（工业催化专业论文）催化转移加氢合成35二氧代环己烷羧酸的研究.pdf

摘要 在催化剂存在下， 采用非氢气的含氢物种为氢源实现转移加氢反应是一种有 效的有机合成方法，具有条件温和、设备简单、安全等优点。本文主要研究了 3 , 5 一 二轻基苯甲酸在p d 系负载催化剂存在下转移加氢制备农药中间体3 , 5 一 二氧 代环己烷梭酸的适宜催化剂体系及反应工艺条件。 首先， 本文以间一 苯二酚为模型物， 考察了负载p d 系催化剂在催化转移加氢 反应中的可行性。以活性炭、v - a 1 2 0 硅胶和硅藻土等为载体，分别采用浸渍 法和沉淀法制备了催化剂， 对于反应温度、 溶剂及氢供体的种类等反应条件的影 响进行了研究， 发现以沉淀法制备的p d / c 催化剂是对转移加氢最有效的 催化剂， 初步确定了适宜的反应条件为以甲酸钠作氢供体、 水作溶剂及7 0 反应2 . 5 h 等。 当反应温度提高到9 0 后， 将此催化剂用于3 , 5 一 二轻基苯甲酸的转移加氢反应， 也获得较高的 3 , 5 一 二氧代环己 烷狡酸的收率( 9 2 % ) 和选择性( 9 7 % ) 。 通过采用 u v , t l c , h p l c , i r , h n m r 和元素分 析等方 法， 首次 确认了目 的 产物， 并实 验 确定了原料和产物的准确h p l c 定量分析方法。 为进一步提高催化剂的性能， 本文进行了不同 载体上的p d - m e 双金属负载催 化剂的设计和制备研究 ( b a , b i , c o , l a , c e , c u ) ， 并以b e t , x r d , t p r , t p d , t g - d t a , x p s , t e m和 s e m等多种方法进行了表征。研究结果表明，p d - c o / 活性 炭催化剂是目 标转移加氢反应的最适宜催化剂，p d - c o / y - a 1 2 0 。 效果也较好，而 硅胶和硅藻土由于表面酸性较强， 容易造成生成聚合物而堵塞催化剂微孔、 使催 化剂迅速失活;此外，添加b i , c e , c u 等助剂时对活性并无改善作用， 而添加 l a 和b a 助剂时可使p d 的催化活性有所提高， 效果最好的是c o 助剂， 尤其是先 浸渍c o 的p d - c o / c 催化剂， 原因是c o 占 据了 活性炭的 微孔、 覆盖了 某些对目 标 反应不利的官能团，使其活性和选择性都较大幅度的提高。 本文对于活性最好的p d - c o / c催化剂进行了催化反应动力学研究， 得出以下 宏观动力学方程式: ; = 6 .12 x lo se (碧 )c c 动力学研究表明， 目 标反应对3 , 5 一 二轻基苯甲酸浓度为0 级， 对氢供体甲 酸 钠和催化剂浓度分别为1 级。 当氢供体浓度远大于反应物浓度时， 3 , 5 一 二轻基苯 甲酸的吸附为反应速率控制步骤。 关键词:3 , 5 一 二轻基苯甲酸，3 , 5 一 二氧代环己烷梭酸，催化转移加氢， 负载 p d 催化剂，宏观动力学 a b s t r a c t c a t a l y t i c t r a n s f e r h y d r o g e n a t i o n i n p r e s e n c e o f c a t a l y s t a n d h y d r o g e n d o n o r a s h y d r o g e n s o u r c e i s a n e f f e c t i v e m e t h o d f o r o r g a n i c s y n t h e s i s . t h i s m e t h o d i s o f s e v e r a l a d v a n t a g e s : m i l d r e a c t i o n c o n d i t i o n s , s i m p l e e q u i p m e n t s a n d s a f e t y f o r c a r ry i n g o u t . i n t h i s t h e s i s , t h e p r o p e r c a t a l y s t s a n d r e l a t e d re a c t i o n c o n d i t i o n s f o r t h e s y n t h e s i s o f 3 , 5 - d i o x o c y c l o h e x a n e c a r b o x y l i c a c i d , a i m p o r t a n t p e s t i c i d e i n t e r m e d i a t e p r e p a r e d f r o m 3 , 5 - d i h y d r o x y b e n z o i c a c i d s v i a c a t a l y t i c t r a n s f e r h y d r o g e n a t io n o n t h e s u p p o r t e d p d c a t a l y