（农药学专业论文）玉嘧磺隆小试合成工艺研究.pdf

项士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘要 在查阅国内外有关除草剂文献的基础上，对世界除草剂现状、我国玉米田除草 剂现状进行了概述，详细介绍了磺酰脲类除草剂的发展史、主要品种、作用机理、 毒性以及超高效玉米、马铃薯、番茄田磺酰脲类除草剂玉嘧磺隆的理化性质、毒性、 作用机理和应用活性。详细介绍了玉嘧磺隆及其中间体的合成方法。 在市场需求和文献调研的基础上，着重对玉嘧磺隆的合成进行了研究。采用氯 乙腈、氢氧化钠和乙硫醇为主要初始原料，经过醚化、硫醚氧化、缩合、环合、巯 基化、磺酰胺化制得3 乙磺酰基一2 一磺酰胺基吡啶( e p a ) ，由氯甲酸苯酯和2 一氨基_ 4 ，6 二甲氧基嘧啶制得4 ，6 - 二甲氧基嘧啶2 氨基甲酸苯酯( p p c ) ，再由e p a 和p p c 缩合 制得玉嘧磺隆的原药，以氯乙腈计总收率达4 2 3 。 以氢氧化钠水溶液代替甲醇钠的d m f 溶液合成乙硫基乙腈，降低了成本，收 率提高了2 6 以上；乙磺酰基乙腈的合成中，将醋酸的量降至可不回收程度，降低 了成本，减小了操作强度；重要中间体2 一溴一3 乙磺酰基吡啶( a 三p ) 的合成中，将2 乙磺酰基一5 一甲氧基- 2 ，4 戊二烯腈( c s b ) 的合成和c e p 的合成两步并一步，使得收率 提高2 0 以上，工艺操作简单，解决了玉嘧磺隆合成中的重点难点问题，取得较大 创新；在3 一乙磺酰基一2 - 巯基吡啶的合成中，大大改进了文献的做法，提高了其含量； p p c 的合成中，使用了氯甲酸苯酯，避免了磺酰脲类除草剂的传统羰基化试剂光气 的使用，减少了二氧六环的使用量( 至可不回收程度) ，消除了其回收过程中因过 氧化物的产生引起的爆炸事故的可能；玉嘧磺隆原药的合成中，使用了三乙胺作为 催化剂，避免了文献报道中昂贵催化剂d b u 的使用，收率超过文献报道值达2 5 之多，产品含量达9 6 以上，已达到出口标准。经过上述创新，使得本合成路线收 率提高2 0 左右，成本也降至3 5 万元，吨以内。 合成的最终产物玉嘧磺隆以及重要中间体的化学结构均经过核磁共振和质谱 分析，证实了与目标产品及其中间体的分子结构完全相符合。 关键词：磺酰脲类除草剂；乙酰乳酸合成酶；玉嘧磺隆；2 溴3 乙磺酰基吡 啶；氨基甲酸酯 a b s t r a c t b a s e do nt h ec o n s u l t i n go ft h el i t e r a t u r e sa b o u th e r b i c i d e ，t h ec u r r e n tw o r l dh e r b i c i d e c o n d i t i o na n dt h ed o m e s t i ch e r b i c i d ec o n d i t i o ni nc o r nf i e l dc a r r i e di no u tc o u n t r yw e r e s u m m a r i z e d t h eh i s t o r yo fs u l f o n y l u r e a sh e r b i c i d ed e v e l o p m e n t ，t h en l a i ns p e c i e s ， f u n c t i o nm e c h a n i s ma n dt o x i c i t yw e r ea l s op a r t i c u l a r l yi n t r o d u c e d s o m ei n f o r m a t i o n a b o u tr i m s u l f u r o n ，ah i g he f f e c ts u l f o n y l u r e a sh e r b i c i d e ，w a se x p o u n d e ds u c h 豁t h e p h y s i c sa n dc h e m i s t r yp r o p e r t y ，t o x i c i t y ，f u n c t i o nm e c h a n i s ma n da p p l i c a t i o na c t i v i t y t h er e p o r t e dp r e p a r a t i o na b o u tr i m s u l f u r o na n di t si n t e r m e d i a t e sw e r ea l s oi n t r o d u c e di n d e t a i l w i t ht h em a k e tr e q u e s t i n ga n dl i t e r a t u r er e s e a r c h e d ，t h et h e s i sf o c u s e so nt h e p r e p a r a t i o no ft h er i m s u l f u r