（农药学专业论文）n硝基芳基脲衍生物的合成及生物活性初步研究.pdf

学位论文 蔓 是否保密他 如需保密，解密时间矽| 6 年6 只l ；b 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工作及取得的研究成 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 僦始匿臂 帆少7 年月沙日 黼鲐盈石珲撇名：习弋一 签名日期：力唧年6 月2 , o 日i签名日期：夕。匆年月声移日 注：请将本表直接装订往学位论文的扉页和目录之间 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 目录 摘要。i a b s t r a c t i i 缩略语表i v 第一部分前言1 1 除草剂研究概况。1 2 植物生长调节剂研究概况。3 3 杀菌剂研究概况5 4 脲类化合物研究概况6 4 1 酰基脲类化合物7 4 2n 硝基脲类化合物8 4 3 脲类化合物的合成方法8 4 4 脲类化合物的生物活性1 1 5n 硝基脲类化合物国内外研究状况1 2 5 1n 硝基脲类化合物的发展12 5 2n 硝基脲类化合物的合成1 3 6 立题依据1 4 7 课题研究的目的及意义1 4 第二部分合成及结构表征1 5 1 试剂和测试仪器15 1 1 主要试剂1 5 1 2 测试仪器1 5 2 中间体与目标化合物的合成及表征1 6 2 1 中间体的合成及表征1 6 2 2 目标化合物的合成及表征1 7 第三部分生物活性测定2 2 l 乳油的配制2 2 1 1 溶剂和乳化剂的选择2 2 1 2 乳油质量检测。2 2 2 植物生长调节活性和除草活性的初步测定2 2 2 1 材料与方法一2 2 2 2 结果与分析2 4 3 杀菌活性的初步测试3 l 3 1 材料与方法。3l 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 3 2 结果与分析3 2 第四部分结论3 6 1 结果与分析3 6 2 主要创新点3 7 3 展望3 7 参考文献3 8 附图4 2 致谢6 1 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 摘要 n 一硝基苯基脲类衍生物是既具有植物生长调节活性又具有除草活性的双功效化 合物，为了扩大n 一硝基脲类化合物的筛选范围，寻找高活性、多功效的化合物，本 论文设计在下列结构通式的分子右侧引入取代吡啶基、双取代苯基，用固体光气法 合成了该类化合物。研究了这些化合物的生物活性、构效关系及波谱性质。结构通 式如下： r 印吡啶基 r z = 2 甲基3 氯苯基 硒_ 2 ，3 一二甲基苯基 c 0 2 冒 c n h r r b = 4 甲基2 毗啶基 脚- - 2 ，4 - - - 甲基苯基 r j = 2 ，6 二氟苯基 r c = 2 ，4 - 二氯苯基 弗，4 - - - 甲基苯基 r t r = 3 ，4 - 二氯苯基 r n = 2 ，5 一二甲基苯基 具体研究内容为： l 本文综述了农药研究概况、脲类化合物的应用及合成方法等方面的研究进展。 2 设计合成了1 0 个n 硝基芳基脲衍生物，其中9 个未见文献报道，所有化合 物均经i r 、g c m s 、1 hn m r 确定结构。 3 测试了所有化合物的除草和植物生长调节活性，结果表明： ( 1 ) 化合物a j 对单、双子叶作物生长具有不同程度促进和抑制作用，其中化合 物a 、f 表现为低浓度促进，高浓度抑制。 ( 2 ) 化合物a 、g 在低于1 0 0 i ，t g m l 时对水稻和油菜生长均表现为促进作用，对 稗草和苋菜生长均表现为抑制作用；化合物f 、j 分别在1 0 0 i t g m l 、5 0 i _ t g m l 浓度 时对水稻和油菜生长表现为促进作用，对稗草和苋菜生长表现为抑制作用。 ( 3 ) 化合物g 、j 在低于1 0 0 1 上g m l 时对稗草鲜重和成活均有抑制作用，且抑制率 均比相同浓度下苄嘧磺隆对稗草鲜重和成活高，故化合物g 、j 比苄嘧磺隆对稗草的 防除效果更好。 4 测试了化合物a 、b 的杀菌活性，结果表明： 化合物a 、b 对供试真菌表现出良好的抑制作用，其中，化合物a 对水稻纹枯 病菌、草莓灰霉病菌、小麦赤霉病菌的e c 5 0 分别为0 6 8 1 0 1 a g m l 、3 7 7 3 3 i - t g m l 、 4 1 5 7 1 1 a g m l ；化合物b 对水稻纹枯病菌、草莓灰霉病菌、小麦赤霉病菌的e c s o 分 别为1 8 4 6 6 p g m l 、2 8 7 5 1 n g m l 、o o l1 8 1 a g m l 。 5 室内试验发现，化合物a 在1 0 0 p g m l 浓度以下表现出除草、植物生长调节 和杀菌三功效活性。 