s t , h a s b e e n i n v e s t i g a t e d . f i r s t l y , r e s o r c i n o l w a s u s e d a s a m o d e l c o m p o u n d t o p r o v e t h e f e a s i b i l i t y o f s u p p o rt e d p d c a t a l y s t s y s t e m f o r c a t a l y t i c t r a n s f e r h y d r o g e n a t i o n . t h e c a t a l y s t s w e r e p r e p a r e d b y i m p r e g n a t i o n a n d p r e c ip i t a t i o n m e t h o d , a n d t h e a c t i v e c a r b o n , y - a 1 z 0 3 , s i l i c a a n d k i e s e l g u h r w e r e s e l e c t e d a s t h e c a r r i e r s o f c a t a l y s t . t h e e f f e c t s o f r e a c t i o n c o n d i t i o n s , s u c h a s r e a c t i o n t e m p e r a t u r e , t y p e s o f s o l v e n ts , a n d t y p e s o f h y d r o g e n d o n o r s w e r e i n v e s t i g a t e d , i t w a s f o u n d t h a t t h e p d / c c a t a l y s t w a s t h e b e s t o n e , a n d i t s p r o p e r r e a c t i o n c o n d i t i o n s w e r e a l s o o b t a i n e d a s f o l l o w : s o d i u m f o r m a t e a s h y d r o g e n d o n o r , w a t e r a s s o l v e n t , r e a c t i o n t e m p e r a t u r e o f 7 0 0c a n d r e a c t i o n t i m e o f 2 . 5 h . e n h a n c i n g t h e t e m p e r a t u r e fr o m 7 0 0c t o 9 0 c , t h e c a t a l y s t c o u l d s h o w e x c e l l e n t c a t a l y t i c p r o p e r t i e s f o r t h e h y d r o g e n t r a n s f e r h y d r o g e n a t i o n o f 3 , 5 - d i h y d r o x y b e n z o i c a c i d , w h o s e c o n v e r s i o n c o u l d r e a c h t o 9 2 % , a n d t h e s e l e c t iv i t y o f p r o d u c t 9 7 % . u s in g th e m e t h o d s o f u v , t l c , h p l c , i r , 1h n m r a n d e le m e n t a r y a n a ly s is , t h e o b j e c t p r o d u c t w a s i d e n t i f i e d , a n d t h e e x a c t q u a n t it a t i v e a n a l y s i s m e t h o d o f h p l c f o r r a w m a t e r i a l s a n d m a i n p r o d u c t s w a s d e t e r m i n e d . i n o r d e r t o i m p r o v e t h e c a t a l y t i c p e r f o r m a n c e o f p d c a t a l y s t s y s t e m , t h e s u p p o rt e d b i m e t a l c a t a l y s t s o f p d - me / c a r r i e r ( me = b a , b i , c o , l a , c e , c u ) , w e r e d e s ig n e d a n d p r e p a