（农药学专业论文）六种苄基脲类化合物的合成及生物活性研究.pdf

华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 石 如需保密，解密时间年 月日 是否保密 l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究2 r _ 作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 研究生戥抑细乃 帆冲f 月形日 学位论文使用授权书 本人完全了解“华中农业大学关于保存、使用学位论文的规定”，即学生必须按 照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版和电 子版，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印，缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文本人同意华中农业大学可以用不同3 - 式在不同媒体上发表，传播学位论 文的全部或部分内容 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书 学位论文作者签名：豸7 踢留乃 师签名：李雾彳孝 签名日期：刃7 年乃7 护 签名日期： 7 午，月；占日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 摘要 苯基脲类化合物( p h e n y lu r c ad e f i v a l i v e ，p u d ) 是2 0 世纪7 0 年代中期合成的一 类新型农用生物活性物质，通常采用光气法合成。该类物质由于具有较好的生物活 性，生产上广泛用作农作物的杀虫剂、杀菌剂、除草剂及植物生长调节剂。n 硝基 脲类化合物是由谢九皋教授设计合成的一类具有独特活性的化合物，他们具有除草 和植物生长调节的双重功效，其结构通式如下： n o ，h l l r f n _ c - n - r 2 o 其中r l 为2 , 4 ，6 三氯苯基，r 2 为各类取代基，如烷基、苯基、吡啶基等。 本研究将r 1 固定为苄基，以各种苯基衍生物( 2 ，4 ，6 - 三氯苯基、苄基、禾氟苯基) 作为脲桥右侧的取代基，利用三光气法首次合成了未见文献报道的6 个苄基脲类化 合物，并经元素分析、m s 、 d r 、和h 1 n m r 确证结构。通过生物活性试验，初步测 定了合成的6 个化合物的杀虫、抑菌、除草和植物生长调节活性。试验结果表明， 化合物n 一硝基一卜苄基- n j 一( 2 ，4 ，6 - 三氯苯基) 脲和n - 硝基一卜苄基_ n t - ( 4 一氟苯基) 脲 具有较弱的杀虫和抑菌活性，其它四种化合物没有杀虫和抑菌活性，而对水稻、玉 米、棉花和油菜生长有强烈抑制作用，产生明显的药害，而除草活性相对较弱。复 筛试验表明，化合物n 一硝基- n 一苄基- n 一( 2 ，4 ，6 一三氯苯基) 脲在试验浓度为5 0 0 m g k g 时对稗草、白苋具有显著的防除效果，同时微弱促进水稻、玉米、棉花和油菜生长 ，具有植物生长调节和除草的双重活性。建议对化合物n - 硝基一n - 苄基一n 一( 2 ，4 ，6 一 三氯苯基) 脲作进一步研究以提高其活性。 关键词苄基脲；脲桥；除草活性；生物活性； a b s t r a c t p h c n y l u r e ad e r i v a t i v e sa r eak i n d o fn o v e lf a r m i n gm a t e r i a l sw h i c hw e r e s y n t h e s i z e di nt h e1 9 7 0 s a tp r e s e n t , t h e s ec o m p o u n d sa r em a i n l ys y n t h e s i z e dt h r o u g h t h ep h o s g e n em e t h o d p h c n y lu r e ad e r i v a t i v e sh a v ew i d e - r a n g i n gb i o l o g i c a la c t i v i t i e s t h e y 盯ec h i e f l ys e r v e d 舔p e s t i c i d e s ，b a c t e r i c i d e s ，h e r b c i d e sa n dp l a n tg r o w t h r e g u l a t o r s n 1 ，n 2 b i s s u b s t i t u t e d - n l n i t r ou r e a , p r e v i o u s l ys y n t h e s i z e db yp r o f 。 