关键词：n 硝基芳基脲衍生物；固体光气；合成；生物活性 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 a b s t r a c t n - n i t r o p h e n y lu r e ad e r i v a t i v e si s ak i n do fd o u b l e f u n c t i o nc h e m i c a lc o m p o u n d w h i c hh a sp l a n tg r o w t hr e g u l a t i n ga c t i v i t ya n dh e r b i c i d a la c t i v i t y i no r d e rt oe x t e n dt h e e x t e n s i o no f n n i t r o p h e n y lu r e aa n df i n dt h eh i g ha c t i v i t ya n dm u l t i f u n c t i o n a lc o m p o u n d ， s u b s t i t u t e dp y r i d i n ea n dt w o - s u b s t i t u t e dp h e n y lw e r ei n t r o d u c e dt ot h er i g h to ft h e s t r u c t u r ej u s ta sf o l l o w s ；t h e s ec o m p o u n d sw e r es y n t h e s i z e d t h r o u g hn o n p h o s g e n e m e t h o d t h e i rb i o a c t i v i t i e s ，s t r u c t u r e - a c t i v i t yr e l a t i o n s h i pa n ds p e c t r a lp r o p e r t i e sw e r e s t u d i e d s t r u c t u r a lf o r m u l ai sa sf o l l o w s ： c 0 2 冒 c n h r r a 2 2 。p y r i d y lr 电5 4 m e t h y l - 2 - p y r i d y lr c 2 2 ，4 - d i c h l o r o p h e n y lr o = 3 ，4 - d i c h l o r o p h e n y l r r - - - 2 - m e t h y l 3 c h i o r o p h e l l y ir f - - 2 ，4 - d i m e t h y l p h e n y l , - - 3 ，4 - d i m e t h y l p h e n y li h = 2 ，5 - d i m e t h y i p h e n y l r f 2 ，3 - d i m e t h y l p h e n y lr r = 2 ，6 - d i f l u o r o p h e n y l t h i sd i s s e r t a t i o nm a yb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： lt h i sp a p e rs u m m a r i z e du r e ac o m p o u n d s a p p l i c a t i o na n dt h es y n t h e s i sm e t h o d s o fr e s e a r c hp r o g r e s s 2t e nn - n i t r oa r y lu r e ad e r i v a t i v e sw e r ed e s i g n e da n ds y n t h e s i z e d ，n i n ew e r e n o v e l t h e i rs t r u c t u r ew e r ec h a r a c t e r i z e db yi r ，g c m s ，1 hn m r 3t h e i rh e r b i c i d a la c t i v i t ya 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 yw e r et e s t e d ，t h e r e s u l t ss h o w e da sf o l l o w s ： ( 1 ) c o m p o u n da - jd i s p l a y e dd i f f e r e n tp r o m o t a b l ea n di n h i b i t o r ya c t i v i t y o n m o n o c o t y i e d o n o u sa n dd i c o t y l