r e d . u s in g t h e t e c h n i q u e s o f b e t , x r d , t p r , t p d , t g - d t a , x p s , s e m a n d t e m, t h e c a t a l y s t s w e r e c h a r a c t e r i z e d s y s t e m a t i c a l l y . i t w a s f o u n d t h a t p d - c o / a c t i v e c a r b o n c a t a l y s t w a s t h e o p t i m a l c a t a l y s t , a n d p d - c o / y - a 12 0 3 w a s a l s o g o o d , b u t s i li c a a n d k i e s e lg u h r w e r e n o t p r o p e r c a r r i e r s f o r t h e o b j e c t re a c t i o n , b e c a u s e o f t h e i r s t r o n g e r s u r f a c e a c i d i t y , w h i c h c o u l d r e s u lt i n t h e f o r m a t i o n o f p o l y m e r , j a m m e d t h e m i c r o p o r e s o f c a t a ly s t , a n d t h e n r e s u l t e d i n i t s d e a c t i v a t i o n . a d d i t i o n o f b i , c e a n d c u p r o m o t e r s c o u l d n o t im p r o v e t h e a c t iv it y o f c a t a l y s t , b u t l a a n d b a p r o m o t e r c o u l d e n h a n c e t h e a c t i v i t y o f c a t a ly s t a p p a re n t l y , a n d t h e c o w a s t h e b e s t p r o m o t e r , e s p e c i a l l y c o w a s i m p r e g n a t e i n a d v a n c e . i t w a s a t tr i b u t e d t o t h a t t h e p r e - im p r e g n a t e d c o m a y o c c u p y t h e m i c r o p o r e s o f a c t iv e c a r b o n , a n d c o v e r s o m e b a d f u n c t i o n a l g r o u p s o n t h e s u r f a c e o f c a t a l y s t , s o t h a t t h e a c t i v e a n d s e l e c t i v i t y o f c a t a l y s t c o u l d b e e n h a n c e d o b v i o u s l y . wit h t h e o p t i m i z e d c a t a ly s t o f p d - c o / c , t h e k i n e t i c e x p e r i m e n t s w e re c a r r i e d o u t , a n d t h e m a c r o s c o p i c k i n e t i c s e q u a t i o n w a s o b t a i n e d a s f o l l o w : : 一 6 .12 x i o e (樱 )c c i t w a s f o u n d t h a t o b j e c t r e a c t i o n i s 0 o r d e r r e a c t i o n a s f o r t h e c o n c e n t r a t i o n o f 3 , 5 - d i h y d r o x y b e n z o i c a c i d , a n d 1 o r d e r f o r t h a t o f h y d r o g e n d o n o r o f s o d i u m f o r m a t a n d t h a t o f t h e r e l a t e d c a t a ly s t . t h e a d s o r p t i o n p r o c e s s o f s o d i u m f o r m a t w a