（农药学专业论文）二氮氧化喹喔啉甲醛衍生物的合成及除草活性的研究Ⅱ.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 如需保密，解密时间b p 年7 月9 日 是否保密 厶历謦、 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- t i 我一同- r _ 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 研究生签名： 鸟计卫时间：钆纯7 7 年6 月坪日 学位论姗始占斟卫导懒：私中 签名日期：、间7 年( 月呷日签名日期：坳，7 年妇珥日 注：请将本表直接装订在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 v 第一章前言1 1除草剂的研究进展1 1 1 除草剂的生产与应用1 1 2 除草剂发展标准及开发方法6 1 3 除草剂研究的热点8 1 3 1 杂环和稠环化合物的研究8 1 3 2 立体异构体除草剂的研究和应用9 1 3 3 生物除草剂的研究9 2 二氮氧化喹喔啉类化合物。1 0 2 1 国内外二氮氧化喹喔啉化合物研究概况1 0 2 2 二氮氧化喹喔啉化合物应用1 1 2 3 具有环戊酮基团结构的化合物的生物活性研究1 2 3 本论文研究的目的与意义1 4 3 1 本研究课题的意义1 4 3 2 本研究课题的目的1 5 第二章二氮氧化喹喔啉甲醛衍生物的合成研究1 6 1实验材料1 6 1 1 实验仪器1 6 1 2 实验药品1 7 2 实验方法1 9 2 1 中间体苯并呋咱1 氧化物( b e n z o f u m x a nb f o ) 的合成1 9 2 1 1 实验过程1 9 2 1 2 结果与讨论1 9 2 2 中间体2 甲基二氮氧化喹喔啉的合成2 0 2 2 1 实验过程2 1 2 2 2 结果与讨论2 1 2 3 中间体1 ，4 二氮氧化喹喔啉2 甲醛的合成2 2 2 3 1 实验过程2 2 2 3 2 结果与讨论。2 3 2 4 环戊酮取代化合物的合成2 4 2 4 12 烷亚甲基环戊酮的合成2 4 华中农业大学硕士研究生毕业论文 2 4 2 环戊酮m a n n i c h 碱的合成。2 6 2 4 3 乙硫基环戊酮的合成3 1 2 5 各种单腙中间体的合成。3 3 2 5 2 结果与讨论3 4 2 6 目标化合物1 ，4 二氧喹喔啉2 甲醛取代环戊酮双腙的合成3 6 2 6 1 实验过程3 6 2 6 2 结果与讨论3 7 2 7 二氮氧化喹喔啉2 甲醛取代环戊酮双腙的物理性质和结构表征：3 7 第三章二氮氧化喹喔啉甲醛衍生物的生物活性研究。4 2 1 弓f 言：4 2 2 材料与实验植物4 2 2 1实验材料4 2 2 2 主要试剂4 2 2 3 实验仪器4 2 3 实验方法4 2 3 1 营养液的配制4 2 3 2 乳油的配制4 3 3 2 1 农药乳液的配方4 3 3 2 2 乳化液稳定性与分散性鉴定4 4 3 2 3 乳油质量鉴定4 4 4 室内除草实验数据4 4 4 1 实验植物的栽培与评价方法4 4 4 2 药效评价级别。4 5 4 3 实验数据及处理4 6 5 结果与讨论5 4 第四章结论。5 6 第五章化合物2 甲基异莰醇的合成。5 8 1 前言。5 8 2 实验材料5 8 2 1 实验仪器。5 8 3 实验方法6 0 3 1 甲基碘化镁c h a m g c l 格氏试剂的合成6 0 3 1 1 实验过程6 0 3 1 2 结果与讨论6 0 3 2 化合物2 甲基异莰醇的合成6 1 3 2 1 实验过程6 1 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 3 2 2 结果与讨论。6 2 参考文献6 5 附录部分目标化合物的波谱图7 1 致 射8 3 攻读硕士学位期间发表的文章8 4 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 摘要 化学除草剂是农业生产的重要保障。现有商品除草剂在除草效果与环境保护方 面仍不能满足社会发展的需要。故研制高效安全的新除草剂成了农药研究领域最热 门的课题。 本课题组在近几年研究中发现二氮氧化喹喔啉甲醛衍生物具有明显的除草活 性。本课题将具有生物活性的取代环戊酮与二氮氧化喹喔啉甲醛拼接，探求新化合 物的除草活性。 本论文在前期研究的基础上完成了如下工作： 1 以邻硝基苯胺为原料，合成了苯并呋咱n 氧化物；用苯并呋咱n 氧化物与 丙酮经b e i r u t 反应合成了2 甲基二氮氧化喹喔啉；2 甲基二氮氧化喹喔啉用二氧化 硒氧化生成二氮氧化喹喔啉2 甲醛中间体。 反应方程式如下： q n a c l o h q 毗 中间体 2 合成以下两种不同类型的取代环戊酮中间体1 0 种。 