e d o n o u sc r o p s ；c o m p o u n da a n dfe x h i b i t e dp r o m o t a b l e a c t i v i t ya tl o wc o n c e n t r a t i o na n di n h i b i t o r ya c t i v i t ya th i g hc o n c e n t r a t i o n ( 2 ) c o m p o u n da a n dgs h o w e dg r o w t hr e g u l a t i n ga c t i v i t yo no r y z as a t i v ala n d b r a s s i c an a p u sl ，a n ds h o w e di n h i b i t o r ya c t i v i t yo ne c h i n o c h l o ac r u s g a l l ila n d a m a r a n t h u sa l b u slb e l o wl0 0 i ，t g m l c o m p o u n dfa n djs h o w e dg r o w t hr e g u l a t i n g a c t i v i t yo no r y z as a t i v al a n db r a s s i c an a p u sl ，a n ds h o w e di n h i b i t o r ya c t i v i t yo n e c h i n o c h l o ac r u s g a l l ila n da m a r a n t h u sa l b u sla tt h e d o s a g eo f l0 0 t g m la n d 5 0 i t g m l ( 3 ) c o m p o u n dg a n djs h o w e dh i g h e ri n h i b i t o r ya c t i v i t yo nf r e s hw e i g h ta n dl i v i n g o f e c h i n o c h l o ac r u s g a l l ilt h a nb e n s u l f u r o nb e l o w l 0 0 i t g m l 4b a c t e r i c i d a lr a t eo fc o m p o u n daa n dbw e r et e s t e d , t h er e s u l t ss h o w e da s f o l l o w s ： i i i i i 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 b t c d n d m s o p g r t c c t c s t ( 1 0 双效素一i i 缩略语表 固体光气 n n 二甲基甲酰胺 二甲基亚砜 植物生长调节剂 n ( 4 氯苯基) n ( 3 ，4 二氯苯基) 脲 三氯水杨酰替苯胺 十二烷基酚聚氧乙烯醚 n 硝基2 ，4 ，6 三氯苯胺- n ，n 。二甲基呱啶嗡 i v 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 第一部分前言 粮食对人类生存与发展具有重要的意义，世界农业面临每年增) j a 7 0 0 0 万人口的 巨大压力，而耕地面积却因环境恶化等因素在不断地减少( 范志金等，1 9 9 9 ) 。通 过农药的使用，来提高单位面积粮食产量是2 1 世纪农业的重要举措之一。杂草同农 作物争夺阳光、水分及土壤中的养分，严重的影响了作物的生长，降低了作物的产 量和质量。为了满足人们对粮食和其他生活物质日益增长的需要，不得不采用化学 品以保护作物不受有害生物的侵袭( 石桂珍，王兴涌，2 0 0 5 ) 。在农药中除草剂、植 物生长调节剂和杀菌剂的推广应用将发挥不可估量的作用，其不仅能减轻与挽回草 害造成的产量损失，而且也能促进耕作制度、种植结构及栽培方法的深刻变革，有 利于水土保持与自然生态环境的保护并节省大量劳动力( 李雪刚，2 0 0 3 ) 。 现在除草剂、植物生长调节剂和杀菌剂种类繁多，但对在某一特定剂量下既有 植物生长调节又有除草活性的化合物对农业生产的需求更具有开发价值。 我国人口占世界的2 2 ，耕地面积仅占世界的7 ，人均耕地是世界倒数第3 位( 黄兰兰等，2 0 0 3 ) 。农业必须持续地保持稳产高产，才能满足全国人口不断增 长的需要。农药除用于植物保护外，还大量用于环境卫生、控制传染病、畜牧、园 艺等方面。因此，农药在我国国民经济中具有重要地位。 1 除草剂研究概况 杂草防除在农作物生产中起着关键性作用。在我国，除草剂在三大农药( 除草剂， 杀虫剂，杀菌剂) 中所占的比例远低于世界水平。国产除草剂的品种主要是国外开发 的专利期己过的品种，自主创制的品种数量非常有限( 王涛等，2 0 0 2 ) 。