o n a d o p t i n gt h ec h l o r o a c e t o n i t r i l e ，s o d i u mh y d r o x i d ea n d e t h a n e t h i o lf o rt h em a i nb e g i n n i n gl a wm a t e r i a l ，t h e3 - ( e t h y l s u l f o n y l ) p y r i d i n e - 2 一 s u l f o n a m i d ew a sg i v e i lb yt h ee t h e rr e a c t i o n ，t h eo x i d a t i o n ，t h ec o n d e n s a t i o nr e a c t i o n ，t h e c y c l i z a t i o nr e a c t i o n ，t h es u l f h y d r y lr e a c t i o n ，t h e s u l f o n a m i d e r e a c t i o n p h e n y l 4 ，6 - d i m e t h o x y p y r i m i d i n 一2 - y l c a r b a m a t ew a sp r e p a r e dw i t hp h e n y lc a r b o n o c h l o r i d a t ea n d 4 ，6 d i m e t h o x y p y r i m i d i n 一2 - a l l l i n e a n dt h er i m s u l f u r o nw a sp r e p a r e dw i t h3 - ( e t h y l - s u l f o n y l ) 一p y r i d i n e 一2 一s u l f o n a m i d ea n dp h e n y l4 , 6 一d i m e t h o x y p y r i m i d i n 一2 一y l - c a r b a m a t e t h e t o t a l y i e l d r e a c h e d t 0 4 2 3 a g o o dy i e l da n dl o w e rc o s to fe t h y l t h i oa c e t o n i t r i l ew e r eg i v e nb yu s i n gs o d i u m h y d r o x i d ew a t e rl i q u o rt or e p l a c em e t h y l s o d i u md m fl i q u o r d u r i n gt h ep r e p a r i n go f e t h y l s u l f o n y ia c e t o n i t r i l e ，t h ed o s a g eo fa c e t i ca c i dw a sr e d u c e dt ot h ed e g r e et h a tw e c a n i g n o r ei t ，a n dt h ec o s ta n dt h ew o r ki n t e n s i t yw 9 1 ea l s or e d u c e & d u r i n gp r e p a r i n go f 2 - b r o m o - 3 - ( e t h y i s u l f o n y l ) p y r i d i n e ，t h em o s ti m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e s ，t h es y n t h e s i so f ( 2 e ，4 z ) 一2 一( e t h y l s u l f o n y l ) - 5 - m e t h o x y p e n t a - 2 ，4 - d i e n e n i t r i l ea n dt h es y n t h e s i s2 - b r o m o - 3 - ( e t h y l s u l f o n y l ) p y r i d i n ew a sp u ti n t oo n es t e p ，w h i c hh e i g h t e n e dt h ey i e l dc o n s u m e d l y ， m a d et h ec r a f to p e r a t e se a s ya n dr e s o l v e dt h ec r u xp r o b l e mo ns y n t h e s i so fr i m s u l f u r o n a n do b t a i n e dam o r eg r e a ti n n o v a t i o n d u r i n gt h ep r e p a r a t i o no f3 - ( e t h y l s u l f o n y l ) 一 p y r i d i n e 一2 一t h i o l 。