反应方程式如下： o 3 尝试合成以下两种取代环戊酮： 反应式如下： o r a r 2 n n r 2 r 3 o n r 2 r 3 h 一 ? c c 一 3 一生 o-n，on 严k 旺 华中农业大学硕士研究生毕业论文 o o 1 c h 3 c h 2 s h 4 取代环戊酮与肼反应生成单腙中间体1 0 种。 反应式如下： o o r l n h 2 n h 2 一 r 、+ n h 2 n h 2 _ ， r ” o 5 取代环戊酮单腙与二氮氧化喹喔啉甲醛反应，合成了1 0 种二氮氧化喹喔啉甲 醛双腙。 反应式如下： oo c 、h 一 o q y n 目标化合物 oo 目标化合物 6 对涉及上述相关化学反应的反应条件进行了探讨，优化了反应条件。 对合成的1 0 种二氮氧化喹喔啉甲醛双腙的结构进行了表征。 2 r h ， 一 啾 刚 d麓 a o：一 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 7 用1 0 种合成的新化合物对单子叶植物水稻、稗草和双子叶植物油菜、野苋菜 进行了除草活性方面的实验，测定了新化合物在不同质量浓度下对水稻、稗草和油 菜、野苋菜的除草活性。 实验结果表明，除草活性随新化合物的品种、浓度和植物品种不同而异。1 ，4 一 二氮氧化喹喔啉一2 一甲醛一2 t - ( 二甲氨基甲基) 环戊酮双腙、l ，4 - - - 氮氧化喹喔啉- 2 - 甲醛一2 l 二甲基亚甲基环戊酮双腙在4 0 0 m g l e 稗草具有致死作用，浓度越高，效果 越明显。1 ，4 一二氮氧化喹喔啉一2 一甲醛一2 l 正丙基亚甲基环戊酮双腙在高浓度 8 0 0 m g l 下可以杀死稗草和野苋菜。1 ，4 一二氮氧化喹喔啉一2 一甲醛一2 l 一乙基亚甲基环 戊酮双腙在各种浓度下可以杀死稗草、油菜和野苋菜，在浓度高于4 0 0 m g l # i 丕可 以杀死水稻。 总体来说，新化合物对单子叶植物的抑制活性高于对双子叶植物。 本论文为一类新型除草活性化合物二氮氧化喹喔啉甲醛衍生物的合成与除草 活性研究积累了科研数据。 关键词：取代环戊酮；二氮氧化喹喔啉甲醛衍生物；合成；除草活性 m 华中农业大学硕士研究生毕业论文 a b s t r a c t c h e m i c a lh e r b i c i d e sh a v ee x t e n s i v ea p p l i c a t i o ni na g r i c u l t u r e b u t ，t h eh e r b i c i d e sc a n n o tm e e tt h en e e do ft h eh u m a nb e i n g si nt h ef i e l do fh e r b i c i d a la c t i v i t ya n de n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n t h ed e v e l o p m e n to fn o v e lh e r b i c i d e sh a sb e c o m et h em o s th o ts u b j e c ti n p e s t i c i d ef i e l d r e c e n t l y , w ef i n dd e r i v a t i v e so fd i - n - o x i d eq u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d eh a v eo b v i o u s h e r b i c i d a l a c t i v i t y t h e y c a nb e p o t e n t i a l a n dn o v e lh e r b i c i d e s s u b s t i t u t e d c y c l o p e n t a n o n e sh a v eb i o l o g i c a la c t i v i t y , a n dn e w d e r i v a t i v e so fd i - n o x i d eq u i n o x a l i n e f o r m a l d e h y d e w h i c hh a v et h es t r u c t u r eo ft h e ma r es y n t h e s i z e da n ds c r e e n e d f o r h e r b i c i d a la c t i v i t y b a s eo n o u re a r l yr e s e a r c h ，t