j i u g a o x i e ，b e l o n g st oa l lu n i q u ec a t e g o r yo fo r g a n i cc o m p o u n d sw h i c hn o to n l yh a v e h e r b i c i d a le f f e c t sb u ta l s oc a ns t i m u l a t ep l a n tg r o w t h t h ef o r m u l ao ft h e i rs t r u c t u r ei sf o l l o w i n g ： 掣0 2早 ll r 广n c _ n r 2 6 t h er ij s2 ，4 6 - t r i c h l o r ab e n z y la n dt h er 2i sa l lk i n d so fs u b s t i t u t e dg r o u p ss u c h a sa l k y l ，b e n z y l ，p y r i d y la n d o n 。 i nt h i sp a p e r , r 1i sp h e n m e t h y l t h er 2i s2 ，4 ，6 - t r i c h l o r ab e n z y l ，p h e n m e t h y lo r 4 - f l u u o r i n e b e n z y l s i xn o v e lp h e n m e t h y lu r e aw e r es y n t h e s i z e df i r s t l y a n dw e r e c o n f i r m e db ye l e m e n ta n a l y s i s ，m s ，i r , a n dh 1 n m r t h ei 璐e c 6 c i d a l f u n g i c i d a l ， h e r b i c i d a la n dp l a n tg r o w t hr e g u l a t i n ga c t i v i t i e so ft h e s es i xc o m p o u n d sw e r e e v a l u a t e d t h r o u g hp r i m a r ye x p e r i m e n t s t h e r e s u l t s s h o w e dt h a tt h e n n i t r o - n - p h e n m e t h y l n - ( 2 ，4 ，6 - t r i c h l o r ab e n z y l ) u r e aa n dn - n i t r o - n p h e n m e t h y l n ( 4 f l u u o r i n e b e n z y l ) u r e ab o t hh a v ew e a ki n s e c t i c i d s la c t i v i t ya n df u n g i c i d a la c t i v i t y t h e o t h e rf o u rc o m p o u n d sh a v es t r o n g e rr e s t r a i n i n ga c t i v i t yo nr i c e ，c o r n , c o t t o na n dr a p e s ot h e s ec o m p o u n d s 啪c a u s es e r i o u sc h e m i c a ld a m a g et oc r o p s b u tt h e i rh e r b i d d a l a c t i v i t i e sw e r ev e r yw e a k t h er e s u l t so fr e e l e c t i o ne x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tt h e n - n i t r o - n - p h e n m e t h y l n ( 2 ，4 ，6 - t r i c h l o r ab e n z y l ) u r c ac o u l dr e s t r a i nt h eg r o w t ho f e c h i n o c h l o ac r u s g a l l ia n da m a r a n t h u aa l b u s 工 s n d n 百y s i m u l t a n e o u s l y , c o u l d p r o m o t ef r e s hw e i g h to f r o o t sa n ds t e mo fc r o p sw h e n t h ec o n c e n t r a t i o nw a s5 0 0 m g k 舀 s ot h er e s u l t s p r o v e d t h e c o m p o u n dn - n i t r o n - p h e n m e t h y l - n 一( 