aw r o n gw a yo fp r e p a r i n g3 - ( e t h y l s u l f o n y l ) - p y r i d i n e 一2 - t h i o l w a s r e c t i f i e di nd e t a i l ，w h i c hg i v e sag o o dp u r i t y t h et r a d i t i o n a lc a r b o n y l a t i o nr e a g e n to ft h e s u l f o n y l u r e a sh e r b i c i d ew a sa v o i d e db yu s i n gp h e n y lc a r b o n o c h l o r i d a t ei np r e p a r i n g p h e n y l4 , 6 - d i m e t h o x y - p y r i m i d i n 一2 一y l - c a r b a m a t e ，t h ep o s s i b i l i t yo fe x p l o s i v ea c c i d e n t c a u s e db yt h ec r e a t i o n o fp e r o x i d ei nc a l l b a c kp r o c e s sw a sa v o i d e db y r e d u c i n gt h e d o s a g eo f1 , 4 一d i o x a n e d u r i n gt h ep r e p a r i n go fr i m s u f u r o n ，t h ee x p e n s i v ec a t a l y s t 1 ，8 一d i a z a - b i c y c l o 5 4 0 u n d e c 一7 - e n e ( d b u ) w a sa v o i d e db yu s i n gt r i e t h y l a m i n e ，a n d t h ey i e l de x c e e d sl i t e r a t u r et oa2 5 ，t h ep r o d u c tp u r i t yr e a c h e s9 6 a b o v e ，a n d r e a c h e de x p o r ts t a n d a r d b yt h ec r e a t i v em e t h o da b o v e ，t h ey i e l di nt h i sw a yi n c r e a s e d a b o u t2 0 a n di t sc o s tr e d u c e dt oa b o u t3 3 0t h o u s a n d sy u a n t h eu l t i m a t ep r o d u c ta n di t si m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e sw e r ep r o v e d e dt ob ec o n s i l i e n t w i t ht h em o l e c u l ec o n s t r u c t u r eo fb yn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c es p e c t r aa n dm a s s s p e c t r o s c o p i c k e y w o r d ：s u l f o n y l u r e a sh e r b i c i d e ；a c e t o l a c t a t es y m h a s e ；r i m s u l f u r o n ； 2 - b r o m o - 3 一( e t h y l s u l f o n y l ) p y r i d i n e ；c a r b a m a t e 缩写一览表 硕士擘位论文 m a s t e r + st h e s l s 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： 歹易孑纪同 日期： q 年5 冠；b 学位论文版权使用授权书 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。 作者签名：码耽同 日期：珈司年，月岁日 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，并可强“章程”中的 规定享受相关权益。圃亟i 佥塞握銮厦溢卮! 旦圭生i 旦二生；坠生筮查! 作者签名：裼弼周 日期：如b 7 年6 月歹日 和曙釜。