因此，在 当前我们应该尽快发展除草剂，增加除草剂品种，提高除草剂的产量，以适应我国 现代农业可持续发展的需要。 自2 ，4 滴于1 9 4 6 年开始使用以来，除草剂工业已有5 0 多年的发展史，迄今已成 功地开发出了一大批选择性除草剂。除草剂作为现代农业生产体系的重要组分，是 农田除草技术中最可靠、最经济的手段( 欧晓明，唐德秀，2 0 0 0 ) 。2 0 世纪5 0 6 0 年代主要开发了苯氧羧酸、氨基甲酸酯、2 6 二硝基苯胺、脲、均三嗪、酰胺等类 除草剂，用量为2 5 k g h m 2 。进入2 0 世纪8 0 年代美国杜邦公司开发的磺酰脲类系列除 草剂，用量降到1 0 9 h m 2 ( 李巧玲等，1 9 9 8 ) 。2 0 世纪9 0 年代开发的l ，2 ，4 ，5 一四取代 苯类原卟啉原氧化酶抑制剂，既高效又安全( 邹盛欧，1 9 9 7 ) 。在除草剂中，磺酰脲 类、磺酰胺类、嘧啶醚类等乙酰乳酸合成酶( a l s ) 抑制剂类除草剂的销售额增长较快， 而一些用量高、毒性大的除草剂品种将逐渐退出市场( 周卫平，买买提江，1 9 9 7 ) 。 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 近年来，世界化学农药研究开发的热点与发展趋势是大量的杂环和稠环化合物 物，尤其是含氮含氟杂环化合物，代表了未来化学农药新品种的发展方向，除草剂 也不例外。在将来，除草剂仍然是最大的农药种类，化合物结构趋于复杂，杂环、 稠环以及含氟化合物成为主流，化学结构集中在磺酰脲类、亚胺类、环状亚胺类、 吡唑类、三唑啉酮类及脲嘧啶类等含氟杂环化合物，一般为需光性除草剂，特点是 与环境相容、高效，且对后茬作物无影响。这些高效新化合物大都是作用在酶的分 子水平上。用量极少，除草剂进入了超高效时代( 李海屏，2 0 0 4 ) 。展望2 l 世纪的 除草剂工业，其发展趋势有如下特点： ( 1 ) 环境相容性好。指除草剂对非靶标生物的毒性低。影响小，在大气、土壤、 水体、作物中易于分解，无残留影响。从分子设计开始就应充分考虑以对环境友好 作为创制新农药的首选指标，积极汲取最新的分子生物学的成就，充分考虑酶的差 异和先导化合物的选择性，对候选结构应尽早了解其作用机制，代谢机制和在环境 中的消长动态等，创制工作自始至终要考虑对新结构化合物的安全评价和环境评价， 开展生物合理设计，提供超高效性农药以大大缓和对环境的影响，开展系统总结不 同化学键和结构单元在环境中的降解规律，例如在分子设计中含有c c l 键因其在环 境中过于稳定，不易分解等。如杜邦公司开发的苯磺隆在土壤中分解迅速，半衰期 仅为1 - 6 d ，对后茬作物无害，但其活性仅为甲嘧隆的二分之一。 ( 2 ) 创制超高活性，用量少的品种。在研制高活性或超高活性除草剂中，含硫、 氮的杂环，相对分子质量在3 0 0 以上，5 0 0 以下的复杂的化学结构成为了研制热点 ( f a m u s c ha n dr e n i e r ，2 0 0 7 ) ，而在分子中适当位置引入一些不常见的新元素己成为 今后努力取得突破的手段之一，在这方面最成功的是引入氟原子。在农药分子中的 适当部位用氟取代氢( 由于f 和h 的范氏半径最接近) ，其理化性质变化较小，生物活 性却提高很大。如含氟的氟氯氰菊酯的杀虫活性比不含氟的氯氰菊酯高一倍。含氮 杂环化合物主要为吡啶、吡唑和嘧啶类。 ( 3 ) 立体异构体除草剂的研究成为2 1 世纪除草剂发展方向之一。在现有的除草 剂品种中，分子中含有手性原子或碳碳双键或叁键的化合物愈来愈多。文献报道， 具有旋光异构的品种约占据2 5 ，目前在国际市场上以单一旋光异构体销售的份额 为7 左右。2 0 年来，先后推出了十几个单一旋光性的除草剂品种。手性除草剂新品 开发主要分布在苯氧羧酸类、有机磷类、二苯醚类、环己二酮类、咪唑啉酮类、酰 胺类和氨基甲酸酯类等除草剂上。在构效关系研究中，人们发现它们的光学或几何 异构体之间的生物活性大多表现出较大差异，有的甚至一个是高效，而另一个却无 效。如日本石原产业公司开发的吡氟禾草灵，r 体的除草活性高而s 体无活性。 ( 4 ) 从除草剂作用机理中选择靶标模型，确定新品种开发途径。6 0 年代以前，除 草剂完全处于盲目筛选阶段( m i c h a e l ，1 9 9 2 ) 。近年来在除草剂研究领域，人们从作 用机理上将除草剂划分为光合作用抑制型、氨基酸合成抑制型、植物激素干扰型、 细胞分裂抑制型等。通过研究除草剂作用机理来选择靶标酶，目前己确定的除草剂 2 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 靶标共有1 7 种，其中主要存在两种靶标：乙酰乳酸合成酶和原卟啉原氧化酶。例如， 环状亚胺类除草剂是一类需光性除草剂，它主要抑制叶绿素的形成，而类胡萝卜素 生物合成受阻碍仅是一种次生效应。其作用靶标是原卟啉原氧化酶。