2 ，4 ，6 - t r i c h l o r a b e n z y l ) u r e aw a sak i n do fc o m p o u n dh a v i n gd o u b l ea c t i v i t i e s a b o u tw e e d i n ga n d p r o m o t i n gg r o w t h o fs o m ec r o p s b a s e d0 1 1t h eb i o l o g i c a la c t i v i t y r e s u l t so ft h cs i 】【 n o v e lp h e n m e t h y lu r e a , t h en - n i t r o - n - p h e n m e t h y l - n - ( 2 ，4 ，6 - t r i c h l o r ab e n z y l ) u r e ac a n b er e c o m m e n d e df o rf u r t h e rr e s e a r c h k e yw o r d s ：p h e n m e t h y lu r e a ；u r e ab r i d g e ；h e r b i c i d a la c t i v i t y ；b i o l o g i c a la c t i v i t y 2 1 前言 从最简单的脲类化合物尿素合成以后，人类已经在脲类化合物的研究方面取得 了巨大进展，特别是二战后科学家发现许多取代脲类化合物具有很强的生物活性。 2 0 世纪初以来，脲类化合物一直是医药工业和农药工业研究开发的热点。在脲类化 合物中，以酰基脲类化合物、硫脲类化合物、硝基脲类化合物、杂环脲类化合物最 受关注，由于它们表现出较高的杀虫、抑菌、除草和植物生长调节活性，长久以来 一直是农药开发研究的热点( 刘长令，2 0 0 2 ) 。目前开发应用的脲类化合物有：灭幼 脲、烟嘧黄隆、苯黄隆、氯黄隆等上百个品种，由于有的脲类化合物表现出较高的 抗肿瘤活性，已经引起医学界的重视。 1 1 取代脲类化合物的生物活性 1 1 1 杀虫杀螨活性 很多脲类化合物具有杀虫杀螨活性，该类活性的代表是苯甲酰基脲类化合物。 荷兰p l l i l i p h s d u p h a r 公司1 9 7 2 年首次发现，苯甲酰基脲类化合物毒虫脲d u l 9 1 1 1 具有 良好的杀卵和杀幼虫效果限s r i v a s t a v a , m d m a n j u , d s r i n i v a s ，1 9 7 2 ) 。随后化学工 作者相继发现灭幼脲、除虫脲、杀铃脲对苹果金纹细蛾有较好的防治效果，施药1 个月后对叶片的保护作用能达到9 0 以上，且持效期长( 于登博和张平南，2 0 0 0 ) 。 定虫隆对稻纵卷叶螟也具有良好的杀灭效果，每亩5 9 有效成分的剂量防效可达到1 0 0 ，而且不会杀伤稻田内寄生性和捕食性天敌如田间蜘蛛，使其能控制飞虱和其它 害虫( 刘长令，2 0 0 2 ) 。苯甲酰基脲类杀虫剂是一类几丁质合成酶抑制剂，其作用 机制是通过抑制存在于节肢动物、线虫和真菌体内几丁质的合成或沉积以阻止新表 皮的形成，从而使昆虫不能蜕皮，干扰昆虫的正常生长发育而死亡。苯甲酰基脲类 几丁质抑制剂因其独特的杀虫机制，极高的环境安全性，广谱、高效的杀虫活性及 使用浓度低，不易产生抗性等突出的优点，被誉为“环境友好农药”，成为新农药 创制的活跃领域。已引起了我国农药工作者的高度重视( 刘长春，2 0 0 1 ；贾检洪等， 2 0 0 5 ；w a r t s , a l l 姐r de ta l , 1 9 9 8 ) 近2 0 年来，苯甲酰基脲类农药得到迅速发展， 已经开发了除虫脲、定虫隆、氟铃脲、氟虫脲等多个品种。在苯甲酰基脲类几丁质 合成抑制剂领域，我国科研人员独立开发的产品苏脲i 号对蚊蝇幼虫有良好的杀灭 效果，且有较长的残效，适于控制蚊蝇孽生场地，作为杀虫剂可以有效地控制蟑螂、 蚂蚁、跳蚤的生长( 刘步升等，1 9 9 1 ) 沈国清等人研制的克幼脲是一种新型昆虫 生长调节剂，其化学名称为n 邻氯苯甲酰基- n 。- 3 ，5 二氯4 ( 4 硝基苯氧基) 脲，该 产品是苏州大学化学系开发成功的苏脲系列第二代产品，试验表明克幼脲对小菜蛾 和菜青虫有较好的防效( 曾润生等，1 9 9 8 ) 严胜骄等人从原料百菌清出发，合成 了6 个新的双脲结构新型苯甲酰基脲类化合物，试验表明6 个化合物对粘虫和蚊幼虫 3 有活性，但对粘虫和蚊幼虫的抑制率仅为2 0 3 0 ，这与已报道过的苯甲酰基脲 类几丁质抑制剂的活性相比，活性明显下降( 严胜骄等，2 0 0 4 ) 。分析其原因，苯 甲酰基脲类化合物的活性部位主要是脲桥部分以分子内氢键形成一个稳定的六元 环，其空间结构与尿嘧啶环有一定的类似性，但双苯甲酰基脲类化合物脲桥部分很 难以分子内氢键形成稳定的六元环，不能形成共轭体系，这可能对活性结构中的电 子传递、生物活性产生不利影响( 王瑾玲，李爱秀，2 0 0 1 ) 。