j 孑乏谢 嘲：知7 年易肌日 硕士擘位论文 m a s t e r + st h e s i s 本论文的主要创新点 1 、2 - 溴3 乙磺酰基毗啶的合成中，对反应温度进行了严格控制，并将其与 ( 2 顺，4 反) - 2 一乙磺酰基5 甲氧基2 ，4 戊二烯腈的合成两步并一步，工艺较 为简化，粗收率超过文献报道值2 0 左右，取得了较大的突破，具有较大 的创新性。 2 、乙硫基乙腈的合成中，将甲醇钠和d m f 换成氢氧化钠和水后使得成本有较 大幅度降低，同时也降低了体系操作的要求，粗收率超过文献值2 6 以上。 3 、乙磺酰基乙腈的合成中，粗收率超过文献值5 0 0 以上，与文献相比较，大大 减少了醋酸的使用量，降低了成本，简化了操作。 4 、3 - 乙磺酰基一2 巯基吡啶的合成中，大大改进文献报道中先除硫再酸化的做 法，提高了其含量。 5 、4 ，6 二甲氧基嘧啶- 2 氨基甲酸苯酯的合成中，采用氯甲酸苯酯，避免了传统 磺酰脲类除草剂的羰基化试剂光气的使用，降低了操作要求；大大减少了 溶剂二氧六环的使用量( 至可不回收程度) ，消除了其回收过程中因减压蒸 馏产生过氧化物引起爆炸事故的可能性。收率超过文献值1 0 以上。 6 、原药合成中，以三乙胺作为催化剂，避免了昂贵试剂d b u 的使用，降低了 成本，粗收率达9 6 5 ，超过文献值2 5 以上，含量达9 6 以上。 项士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第一章绪论 2 l 世纪，人类将面临多种挑战，而首当其冲的将是人口与粮食问题。据统计， 世界人口已接近7 0 亿，预测将面临着每年增加7 0 0 0 万人口的巨大压力。耕地面积 不能增加且逐年减少，所以只有提高单位面积产量来满足人们对粮食的需求。提高 农业单位面积产量的措施是多方面的，而农药的使用是其中重要措施之一。使用农 药不仅可以有效地防治各种有害生物( 病、草、虫、鼠) 对农作物的危害，而且还可 以促进作物生长，增强农作物抗逆性。据统计，世界谷物生产每年因虫害损失约 l o ，病害损失约1 0 ，草害损失约1 1 ，我国的农作物从种植到储藏，因病、 虫、草、鼠的危害，粮食最少损失l o 1 5 ，棉花约1 5 ，水果、蔬菜2 0 3 0 【1 1 。农药的使用可以挽回大部分的损失，在农业抵抗病虫害方面起着积极的作 用而使用农药可挽回1 0 2 0 农作物产量损失田1 。每投资农药一元可得到数元 到数十元的经济效益。即使在2 l 世纪，对一些病虫草害，化学防治仍将是最有效 的不可替代的防治方法。 1 9 6 2 年美国海洋生物学家r a c h e lc a r s o n 的寂静的春天一书的问世【4 l ，使公 众对农药的安全性问题得到了重视。有的农药如有机氯由于难以被环境降解、环境 污染严重而被逐渐禁用；有机磷、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯以昆虫的神经系统作为 攻击靶标，对哺乳动物和人类也会造成高毒性，并且专一性差很容易造成抗性的产 生而使农药过早失去作用，迫使人们不断研发出更多高效、低毒、安全的农药。世 界三大农药的平均比例是除草剂：杀虫剂：杀菌剂为4 6 7 ：2 8 9 ：1 9 3 ，除草剂占 了最大的份额，而在我国较为失衡，为1 3 4 ：7 2 6 ：1 0 1 【5 】。据统计嘲，1 9 7 2 年全世界 因杂草造成作物减产的价值达2 0 4 亿美元【”。因此加速我国除草剂的发展，开发出 更多高效低毒、环境友好的除草剂已是当务之急。 以支链氨基酸生物合成酶乙酰乳酸合成酶( a j _ , s ) 为靶标的磺酰脲类除草剂是一 类超高效除草剂，其单位面积用量极低，每公顷仅以克计，生物活性高，除草效果 好，对环境十分友好且对敏感植物无药害。同时，磺酰脲类除草剂在土壤中的消失 速度比较快，在生物体内不易富集阍，从而发展迅速，给杂草防治带来了深刻的变 革，其应用面积在不断扩大，新的品种也不断产生。 1 1 磺酰脲类除草剂 1 i 1 磺酰脲类除草剂发展简介 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 磺酰脲类除草剂是由美国杜邦公司开发的，是除草剂进入超高效时代的标志， 它使除草剂的用量由以前的1 3k g a i h m 变为1 1 5 0ga i 。h m ，此领域的研究是 化学农药最活跃的研究领域之一。1 9 7 5 年l e v i t t 博士合成了磺酰脲类化合物的先导 化合物( i ) ，并于1 9 7 6 年合成了磺酰脲类除草剂中的第一个商品化品种氯磺 隆( i i ) 凹。 d s 一豆莎s 晚= 咖豆 从1 9 7 6 年合成高活性磺酰脲类第一个化合物后，在农药工业发展历史上前所未 有的大规模除草剂品种的开发研究就开始了。氯磺隆问世之后，除杜邦公司外，瑞 士汽巴一嘉基、日本的石原产业、日产化学、武田、德国拜尔、美国氰胺等农药公 司和韩国化学研究所、我国南开大学元素有机化学研究所等也进行了该类除草剂的 研制和开发1 0 ，】，经过结构改造和修饰，开发出一系列品种。