕砘z 嬲强影觑口玉、狗尾草( i 毙幼妇 1 ，衍d 豇) 、苍耳( 妇以珐f “聊j 肌f 聊口，觑所) 、牛筋草( e 昆淞觑口历讲) 、香附子( c 功e 朋岁 ，d 幼z 妣) 等，对目前较难防除的苍耳以历f 姗ls 触，l 口一“川) 、香附子( c 功p ，淞厂d 饥，l 跏) 等杂草有卓效，播后苗前土壤处理或苗后茎叶处理，使用剂量为3 5 叫o oga i 1 1 i n 2 。 唑酮草酯【27 j 是由f m c 公司开发，适用于小麦、大麦、水稻、玉米等，因其在土壤 中的半衰期仅为几小时，故对下茬作物安全，主要用于防除阔叶杂草和莎草如猪殃 殃( g 舀厅“，l 印口，加p ) 、苘麻似施f f 肠，l 饥p 印j i l 船“) 、反枝苋似m 口朋，z 砌淞旭艘肥砒，) 等杂 草，对猪殃殃( 国艮嬲l 印口砌e ) 、苘麻如珊鲫珐印础，娜研等有优异的防效。苗后茎 叶处理，使用剂量通常为9 3 5ga i l l i n 2 。唑啶草酮【2 8 】是由杜邦公司开发的。适宜 作物如橄榄、柑橘、森林及不需要作物及早生长的地点等。可防除许多重要杂草， 阔叶杂草如马齿苋( 户匆，纵肠d 艮旭c 阳) 、荠菜( q 芦p 妇6 “昭口节船幻廊) 等。禾本科杂 草如狗尾草( 纪砌订删z ，) 、马唐( d 彬纽砌船删切口凰) 、早熟禾( p d 口铡n 绷) 、稗草 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s ( r 伽d c j i 肠4c n ，- i 弘肼) 。对三嗪类、芳氧羧酸类、环己二酮类和a l s 抑制剂如磺酰 脲类除草剂等产生抗性的杂草有特效。b e l l c a r b a z o n e 拜耳公司报道的除草剂，与日 本爱立斯达公司合作开发，主要用于禾谷类作物如小麦、大麦、玉米田除草剂，苗 后防除阔叶杂草，使用剂量2 啦3 0g a i l l i n z l h j 。 吡唑类该类原卟啉原氧化酶抑制剂共有3 个：吡草醚、双唑草腈和异丙吡草 酯。毗草醚【2 9 】是由日本年农药公司开发的吡唑类除草剂，是一种新型的触杀型除草 剂，通过植物细胞中原卟啉原积累而发挥药效，茎叶处理后，可被迅速吸收到植物 组织中，使植物迅速坏死，或在阳光照射下，使茎叶脱水干枯。适用于禾谷类作物 如小麦、大麦等；对禾谷类作物具有很好的选择性，虽然有些短暂的伤害，对后茬 作物无残留影响。也可作为非选择性除草剂，主要用于防除阔叶杂草如猪殃殃 ( g 口厅“m 印口，伽p ) 、小野芝麻口掰m 刀p “伊“陀“所) 、繁缕( 龇如，i 妇掰e 妣) 、淡甘菊 ( 坳明白旭细) 等。对猪殃殃( 2 4 叶期) 活性尤佳，吡草醚是一种对禾谷类作物具有选 择性的苗前和苗后除草剂，使用剂量为9 1 2ga i 加n 2 。苗前处理活性较差，早期 苗后处理活性最佳。双唑草腈【3 0 】为安万特公司研制的双毗唑类除草剂。异丙吡草酯 【3 l 】为孟山都公司研制，与巴斯夫公司共同开发的毗唑类除草剂。对小麦具有很好的 选择性，在麦秸和麦粒上没有发现残留，其淋溶物对地表和地下水不会构成污染， 因此对环境安全，残效适中，对后茬作物如亚麻、玉米、大豆、油菜、大麦、豌豆 等无影响。主要用于防除阔叶杂草如猪殃殃( g 口矗“m 唧，砌p ) 、繁缕( 龇如，妇m 耐如) 、 田野勿忘草c 均脚d 出口r 陀凇妇) 、荠菜( q 筘e 肠6 ”坶口冒娜幻廊) 等，禾本科杂草如看麦 娘似鲫搬：“，懈口钾掀鼢) 、早熟禾( p d 口口，z ，z 凇) 等以及莎草科杂草；对猪殃殃( 6 诬砌掰 删砌e ) 和看麦娘( 彳岫舢口叼船凰) 有特效。冬小麦田苗前除草，使用剂量为 1 2 5 1 7 5g “伽n 2 。 酰亚胺类具有酰亚胺类结构的化合物较多，己开发的品种如丙炔氟草胺、氟 胺草酯、吲哚酮草酯。丙炔氟草胺p 2 j 是由日本住友化学工业株式会社开发。适用大 豆、花生等，对大豆和花生安全，对后茬作物小麦、燕麦、大麦、高粱、玉米、向 日葵等无不良影响。