h i sp a p e ra c c o m p l i s h e dt h ew o r k sa sf o l l o w s ： 1 b e n z o f u r a z a n ew a ss y n t h e s i z e d u s i n go - n i t r o a n i l i n e ，f o l l o w e db yr e a c t i n gw i t h a c e t o n et op r o d u c et h em e t h y ld i - n - o x i d eq u i n o x a l i n et h r o u g hb e i r u tr e a c t i o n t h e p r o d u c tw a s o x i d i z e db ys e l e n i u md i o x i d et of o r mt h ed i - n - o x i d eq u i n o x a l i n e f o r m a l d e h y d e t h ec h e m i c a le q u a t i o na sf o l l o w s ： n 0 2 n a c l 0 n h 2 c h 3 2 t e nk i n d so fs u b s t i t u t e dc y c l o p e n t a n o n e sw h i c hb e l o n gt ot w od i f f e r e n tt y p e sh a d b e e ns y n t h e s i z e d t h ec h e m i c a le q u a t i o na sf o l l o w s ： o i v o r 3 r 2 n n r 2 r 3 o n r 2 r 3 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 3 a t t e m p t e dt os y n t h e s i z et w ok i n d so fs u b s t i t u t e dc y c l o p e n t a n o n e sb e l o w o b r 2 - - - o i c h 3 c h 2 s h 4 t e nk i n d so f s i n g l eh y d r a z o n e w e r eo b t a i n e db yr e a c t i o no fs u b s t i t u t e d c y c l o p e n t a n o n e sw i t hh y d r a z i n eh y d r a t er e s p e c t i v e l y t h ec h e m i c a le q u a t i o na sf o l l o w s ： r ” o o r + n h 2 n h 2 _ 卜 r o 5 t e nk i n d so f1 , 4 一d i o x o q u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d ed i h y d r a z o n e sw e r eo b t a i n e db y r e a c t i o no fs i n g l eh y d r a z o n ew i t h1 , 4 一d i o x o q u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d e t h ec h e m i c a le q u a t i o na sf o l l o w s ： i i o r ” f i n a lp r o d u c t s 6t h ei n v e s t i g a t i o no fc o r r e l a t i v er e a c t i o nc o n d i t i o n sw a sc a r d e do u ti no r d e rt o i m p r o v et h er a t eo fp r o d u c t i o n a n dt h es t r u c t u r e s o fs o m ef i n a lp r o d u c t sw e r e c h a r a c t e r i z e d v 华中农业大学硕士研究生毕业论文 7 m o n o c o t y l e d o no r y z as a t i v a 、e c h i n o c h l o ab e a u v o i sa n dd i c o t y l e