目前有关磺酰脲类除 草剂的专利就有近5 0 0 项，已商品化品种以近4 0 种n 刁。表1 1 中列出了一些主要的磺 酰脲类除草剂品种i ”一4 1 。 表1 - 1 常见磺酰腮类除草j i ! 品种及应用 3 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 1 1 2 磺酰腮类除草剂的作用机理及毒性 磺酰脲类除草剂的作用靶标为植物体内的乙酰乳酸合成酶( a l s ) 。a l s 酶是植 物体内所特有的酶，在支链氨基酸生物合成的开始阶段，可将2 分子丙酮酸或1 分子 丙酮酸与1 分子甜丁酮酸催化缩合，分别生成乙酰乳酸或乙酰羟基丁酸，再经过一系 列反应形成缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸。当乙酰乳酸合成酶的合成被抑制后，支链 氨基酸缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸的生物合成也即中止，导致底物口丁酮的积累， 阻碍细胞分裂期间d n a 的合成，使有丝分裂停止，细胞不能正常生长，最终达到除 草目的。对于抗药性作物吸收后，能在体内迅速代谢转化为毒性很低的代谢产物或 与葡萄糖形成毒性更低的轭合物，而不受害【1 5 旧。人和其他动物体内没有a l s ，所 以磺酰脲类除草剂对动物体是安全的7 j 。 1 1 3 磺酰脲类除草剂的主要优点【l 捌 ( 1 ) 活性高( 比常用除草剂活性高lo o o 倍以上) ； 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s ( 2 ) 除草谱广，被应用于小麦、大麦、燕麦、水稻、玉米、草坪、大豆、油菜籽、 甘蔗、移栽谷物、牧草、森林、狭叶乌饭树、马铃薯、番茄等各类谷物； ( 3 ) 用量少( 每公顷用量绝大部分仅为8 9 0g ) ； ( 4 ) 毒性低，对人畜安全( 它们大部分品种对大鼠的l d 5 0 4 1 0 0m g k 9 1 ，而食盐 的l d 5 0 为3 0 0 0m g k g 1 ) ；对鸟，鱼、水生、陆地节肢动物、蚯蚓、土壤微生物仅有 很小的影响； ( 5 ) 土壤中易通过化学方法和微生物而降解，不会在环境中长期滞留( 半衰期为 l 8 周) ，对后茬作物影响较小。在作物中只检出低的残留，甚至未检出残留。 ( 6 ) 低的蒸汽压，无挥发、对非靶标物无气相迁移伤害。 上述特性让磺酰脲类除草剂成为了现代农业中所使用化学药品的主要发展方 向，也使得磺酰脲类除草剂的研究成为化学农药最活跃的研究领域之一，并给当今 粮食生产的提高和减少农药对任何环境造成的危害产生了不可估量的影响和效益。 1 2 超高效玉米、马铃薯、番茄田除草剂玉嘧磺隆 1 2 1 玉嘧磺隆简介1 9 , 2 e 玉嘧磺隆( r i m s u l f u r o n ) ，又称砜嘧磺隆，商品名为宝成( t i t u s ) ，试验代号为 d p x - e 9 6 3 6 ，英文名为1 ( 4 ，6 - d i m e t h o x y p y r i m i d i n 一2 一y 1 ) 一3 一( 3 一( e t h y l s u l f o n y l ) p y r i d i n e - 2 - y l s u l f o n y l ) - u r e a ，中文名为1 ( 4 ，6 二甲氧基嘧啶一2 一基一) 一3 ( 3 一乙基磺酰基2 一吡啶磺 酰基) 脲，系杜邦公司于与1 9 8 7 年成功研发的磺酰脲类除草剂，其结构式如下： g 二飞n _ - - f o c i 1 3 施药采取芽后处理，通过杂草茎叶及根部吸收迅速在植物体内传导并抑制杂草 缬氨酸及异亮氨酸的合成，阻止细胞分裂，杀死杂草。敏感杂草吸药后3 天变黄， 1 3 周内枯萎死亡。1 9 9 2 年在欧洲注册用于玉米田，1 9 9 5 年在美国注册用于马铃 薯与玉米田，1 9 9 7 年在我国注册作为玉米田苗后除草剂开始推广使用。它是近年来 开发的磺酰脲类除草剂品种中较突出的品种之一，其主要特点是：( 1 ) 生物活性高， 每公顷用量5 2 0g ，可有效防除大多数阔叶与禾本科杂草，如田蓟、马唐、鸭趾 草、稗草、多花黑麦草、反枝苋、猪殃殃、繁萎、虞美人、狗尾草、金狗尾草、野 燕麦、野高粱、牛筋草、野黍、藜、风花菜、荠菜、马齿苋、猪毛菜、狼巴草、野 西瓜苗、豚草、苣荬菜、酸模叶蓼、铁苋菜、苘麻、 鼬瓣花、刺儿菜、鳢肠、莎 5 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 草；( 2 ) 使用范围广，可用于玉米、马铃薯、番茄等作物；( 3 ) 毒性低，在土壤中半 衰期短( 仅为6h ) ，对轮作中各种后茬作物安全。 1 2 2 玉嘧磺隆的毒性n ，2 1 大鼠急性经口指数l d 5 0 7 5 0 0m g k g + 兔急性经皮指数l d 5 0 5 0 0m g k g ：大鼠急 性吸入指数l c s # h ) 5 8m g i ；鱼毒指数l c 5 0 ( 9 6h ，r a g l ) ：( 鱼工) 鳟1 4 ，大翻车鱼 1 6 ；对水蚤l c s o ( 4 8h ) 为1 8m g r l ；a m e s 试验呈阴性。