环状亚胺除草 剂被植物幼芽或叶片吸收后，在体内进行非共质体传导，在光照条件下通过抑制叶 绿素生物合成中需光的5 氨基酮戊酸而造成光合色素严重减少和已形成的植物色素 的光氧化破坏，最终使植物产生白化现象。 日本科学家在研究无农药活性的三邻甲苯基磷酸酯的代谢机理时，发现苯环上 甲基被多功能酶催化代谢转化为甲醇基，其后分子内部发生磷酸根转移形成环状结 构的水杨酸环磷酸酯，该化合物能抑制乙酰胆碱酯酶活性，但不表现神经毒性，用这 个化合物作为先导化合物，最后开发成功具有新型环状结构的有机磷酸酯杀虫剂蔬 果磷。 ( 5 ) 生物源除草剂的研究开发。利用生物产生的天然活性物质直接作为农药或 以其新颖的化学结构作先导化合物进行结构优化，开发合成的类似物，日益受到重 视。例如，从植物体内分离出具有除草作用的次生物三噻吩，根花的根能分泌出一种 促进杂草发芽的物质硬鬃醇，能使寄生草独角金过早发芽而死亡。植物产生的杀草 或抑制杂草生长的物质现属于异株克生现象的研究领域。无疑。其中必定会找出许 多新型除草剂的先导化合物。 在除草剂的研究开发中，大都是在有了苯环取代产品以后，经过一段时间的研 究，出现发展滞固后，才有了吡啶取代的研究。这主要由于吡啶与苯环相比，原料 较难得到，反应较困难所造成。但吡啶和苯有着相似的结构外形和性质，吡啶可以 看成苯的生物等排体，因此可保持相同的生物功能，即都具有一定除草活性。并且 由于吡啶取代增强了除草剂在植物中的吸收和传导作用，使得吡啶取代除草剂比相 应的苯环取代除草剂活性明显提高，毒性却大大降低( 任雪玲，陈彬，2 0 0 0 ) 。 总之，近年来，新型除草剂的开发工作十分活跃，尤其是超高效除草剂( 如磺酰 脲、咪唑啉酮和有机膦类除草剂) 。光学活性农药及天然农药的研究将更引人注目， 我们相信具有超高效、无公害的新型除草剂将造福于人类。 2 植物生长调节剂研究概况 植物生长调节齐u ( p l a n tg r o w t hr e g u l a t o r s ，p g r ) 是人工合成的、具有植物激素活 性的一类有机物质，它们在较低的浓度下即可对植物的生长发育表现出促进或抑制 作用。近年来，植物生长调节剂品种发展较快，现己广泛应用于农业、林业、果树、 蔬菜、花卉等领域，已在插条生根，壮秆抗倒，促进开花，增加结实，改善品质， 贮藏保鲜，促进成熟，防止脱落，疏花疏果，诱导或打破休眠，单性结实，性别转 化，防除杂草等方面取得可喜成果，近年可用于调节植物生长的药剂已达4 9 0 多种。 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 植物生长调节剂的研究及其在生产上的应用，是近代植物生理学及农业科学的 重大进展之一。从2 0 世纪2 0 年代末到3 0 年代初，人们开始研究影响植物生长的物质。 1 9 2 8 年荷兰植物学家温特发现生长素浓度与燕麦幼芽鞘弯曲有量的关系。n 2 0 世纪 4 0 年代，随着新的生长调节剂的合成，尤其是苯酚类化合物的合成，大大推进了生 长调节剂的应用。 本世纪5 0 年代以来，植物生长调节剂便在农业上开始应用，到了8 0 年代，它的 研制和应用在国内外都有了突破性的进展。我国植物生长调节剂的研究和应用以多 效唑的应用研究最为突出，1 9 8 6 - - - 1 9 8 7 年针对南方移栽油菜高脚苗问题开展的“多效 唑培育油菜壮苗及抗寒性机理的研究”被国家科委列为“八五”科技成果推广重点项 目，极大地促进了我国农业生产的发展( 胡德玉，1 9 9 5 ) 。 随着科学技术的发展和农业生产的需要，利用植物生长调节剂调控作物的生长 发育逐步成为农业生长的重要措施之一。 植物生长调节剂是农药领域中的一个小类，虽然它的销售额并不高，但应用范 围较广。植物生长调节剂作为一类人工合成的与天然植物激素具有相似生理效应的 有机物质，是不可或缺的一类药剂。我国对其研究虽起步较晚，但在三个方面取得 了突破性进展：一是在理论上揭示植物生长调节剂的调控机理和作用方式方面，做 了大量研究；二是许多不同类型的高效植物生长调节剂的合成与生产，并在较大面 积应用获得成功。如“9 2 0 ”、助壮素、多效唑、“4 8 1 ”等；三是在应用技术上从诱导 种子萌芽、生根、控制株型、促进开花、增强抗逆力、控制分化、增实增果、催熟、 防止或促进果实脱落、储藏保鲜等一系列栽培措施和技术环节，均相应地找到了实 用的植物生长调节剂。 由于此类药剂作用机理多样，随着农业生产的发展，应用前景十分广阔，就现 阶段植物生长调节剂的应用状况而言，研制新品种，开发应用新技术和发展多功能 的混合制剂是今后发展植物生长调节剂的主要途径。 杀虫剂、杀菌剂和除草剂这几类农药用于防治作物的外敌，改善作物的生长环 境，而植物生长调节剂是直接作用于作物，使作物的生长朝有利于人类利益的方向 调控，由于植物生长调节剂的重要作用，它们日益受到人们的重视，目前全世界人 工合成的植物生长调节剂达2 0 0 多种，商品化的也多达几十种，植物生长调节剂的应 用，近2 0 多年来始终保持在1 0 以上的增长速度( 张巽和王鑫，2 0 0 6 ) 。