s t h e r a t e d e t e r m in e s t e p , w h e n i t s c o n c e n t r a t i o n i s m u c h g r e a t e r t h a n t h a t o f r e a c t a n t 3 , 5 - d i h y d r o x y b e n z o i c a c i d s . k e y w a r d s : 3 , 5 - d i h y d r o x y b e n z o i c a c i d , 3 , 5 - d i o x o c y c l o h e x a n e c a r b o x y l i c a c i d , c a t a l y t i c t r a n s f e r h y d r o g e n a t i o n , s u p p o r t e d p d c a t a l y s t , k i n e t i c s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成r尾 ， 除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人己 经发表 或 撰写二 的 研究 成果 ， 也 不 包 含为 获 得 天津大学 或 其 他 教 育 机 构的 学 位或 证 书而使月过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意 学 、 文 储 签 名 : 寿 确签 字 日 期 : 枷 * 年 、 、 学位论文版权使用授权书 本学 位论 文 作者 完 全了 解 天津大学 有 关 保留 、 使 用 学 位 论文的 规定。 特 授权 天津大学 可以 将学 位 论文的 全部或 部分内 容 编入 有关 数据库 进行 检 索，并 c 用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、 汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家二关部门或机构送交论一文的复印件和磁盘。 ( j z 密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论 址 作者签名: 斗 10 4 导师签名: 签字日 明: 又 加 子年 梦月签字日期: 1 o 2 1-除 草剂: 杀 菌剂为 3 0 : 5 0 : 2 0 还有很大的差距。并且在我国的农药中杀虫剂占7 0 ，而在杀虫剂 中有机磷杀虫剂产量占 7 0 ，在有机磷杀虫剂中，少数几个高毒品种产量又占 7 0 ，这就是所谓结构不合理的 “ 三个 7 0 %。此外，在产品的剂型方面也存 在较大缺陷， 平均每种原药只能加工4 - 5 种剂型， 而国外可加工十几种， 甚至几 十种。 并且我国的农药剂型仍以乳剂为主 ( 约占5 0 %) ， 这不仅浪费大量有机溶 剂，而且还产生严重的环境污染和对人员的伤害。 另外一个问题是研发投入严重不足， 缺乏竞争力。目 前我国农药的2 5 0 多个 品种及产量与世界市场常用农药业己基本一致。主要问题在于缺乏自 主知识产 权，仿制产品较多，受制于人。 1 . 2 . 3可喜的进展 上世纪 9 0年代以来，我国除草剂获得了快速的发展。主要表现在:除 草剂产量和占农药总产量的比例都连续增长，但与世界平均水平还差很多 ( 目前世界上除草剂占农药总产量的5 0 %左右;而美国在 1 9 9 8年除草剂市 场份额就已经占到了6 7 . 8 %) 。 表 1 -3 给出了 1 9 9 0 - 2 0 0 1 年四年中我国除草 剂发展的具体统计数据。 表1 - 3 1 9 9 0 - 2 0 0 1 年我国除草剂发展情况 t a b l e 1 - 3 d e v e l o p m e n t o f h e r b i c i d e b e t w e e n 1 9 9 0 a n d 2 0 0 1 年份 1 9 9 0 1 9 9 5 1 9 9 7 2 0 0 1 除草剂产量/ 万吨 除草剂/ 农药总产量/ % 2 . 1 3 . 9 6 . 9 . 3 1 3 . 8 1 7 . 1 3 . 8 3 1 9 . 9 大吨位的除草剂品种不断增加。1 9 9 7 年， 年产量超万吨的除草剂品种己 经超过五个 ( 2 , 4 - d ，五氯酚钠、乙草胺、丁草胺、草甘麟) ，其中浙江新安 化工的草甘麟产量己达2 . 2 万吨，仅次于孟山都。 大部分农药品种的生产工艺水平有所提高，有些达到了国际水平。农药 中间体基本可以自 给。在早期的农药工业发展中，我国比较重视农药中间体 的开发与配套。近年来，农药中间体的专一性越来越强，中间体的用量也越 来越少，农药企业基本上是自己配套中间体。因此，除了几个技术难度大的 中间体以外，我国农药中间体基本上可以实现自给。 第一章 前言 总的来说，我国在保产农药方面基础较好， 但在用植物生长调节剂增产 方面比较薄弱。