制剂大鼠急性经e i l d s o 5 0 0 0 m g k g ：兔急性经皮l d s o 2 0 0 0m g k g ；对鼠、兔的眼睛稍有刺激作用，但对皮肤无 刺激作用，对豚鼠皮肤无过敏性反应；大鼠急性吸入l c 5 0 ( 4 h 5 2 m e t ；无致畸 性；a m e s 试验表明无致突变作用。 1 3 玉嘧磺隆原药及中间体合成路线的选择 研究玉嘧磺隆的合成路线和工艺的过程中，我们首先对有关文献中报道的该化 合物的合成方法和该化合物的合成路线进行了比较和探讨，以求对我们在合成路线 的选择上有所启迪。 1 3 1 玉嘧磺隆( r i m ) 原药的合成路线 文献报道的原药的合成主要有四条路线； 1 3 1 1 磺酰氨基甲酸酯法 2 2 - 2 s l q 跸s 0 2 n h 2 一n a h , i h f 仃n 卿s 0 2 n h c o o 墨 n ：f o c h ， n s 0 2 e t 洲 本路线中，用到氢化钠，反应过程中释放大量的氢气，易燃易爆，且对体系要 求较高，工业生产上不易控制。 1 3 1 2 磺酰基异氰酸酯法笼彻 本路线中，用到剧毒的神经毒杀剂光气，异酯的生成步骤较多，并且吡啶 异酯的收率不高，不易于实现工业化。 6 硕士学位论文 m a s t e r st l e s i s c h 3 ( c h 2 ) 姗2 + c o c l 2 + c h 3 ( c h 2 ) 拼c og ：咖 詈：。墨n _ - - - - 生f o c h 3 k 办s s 0 2 e t 咖 1 3 c o 、e 、 h 舯、。一 玛。妒黼夕啪q 二g 三二 本路线中，用到剧毒的神经毒杀剂光气，不易于实现工业化。 1 3 1 4 嘧啶氨基甲酸苯酯法 2 2 2 5 ，粥1 1 g 。矿聊电鼍一乜嘲 o c h t 、o c h 3鹫三一 本路线中，引入了氯甲酸苯酯，避免了光气的使用，步骤相对较少，收率较 高且稳定，后处理简便，适宜于工业化生产。文献报道收率为8 0 。 1 3 2 3 - 乙磺酰基2 - 磺酰胺基吡啶( e p a ) 的合成路线 3 一乙磺酰基一2 一磺酰胺基吡啶是合成玉嘧磺隆的关键中间体，该化合物的合成主 要有两条路线： 1 3 2 1 2 - 氟吡啶法阻，2 】 q 冀q 声s e tg n 、。s s c e h t ，p 。n a o c 、心1 7 项士学位论文 m a s t e r st f l e s i s 这条工艺路线中运用了如l d a 、n a h 、m c p b a 和c f 3 c o o h 等许多特殊试剂， 反应条件苛刻，文献报道的总收率为1 6 4 ，且原材料价格昂贵，该路线不宜于工 业化。 1 3 2 2 3 乙磺酰基一2 巯基吡啶法陋3 6 1 q ? 酱g ： 该路线，步骤较少，且没有用到特殊试剂，收率较高，操作简便，适宜于工业 化生产。 1 3 3 3 - 乙磺酰基2 - 巯基吡啶( e p t ) 的合成路线 1 3 3 1 硫氢化钠法3 3 】 该法中，所用试剂价格低廉，操作简单，易于工业化生产。 1 3 3 2 硫脲法3 7 】 掣卜c i ：叩卜s 岛监叩：。h 掣弋矿塑z 坠堕l 叩弋矿8 弋篇些竖l0 2 n s n 该法中，所用试剂低廉易得，操作较为简单，适宜于工业化生产。 1 3 4 2 - 澳3 乙磺酰基吡啶( c e p ) 的合成路线 2 - 溴一3 乙磺酰基吡啶的合成是玉嘧磺隆合成工艺中最为关键的一步，在一定程 度上决定了产品的总收率，其合成主要有两条路线： 1 3 4 1 n , n - - - 甲胺基丙烯醛法蚓： 姗= 一旦出一旺0 2 e t x 乱m 该法工艺条件简单，实验易于操作，但所用原料n , n - - - 甲氨基丙烯醛价格昂贵， 目前国内尚无工业化生产，该法难以工业化。 滁 娜 酐 g 鼢 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 3 4 2 1 , 1 ，3 ，3 四甲氧基丙烷法弼，豫删 码允o c h 3 玛+ ( 3 啪寺即 ( 飞r s 畿0 2 e t 该法所用原料i , i ，3 ，3 四甲氧基丙烷价格适中，在国内已有工业化产品，且工艺 条件简单，适宜于工业化生产。文献报道收率为5 8 左右。 1 3 5 乙磺酰基乙腈( e t a t ) 的合成路线 1 3 5 1 双氧水法h 1 ，4 2 1 c h 3 c h 2 - s 一吼四鼍一吉c h 2 c n 本法为硫醚的氧化反应，双氧水是常用的此类反应的氧化剂，试剂便宜易得， 反应收率很高，且工艺简单，适宜于工业化生产。 1 3 5 2 闻氯过氧苯甲酸法4 1 1 m - c h l o r o p e r o x y - 0 c h 3 c h 2 - - s - - 一嵩裟苦c h 舭昔c h 2 c n 该法采用的间氯过氧苯甲酸比较昂贵，不适宜于工业化生产。 1 3 5 3 过硼酸钠法删 c h 3 c h 2 一s c h 2 c nn a b h o 。