有的双酰基脲类化合 物也同样具有杀虫活性，在对位连有含氮基团的芳基苯甲酰基脲类化合物通常具有 一定的杀螨活性，如1 4 - ( n - - 4 氯苯基n - 乙胺基) 苯基1 3 ( 2 氯代苯甲酰基) 脲浓度为3 1 0 m 鲫呵有效控制植食性螨、棉叶螨、红叶螨和榆全爪螨( 张一宾， 朱莉莉，2 0 0 0 ) 1 1 2 除草活性 磺酰脲类化合物是2 0 世纪后期研究开发的具有超高效除草活性的典型代表。 1 9 6 6 年首次报道磺酰脲类化合物具有除草活性，这是最早由三氮苯衍生的磺酰脲类 化合物。1 9 7 7 年1 0 月公布t d u p o n t 公司第一个磺酰脲类化合物专利。1 9 7 8 年d u p o n t 公司l e v i t t 博士发表第一个除草剂品种之后，全世界范围内掀起了一股磺酰脲类除草 剂的研究热潮( 石桂珍，王兴涌，2 0 0 5 ) 。如氯磺隆，甲磺隆、苯磺隆、磺胺磺隆 等可用作禾谷类作物田中杂草的防治，其中磺胺磺隆主要用于防除阔叶杂草，对猪 殃殃有特效。用于水稻田中的除草剂有氯吡嘧磺隆、乙氧嘧磺隆、四唑嘧磺隆、咪 唑磺隆等。乙氧嘧磺隆可用于小麦、水稻、甘蔗等作物，四唑嘧磺隆用于水稻苗后防 除稗草、阔叶杂草和莎草科杂草( 苏少泉，2 0 0 1 ) 用于玉米田中的除草剂有氯嘧 磺隆、烟嘧磺隆、玉嘧磺隆等；用于油菜和甜菜田中的除草剂有胺苯磺隆、氟胺磺 隆。其中胺苯磺隆用于油菜田可以有效地防除阔叶杂草和某些单子叶杂草，此外还 可以促进油菜的生长及增加产量，减轻油菜菌核病发病率等( 刘长令，2 0 0 2 ) 用 于草坪的除草剂有磺胺磺隆、环丙嘧磺隆和啶嘧磺隆，其中啶嘧磺隆有很高的茎叶处 理和土壤处理活性，使用剂量为2 5 1 0 0 9 m m 2 能有效地防除暖季型草坪中一年生或 多年生阔叶杂草和莎草科杂草，对一年生禾本科杂草也有较好的防效。磺酰脲的除 草作用机制是抑制植物体内乙酰乳酸合成酶( a l s ) 的合成，从而干扰侧链氨基酸 的合成，抑制细胞的分裂和生长( 苏少泉，2 0 0 1 ) ，它能被杂草植物的根、茎、叶吸 收，并在植株内迅速传导、转移和代谢。该类除草剂具有杀草谱广、选择性强、对哺 乳动物毒性低、用量小、对非靶标有机体无生理富集倾向，在土壤中易化学分解和 微生物降解等特点。但该类化合物的缺点是作用靶标单一，连续使用容易产生抗性， 部分商品降解较慢，会对后茬敏感作物产生药害，但如果使用该类化合物的制剂复 配就可以取得良好的效果。如由甲磺隆和氯磺隆复配制成的新型除草剂麦草克每亩5 g 的用量对小麦田中的杂草看麦娘防效为9 5 以上，对猪殃殃的防效为9 0 以上，同 4 时还具有用量少、除草活性高、杀草谱广、对作物安全、价格低廉等优点( 杨光吉， 1 9 9 4 ) 。李来仲等人用n 取代三氯乙酰胺与芳基酰肼反应，合成了6 个新的l 一芳酰基 4 芳基氨基类化合物，初步生物活性测试表明其具有一定的除草活性，对稗草抑制 率为1 5 3 0 左右( 李来仲等，2 0 0 2 ) 磺酰脲类除草剂由于其超高效、低毒性、 高选择性，而得到了人们的广泛关注，在这些品种中，大多数都满足l e v i t t 博士提出 的构效关系规律，如磺酰脲分子中嘧啶环上为4 ，6 位二取代，取代基一般为甲基或甲 氧基。 1 1 3 抑菌活。性 已报道的具有抑菌活性的取代脲类化合物不多，日本特殊农药公司和德国拜耳 公司联合开发的脲类杀菌剂戊菌隆( p e n c y c u r o n ) 具有良好的治疗和持效活性，它 对立枯丝核菌引起的病害如水稻、麦类纹枯病等有非常显著的防治作用，而且对其 它大部分重要的病原菌也有较好的防治作用，在生产上有十分重要的意义( 张振明 等，2 0 0 3 ) 硫脲类化合物托布津( t h i o p h a n a t e ) 甲基托布津( m e t h y l t h i o p h a n a t e ) 早在上世纪6 哞代就己作为杀菌剂投放市场。此类杀菌剂可有效地防治多种作物病 害，对哺乳动物的急性毒性低，是一类优良的杀菌剂( 唐除痴，1 9 9 8 ) 。黄志纾等人 从抗稻瘟病的水稻中获得天然硫脲类化合物( 4 邻硝基苯基3 硫代脲酸乙酯) ，发现 其有强烈抑制根癌农杆菌生长的活性( 黄志纾等，1 9 9 5 ) 。此外硫脲类化合物n - 苯 基1 - ( 1 ，2 ，4 _ 三唑1 基) - 3 ，3 - z 甲基2 丁酮缩胺基硫脲的活性测试结果表明，采 用活体小株法测得浓度为5 0 1 0 r 4 的目标化合物对小麦锈病有良好的防治效果，部 分化合物抑制率可以达到9 0 以上( 高润利等，2 0 0 1 ) 。汪焱钢等合成了含四唑的芳 氧乙酰基脲类和芳甲酰基脲类化合物，它们具有一定的杀菌活性，如对小麦白粉病 和小麦锈病有较好的保护性防效( 汪焱钢等，1 9 9 8 ) 。 1 1 4 植物生长调节活性 薛思佳等人将具有优良生物活性的取代2 氨基嘧啶引入到酰基脲结构中，合成 了一系列含嘧啶环的n 氯乙酰脲化合物，生测结果表明，部分化合物具有较好的调 节植物生长的活性( 薛思佳，陈代进，谭冬云，1 9 9 8 ) 如有的化合物在1 0 0 m g 瓜g 时对小麦的茎长和根长的抑制率分别达n 9 0 8 8 和8 5 6 5 。