基于这种情况和我国农业现状，专家们指出要高度重视新型 植物生长调节剂的研究与应用，逐步形成产业化，促进农业的进一步增产， 这是人类要更好地生存和发展所提出的严峻课题。 1 . 1 . 24植物生长调节剂生产的发展迅速 植物内源激素是在上世纪 20 年代开始相继发现的，它们是叫跺乙酸、 赤霉素、细胞激动素、脱落酸、乙烯等。细胞的分裂、生长、分化，叶子的 衰老、脱落，种子或芽的休眠等生理过程，都受激素的控制。激素是植物体 内广泛存在的化合物， 虽然它的含量只有百万分之几， 但是作用却十分巨大。 自从知道了激素的化学结构之后，用人工方法模拟合成出了数量更多、效力 更强的化合物，它们促进或抑制植物的生长发育，有不少在农业生产上己广 泛应用。这种人工合成的化合物称为植物生长调节剂。 植物生长调节剂在农业上的应用极为广泛，大致有以下诸方面:打破种 子和元性繁殖器的休眠，促进种子或薯块的发芽;促进营养体的生长;促进 插技生根:防止陡长和倒伏分枝、 矮化株型: 改变雌雄性别; 控制抽苔开花; 防止落花落果或促进疏花疏果，增加结果率;促进果实发育和成熟，形成无 籽果实;防止衰老，使产品保鲜，延长贮存期。 2 0 世纪8 0 年代后半期，各类农药的年平均增长率为 5 %，而植物生长 调节剂为8 %。 植物生产调节剂的最大优点是用量小 ( 小到以p pin计) ， 增产 效果高 ( 一般可达10%以上) ，抗逆作用强 耐寒、耐酸等) 。因此， 虽然已 有五十余年的研究历史，但是它仍然是当前国内外化学界、生物学界与农学 界研究的重点之一。目前，全世界约有 40 多家大的化工公司正在研究植物 生长调节剂，如道化学公司、瑞士的诺华 ( 1 9 9 6 年由原汽巴一嘉基和山德士 公司合并) 、孟山都等。 国内沈阳化工研究院、南开大学、北京农业大学、华中师范大学、武汉 大学、湖北省化学工业研究设计院、华中农业大学都曾研究过植物生长调节 剂。江苏、广西、湖北等省区也有一些品种生产，但远远不能满足农业生产 的需求。由中国 林业科学院研究院研制成功的 1 9 9 4年获林业部科技进步特 等奖， 19 9 6 年获国家科技进步特等奖的a bt生根粉是一种广谱、 高效、 复合 型的植物生长调节剂。它通过强化、调控植物内源激素的含量和重要的酶的 活性，促进生物大分子的合成，诱导植物不定根或不定芽的形态形成，调节 植物代谢作用强度，达到提高育苗造林成活率及作物产量、质量及抗生的目 的。在林木、农作物、果树、花卉、特种经济、药用植物中广泛应用，均有 第一章 前言 很好的效果。总的看来，我国在植物生长调节剂方面还十分薄弱，还有待进 一步发展。 . 2 . 5中国农药消费情况 1 9 8 3 年以前， 我国消费的农药品种主要以有机氯农药六六六、 滴滴涕为 主，同时还有对硫磷、敌百虫等有机磷杀虫剂、代森锌、福美双等二硫代氨 基甲酸酷类杀菌剂，以及 2 , 4 - d ,蔡乙酸等除草剂和植物生长调节剂等的使 用。从 1 9 8 3年起，我国对农药品种进行了较大的结构调整，一方面停止生 产高残留的有机氯农药六六六、滴滴涕;同时开发了数十个以有机磷农药为 主的高效、 低毒、 低残留的新农药品种， 使我国的农药品种出现了成倍增长。 农药消费水平无论在消费量还是消费档次上都有了大幅度的提高，消费的农 药品种几乎包括了所有的农药类型，如不对称有机磷类、拟除虫菊醋类、氨 基甲酸醋类、杂环杀虫剂;磺酞脉类、咪哇琳酮类、酞胺类除草剂;取代苯 类、哇类、杂环类杀菌剂等。1 9 9 2 年以后，随着国家农药技改专项的实施， 我国农药品种结构调整又进入了新的阶段。经过不断的努力，我国农药从数 量上己 完全能够保证农业生产的需要，但新品种尚需不断的研究开发，品种 上的不足部分目前主要由进口解决。2 0 0 2 国内农药销售情况如表1 -4 所示。 表 1 - 4 2 0 0 2 年国内农药销售情况 t a b l e 1 - 4 s a l e s o f p e s t i c i d e i n c h i n a i n 2 0 0 2 种类 杀虫剂除草剂杀菌剂 国产/ 百万美元 进口/ 百万美元 4 6 1 2 7 7 1 0 2 1 8 6 2 5 6 其它总计 1 7 1 0 1 1 7 3 7 5 1 . 1 . 2 . 6我国农药发展计划 据统计， 2 0 0 1 年我国农药总产量为6 9 . 6 4 万吨， 而国内需求只有2 5 -2 7 万 吨左右 ( 据预测，2 0 0 3 年需求为2 6万吨) ，需求增长并不明显，出口数量又有 限( 2 0 0 2 年出口 仅占3 4 . 4 %) ， 供大于求问 题相当严重， 这主要还是生产结构不 合理。 随着人们环境意识的不断增强， 高毒农药的使用量己经越来越少， 国家已 开始明令限制果蔬上有机麟高毒农药的使用， 并将逐渐对粮食作物上有机麟农药 的使用量加以限制。 为此， 农业部门根据实际情况制定了 农药工业“ 十五” 规划: 2 0 0 5 年农药规划年产量为4 5 5 0 万吨， 可生产原药2 7 0 种， 产品结构将更趋合 第一章 前言 理。 高毒品种所占比例将由目 前的2 0 %下降到5 %以下， 杀虫剂、 除草剂 ( 包括 植物生长调节剂) 和杀菌剂的比 例调整为6 5 : 2 5 : 1 0 。因此，开发生产高技术、 高附加值除草剂类农药是当前我国农药企业必须面对的首要问题。 