每年销售 额为3 4 亿美元，占整个农药年销售额的6 5 ，而且这一比例呈增长趋势( 韩德元， 1 9 9 7 ) 。国外有关专家早在1 9 8 2 年就预言，至l j 2 1 世纪，植物生长调节剂在农业上将 作为一个单独品种与化肥和农药同等重要。 随着国际上新的植物生长物质的不断推出，我国及时引进并进行了开发研制。 早在建国初期，便开始使用吲哚乙酸、奈乙酸、苯氧乙酸类植物生长调节剂。5 0 年 代开始乙烯应用和赤霉素发酵生产，并对水稻等开始进行杀雄研究。6 0 年代开始使 用赤霉素。7 0 年代开始使用细胞分裂素类制剂，并开始用矮壮素、比久、氯化磷控 4 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 制植物生长试验。8 0 年代许多植物生长调节剂开始大面积应用，仅多效唑培育壮秧、 防止稻麦倒伏面积即达数十万公顷。随着地力水平不断提高，投入增加，倒伏成为 高产田块严重威胁。9 0 年代采用多效唑等控制稻麦倒伏，现已成为常规技术。g a 、 缩节安、多效唑、乙烯利等调节剂的年覆盖面积达1 3 0 0 多万公顷。 今后开发植物生长调节物质将侧重于以下几类： 1 抗旱剂促进植物根系生长，在灌溉或降雨量较低时提高植物对水分吸收能 力。 2 植物生长延缓剂控制木本植物、草坪和行道树的生长，主要应用于园林和 城市绿化建设。 3 促增产剂在集约化管理条件下可以提高产量。 4 调节植物体内化学组分剂可增加植物体内如蛋白质、油脂等化学成分，提 高植物营养成分的含量。 3 杀菌剂研究概况 自从人类有农业以来，农作物就一直遭受真菌的蹂躏。1 9 世纪4 0 年代爱尔兰 发生的马铃薯疫病( p h y t o p h t h o r ai n f e s t a n s ) 饿死了1 0 0 多万人。全世界作物损失的 三分之一是真菌引起的，果园每年要使用杀菌剂6 一1 5 次。可以不夸张地说，如果不 进行任何保护的话，那么果园将生产不出任何可以拿出来销售的水果。 杀菌剂是在一定的剂量或一定浓度下对病原菌具有毒杀作用的化学物质，其发 展史经过以下几个阶段：( 一) 无机杀菌剂段( 2 0 世纪3 0 年代以前) ，在这个时期 波尔多液是广泛应用的保护剂之一；( 二) 有机合成杀菌剂阶段( 2 0 世纪3 0 6 0 年 代) ，这个阶段杀菌剂的种类比较多，包括有机硫类、有机磷类、有机砷类、有机氯 类和有机汞类，其中有机硫类的出现是杀菌剂从无机发展到有机合成的标志，目前 普遍应用的有福美双、开普顿等；( 三) 内吸性杀菌剂阶段( 2 0 世纪6 0 年代末8 0 年代) ，内吸性杀菌剂主要是抑制真菌的生长。它具有可被植物吸收，并在植物体内 输导的性能，因而对侵入种子胚内部或植物体内的病原菌有很好的防治效果 ( e d g i n g t o n ，e ta 1 ，1 9 8 0 ；a n d r e ua n dc a l d i z ，2 0 0 6 ) ，生产中广泛应用的有甲基硫菌灵、 甲霜灵、苯莱特等；( 四) 甾醇合成抑制剂( 2 0 世纪8 0 年代开始应用) ，这类杀菌 剂实际上是抑制了真菌的膜合成和生长，因而被应用于植物病害的防治( s i e g e l ， 1 9 8 1 ) ，生产中应用的有三唑酮等；( 五) 植物抗病诱导剂( 2 0 世纪9 0 年代开始) ， 这类化合物对病菌没有或仅有很低的杀菌或抑菌作用，但能通过诱导植物的抗病反 应，提高植物的抗病性，从而达到防治病害的目的，它的抗病反应类似于抗病品种， 而且抗性的持效期较长，代表的药剂有乙膦铝，赤霉酸等( 马忠华，叶钟音，1 9 9 7 ) 。 植物的病害由于不像害虫和杂草那样容易被人们及时发现，所以往往造成防治 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 上的忽视和困难，因而其危害就更为严重。据报道，全世界单是由病原真菌引起的 植物病害就多达一万种，所造成的损失占作物年度总损失的1 0 - 3 0 ( 唐除痴等， 1 9 9 8 ) 。如果把病毒、细菌和线虫等引起的植物病害也算在内，其损失就更为可观。 在土地辽阔的中国，作物种类及其病害更是多种多样，小麦锈病，水稻白叶枯病等 的流行曾造成粮食严重损失。由于高效内吸性杀菌剂的出现，使得许多粮食作物、 蔬菜、果树的严重病害，如各种锈病、黑粉病、白粉病等得到了有效的控制( n a t a l i a re ta 1 ，2 0 0 7 ) 。尽管如此，仍有不少植物病害，仍不能得到理想药剂的有效控制， 这对农业生产是一个严重威胁。 为了满足人们对粮食和其它生活物质日益增长的需要，不得不采用化学品以保 护作物不受有害生物的侵袭，其中杀菌剂起着重要作用。随着农业生产技术的不断 发展，杀菌剂的应用会更加受到重视。在西欧，杀菌剂的用量为全世界杀菌剂总量 的4 3 ，居该地区农药用量的第一位。中国是一个农业大国，杀菌剂无论从数量上 还是从品种上都还不能满足农业生产的实际需要，应该努力发展。 可以预料，今后更加有效的杀菌剂的出现，将和杀虫剂、除草剂等作物化学保 护品一起，能够在当代农民与有害生物引起的各种灾害的斗争中，发挥更大的作用。 