汪焱钢合成了含四唑的 芳氧乙酰基脲类和芳甲酰基脲类化合物，发现其中一些化合物具有优良的细胞分裂 素活性和生根活性，有的化合物的细胞分裂素活性接近激动素( 汪焱钢，1 9 9 5 ) n - 硝基脲类化合物是由谢九皋教授设计合成的一类具有独特的活性结构的化合物， 它是具有除草剂和植物生长调节剂双功效的生调剂，此类具有自主知识产权的活性 结构在国内具有领先水平( 谢九皋，2 0 0 3 ) 。1 9 7 3 年，国外专利报道n 硝基取代苯 胺具有除草和杀菌活性，1 9 8 1 1 9 8 2 年，欧洲专利报道了n 埔基取代苯胺类化合物 5 对大豆、小麦、棉花的矮化、健壮作用。1 9 8 7 年，美国专利报道n 硝基三氯苯胺对 水稻、小麦、大麦的矮化、健壮作用，此后近二十年未见国外有进一步研究报道( 王 均，2 0 0 3 ) 。1 9 8 6 年，谢九皋教授开始研究基取代苯胺类化合物，上世纪9 0 年 代初期合成n - 硝基三溴和三氯苯胺及其盐。此后进一步在具有植物生长调节活性的 n - 硝基三卤代苯胺的氨基上引入其它类型的活性基团，创制出一类新的n 硝基脲类 化合物。尚嘉彦、张庆、程水明等人对三氯苯基脲类进行了广泛的研究，他们将脲 桥一侧固定为2 ，4 ，6 三氯苯基，另一侧分别以多种基团取代，合成了系列三氯苯 基m 硝基脲类化合物。经生物活性测试，有的化合物表现了较好的植物生长调节和 除草活性，尤其对于水稻和稗草具有显著的效果( 尚嘉彦，1 9 9 6 ；张巧玲，2 0 0 0 ； 李水清，2 0 0 0 ；王均，2 0 0 2 ) 。 1 1 5 在医药方面的开发应用 一些磺酰脲类化合物还具有降低血糖的作用。该类降糖药物治疗糖尿病的作用 机制是通过抑制a 1 1 p 依赖性钾通道，造成钾离子外流，使胰岛b 细胞去极化，从而使钙 通道开放，b 细胞的钙离子内流增加，诱导胰岛素分泌( 韩莹等，2 0 0 0 ) 。1 9 9 6 年 上市的格列美脲，其上述优点较显著，此药兼具有胰岛素增敏作用，可单独口服或 与胰岛素联合使用治疗糖尿病( 赵圣印，黄文龙，1 9 9 9 ) 。此外，部分化合物还具有 抗肿瘤活性，对多种肿瘤细胞株都有不同程度的抑制作用，同时具有一定的杀菌活 性，如对小麦白粉病和小麦锈病有较好的保护性防效。有的苯甲酰基脲类化合物也 有治疗糖尿病的作用。美国科学家发现，甲酸吡啶缩氨基硫脲类化合物具有较好的 抗癌作用。在人体中的核苷二磷酸还原酶是核苷酸转化为去氧核苷酸的主要酶，而 这正是限制d n a 台成速度的关键步骤( b r o w nds ，e 1 h o t imc1 9 9 4 ) 。因此， 核苷二磷酸还原酶是抗癌类药物设计的标靶化合物之一，甲酸吡啶缩氨基硫脲类化 合物能抑制核苷二磷酸还原酶，从而具有抗癌作用。 6 1 2 取代脲类化合物的合成方法 脲类化合物的合成方法主要有光气法、三光气法、草酰氯法等，硝基化合物还 原后变成胺，再与光气或三光气、草酰氯等反应生成异氰酸酯，异氰酸酯与相应的 胺或酰胺在非质子溶剂如甲苯、二甲苯中反应即生成目标产物，也有以羧酸为原料， 低温下反应先生成酰基叠氮化物，后者在高温下发生c u r t i u s 重排生成异氰酸酯，再 与胺类化合物反应生成脲类化合物。本文综述了脲类化合物常用的一些合成方法。 1 2 1 光气法 伯胺类化合物与光气反应首先得到异氰酸酯，再与另一伯胺类化合物反应制得 脲类化合物( 李再峰，2 0 0 i ) 。如果伯胺过量，则生成的异氰酸酯又会与它反应生 成对称脲，因此要得到非对称的脲类化合物就要使光气过量，反应结束后通入氮气 赶掉体系中过量的光气。异氰酸酯容易发生亲核加成反应，故应避免反应体系中水、 醇等含活泼氢的化合物的存在。同时，由于异氰酸酯高温时易聚合，反应温度不可 过高。异氰酸酯相对活泼且剧毒，得到后可不经分离和纯化，直接与胺类化合物反 应( 耿会玲，2 0 0 3 ) 。通式为： a r n h 2 墼a r n c o 墼a r n h c o n h a i r 1 2 2 三光气法 用六氯碳酸二甲酯( 三聚光气) 代替光气制备脲类化合物，避免了光气的毒性， 对操作人员和环境的危害较小，更适合于现代工业化大生产和实验室的化学合成， 其反应机理与光气法相同，i m o i _ 三_ 聚光气相当于3 m o l 光气的量。i jz h e n g - m i n g 等 人在国内首次用这种方法研究了具有细胞分裂素功能的脲类化合物的合成。 其合成路线如下： p 赫_ 9d 睁阿。 睁隅 1 2 3 草酰氯法 苯甲酰脲类化合物合成时常用草酰氯法，草酰氯与胺或酰胺反应制备异氰酸酯， 工艺简单，污染少。用草酰氯法合成苯甲酰脲类衍生物主要有以下几种合成路线( 刘 兴平等，2 0 0 5 ；刘长春，2 0 0 1 耿会玲，2 0 0 3 ；o k m o t oe ta l ，1 9 7 9 ) 7 1 2 ，3 1 苯甲酰异氰酸酯与胺反应，反应式如下： 心b ：一( c o a b 心n 艘。 吣 o 肌o 叫争x x = f ，c i _ ，b r ,r - - h ，c h 3 ，f c 1 ，b r 该反应属于亲核加成反应，苯甲酰异氰酸酯可以用苯胺与草酰氯或硫光气反应 制各，也可由酰氯与异氰酸盐反应制备。