主要用于防除一年生阔叶杂草和部分禾本科杂草如鸭拓草 ( c b 掰历p 砌口掰珑锻动、苍耳( 勋甩绣玩掰s 加溯口墙跚) 、苘麻似6 掰砌力编p 础，嚣哟、马 唐( d 辔泐，缸舳增w 拥口凰) 、马齿苋( 肋，m ，口d 磊b 陀c e 以) 、反枝苋似m 口m ，l 历淞馏f 肥x 螂) 等，对稗草 伽d 幽z d 口仃嬲嚼口删) 、狗尾草( & 幼妇v f 删埘、金狗尾草僻幼妇咖“) 、 野燕麦似w m 屈f 凇) 等亦有一定的抑制作用。若干旱施药，除草效果差。对大豆和 花生具有选择性，播后苗前广谱除草，使用剂量为5 肛1 0 0ga i l l i n 2 。氟胺草酯【3 3 】 是有日本住友化学公司开发。施用于大豆、玉米等，主要用于防除阔叶杂草如苍耳 5 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s 玎珐m ms 棚砌玎“川) 、苘麻似6 “f f ，d 刀珐p 印 瑚功、苋属杂草、曼陀罗( d 口砌，口 鲫讼珑伽f 删) 等，对鸭拓草( d m m p 砌口c d 研研姗捃) 有一定的药效。吲哚酮草酯是由巴 斯夫公司开发。主要用于苗后防除冬播和春播禾谷类作物如小麦、大麦等，防除猪 殃殃( g 口觑删印口砌p ) 等，使用剂量为1 5 5 0g a i l l l n 2 。 环状亚胺类环状亚胺类原卟啉原氧化酶抑制剂中值得重视的化合物是氟噻乙 草酯【3 4 j ，是由日本组合化学公司研制，并与诺华公司共同开发的除草剂。适用于大 豆和玉米，对大豆和玉米极为安全。由于氟噻乙草酯苗前处理，甚至超剂量下，活 性也很高，故对后茬作物无不良影响。加之其用量低，且土壤处理活性低，故对环 境安全。主要用于防除大豆、玉米田阔叶杂草，特别对一些难防除的阔叶杂草有卓 效，如在2 5 1 0ga i 胁2 对苍耳以历f “所j 触研口一“聊) 、苘麻似6 “肠刀珐p 印i l ，娜功、 圆叶牵牛仰d 所d 绍p 掰伊“删、马齿苋c p d ，纽坛绷d 磊即讼c 懿) 等有极好的活性。在1 0g a i 1 1 l i l 2 对繁缕陬砌砌，l e 托) 、曼陀罗( 忱纵阳j 棚所d ，l f 姗) 、龙葵肠刀姗行趣叫m ) 、 鸭拓草( c d 脚聊p 矗撇聊m ”以括) 等亦有很好的活性。 脲嘧啶类近期报道的脲嘧啶类化合物即双苯嘧草酮( b e n z f 两d i z o n e ) 和氟丙嘧 草酯( b u t a 6 。l l a c i l ) ( 具体介绍见1 2 ) 。 从上述品种的介绍来看，p r o t o x 抑制剂对植物无专一性，因而这些除草剂的杀 草谱虽然较广，但其实际应用还仅限于大豆、水稻、小麦、玉米等作物，同时适用 于水田的p r o t o x 抑制剂品种较少。因此有必要对p r o t o x 抑制机理及其抑制化合物进 行进一步研究，以期待开发出第三代的p f o t o x 抑制剂。同时随着基因工程的发展， 许多公司推出了具有抗p r o t o x 抑制剂类除草剂基因作物【3 5 1 ，使这类除草剂的应用范 围有所扩大，推动了p t o x 抑制剂类除草剂的发展。 1 1 5 其他 包括胡萝卜素生物合成抑制剂、细胞分类与生长抑制剂、生长素输送抑制剂、 植物生长调节剂和除草剂安全剂等。 1 1 6 除草剂的发展趋势 未来新型除草剂的研究开发将围绕安全、高效、抗性杂草进行并呈如下趋势： ( 1 ) 继续研究开发对环境友好的、安全的、低剂量化的酶抑制剂；( 2 ) 寻找新的作用 靶标，开发新颖的除草剂；( 3 ) 大力研究开发天然( 植物代谢物，特别是异株克生物 质) 除草剂和以天然产物为先导化合物开发作用机理独特的除草剂；( 4 ) 生物除草剂 ( 主要是指微生物代谢物质，尤其是植物病原菌及其代谢物) 和基因工程作物的研究 开发将更加广泛；( 5 ) 进一步研究开发植物生长调节剂、苗前除草剂及除草剂的解 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 。 