但问题是开发 一个新农药的成本奇高。 国外大公司开发一个新农药品种一般要历时1 0 年左右， 耗资过亿， 而国内企业产值超过一亿美元的企业也是屈指可数的。因此， 跟踪世 界农药专利保护情况成为国内农药企业生存的另一手段。 据有关资料介绍，1 9 9 5年世界过期专利产品的销售额占农药总销售额的 5 1 . 5 %，预计到2 0 0 5 年将达到2 7 0 亿美元，占农药销售总额的6 9 . 2 %。 这就是 说， 在今后的5 年内 过期专利品种仍将占 世界农药销售市场的主导地位。因此， 只要企业投入必要的资金进行研究开发， 在未来一段时间内， 国内的市场还不会 受到严重冲击。 本论文研究的植物生长调节剂“ 挺立” 正是在这样的背景下提出 的。 . 2 .植物生长调节剂 “ 挺立” . 2 . 1简介 植物生长调节剂挺立， 合成于1 9 8 3 年，由 汽巴 一 嘉基( g i b a - g e i g y a g ) 开发 ( 9 5 年与山 道士合并为诺华) ， 首先由e . k e r b e r 等( 1) 报道。 结构式为: ohlc- 丫 o , 甘 c o 多场c 玛 英 文化 学名称 为 :e t h y l 4 - c y c l o p r o p y l ( h y d r o x y ) m e t h y l e n e - 3 , 5 - d i o x o c y c l o - h e x a n e c a r b o x y l a t e 。中 文化学名称为: 4 一 环丙 基 ( 轻基) 亚甲 基 - 3 , 5 一 二氧代环己 烷狡酸乙 醋， 或c g a 1 6 3 9 3 5 。 其物化性能及毒性见表1 - 5 和表 1 - 6 0 . 2 . 2作用机理与应用范围 1 . 2 . 2 . 1作用机理 挺立属环己烷梭酸类植物生长调节剂，主要通过植物叶片吸收，可以抑 制赤霉素( g a , ) 的生物合成。 赤霉素是可以促进各种植物生长的植物生长素。 挺立的游离酸通过与 3 - * - 化酶竟争作用 ( 也有说法是抑制了 3 - * - 化酶 的生成)抑制了g a m 轻基化为g a , ，从而导致了径叶的生长速度减慢。 第一章 前言 理。 高毒品种所占比例将由目 前的2 0 %下降到5 %以下， 杀虫剂、 除草剂 ( 包括 植物生长调节剂) 和杀菌剂的比 例调整为6 5 : 2 5 : 1 0 。因此，开发生产高技术、 高附加值除草剂类农药是当前我国农药企业必须面对的首要问题。 但问题是开发 一个新农药的成本奇高。 国外大公司开发一个新农药品种一般要历时1 0 年左右， 耗资过亿， 而国内企业产值超过一亿美元的企业也是屈指可数的。因此， 跟踪世 界农药专利保护情况成为国内农药企业生存的另一手段。 据有关资料介绍，1 9 9 5年世界过期专利产品的销售额占农药总销售额的 5 1 . 5 %，预计到2 0 0 5 年将达到2 7 0 亿美元，占农药销售总额的6 9 . 2 %。 这就是 说， 在今后的5 年内 过期专利品种仍将占 世界农药销售市场的主导地位。因此， 只要企业投入必要的资金进行研究开发， 在未来一段时间内， 国内的市场还不会 受到严重冲击。 本论文研究的植物生长调节剂“ 挺立” 正是在这样的背景下提出 的。 . 2 .植物生长调节剂 “ 挺立” . 2 . 1简介 植物生长调节剂挺立， 合成于1 9 8 3 年，由 汽巴 一 嘉基( g i b a - g e i g y a g ) 开发 ( 9 5 年与山 道士合并为诺华) ， 首先由e . k e r b e r 等( 1) 报道。 结构式为: ohlc- 丫 o , 甘 c o 多场c 玛 英 文化 学名称 为 :e t h y l 4 - c y c l o p r o p y l ( h y d r o x y ) m e t h y l e n e - 3 , 5 - d i o x o c y c l o - h e x a n e c a r b o x y l a t e 。中 文化学名称为: 4 一 环丙 基 ( 轻基) 亚甲 基 - 3 , 5 一 二氧代环己 烷狡酸乙 醋， 或c g a 1 6 3 9 3 5 。 其物化性能及毒性见表1 - 5 和表 1 - 6 0 . 2 . 2作用机理与应用范围 1 . 2 . 2 . 1作用机理 挺立属环己烷梭酸类植物生长调节剂，主要通过植物叶片吸收，可以抑 制赤霉素( g a , ) 的生物合成。 赤霉素是可以促进各种植物生长的植物生长素。 挺立的游离酸通过与 3 - * - 化酶竟争作用 ( 也有说法是抑制了 3 - * - 化酶 的生成)抑制了g a m 轻基化为g a , ，从而导致了径叶的生长速度减慢。 第一章 前言 理。 高毒品种所占比例将由目 前的2 0 %下降到5 %以下， 杀虫剂、 除草剂 ( 包括 植物生长调节剂) 和杀菌剂的比 例调整为6 5 : 2 5 : 1 0 。因此，开发生产高技术、 高附加值除草剂类农药是当前我国农药企业必须面对的首要问题。 但问题是开发 一个新农药的成本奇高。 