该路线反应条件温和，在非质子性溶剂中 反应均有较好的产率。但苯甲酰异氰酸酯非常活泼，室温下在空气中容易聚合，因 此合成苯甲酰异氰酸酯和制备苯甲酰基脲类的两步反应最好连续进行，即采用“一 锅煮法”将酰胺、草酰氯及苯胺一起反应制得目标产物。 1 2 ，3 2 异氰酸酯与酰胺反应 诊啦罂蛩n 0 垡啦 诊一o l r 。 x = f ，c l ，b r ,r = h ，c h 3 ，f c 1 ，b r 此条路线是由硝基化合物还原成胺后与光气或草酰氯反应生成异氰酸酯，再与 相应的酰胺在高沸点非质子性溶剂，如甲苯、二甲苯中回流得到目标化合物。该法 原料便宜，以往工业化大生产常用这种方法，但反应要求的温度较高，异簧c 酸酯毒 性较大。 1 2 3 3 苯甲酸衍生物与酰胺反应 母业o 量n - x + 姐 k x i ，x 2 = f ，c 1 ，b rr = q o c h 3 该反应需要在高沸点溶剂( 如氯苯) 中回流反应条件下进行，反应条件严格， 因为反应中有小分子逸出，可加入碱加速反应。 8 毋惑 1 2 4 氯甲酸乙酯法 孔繁蕾用氯甲酸乙酯代替光气和草酰氯合成了苄黄隆( 孔繁蕾，1 9 9 0 ) 。耿会 玲采用下面的路线成功合成了n 苯基n 邻氯代苯基脲，n 一苯基- n 一对氯代苯基脲 和n 苯基- n 间氯代苯基脲等三种n 苯基n 单氯代苯基脲( 耿会玲等，2 0 0 4 ；苏 秋芳，2 0 0 0 ) 。反应通式为： 幻鹏 = c l c 0 2 c h 3h 皆n h c 0 2 c h 3 立= 一电 r - - c i ，其位于苯胺邻、间、对位 也可以三乙胺作为缚酸剂，羧酸和氯甲酸乙酯低温下反应生成混酐，在叠氮钠 的作用下生成酰基叠氮化物，再重排得异氰酸酯，异氰酸酯与伯胺生成脲类化合物 ( r a y , s i b d a s g h o s h , 1 9 9 9 ) 。反应通式为： e t 3 n | li | a r c o o h + q c 0 2 r a r c 。o c ”o r a i c 跚o c o r + n a n ，一a r c n 3 一删：c ：。墨a r n h c o n h a r ， + 3 + a 州= c = o 二二= ； 1 2 5 叠氮化合物法 c u r t i u s 首次提出用叠氮化合物法来制备芳香酰胺酰基叠氮在加热时重排成异 氰酸酯的反应称为c u r t i u s 重排，反应方程式如下所示( 劳旺梅和冯桂荣，2 0 0 3 ) ： 0o l l i l r - c - n 一一n + - n + c ”= n - - r + n 2 此方法一般以羧酸为原料，主要可分为以下三种类型： 1 2 5 1 酰肼重氮化制备异氰酸酯，然后与胺类化合物反应生成脲( g u ol i , 1 9 9 8 ；d rs h i d h a re t a l ，1 9 8 6 ；f o r b e sc ta l ，1 9 9 6 ) 。反应式如下： s 0 0 2 n 2 h 4 h 2 0 r c 0 0 h r c o a r c o n h n h 2 n a n o ，h a r c o n 3 + r - n = c = o _ = + a r n h c o n h a r a f m 芳香羧酸与氯化亚砜反应生成酰氯，然后与水合肼反应生成酰肼，酰肼在稀盐 酸和亚硝酸钠的作用下发生重氮化反应生成酰基叠氮化物，后者重排为异氰酸酯， 再与芳香胺反应生成脲类化合物。 9 1 2 5 2 取代芳香羧酸先生成酰氯，后者低温下进一步与叠氮化钠反应，生成的酰 基叠氮化物重排为异氰酸酯后，再与伯胺反应生成脲类化合物( 于永明等，d e s h m u k h ， 2 0 0 4 ) 。反应式如下： r c o o h ! ! 三一+ r c o a 翌塑斗r n 3 呻r _ n = c = o n & 娶c o o hj 竺丝兰一、h _ 岂o 监n 3 u n a n , j i - i u e 警尝n 一告e 号邑胁o a t ：一c 6 bc d h ( n 0 2 ) 2 ，c 6 1 1 4 ( c h 3 ) 4 ，c 6 1 1 4 ( n 0 2 ) 3 ， 有学者以三苯基2 丙烯酸( 即肉桂酸) 为原料，用c u r t i u s 重排的方法合成异氰 酸酯，异氰酸醒再直接与芳香胺在无水非质子溶剂中亲核加成，合成了多个不对称 取代脲类化合物。该方法原料易得，操作简便，不需要分离中间体( 冯桂荣，2 0 0 1 ； 温小光，2 0 0 5 ；t u k i m im c ta l , 2 0 0 0 ；b o s e a e ta l ，2 0 0 2 ) 。 1 2 5 3 以芳香羧酸为原料，与二苯基磷酰基叠氮化合物( d p p a ) 或二苯氧基磷酰 基叠氮化合物反应，生成酰基叠氮化合物后迅速重排为异氰酸酯，后者与伯胺类化 合物反应生成脲类化合物，反应中需要加入三乙胺作为催化剂( m u r a o k ae ta l ，1 9 9 6 ； k a n a m a r ue ta t , 1 9 9 8 ) 。 