1 2 脲嘧啶类除草剂的研究进展 h 积h 嫩芝铱 f 3 c 氟丙嘧草酯( b e i l z f e n d i z o n e )双苯嘧草酮( b u t a 觚i l ) 图1 1 商品化的脲嘧啶类除草剂 7 1 2 2 构效关系 脲嘧啶类除草剂通常具有以下结构通式： 嫩2i r 对于1 位，如将r 1 由氢变为甲基或氨基时，其活性会有显著提高，当为氨基时， 具有更好是选择性。对于3 位取代基r 2 ，除草活性与取代基的关系为：链烷基 单 脂肪环 桥环 芳环，对于芳环的修饰，将苯环并上杂环，活性有所提高，但一般 都保持氟和氯的取代基。r 3 常为氢、卤素或氰基等，而此位上的取代基变化对其除 草活性的影响并不显著，如将氢变为卤素时，有时药效反而会有所降低。r 4 由甲基 变为三氟甲基时，药效会有显著提高，可能是由于氟原子的特殊性质3 7 1 ，使代谢更 快一些，在细胞内部更容易吸收和运输。故具有最佳药效的结构为，r 为甲基或氨 基；r 2 为芳基；r 3 为氢；r 4 为三氟甲基。 1 2 3 脲嘧啶类化合物的结构介绍 脲嘧啶类除草剂的研制开发过程中，人们对其结构上的优化组合设计主要是寻 求3 位氮原子上基团的变化。早期杜邦公司开发了一些3 位 l 脂肪类脲嘧啶的品 种，后来研究发现3 位- 芳环类脲嘧啶具有更好的除草活性。下面介绍该类脲嘧啶 的结构优化近况，并对典型化合物的化学结构、开发过程、生物活性、合成方法等 1 2 3 1 - 脂肪类脲嘧啶 该类化合物如除草定等是随机筛选所得，主要是由杜邦公司在2 0 世纪6 0 年代 开发，具有结构通式1 i 。通式中：r 1 为氢或c 1 4 的烷基；r 2 可以为链烷基3 8 1 、 单脂肪环基或桥环【4 0 】；r 3 为卤素等；r 4 为甲基、乙基等。 r 认n r 2 一人n 人o i r 1 8 开发的品种主要有除草定、异草定、特草定等，该类除草剂常与其它有机和无 机化合物混用，有机类如：取代脲类、取代三嗪类等。无机类如：亚砷酸盐、氯酸 盐等。主要用于果园、棉花、非耕地等，芽前处理防除豚草研聊6 脚砌p 肠砌厂) 、匍 匐冰草似朋明y 阳，l 门甲e 船) 、雀麦草加m 淞印d ，l 而嚣) 等。防除对象不同，使用剂量 也不同，施用剂量在一般情况下为8 3 5k ga i i l i n 2 。除草定的合成方法如下： ? i n c o 铽h 。 1 n a o h - - - - - - - - - - - 2 h c i 邺砖。 扣斟 = 、 h n n _ ： 一c ， a 、c 群 一f 3 c 图2 5 中间体2 与3 反应的机理 f i g u r e2 - 5 t h em e c h a n i 8 mo f 北勉c t i o no f c o n 耳n m d2 、们t hc o m p o u n d3 2 3 3 3 中间体5 的合成研究 文献报道的方法是对中间体4 的反应液进行酸化、析出沉淀、过滤、洗涤、然 后再进行烷基化。我们发现无需对中间体4 的反应液进行处理，直接进行烷基化， 节约了溶剂，操作简便，简化了实验过程，易于工业化。 对n 1 烷基化时，会伴有0 2 取代产物，文献报道，随着烷基化试剂硬度的增大， n o 烷基化产物的比例会逐渐降低。用甲基或一级卤代物为烷基化试剂时，主要得 到n 烷基化产物【9 l - 9 2 1 ，而当用二级卤代物嗍或用一级重氮烷时【蚋5 1 ，o 取代产物比 例会显著增加，这种选择性遵循h s a b ( h a r da n ds o n a c i d sa i l db 硒e s ) 原则。甲基化 时，在n 1 上具有很好的选择性，这不仅是由于甲基的位阻很小，而且氮负离子相 对氧负离子是较弱的碱，甲基较弱的亲电试剂，根据h s a b 理论，甲基更易与氮结 3 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 合，因此主要得到n 1 烷基化产物；同时，o 烷基化产物的2 甲氧基会发生水解【蚓 又生成中间体4 。 