d o na m a r a n t h u s a s c e n d e n sl o 厶e l 、c a n o l aw e r es e l e c t e da sb i o m a r k e rt ot e s t i f yt h eh e r b i c i d a la c t i v i t yo f f i n a lp r o d u c t sb ym e a s u r i n gt h eh e r b i c i d a la c t i v i t yo nd i f f e r e n tm a s sc o n c e n t r a t i o no f f i n a lp r o d u c t s t h er e s u l ts h o w st h a t ，t h eh e r b i c i d a la c t i v i t yv a r i e sf r o md i f f e r e n ts p e c i e sa n d c o n c e n t r a t i o no fn o v e lc o m p o u n d s 1 , 4 一d i o x o q u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d e 一2 - ( m e t h y l a m i n om e t h y l ) c y c l o p e n t a n o n ed i h y d r a z o n e sa n d1 , 4 一d i o x o q u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d e - 2 - d i m e t h y l i d e n ec y c l o p e n t a n o n ed i h y d r a z o n e sc a n k i l le c h i n o c h l o ab e a u v o i sw h e nt h e m a s sc o n c e n t r a t i o no ft h et w oc o m p o u n d si s 4 0 0 m g 几a n d t h et h i c k e rm a s s c o n c e n t r a t i o n ，t h e b e t t e rh e r b i c i d a l a c t i v i t y 1 , 4 d i o x o q u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d e 2 - n - p r o p a n a l i d e n ec y c l o p e n t a n o n ed i h y d r a z o n e sc a nk i l le c h i n o c h l o ab e a u v o i sa n d a m a r a n t h u sa s c e n d e n sl o i s e lw h e nt h em a s sc o n c e n t r a t i o no ft h ec o m p o u n d i s 8 0 0 m g l 1 ，4 - d i o x o q u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d e 一2 一e t h y l i d e n ec y c l o p e n t a n o n e d i h y d r a z o n e sc a nk i l le c h i n o c h l o ab e a u v o i sa n dc a n o l a a n da m a r a n t h u sa s c e n d e n s l o s e lo nd i f f e r e n tm a s sc o n c e n t r a t i o n s i ta l s oc a nk i l lo r y z as a t i v aw h e nt h em a s s c o n c e n t r a t i o ni sa b o v e4 0 0m g l t h a ta l l ，t h eh e r b i c i d a la c t i v i t yo fn o v e lc o m p o u n d st om o n o c o t y l e d o ni sb e t t e rt h a n t od i c o t y l e d o n t h i sp a p e ra c c u m u l a t e dt h