3 a c 4 h 2 0 吗c h 2 粤c i 删 o 该法中，氧化剂价格适中( 约为双氧水的两倍) ，反应易于控制，但反应产生 了大量的无机盐，导致反应后处理较为困难。 1 3 6 乙硫基乙腑( e a t ) 的合成路线 1 3 6 1 氢氧化钠法h 1 】 c h 3 c h 2 s h 羔! ! ) 旦c h 3 c h 2 s n a 羔坚! 1 2 9 c h 3 c h 2 m s c h 2 c n t h f 该法所用的碱氢氧化钠价格较低，工艺操作简单，适宜于工业化生产。 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 3 6 2 甲醇钠法 4 7 1 c h 3 c h 2 s h c h 3 0 n ac h 3 c h 2 s n a 旦掣c h 3 c h 2 - - s - - c h 2 c n d m f 。 该反应所用到的碱甲醇钠价格较高，且对反应体系要求较高，所用溶剂价格较 高，不易于工业化生产。 1 3 7 4 , 6 - _ _ - - i 尹氧基嘧啶2 氨基甲酸苯醋( p p c ) 的合成路线1 2 3 , 2 5 , 4 1 1 9 o v 俐 该反应中，引入了氯甲酸苯酯，避免了神经毒杀剂光气的使用，使得反应 对体系的要求大大降低了，并且本步反应收率较高，宜于工业化生产。 1 4 立题依据和背景 杂草对粮食及其它农作物的危害日益严重，化学除草已成为现代化农业发展的 迫切需要和必然趋势。同时，我国农药结构还存在除草剂种类偏少、药效差、杀虫 剂及杀菌剂偏多的不合理现象。因此，我国应大力开展除草剂新品种的研究工作， 调整我国农药品种结构，跟上世界农药发展新形势。 据2 0 0 1 年统计，世界玉米种植面积为1 3 9 6 5 9k h m 2 ，总产量为5 9 9 9 7k t ，亚洲种 植面积最大，达4 1 9 2 4k h m 2 ，北美洲总产量最高，达2 6 5 9 7 7k t 。我国的种植面积仅 次于美国达2 3 4 7 4k h m 2 ，美国为2 8 0 4 1k h m 2 。我国加入世贸组织以后，随着农业结 构的调整，大力发展畜牧业，对于作为饲料的玉米需求进一步增多了。 近年来，随着环境保护的加强，为了减少汽车尾气排放，用乙醇代替部分汽油， 从而发展乙醇工业成为趋势。因为大力发展再生燃油对能源安全，农药领域和经济 都将产生重大而积极的影响。美国2 0 0 0 年乙醇用量为2 0 亿桶，2 0 1 6 年预计将增 至7 6 亿桶，占美国燃油消耗量的4 ，约有2 9 亿桶石油被代替，使进口石油占美 国所需石油总量的比例将下降5 。我国近年来在陕西、吉林、黑龙江建立了年产 万吨的乙醇工厂，其主要采用玉米，这将促使玉米的扩大种植。 此外，随着工业生物技术的迅速发展，把玉米转变成为一种生物降解塑料一 天然p l a ( 聚交酯) ，以制造包装材料、服装和寝具等即将成为现实，这种从玉米中 提取的聚合物将与从石油生产出的塑料、聚酯纤维在价格、性能和环保上一争高下。 1 0 码 如芗 n n = og 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 与小麦、大豆及水稻等主要作物比较，玉米是最具有开发除草剂的作物，其市场潜 力巨大。 目前在我国用于玉米的除草剂品种较少，基本上是秀去津、嗪草酮及其与乙草 胺的混合制剂。秀去津在我国大面积使用已2 0 余年，问题日益突出，急需新品种取 代，其缺点如下：( 1 ) 土壤残留伤害后茬作物，此种现象在生产中屡屡发生，造成 了不同程度损失；( 2 ) 杂草抗性普遍发生，是世界上产生抗性杂草种类最多的除草 剂品种，以致1 0 年前加拿大政府已经禁止在玉米田使用；( 3 ) 秀去津及其与乙草胺 混剂或混用进行苗前土表处理时，药效受土壤湿度的影响很大，在干旱条件下药效 不易发挥；( 4 ) 嗪草酮对玉米的安全性幅度很窄，易产生药害，而且存在二次、三 次药害；( 5 ) 秀去津和嗪草酮污染地下水源，是地下水析出率最高的除草剂品种。 美国对秀去津和嗪草酮的使用提出一些限制，而欧洲有的国家则已经禁用。因此， 我们开发新的玉米田超高效除草剂就显得极为迫切。 目前国际市场磺酰脲类除草剂的主导品种主要有：用于玉米除草的烟嘧磺隆 ( n i c o s u l f u r o n ) 、用于水稻除草的苄嘧啶磺隆( b e n s u l f u r o n ) 、用于小麦除草的甲磺隆 ( m e t s u l f u r o n ) 、用于玉米除草的玉嘧磺隆( r i r n s u l f u r o n ) 及用于小麦除草的碘甲璜隆。 从1 9 9 8 年到2 0 0 3 年，国际市场玉嘧磺隆( r i m s u l f u r o n ) 的销售额增长了1 0 1 ，是上述品 种中增长幅度最大的，年销售额达到了l 亿美元。玉嘧磺隆国内已有厂家生产，但 存在成本过高、工艺复杂等缺点。因玉嘧磺隆的出口量较大，目前仍有厂家计划生 产。故此，开发新的玉米、马铃薯、番茄田除草齐j 玉嘧磺隆将具有广阔的应用前景、 良好的经济效益和社会效益。 