5 图2 石中间体4 的甲基化机理 f i 目鹏2 - 6 r e a 嘶o nm e c h 趾i s mo fm e m y l a t i o nf o ri n t 锄l 础a t e4 2 3 3 4 中间体6 的合成研究 在制备中间体6 时，该硝化反应的关键问题是控制反应时间和温度，若反应时 间过长或温度过高则会生成二硝化产物。硝化反应为亲电取代反应机理： 第一步，产生亲电基团，无水硝酸中含有硝酸正离子，浓度很低。但在浓硫酸 中有利于硝基正离子的生成，浓硫酸在反应中不是脱水剂，而是与硝酸作用生成硝 基正离子，硝基正离子是亲电试剂。 2 h 2 s o 矿h n 0 3 2 ；2 兰n 0 2 + + 2 h s 0 4 + h 3 0 + o r 2 h n o 亍；= 竺n 0 2 + + n 0 3 + h 2 0 图2 - 7 硝化反应的第一步 f i g i l m2 - 7t h e 觚ts t e po f n i 怕t i o n 第二步，硝化反应的第二步就是硝基正离子进攻苯环，生成。络合物，过程如 下所示： n 0 2 + + f 3 i c h 3 f 3 i c h 3 图2 8 硝化反应的第二步 f i g u r e2 - 8 t l l es e c o n ds t 印o f n i 仃a t i o n 第三步，当硝基正离子加到苯环上去形成络合物后，另一个弱亲电试剂( h + ) 随 即很快离去，仍保持着苯环的结构。这两步反应机理通常称之为加成一消除机理。 3 3 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s f 3 c 乒磁： 蹦儿n 弋 。 i c h 3 图2 - 9 硝化反应的第三步 f i g 啪2 - 9 t h et l l 硼s t 印o f n i 的d o n 反应温度和酸的用量对硝化影响很大。例如当上述反应物在过量混酸存在下继 续反应2 肚3 0m i n ，则会生成二硝化物，反应产物较为复杂。 本文也尝试了将9 8 的浓硫酸改用9 0 的硫酸，反应的时间稍微加长，t l c 跟 踪反应，1h 后反应完全，增加反应的时间，同样有杂质出现，但相对于9 8 的硫 酸杂质的含量减小。 2 3 3 5 中间体7 的合成研究 该反应为常见的还原反应，可用铁粉、硫化碱、催化加氢等。 f e ，c h 3 c o o h产叱 f ，c n 电 u c h 3 i i h 2 蛔t a i y s i s 高压 l 图2 1 0 中间体6 的还原反应 f i g u r e2 1 0 r j e d u c t i o no f c o n l l x u n d6 用f e c h 3 c o o h 还原法，还原速度较快( 2h ) ，此法适合实验室制备，反应 温度控制在6 0 7 0 之间，使用铁粉和水的醋酸溶液( v w 。衙：v h a c _ l ：5 ) 反应时间在3 h 。此法较难控制反应条件。若还原反应温度过高，时间过长，则还原生成的氨基 化合物易与醋酸反应，形成大量副产物，降低目标产物的收率。 用高压釜高压加氢法还原，虽然时间较长( 5h 以上) ，但收率较高，适合于 工业大量生产。 本文选用f e c h 3 c o o h 还原法，在后处理的方法的选择： 1 ) 反应完毕，反应液趁热过滤，滤液倒入适量的冰水中，用乙酸乙酯萃取， 有机相用无水硫酸钠干燥，脱溶，烘干，得粘性固体。产品的状态不好处理。归一 含量不高。 巧：碇氓 硕士学位论文 m a s t e r 。st h e s l s 2 ) 将反应液趁热过滤，滤液脱溶，脱去全部溶剂体积的4 5 左右，然后将其倒 入适量的冰水中，开始得到的沉淀，快速的过滤，否则时间稍长，固体变成粘稠物， 乙酸乙酯萃取，重复方法( 1 ) 。此方法，后处理复杂，处理时间不好把握，有时在过 滤的过程中，固体物变成粘稠物。 3 ) 将反应液趁热过滤，得到的滤液直接脱溶，直到几乎脱干，然后加入少量 的d m f 将其溶解，将液体倒入适量的冰水中，搅拌，充分静止沉淀，过滤，水洗， 干燥，得固体产品。此方法处理相对较为简单，得到的产品的状态好，含量相对较 高。 2 3 3 6 中间体9 的合成研究( 以苯氧乙酸的合成为例) 目前，苯氧乙酸合成方