es c i e n t i f i cr e s e a r c hd a t af o rs y n t h e s i sa n dh e r b i c i d a la c t i v i t y o fal a t e m o d e lk i n do fd e r i v a t i v e so fq u i n o x a l i n ed i - n o x i d ef o r m a l d e h y d e k e yw o r d s ：s u b s t i t u t e dc y c l o p e n t a n o n e ；d e r i v a t i v e o fd i - n - o x i d e q u i n o x a l i n e f o r m a l d e h y d e ；s y n t h e s i s ；h e r b i c i d a la c t i v i t y 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 第一章前言弟一早月l ji 从人类开始在大地上耕种的时候起，杂草就一直是困扰种植业发展、阻碍农作 物产量提高的一个重要因素。 世界上的杂草约有五万种，给经济造成损失的杂草有1 8 0 0 余种，而在主要粮 食作物中生长的杂草有2 0 0 余种。据统计，全世界农作物受杂草危害平均减产9 7 。 其中粮食作物减产1 0 4 。不发达国家尤甚：在印度，杂草造成水稻损失4 1 6 ， 小麦损失1 6 0 ，玉米损失3 9 8 ，棉花损失3 0 5 中国农田受草害面积有4 2 8 1 0 s h i n 2 ，其中受杂草严重危害的农田有2 x 1 0 s h r n 2 ，主要发生在水稻、棉花、小麦、大豆、玉米五大农作物田，造成严重减产。 水稻田受草害面积最大，达1 5 3 1 0 8 h m 2 ，产量损失1 0 3 1 0 1 0 k g ，损失率1 9 4 ( 苏少泉，1 9 9 3 ) 。 杂草对农业生产造成的危害人们早已认识到，并一直同农田杂草进行着不懈 的斗争。最初人们用最原始的手工进行防除，但效率不高，劳动强度大，不能进行 大面积的防除。 除草剂的使用给人类带来了曙光：通过喷施除草剂，可选择性的杀死杂草而 不伤害农作物，使用除草剂除草不但可以降低劳动强度，还可以提高田间除草效果。 随着农业生产的发展和科学技术的进步，除草剂的应用越来越普及，在农药中的比 重也越来越大，已成为农业生产中已必不可少要素。 1 除草剂的研究进展 1 1 除草剂的生产与应用 化学除草剂的研究及应用较杀虫剂起步较晚，公元1 世纪v a r r o 曾报道用橄榄 油渣的水溶液可以防除橄榄周围的杂草，人类有记载的最早有机天然除草剂。 1 5 9 4 年b i a t t 发现海盐与谷物混播，可以清除田间杂草，提高谷物产量，这是 无机天然除草剂的出现。 1 9 世纪末期，人们发现c u s 0 4 能防治麦田一些十字花科杂草，而不伤害作物。 硫酸铜作为除草剂开始在农田中使用，从而出现了化学除草剂这一新类型农药，拉 开了化学除草剂的序幕( 臧开保，王晓光，2 0 0 0 ) 。 1 9 3 2 年，选择性化学除草剂二硝酚和地乐酚的问世，成为除草剂由无机向有机 化合物发展的里程碑。从此除草剂新品种的研制与开发进入有机化合物的领域，有 机除草剂显示的选择性、传导性及杀草活性成为其后除草剂发展的基础，促进了化 学除草的发展。 华中农业大学硕士研究生毕业论文 但地乐酚在土壤中的弱吸附使其具有较强的移动性，地乐酚在地表水和土壤中 很快降解，但在地下水中被发现能长期存在( o 、n e i l hj ，1 9 8 9 ) ，因而地乐酚对地 下水造成污染的可能性很大( 目前它已被列入中国第一批禁止或严格限制的有毒化 学品名录) 。为了保护人类生存的环境，必须开发新的化学除草剂。 1 9 4 2 年美国z i m e m a npw 和h i t c h c o c k 在研究植物激素过程中，发现氯代苯氧 乙酸化合物在高浓度条件下抑制双子叶植物的生长发育，具有除草活性。4 0 年代到 7 0 年代，美国的a m c h e m 公司开发的2 ，4 滴是这类除草剂中应用最广泛的品种， 用药量一般在2 k g t m a 2 以上；7 0 年代中后期，农药研究者发现将2 ，4 滴结构中的苯 环改变为取代吡啶等芳香杂环基团，除草活性可提高一倍以上；将二苯醚结构代替 2 ，4 滴结构中的苯环，以及将氟原子引入除草剂分子，亦可以使除草活性得到很大 提高。 如哇禾灵( q u i z a l o f o p p e t h y l ) 在2 5 0 9 h m 2 即可防除豆、甜菜、棉花、亚麻、花 生、油菜、马铃薯、大豆和蔬菜田的一年生和多年生禾本科杂草。