杀菌剂通过防止或根除病原菌的侵染保护有用作物的生长，同杀虫剂和除草剂 一道，防止作物减产，使人类丰衣足食( 李斌，2 0 0 1 ) 。近年来，杀菌剂工业的研 究与开发得到了快速发展，取得了令人瞩目的成就。 具统计，目前我国发现的农作物病害主要有3 0 0 多种，其中7 0 多种水稻病害、5 0 多种小麦病害、3 0 多种玉米病害、5 0 多种大豆病害、3 0 多种向日葵病害、3 0 多种油 菜病害、3 0 多种甜菜病害等。我国常年作物病害发生面积约8 6 6 0 万h m 2 ，防治面积占 发生面积的8 0 9 0 ，化学防治总面积约6 7 0 0 万h m 2 ，应用杀菌剂品种5 0 多个，制 剂4 1 0 多种，用量约3 6 万t 占农药总用量的1 3 以上。由于化学杀菌剂具有防效明 显、速度快、成本低、使用简便等特点，因此目前防治植物病害的主要手段为化学 杀菌剂( s a u t e r ，1 9 9 9 ) 。与杀虫剂和除草剂相比，杀菌剂的市场份额和品种相对较 少，并且市场波动较大。但是，自2 0 世纪8 0 年代以来，世界杀菌剂新品种的开发仍取 得很大进展，如三唑类、酰胺类、嘧啶胺类、甲氧基丙烯酸酯类等。 4 脲类化合物研究概况 自从发现并分离出具有促进植物细胞分裂活性的脲类细胞激动素如二苯脲 ( d p u ) 后( 李雄彪，1 9 9 2 ；b r u c ea n dz w a r , 1 9 6 6 ) ，人工合成的脲类化合物相继出 现。取代脲是一类广泛用于工业、农业和制药等行业的重要化合物。由于结构中含 有不同取代的肽键( - c o n h 一) ，所以多数具有生物活性。它们可作为农药，如除草 剂、杀菌剂、杀虫剂等，也可作为植物生长的调节剂；经研究发现，它们还可作为 6 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 石油、烃类燃料以及聚合物的添加剂，如抗氧剂、抗沉淀剂、缓蚀剂等( v i s h n y a k o v a e ta 1 ，1 9 8 5 ) ；它们也可用于医药领域中的重要中间体和染料的制备( 薛燕等，2 0 0 2 ) 。 由于脲分子易被多种取代基取代，其能抑制杂草种子的光合成，自1 9 5 1 年杜邦公司 发现灭草隆后，受到人们重视，约有二十个品种在市场上出售，多用于旱田防除单 双子叶杂草和某些多年生杂草，常用品种有，用于小麦生长期的绿麦隆、甲氧隆、 异丙隆，对大豆安全的利谷隆，适用于水田防除牛毛毡和水蜈蚣的杀草隆。近年来 取代脲类化合物的研制和应用发展迅速，国内外一些学者合成了许多新的脲类化合 物，开发出杂环脲类除草剂，如噻草隆、特丁噻草隆等( 陈茹玉等，2 0 0 2 ) 。 取代脲类除草剂大多是内吸传导型除草剂，脲类化合物很容易被植物的根吸收， 随着蒸腾输导到植物的茎叶中，当药物施于叶面也可透过角质层而进入植物体内， 这两种途径的难易程度，均可根据化合物的结构不同而不同，脲类化合物主要抑制 光合作用中的电子传递，选择性主要来自于植物对药剂吸收、运转及代谢能力差异。 且对温血动物安全无害，许多具有非对称脲结构的除草剂，已在工业上规模生产。 脲类化合物的种类繁多，有对称取代脲，非对称取代脲，现以酰基脲类化合物 和n 一硝基脲类化合物为例作一介绍。 4 1 酰基脲类化合物 酰基脲类化合物包括芳甲酰基脲、磺酰基脲及磷酰基脲等，是脲类化合物中重要 的一类衍生物，具有广泛的生物活性( 赵新筠，2 0 0 3 ) 。最初的苯甲酰基脲类化合物 是作为杀虫剂抑制昆虫几丁内质的合成而达到杀死昆虫的目的，随后有许多的该类 化合物相继商品化，一度成为杀虫剂研究领域的研究热点。 4 1 1 甲酰基脲类 甲酰基脲类杀虫剂是7 0 年代化学家企图通过改变脲类除草剂的化学结构来合 成新型除草剂的过程中发现的。最初，发现它有抑制昆虫表皮几丁质合成的作用， 后来，陆续发现它还具备调节生长发育、抑制蜕皮变态等作用。甲酰基脲类化合物 的主要品种有如下几种：除虫脲、杀虫隆、氟铃脲、氟虫脲。 4 1 2 磺酰脲 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 ( 马宁，2 0 0 4 ) 。自杜邦公司的l e v i t t 博士( l e v i t tg ，1 9 9 1 ) 发现第一个品种氯磺隆之 后，全世界范围内掀起了一股磺酰脲类除草剂的研究热潮，最近几年仍有高活性、 低残留的品种相继问世( 刘长令，2 0 0 2 ) ，如：胺苯磺隆、氟嘧磺隆、氟胺磺隆、 单嘧磺隆。 7 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 4 2n 硝基脲类化合物 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结构的化合 物，是一类具有除草和植物生长调节活性的双功效化合物，结构通式如下： u , 0 2h i i r 1 n g n r 2 。 