国外大公司开发一个新农药品种一般要历时1 0 年左右， 耗资过亿， 而国内企业产值超过一亿美元的企业也是屈指可数的。因此， 跟踪世 界农药专利保护情况成为国内农药企业生存的另一手段。 据有关资料介绍，1 9 9 5年世界过期专利产品的销售额占农药总销售额的 5 1 . 5 %，预计到2 0 0 5 年将达到2 7 0 亿美元，占农药销售总额的6 9 . 2 %。 这就是 说， 在今后的5 年内 过期专利品种仍将占 世界农药销售市场的主导地位。因此， 只要企业投入必要的资金进行研究开发， 在未来一段时间内， 国内的市场还不会 受到严重冲击。 本论文研究的植物生长调节剂“ 挺立” 正是在这样的背景下提出 的。 . 2 .植物生长调节剂 “ 挺立” . 2 . 1简介 植物生长调节剂挺立， 合成于1 9 8 3 年，由 汽巴 一 嘉基( g i b a - g e i g y a g ) 开发 ( 9 5 年与山 道士合并为诺华) ， 首先由e . k e r b e r 等( 1) 报道。 结构式为: ohlc- 丫 o , 甘 c o 多场c 玛 英 文化 学名称 为 :e t h y l 4 - c y c l o p r o p y l ( h y d r o x y ) m e t h y l e n e - 3 , 5 - d i o x o c y c l o - h e x a n e c a r b o x y l a t e 。中 文化学名称为: 4 一 环丙 基 ( 轻基) 亚甲 基 - 3 , 5 一 二氧代环己 烷狡酸乙 醋， 或c g a 1 6 3 9 3 5 。 其物化性能及毒性见表1 - 5 和表 1 - 6 0 . 2 . 2作用机理与应用范围 1 . 2 . 2 . 1作用机理 挺立属环己烷梭酸类植物生长调节剂，主要通过植物叶片吸收，可以抑 制赤霉素( g a , ) 的生物合成。 赤霉素是可以促进各种植物生长的植物生长素。 挺立的游离酸通过与 3 - * - 化酶竟争作用 ( 也有说法是抑制了 3 - * - 化酶 的生成)抑制了g a m 轻基化为g a , ，从而导致了径叶的生长速度减慢。 第一章 前言 表1 - 5挺立的物理性质 t a b l e 1 - 5 p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f e t h y l 4 - c y c l o p r o p y l ( h y d r o x y ) m e t h y l e n e - 3 , 5 - d i o x o c y c l o - h e x a n e c a r b o x y l a t e 化学式 分子量 商品名 ch ,6 0 5 2 5 2 . 2 6 m o d d u s / p r i m o / v i s i o n t r i n e x a p a c - e t h y l c a s n o 溶解度 ( 2 0 0c) 9 5 2 6 6 - 4 0 - 3 蒸气压， 外观 1 . 6 x 1 0 - : ( 2 5 0c) 白色结晶 密 度， g / c m 丙酮 甲醇 正辛醇 甲苯 二氯甲烷 乙酸乙酉 旨 5 0 0 5 0 0 4 2 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 溶点， 沸点范围， 自 燃温度， 2 7 0 1 3 3 3 5 5 4 . 5 7 紫外 ( u v ) 一 可见光 谱 介质 中性 闪点， 酸性 解离系数 ( p k a ) 水溶性， g / m l 亨利定律常数 0 . 2 8 - 2 . 1 1 ( 2 0 0c ) 碱性 ( n m ) 2 4 0 . 2 2 7 7 . 4 2 4 0 . 0 2 8 0 . 4 2 7 0 . 8 水溶解性 ( h ) p h值 5 . 5 h 5 . 2 7 x 1 0 - 0 a t m - m 加o l e 2 . 5 4 x 1 0 - a t m - m / m o l e p h值 3 . 5( 蒸馏水) 4 . 9( 缓冲液) 5 . 5( 缓冲液) 8 . 2( 缓冲液) ( l / m o l c m ) 9 3 3 5 1 3 9 7 6 1 1 7 1 2 1 2 3 6 8 2 1 3 2 0 溶 解性( g / l ) 1 . 1 2 . 8 8 . 2 1 0 . 2 2 1 . 2 表1 - 6挺立的毒性数据 t a b l e 1 - 6 t o x i c i t y o f e t h y l 4 - c y c l o p r o p y l ( h y d r o x y ) m e t h y l e n e - 3 , 5 - d i o x o c y c l o - h e x a n e c a r b o x y l a t e l d 5 0 大鼠急性经口 4 4 6 0 m g / k g 大鼠急性经皮 4 0 0 0 m g / k g l d 5 0 大鼠 急性吸入 ( 4 8 h r s ) 5 . 