近年来，陶氏益 农( d o we l a n c o ) 公司又开发出e d g e( h a l o x y f o p - r m e t h y l ，d e 5 3 5 ) 和c l i n c h e r ( c y h a l o f o p b u t y l ，d e 5 3 7 ) 两个除草剂品种( 王铭琦，2 0 0 5 ) 。 我国在5 0 年代中期开始研究这类除草剂的研究，1 9 5 8 年沈阳化工厂生产2 ， 4 滴，开始了我国化学除草剂的历史( 尚尔才，1 9 7 9 ) 。 苯氧羧酸类除草剂对植物有很强的生物活性，特别是以苯氧乙酸类为母体分子 设计合成药效高、选择性好，使用安全的新农药，仍是人们十分关注的课题( 包明 等，1 9 9 4 ) 。 r p 。嚆搽p 洲舯啪 h a r p 唰脚。h 该类除草剂对阔叶作物敏感、漂移和挥发性强，易对周围作物也发生药害( 李 斌，1 9 9 8 ) ，因此，这除草剂的大面积使用受到一定的限制。 1 9 5 2 年g a s t 等发现t 可乐津( c h l o r a x i n e ) 具有除草活性。并于1 9 5 5 年发表 第一篇报告，从而开创了均三氮苯类除草剂的研究。此类除草剂迅速发展，并成为 现代除草剂中最重要的类型之一，其中阿特拉津的年产量曾居除草剂之冠。 均三氮苯类除草剂品种很多，如扑草净、西草净、氟草净、莠去净、西玛津等。 这类除草剂主要由植物根系吸收，个别品种也可由茎叶少量吸收。主要作用机制是 抑制植物的光合作用。均三氮苯类除草剂选择性较强，一般用于水稻、玉米等作物 田，主要防除一年生杂草及种子繁殖的多年生杂草。其中甲氧基三氮苯类除草剂在 2 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 五六十年代开始投人生产应用，由于其价格低廉、除草速度较快、除草谱较宽、无 残留等优点，在生产中一直发挥重要作用，广泛用于小麦、玉米和水稻田防除阔叶 杂草。 均三氮苯类除草剂对作物的安全性受环境条件、作物生育期的影响较大，应用 不当可能会产生较重的要害。如扑草净、西草净、氟草净可用于小麦田，但对小麦 安全性很差，易于对小麦发生药害。除此之外，均三氮苯类除草剂还易对作物产生 抗性。自从1 9 1 8 年，r y a n 就发现美国华盛顿州西北地区松柏苗圃中的杂草欧洲毛 里光对均三氮苯类除草剂西玛津和阿特拉津产生了抗性。目前在全世界范围内陆续 发现了1 3 8 个抗性生物型种类，其中以抗均三氮苯类除草剂的杂草种类最多。 1 9 6 5 年哈姆( p c i - i a m m ) 等发现酰草胺能防除玉米、大豆田一年生禾本科及若干 阔叶杂草以来，同年由孟山都( m o n s a n t o ) 公司正式推广酰胺类除草剂。日前已有大 量的选择性强、活性高的酰胺类除草剂相继开发( 盛姣，2 0 0 5 ) 。 该除草剂目前在全世界共有5 3 个品种，在中国已登记1 5 个品种。其中乙草胺 活性最高，价位低，产量最大，现有1 5 6 家企业生产或加工，原药生产厂家7 家， 年产量达2 万吨，制剂、复配剂达2 9 2 个；丁草胺自1 9 8 8 年国产化以来，现有1 0 7 家企业生产或加工，原药生产厂6 家，年产量7 0 0 0 吨，制剂、复配剂多达1 4 0 个。 苯咪酰草胺、丙草胺、异丙甲草胺、异丙草胺、甲草胺等酰胺类品种也开始大量产 业化( 赵善欢，2 0 0 0 ) 。 大多数酰胺类除草剂结构如下： r 6 i n c r 7 i i f 1 1 o r r l 、r 2 、r 3 、r 5 可以是氢、氯原子、甲基、乙基；r 6 可以是氢、烷基或醚 等；r 7 为烷基或卤代烷基或其它。 酰胺类除草剂分为氯代乙酰胺和芳酰胺类除草两大类。氯代乙酰胺除草剂品种 有：乙草胺、甲草胺、丁草胺、克草胺等。这类化合物的合成一般是在三氯化磷或 三氯氧磷中，由各种不同的取代胺与相应的酸反应，生成氯代芳酰胺，然后在碱性 条件下再与相应的醇、聚甲醛、盐酸制的氯甲基烷基醚缩合得到。以乙草胺为例： + c 1 c h 2 c o o h _ = 二 p c i 气 3 o 卜c c h 2 c i 华中农业大学硕士研究生毕业论文 c ：h ，。h + ( h c h 。) n ! l c 2 h s o c h ：c 1 o 阡一c c h 2 c i + c , 2 h 5 0 c h 2 c i 缩合 n 鲁c h c 2 0 吾c 2 h - 3 0 芳酰胺类除草剂品种主要有芳噻草胺和敌稗。相对于芳噻草胺来说，敌稗的合 成工业较为简单： 或者： c n h 2 + c h 3 c h 2 c o o h c n h 2 + c h 3 c h 2 c o c i 一 o h n h c c h 2 c h 3 o h n h c c h 2 c h 3 尽管近几年酰胺除草剂市场有所下降，但不少公司人热衷于酰胺类除草剂的开 发并有不少新品种问世。