o 其合成方法有酰氯法和异氰酸酯法。 由文献( 王钧，2 0 0 2 ) 知，n 硝基二苯基脲类与磺酰脲类在结构及活性上具有 相似性，磺酰脲类化合物脲桥右侧经杂环化改造后，除草活性提高了1 0 0 0 倍，由此 推测，在保留n 一硝基脲活性结构的基础上，以各种含n 杂环( 吡啶环，嘧啶环，三 嗪环) 取代脲桥右侧的苯环，进行结构改造，合成一类n 硝基杂环脲类化合物具有 重要的意义。 4 3 脲类化合物的合成方法 4 3 1 光气法或基于光气的异氰酸酯法 工业上合成非对称取代脲的传统方法是采用光气法或基于光气的异氰酸酯法 ( m r a ze ta 1 ，2 0 0 4 ) 。如制备植物生长调节剂的苯基吡啶基脲类化合物就是采用这种 方法合成的( h o c q u e ta n dt o h i e r , 1 9 9 4 ；s u d h a ，1 9 8 5 ) 。其合成反应为： 岔悯+州9 r 一岔n h c o n h 婶- - r 但是此种方法由于原料的高毒性，且反应过程中生成大量的具有强腐蚀性和污 染性的含氯废物，造成了设备的严重腐蚀以及产品后处理上的困难；同时，像异氰 酸酯其活性非常高，需要在无水、无氧、氮气保护氛围下进行反应，因此对实验的 技术性要求特别高，操作比较复杂。过去几十年来，人们一直在寻找光气的替代品， 如二光气、三光气、羰基二吲哚等，但这些试剂本身还是从光气出发制备的。因此 采用光气或基于光气的方法制备非对称取代脲有很大的局限性。 以芳香胺为原料，将五氯化磷与芳香氨基甲酸甲酯反应制得异氰酸酯，再与亚氨 基二乙酸二甲酯缩台得到不对称芳香取代脲( g r o s sa n dg l o e d e ，1 9 6 3 a ；g r o s sa n d g l o e d e ，1 9 6 3 b ；b o i k oe ta 1 ，2 0 0 2 ) 。此法克服了光气法的缺点，反应步骤少，操作简 便，产物的后处理容易，而且收率较高。如下反应式： o i i n n h 2 竺s 绋。3 r 倒r 倒 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 r 9 忧= 。型骂r 9 呐o 吼c o o 呲kr 挺r 名= ( r = h 或2 ，6 - - 乙基3 - 碘) 4 3 2 叠氮化合物法 二十世纪初c u r t i u s 提出用叠氮化合物的方法来制备芳香或杂芳香酰胺，根据不 同的反应条件可以得到不同的产物( 酰胺或脲类化合物) ( o ine ta 1 ，1 9 9 5 a ；o ine t a 1 ，1 9 9 5 b ；a r r i e t aa n dp a l o m o ，1 9 8 1 ) 。反应方程式如下所示： h e t - - c o n 3 + a r n h 27 m b h e t n h c o n h a r 如果在室温下以l ，2 - - 甲氧基乙烷作溶剂进行反应，则反应将按照路线a 进行； 如果以沸腾的氯仿或1 ，2 一二甲氧基乙烷作溶剂时，反应将按照路线b 进行，得到非 对称的取代脲。 虽然叠氮化合物是合成各种含氮官能团的有用的中间体，但是其合成比较麻烦， 主要是由于叠氮化合物本身比较容易爆炸，因此实验操作比较危险，不适合于工业 化生产，因而不是一种安全、可靠的合成非对称取代脲的好方法。 4 3 3 取代脲的置换反应 脂肪胺的碱性较芳香族胺的碱性强一些，因此脂肪胺与芳香取代脲的反应就要 容易一些，其反应方程式如下( 杨瑛和陆世维，2 0 0 0 a ：r a m a d a sa n ds r i n i v a s a n ，1 9 9 3 ) ： p h n h c o n h p h + r 1 r 2 n h _ 耍当誉署茗篡警p h n h c o n r l r 2 + p h n h 2 在此基础上，发现了对称的二苯脲与二甲胺水溶液是能够反应的，从而简捷地 得到了非草隆、灭草隆和伏草隆等一些已商品化的除草剂( 杨瑛和陆世维，2 0 0 0 b ； a n a n de ta l ，2 0 0 4 ) ，进一步发展了取代脲的置换反应。 4 3 4 用n 取代三氯乙酰胺合成不对称取代脲 用三氯乙酰苯胺替代异氰酸苯酯，在碱性条件下与胺反应，合成了不对称取代 脲( 郭佃顺，1 9 9 5 ) 。 9 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 o i i d m s o n h c c c l 3 + h n r lr 2 n a o h o n h c n r lr 2 4 3 5 酰氯法 仲胺与光气反应制得酰氯中间体，但由于光气毒性较大，反应不易控制，故采 用三光气法合成酰氯化物，如下反应，由三光气( h o c q u c ta n dt o h i c r , 1 9 9 4 ；m a j e ra n d r a n d a d , 1 9 9 4 ) 代替光气，反应易控制，能计量，而且毒性较小。 洲r ，! 墼0 一c 。c 。