3 m g / l 对兔的眼睛和皮肤无刺激作用; 大鼠 9 0 天饲喂 试验的无作用剂量为 5 0 0 m g / k g 饲料 3 6 m g / k g . d ); 对鸟类实际无毒。 1 . 2 . 2 . 2应用范围 第一章 前言 以0 . 7 一1 . 0 公斤/ 公顷的用量，在禾谷类作物、蓖麻、水稻、向日葵和 草皮上施用，显示生长抑制作用。芽后施用可防止倒伏和改善收获率，施于 叶部，可转移到生长的枝条上，可减少节间的伸长。最初注册为草皮生长调 节剂，主要用于高尔夫球场草皮的生长调节。用后可改善草皮的颜色、质量 和密度。可与草皮标志油漆混合使用。适用的草类主要是旬旬剪股颖、一年 生牧草、肯塔基牧草、高酥油草和多年生燕麦草等。 1 . 2 . 2 . 3对生物和环境的影响 挺立可通过口、真皮和吸入等途径进入人体，对人没有严重毒性，对眼 和皮肤的刺激也很小。在体内无积累，进入人体后的挺立主要通过尿液 ( 95%)和粪便 (l. 0 一 2 . 4 %) 排出。排出形式主要为水解后的游离酸。对其 鸟类和其它动物都没有显示明显毒性。 在水中水解缓慢， p h为5 、 7 和9 时， 半衰期分别为2 28、 4 55和8 . 1 天， 主要水解产物为游离酸;有光照时半衰期为5 . 3 天。在有氧的土壤中，挺立 的半衰期只有3 一 6 h ，产物有两个，一个是水解后的游离酸 ( c g a1 7 9 5 0 0 ，通 常条件下半衰期为 1 6 一 1 8天，分解为无毒性的物质) ，另一个是游离酸在拨 基处裂解产物;而在无氧的土壤中要 1 0 一 2 5 天，产物是游离酸和未知物。因 此，挺立是一种低毒并在环境中容易降解的农用化学品，有利于环境保护。 . 2 . 3合成路线 由挺立的结构式看， 要合成挺立， 首先要合成 3 ， 5 一 二氧代环己 烷梭酸酷: o coor 其中:r = h 或 c 川 。 综合文献，发现具有上述结构的化合物的合成方法主要有以下三种: y 一 酞 基狡酸乙 醋的 碱缩合幻 斤 o o c z h s 刃比、 c 0 0 c z h 甲 h ， + na ci _ z h o c h 0 hci -门卜 o nao 氏玛 viuic 一一 0 第一章 前言 以0 . 7 1 . 0 公斤/ 公顷的用量，在禾谷类作物、蓖麻、水稻、向日葵和 草皮上施用，显示生长抑制作用。芽后施用可防止倒伏和改善收获率，施于 叶部，可转移到生长的枝条上，可减少节间的伸长。最初注册为草皮生长调 节剂，主要用于高尔夫球场草皮的生长调节。用后可改善草皮的颜色、质量 和密度。可与草皮标志油漆混合使用。适用的草类主要是旬旬剪股颖、一年 生牧草、肯塔基牧草、高酥油草和多年生燕麦草等。 1 . 2 . 2 . 3对生物和环境的影响 挺立可通过口、真皮和吸入等途径进入人体，对人没有严重毒性，对眼 和皮肤的刺激也很小。在体内无积累，进入人体后的挺立主要通过尿液 ( 9 5 )和粪便 ( 1 . 0 - 2 . 4 y.) 排出。排出形式主要为水解后的游离酸。对其 鸟类和其它动物都没有显示明显毒性。 在水中水解缓慢， p h为5 , 7 和9 时， 半衰期分别为2 2 8 , 4 5 5 和8 . 1 天， 主要水解产物为游离酸;有光照时半衰期为5 . 3 天。在有氧的土壤中，挺立 的半衰期只有3 - 6 h ，产物有两个，一个是水解后的游离酸 ( c g a 1 7 9 5 0 0 ，通 常条件下半衰期为 1 6 - 1 8天，分解为无毒性的物质) ，另一个是游离酸在拨 基处裂解产物;而在无氧的土壤中要 1 0 - 2 5 天，产物是游离酸和未知物。因 此，挺立是一种低毒并在环境中容易降解的农用化学品，有利于环境保护。 . 2 . 3合成路线 由挺立的结构式看， 要合成挺立， 首先要合成 3 , 5 一 二氧代环己 烷梭酸酷: o coor 其中:r = h 或 c 川 。 综合文献，发现具有上述结构的化合物的合成方法主要有以下三种: y 一 酞 基狡酸乙 醋的 碱缩合幻 c o o c h 5 ch 2 , c o o ch s c h z + na cl - 2 h o c h 3 0 hci -门卜 o na 0 氏玛 viuic 一一 0 第一章 前言 2 .由a ， p 一 不饱和竣酸酷和酮反应合成【幻 r z r 3 r 火， 上 _ _ _ ， ， 护七= 七一 七uu入 h- + r f c 珑-c -c h ， 化 、 r 3 - 2 n a o c h 3 一h o c h 3 r 驾 r r” 3 .由3 , 5 一 二经基苯甲酸加氢合成 3 , 5 一 二轻基苯甲酸的加氢方法又可分成两种:一种是用氢气作氢源的普 通加氢( 4 . 5 1 :另一种是用含有氢的多原子分子作氢源的转移加氢e 7 。 反应式分 别如下: oh戈 ho- c ! o 催化剂h o -c 夕 卜c o o h 氢给予体 催化剂 在以上 3 种路线中。 第一种路线是根据合成 1 , 3 一 环己二酮的文献修改而 来，原反应是以丫 一 乙酸基丁酸甲醋为原料，反应式如下: ch , . _ 尹扮、 _ ( ; h 2 ch 2 0= + n a o c h , ( d n f) ic! c h 3 - 2 h o c h 3 o h ci . 一 州 卜 o na o + n