如巴斯夫公司的p i c o l i n a f e n 、日本宇部生产的b e f l u b u t a m i d 、 韩国东部韩农的m e t h a m i h o p 以及日本德山公司的p e t h o x a m i d 。 h i ，o n c q a i i o 眠一c f e c q y 。n 人 m e t h a m i h o p f 4 b e n f l u t a m i d p e t h o x a m i d 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 酰胺类除草剂是一类广泛使用的芽前除草剂。这类除草剂具有中等到较高的水 溶性及相对较低的土壤吸附常数( b a k e r ，b u s h w a y , 1 9 9 3 ) ，所以施到农田的酰胺类除 草剂，容易通过渗透转移到浅层地下水或随雨水径流进入地表水，污染了人类赖以 生存的水体系，从而导致其他生物体系的破坏，这类除草剂的使用也受到一定的限 制。 1 9 7 8 年，美国杜邦公司的ql e v i t t 报道磺酰脲类除草剂具有除草活性，并于 1 9 8 2 年首次开发出麦田除草剂氯磺隆。日前，世界上已有近4 0 种磺酰脲类除草剂 商品化( 其中有2 1 个品种在我国已经批准登记) ，参与此类品种登记的有巴斯夫、拜 耳作物科学、杜邦、日本产业化学等8 家公司。2 0 0 0 年创造的磺酰脲类除草剂年销 售额达1 2 7 亿美元，粗略估算，约占全球除草剂总销售额的4 6 。 该类药剂生物活性高、用药量极少、杀草谱广、持效期长、使用方便、用药成 本低、低毒性，投入市场后即为农民所接受，推广面积迅速扩大。 磺酰脲类除草剂最早是由三氮苯衍生出来的，其结构包括芳环、磺酰脲桥与含 氮杂环三部分，它们在化合物生物活性中均起重要作用，亦即成为活性化合物的必 备结构。 气rs02nhcnh h x | |“一、 i r 2 芳环磺酰脲桥杂环 磺酰脲类除草剂的合成主要是异氰酸酯和杂环的合成，其工艺比较复杂，以氯 磺隆为例： c i 一一s 0 2 = 旺c i 2 r n h 3 n h 2 h c i c u 2 c 1 2 s o g d s 0 2 n h 2 s - 一+ l 2 c i 弋l 22 c o o l 2 。c 4 h g n c o c i s 0 2 n c o n c - m 堋删旦! - 。s -6 9 叫n h 3c 删 俐删h 2 + c h 3 0 h 。一9 c h 3 n h 2 器c h 3 c 0 0 c 削弋 i 夕 5 华中农业大学硕士研究生毕业论文 c i ) 盎训弋冷9 c h 一 ,hic,h-7叫js02niic 新品种磺酰脲类除草剂芳环的变化较大，是开发新品种中结构改造的重要部 分。其中除苯环外，新品种多向杂环，特别是稠杂环方向发展，如吡啶、噻吩、噻 唑、呋喃、萘及其他五元环与六元环。特别是创制出氟烷羟甲基磺酰脲品种k - 1 1 4 5 1 ， 使化合物生物活性更为显著提高。 o h n h n h 3 -0114，l 由于该类药剂的特点是具有超高效性，加之我国农民种植规模小、复种指数高、 作物布局变化大，气候、上壤条件和用药水平差异明显，造成药害频繁发生。其中 比较突出的是一些在土壤中残留期较长的品种如氯磺隆、甲磺隆、胺苯磺隆等，导 致当茬及后茬敏感作物药害、减产。 随着生物化学和植物生理学的发展，生物测定技术的进步和电子计算机的应 用，除草剂的理论研究、新品种的筛选与开发进入鼎盛时期，众多广谱性、选择性 强的高效除草剂不断被开发出来，除草剂的品种越来越多。 由于受生物技术，尤其是转基因作物和环境安全意识逐年强化等因素的影响， 加上多年来研发的产品几乎满足了市场的需要，全世界除草剂新产品研制的数量明 显下降。尽管如此，由于新产品上市利润丰厚，研发投资还是有增无减。 1 2 除草剂发展标准及开发方法 农业生产中对除草剂的需求增长迅速，同时环境保护对农药开发的压力越来越 大，对除草剂的毒性、在生态环境中的归宿等要求越来越严格。特别是随着除草剂 的应用范围的扩大，除草剂用量过高，农产品的除草剂残留超标，严重影响我国种 植结构的调整和绿色食品生产的发展。因此对新除草剂的开发提出了更高的要求， 总的趋势是向着高效、低毒、选择性强、杀草谱广的方向发展且以茎叶处理剂为主 流f 任康太，杨华铮，2 0 0 0 ) ，但安全、高效、经济是新除草剂品种必须满足的标准 ( 刘长令，2 0 0 6 ) 。 6 a i p 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 但目前市场上存在的除草剂还存在不少问题，并不能满足人们的需求，为此必 须开发新品种除草剂。