a r c o o h + ，卜娶m m 一趾n ，圳啪圳h c o 州 有学者提出运用磷酰叠氮化合物的方法制备非对称取代脲类化合物，其主要反 应方程式为： 夕。池+ 觚。明+ 啪： 眠“n 3 + 觚。叫+ 蜘2 岛n h c 6 1 1 5 + a f n h c o 期a ， 掣5 0 7 n 3 1 0 n 越r e f l u x a 树 1 2 6 硒催化的一氧化碳羰基化法 硫在胺羰基化中产生大量有毒硫化氢气体，严重危害生态环境和人的身体健康， 使其应用受到很大制约。1 9 7 1 年日本n s o n o d a 等人首次用非金属硒( s e ) 作催化剂完成 了胺和硝基化合物的羰基化反应，得到对称取代脲。n s o n o d a 等人还发现，硒催化 下脂肪胺、一氧化碳和氧气在常温常压下可以很好地反应得到硒代氨基甲酰胺，再 经氧气氧化胺解得到对称的取代脲产物，其反应式可表示如下： o r n h 2 + s e + c o + ( r n h 3 ) + ( r n h 一s c 厂 曰 1 ( 鼢m 3 ) + o 咖 - 长s e 厂+ t 0 2 + ( r n i - i ) 2 c o + h 2 0 + s e 总反应式为： 2 r n h 2 + c o + 知2 皇+ ( r n 耽c o + h 2 0 硒催化下硝基化合物和一氧化碳的还原羰基化反应，如硝基烷烃和一氧化碳反 应可生成肟，芳香族硝基化合物或胺羰基化反应生成对称的取代脲( 彭爱东，2 0 0 2 ) 。 反应式可表示如下： o n 0 2 + c o 蒜兰扣d 一+ 6 c o + h 2 0 熹筹罴 p h n h c o n i - i p h + 5 2 四川大学的张善言等人曾利用硒作催化剂，三乙胺作助催化剂，对芳香硝基羰 基化合物还原羰基化反应进行了研究，其反应路线为： p h n i - 1 2 + 3 c o + 洲0 2 ( p h r f f l ) 2 c o + 2 c 0 2 p h n 0 2 + 6 c o + h 2 0 誉斋竽一p h n h c o m 啪+ 5 c 0 2 此外，利用脲桥氮上的取代基相互置换可制得二苯脲，浙江农业大学研究人员 提出了以下合成路线： p h n h ， p h n h 2 + h 2 n c o n h 2 二二+ ( p h n h ) 2 c o c x c c, 船 1 1 1 2 7 硝基胺甲酰化法 华中农业大学谢九皋教授结合光气法，首次提出了硝基胺甲酰化法。他们将三 氯苯胺用乙酰硝酐硝基化生成n - 硝基三氯苯胺，然后与光气发生酰化反应，得到的 酰化产物再与取代苯胺或杂环胺( 如氨基嘧啶、氨基吡啶) 反应，合成了系列n - 硝 基三氯苯基取代脲，从中筛选出了具有较高植物生长调节和除草活性的化合物“双 效素”，并获得发明专利。其主要反应式为： 一嚣 ( c o c l 2 ) n 考虑到光气毒性大，后改用三光气代替光气获得成功，同时该法选用了温和的 硝化试剂，反应过程平稳，路线简单，产率较高，是合成n 硝基取代脲的一种有效 方法，具有广阔的应用前景。由于硝基胺甲酰化法与三光气法反应原理相同，本文 将该法与前面所述的三光气法统称为三光气法。 综合上面的方法，光气法比较实用，因为光气制备容易，价格低廉，早期工厂 化生产多采用此法，但光气对人和环境危害较大；叠氮化合物本身容易爆炸，实验 操作危险，不适合工业化大生产；硒催化法目前还存在一些技术难题，在生产中应 用不是很成熟；三光气法通过将芳香胺硝基化生成硝基取代胺，使得反应过程平稳、 容易控制。该法反应路线简单，产率较高，更适合现代化工业大生产。本课题就是 采用三光气法，首次合成了6 种新的苄基脲类化合物。 1 3 研究的背景、目的和意义 1 3 1 背景与目的 谢九皋教授研发的具有植物生长调节和除草活性的化合物“双效素”开创了n - 硝基脲类化合物开发和研究的新时代。近十多年来，为了寻求高活性的先导化合物， 对n - 硝基脲两侧基团进行结构修饰成为化学合成研究的一大热点。经多年研究，第 一代先导化合物n 三氯苯基n ，杂环( 含n ) 基- n 硝基脲类化合物被初步筛选出来， 它们表现了较好的植物生长调节和除草活性，尤其对于水稻、油菜和稗草具有显著 的效果，现正在进一步验证和放大试验。从绿色化学的要求出发，我们想用无毒或 低毒的原料来合成n 一硝基脲类化合物，苄基具有较强的活性，而苄基脲类化合物的 合成还未见有文献公开报道，本课题正是在此背景下提出的，通过合成系列苄基脲 类化合物并测定其活性，希望能筛选出高活性的化合物作为第二代先导化合物。 按生物等排原理，我们的研究旨在以活泼基团苄基作为脲桥一侧的取代基，另 一侧分别以苄基、4 氟苯基、2 ，4 ，6 三氯苯基等有广泛生物活性的基团为取代基，合 成新的苄基脲类化合物，从中筛选出活性较强的化合物。并且，通过脲桥氮上硝基 的引入，探讨脲桥上的硝基对苄基脲类化合物生物活性的影响，从而为定向设计新 的高活性苄基脲类化合物提供依据。通过生物活性测定，进一步确证n - 硝基脲这一 具有独立知识产权活性结构的植物生长调节和除草的双功效特性。