1 5 论文的主要研究内容 本论文为工艺研究，着重研究如何降低成本和简化工艺流程操作。e a t 合成中， 文献报道溶剂为t h f 和d m f ，碱用到了甲醇钠和氢氧化钠，为求降低成本拟将溶剂 替换、碱用氢氧化钠，再对反应时间、反应温度进行探究。e t a t 合成中，文献报道 的溶剂醋酸用量过大，后处理相对较麻烦，拟对反应溶剂的量、反应温度、反应时 间、氧化剂的量及其种类进行探究。c s b 的合成中，文献报道的目标物含量较低， 且提纯较为麻烦，拟对其反应溶剂及其量、反应催化剂、反应温度、反应时间进行 探究，以求收率有较大提高、工艺操作有所简化。c e p 的合成中，文献报道的反应 溶剂为醋酸、成环试剂为溴化氢，拟对溴化氢的量、反应温度、洗涤溶剂、反应溶 剂的种类及其用量进行探究。e p t 的合成中，文献报道是先将c e p 转化为e p t 的钠盐 再酸化得产品，操作流程存在不合理性，拟对酸化顺序，硫氢化钠的量、氢氧化钠 的量、反应时间、水的量进行探究。e p a 的合成中，为两步反应，先生成磺酰氯再 生成磺酰胺，水的量对其影响较大，拟对通入氯气的量、加入水的量、反应温度进 行探究。p p c 合成中，溶剂用量较大，2 氨基- 4 ，6 二甲氧基嘧啶和氯甲酸苯酯价格 较高，拟对溶剂种类及其用量、氯甲酸苯酯的量、反应温度、反应时间、反应催化 剂进行探究以求降低成本、简化操作。原药的合成中，催化剂d b u 价格较高，拟对 催化剂种类、反应温度、反应时间、p p c 的量及溶剂种类进行探究。文献报道的工 艺总收率约为1 8 5 ，拟将总收率提高至3 0 左右。玉嘧磺隆原药市售价格约为7 5 万元，吨，拟将原材料成本降至4 5 万元，吨以内。 参考文献 【1 】h t t p ：l i c e s y s u e d u c n g r e e n c h e m i s t r y c o n t e n t s h o w a r t i c l e a s p ? a r t i c l e l d = 1 0 4 【2 】h t t p ：w w w n a n f a n g d a i l y c o m c n s o u t h n e w s t s z k n f n c b j j x w 2 0 0 6 1 1 0 7 0 4 8 3 a s p 【3 】h t t p ：w w w c s h g o v c n x x l r l a s p ? i d = 3 9 1 0 7 【4 】h t t p ：w w w p e o p l e c o r n c n g b h u a n b a o 4 1 9 0 9 4 2 11 6 ，3 0 8 2 7 2 4 h t m l 【5 】z h a n g ，y p e s t i c i d e s 1 9 9 8 ，3 7 , 1 - 2 【6 】苏少泉原罩痢怍朔r 乾锄鸣锄锡秽动缘彰北京：化学工业出版社。2 0 0 1 ，p p l 一2 【7 】h a p ：w w w p e o p l e c o r n c n g b p a p e r 8 1 6 5 3 7 5 8 8 3 h t m l 【8 】仇宏伟，胡继业，周革菲磺酰脲类除草剂在土壤及植物中行为综述莱阳农 学院学报2 0 ，j7 ，1 3 2 1 3 8 【9 】成田磺酰脲类除草剂的发现农药译丛1 9 9 3 ，1 5 ，1 1 2 0 【l o 】刘长令近几年开发的国外农药新品种农药1 9 9 9 ，3 8 , 4 2 铂 【1 1 苏少泉除草剂品种发展近况农药1 9 9 9 ，3 8 ，1 1 1 5 【1 2 】l i u ，c s u l f o n y l u r e a sh e r b i c i d e s p e s t i c i d e s 2 2 ，钉，4 4 4 5 【1 3 】j i a n g ，l ；l i ，c ；z h a n g ，y s t u d ya n da p l i c a t i o n o fs u l f o n y l u r e ah e r b i c i d e s j o u r n a lo fs h a n d o n ga g r i c u l t u r a l u n i v e r s i t y ( n a t u r a ls c i e n c e ) 2 0 0 3 ，3 4 ， 5 9 7 5 9 9 【1 4 】黄明智磺酰脲类除草剂的作用方式及其对作物的选择性农药译丛1 9 9 7 ，1 9 。 2 4 3 1 【1 5 】苏少泉支链氨基酸生物合成与除草剂品种开发农药译丛1 9 9 2 ，1 4 ，l 石 【1 6 】甄英琴，垢敬，李崴，周光理浅谈磺酰脲类除草剂的发展现状天津农林科 技2 0 0 4 ，1 8 1 ，2 2 2 4 【1 7 】欧阳天贽磺酰脲类除草剂水解的理论研究世界农药2 0 0 1 ，2 3 ，1 3 1 4 【1 8 】邓金宝磺酰脲类除草剂的特点、问题及将来新农药2 0 0 3 ，2 ，2 6