目前除草剂的研究方法有： ( 1 ) 过专利期农药品种的生产和应用，加大助剂、安全剂及农药混用技术的发 展。 品种的开发费用日益加大，开发所需时间进一步延长。目前包括化学合成、剂 型、生物筛选、毒性与环境等费用，开发一个品种费用昂贵，历时较长。过专利期 除草剂品种的生产和应用为除草剂市场提供了一种经济方便的方法。除此之外，还 可以借助于助剂、安全剂及农药混用技术的发展。 ( 2 ) 仿创结合。 在仿造的过程中，引入创新，得到新的化合物或新工艺，并拥有化合物或工艺 专利，可以通过修饰、仿生、定向来实现。 修饰即按照已有的除草剂化学结构进行修饰、改造。我国开发的磺酰脲类、 磺酰胺类、咪唑啉酮、嘧啶并三唑类除草剂，就是根据国外除草剂进行修饰开发具 有知识产权的新除草剂。如南开大学的单嘧磺隆、湖南化工研究院的甲硫嘧磺隆通 过对磺酰脲中的嘧啶基进行很小的改造。 单嘧磺隆 c h o 甲硫嘧磺隆 s c h 3 o m e 这种方法效率相对较高，是最常用一种方法。 仿生将靶标对象所具有的特有物质通过结构剖析后，进行模拟合成，以此来 引诱、驱避对象害物，以达到灭杀、控制的效果。比如：性信息素、集合信息素、 异株克生物质等。目前有某些产品主要为提取，但随着合成技术的发展发展将有望 成为创制农药方向。 定向定向合成农药系指根据已知杂草靶标酶的立体结构，定向进行设计。迄 今，已确定的除草剂靶标约为1 5 种，其中在除草n g j n 中起着重要作用的分子靶 标有2 种，即原卟啉原氧化酶( p r o t o x ) 和乙酰乳酸合成酶( a l s ) 。磺酰脲类除草剂的 开发产生了许多新的a l s 制剂，而p r o t o x 对各种不同化学类型化合物的敏感性导 致发现了许多新颖的除草剂，如原卟啉氧化酶抑制剂。通过对原卟啉原的结构剖 析后，进行了新农药的设计，即从已知的二苯醚类及环酰胺类与原卟啉的某部位 的重叠，设计了一系列新颖的除草剂。 7 华中农业大学硕士研究生毕业论文 ( 3 ) 创制新品种。 只有创新，企业才有后劲，才能在竞争中取胜，才能更好地、持续地发展。目 前除草剂的创制研究主要是采用传统的随机筛选方法，从整株植物水平来评价化合 物对植物的药害及其对作物的选择性。随机筛选是除草剂创制中一个重要的方法， 有可能寻到新的先导物，发现新的作用机制与靶标。 为了缩短除草剂创制的时间进程，特别是组合化学应用于新农药的合成，寻找 新活性化合物的最近趋势是在除草剂创制筛选过程中融入高通量筛选( h i g h t h r o u g h p u ts c r e e n i n g ，h t s ) 的策略。 目前，高通量药物筛选已经实现高度自动化和计算机化。大规模的高通量药物 筛选和计算分析处理已经达到每天可筛选1 0 0 ，0 0 0 个化合物。m a j i l ( 1 9 9 2 ) 指 出离体 和活体高通量筛选体系已成为农药工业的重要工具。 随着微机的发展，电子计算机模拟也成为设计新品种的手段。在模拟设计中， 生物活性所需化合物的构象、构型、电荷分布、官能团效应、化合物亲脂与亲水特 性，即吸电子基与推电子基作用是需要考虑的重要因素，所设计的化合物必须通过 生物筛选实验或酶活性测定进行验证，以筛选出高活性化合物，以便进一步进行开 啦 反。 环境保护在世界范围内日益受到重视，环境意识、资源保护、使用成本及自身 安全都促使人们去研制安全、高效、低残留的除草剂新品种，除了加大除草剂开发 外，目光也转移到开发各种新的剂型和施用技术上，如超低容量喷雾技术、控释缓 释技术等。 1 3 除草剂研究的热点 1 3 1 杂环和稠环化合物的研究 近年来，世界化学农药研究开发的热点是大量的杂环和稠环化合物，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、 三唑酮类及脲r a i d i n g 类等含氟杂环化合物。其重要原因是杂环化合物除草剂具有 “高效、低毒、安全 的特点：杂环化合物由于类似生物体类生物碱( 如嘌呤、嘧 啶等) 结构，对靶标具有高度的专一性，并具有极好的环境相容性；而含氟杂环化 合物由于氟原子的电子效应和模拟效应改变了分子内部电子密度分布，提高化合物 脂溶性，使其在生物膜上溶解性增强，从而促进其在生物体内吸收、传递代谢。 目前发展起来的杂环和稠环化合物主要包括苯并杂环化合物、多杂环化合物、 连杂环化合物等。比如由传统的磺酰脲发展而来的三唑并嘧啶类化合物，具有更高 8 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 的除草活性和环境相容性( 如新药f l o r a s u l a m ) 。此类结构已引起世界各大公司( 如 陶农科、拜尔等) 的广泛研究兴趣，并研究了其结构与活性的关系( k l e s c h i c kw a ， 1 9 9