同时初步探讨这 类化合物的杀虫和抑菌活性。 1 3 2 意义 随着人们环保意识的增强，创制安全、高效、与环境相容性好的新农药品种有 着重要的意义，这就要求有高效低毒、与环境相容性好的新农药品种来取代现在使 用的高毒品种，使农药对环境和人的危害尽可能降至最低。脲类化合物因其独特的 作用机制，极高的环境安全性，高效的活性及使用浓度低，不易产生抗性等突出的 优点，被誉为“环境友好农药”，成为新农药创制的活跃领域苄基脲类化合物的 合成和生物活性研究，将对人们进一步认识和研究脲类化合物产生积极的影响。 2 1 材料与方法 2 1 1 供试药品 苄胺 三氯甲烷 高锰酸钾 甲苯 苯胺 三光气 冰醋酸 乙酸酐 三乙胺 发烟硝酸 硫酸 盐酸 4 - 氟苯胺 2 ，1 2 仪器 2 合成部分 r e - 3 0 0 0 a 型旋转蒸发仪 s h b 循环水式多用真空泵 d f - 1 0 1 s 集热式恒温加热磁力搅拌器 d l s b 5 i 2 5 低温冷却液循环泵 z f 7 三用紫外分析仪 j j 1 精密增力电动搅拌器 x - 4 数字显示显微熔点测定仪 b l - 3 2 0 0 s 电子天平 d z f 1 5 0 型真空干燥箱 u s 4 7 0 红外光谱仪 1 1 懈m s 质谱仪 咖c h n s o 元素分析仪 m e r c u r y 3 0 0 h z 型核磁共振仪 1 4 上海化学试剂公司 上海化学试剂公司 上海化学试剂公司 天津试剂三厂 天津试剂三厂 上海试剂一厂 北京试剂一厂 北京试剂一厂 天津试剂三厂 中国医药集团 信阳市化学试剂厂 信阳市化学试剂厂 爱斯特医药公司 上海亚荣生化仪器厂 郑州长城科工贸公司 巩义市英峪予华仪器厂 巩义市英峪予华仪器厂 巩义市英峪予华仪器厂 常州国华电器有限公司 北京泰克仪器有限公司 日本岛津制作所 郑州长城科工贸有限公司 美国n i c o l e t 公司 美国f i n n i g a n 公司 美国v a r i o 公司 美国v a r i a l l 公司 口躲凹凹口凹觚从觚觚凹口从 2 1 3 主要合成路线 6 种苄基脲类化合物通过两种不同的路线合成。 2 1 3 1 合成路线1 0 2 1 3 2 合成路线2 n h ： 一 净m ： o i i c t 3 c c x d c c l 3 2 1 4 合成方法和步骤 2 1 4 1 中间体乙酰硝酐的合成 o c h 3 c o + 矾0 3 c h ，c 。1 1 0 d 也 p o r o 一q 渺址a 一g 懈眦= 。 o r q 舶g o c i - 1 3 c | | o n 0 2 + c h 3 c o o h + 向配有温度计、滴液漏斗、回流冷凝器、电动磁力搅拌的1 0 0 m l 四口烧瓶中加 入1 5 m l 的乙酰酐，冰水浴控温5 1 0 。c ，搅拌下滴加8 m l 发烟硝酸，滴毕继续 控温反应1 h ，制得乙酰硝酐。 2 1 4 22 ，4 ，6 一三氯苯胺的生成 n a c i + h 2 s 0 4 + n a h s 0 4 + h c ii x m n 0 4 + h c i _ a 2 f + m n a 2 + h c i + h 2 0 q 一骂。隅h c i 配有温度计、电动搅拌器、回流冷凝管的2 5 0 m l 四口烧瓶中加入1 0 0 9 新蒸的 苯胺、2 5 0 m l 三氯甲烷，将烧瓶至于冰水浴中。搅拌状态下于1 0 c 左右通入经硫酸 干燥的氯化氢气体，约2 3 h 后，生成白色粘稠物为苯胺盐酸盐。随后通入干燥的 氯气，烧瓶内的反应液逐渐变成淡黄绿色，产生的氯化氢气体通过回流冷凝管导入 氢氧化钠尾气吸收装置中。反应1 0 h 后取样检查，直到白色固体溶于水后不变色则 停止通氯气，继续搅拌1 h 后脱溶回收溶剂，回收溶剂可循环使用。残液减压抽滤， 滤渣即2 , 4 ，6 三氯苯胺盐酸盐。用2 0 m l 三氯甲烷洗涤后再抽滤得白色粉末，置于真 空干燥箱中4 0 c 5 0 4 c 干燥4 h 取出。在2 l 的烧杯中加入1 5 l 水，搅拌状态下加 入干燥后的上述白色粉末，溶液变为淡红色混浊物，加完再搅拌1 h ，使其充分分解， 减压抽滤后滤渣水洗至中性，置于真空干燥箱中4 0 c 5 0 c 千燥4 h 后用石油醚结 晶得2 , 4 ，6 - - - - 氯苯胺白色固体1 5 o o g ，产率7 2 4 。产物为白色针状晶体，测得熔点 1 1 1 p ：7 7 7 8 c 。 2 1 4 3n - 硝基苄胺的合成 ，= 气i n o ， 沪c h 2 n h 2 + 吗c o o + 扩哂n h + c h 3 c 0 0 h 称取1 3 2 9 苄胺和5 0 m l 甲苯，混合后移入配有温度计、回流冷凝管、滴液漏 斗、电动搅拌器的l o o m l 四口烧瓶中，加入2 m l 乙酸酐消除反应体系中的水分。 冰水浴控制温度在1 0 c 以下，搅拌状态下滴入上述乙酰硝酐，2 3 h 滴完，滴完保 温反应l h ，反应后得黄色反应液，除去体系中的乙酸，得产物n - 硝基苄胺甲苯溶液 8 1 2 m l ，可直接用于下一步反应。 2 1 4 4 目标化合物n