（农药学专业论文）二氮氧化喹喔啉2甲醛烃氧基胺基磷酰腙的合成及除草活性的研究.pdf

华中农业人学2 0 0 9 届硕十学位论文 摘要 全世界危害农作物的杂草品种约有18 0 0 多种，每年给农业生产造成了严重 的经济损失。化学除草剂为种植业提供了强有力的保护，但现有除草剂的除草效 率与安全性还不能满足现代农业生产发展的需求。因此半个多世纪以来，新除草 剂的研究开发一直是农药领域的热门课题。 二氮氧化喹喔啉类化合物是一类含氮稠杂环化合物，最早是作为抗菌、抗癌 等生物活性的物质报道，后又被当作饲料添加剂研究开发，我们课题组近年来发 现二氮氧化喹喔啉类化合物的甲醛系列衍生物具有除草活性。本课题拟在二氮氧 化喹喔啉甲醛衍生物分子内引入除草活性亚结构磷酸酯基团，对新化合物进行除 草活性研究，为深入探讨该类化合物的结构与除草活性关系累计资料。 本论文主要做了以下研究工作： 1 合成了中间体二氮氧化喹喔啉一2 一甲醛：以邻硝基苯胺为原料，经次氯酸 钠氧化成苯并呋咱n 氧化物( 中间体i ) ；用中间体i 和丙酮反应合成2 一甲基二 氮氧化喹喔啉( 中间体i i ) ；用二氧化硒将中间体i i 氧化成二氮氧化喹喔啉一2 一甲 醛( 中间体i i i ) 。中间体i i i 的产率为3 2 ，反应方程式如下： c h a c o c h 3 啼一砷 i o 2 合成了2 0 种烃氧基胺基磷酰肼( 中间体v i a - - 一t ) ：以三氯氧磷为原料，分 步和醇( 酚) 反应合成得到烃氧基磷酰二氯( 中间体) ；用中间体与芳胺反应 合成得烃氧基胺基磷酰氯( 中间体v ) ；用中间体v 和水合肼反应得烃氧基胺基 磷酰肼( 中间体v i ) ；反应方程式如下： r 1 0 h o - r i o - - f c 1 c l i v 掣o v h n 。i p o 。_a a 二氮氧化喹喔啉2 甲醛烃氧基胺基的合成及j e 除草活性的研究 一 叩 h h n _ _ k i - l - - - i vv l 式中：r l = e t 、n p r 、n - b u 、n - c 5 h l l 、n c 6 h 1 3 、n - c s h l 7 、p h ；r e = h 、c h 3 、c f 3 中间体的产率从1 0 到7 0 不等。 3 合成2 0 种目标化合物二氮氧化喹喔啉2 甲醛烃氧基胺基磷酰腙：用二 氮氧化喹喔啉2 甲醛( 中间体i i i ) 和烃氧基胺基磷酰肼( 中间体) 反应合成了目 标化合物v i i a - 一t ；反应方程式如下： o l q r i i 置七h 8 o r - 目标化合物的产率从到2 0 到7 0 不等。 4 对涉及从到的反应进行条件探讨，并对部分反应条件进行了优化； 用瓜、1 hn m r 等现代分析手段对一些目标化合物进行了结构表征。 5 用单子叶植物稗草和双子叶植物野苋菜作为靶标植物，以商品除草剂乙 草胺为对照，对2 0 种新化合物采用四种浓度2 0 0m g l 、3 5 0m g l 、4 0 0m g l 和 8 0 0m g l 进行了除草活性实验。 实验结果表明，新化合物的除草活性随品种、浓度以及植物种类不同而异。 其中化合物v i i d ( r 1 = e t 、c h 3 ) 、v i i g ( n b u 、c h 3 ) 在8 0 0m g l 时对稗草的杀灭 率达到4 0 以上，大部分新化合物对野苋菜几乎没有杀灭效果，只有化合物 v i i b ( n - p r 、h ) 、v i i f ( p h 、h ) 、v i l l ( 1 1 一c 5 h ll 、h ) 、v i i m ( n c s h l l 、c h 3 ) 、 v i i o ( n c 6 h 1 3 、h ) 、v i i p ( n - c 6 h 1 3 、c h 3 ) 有不到1 0 的杀灭率；新化合物对单子 叶植物稗草的抑制生长活性高于对双子叶植物野苋菜的抑制生长活性；新化合物 对单、双子叶植物的抑制生长活性弱于乙草胺对其抑制生长活性。 本论文为系统研究二氮氧化喹喔啉甲醛衍生物的合成与除草活性研究积累 了实验数据。 关键词：烃氧基胺基磷酰腙；磷酰肼；合成；除草活性 hn o卜， c or n n n 峨 n 飞 一 、 华中农业大学2 0 0 9 届硕上学位论文 a b s t r a c t t h e r ea r em o r et h a n1 ，8 0 0k i n d so fw e e d sw h i c he n d a n g e rt h ec r o p si nt h e w o r l d i tm a k e ss e r i o u se c o n o m i cl o s s e so na n n u a la g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n c h e m i c a l h e r b i c i d e sp r e s e n tad r a s t i cp r o t e c t i o nt of a r m i n g ，b u tt h ep h y t o c i d a le f f i c i e n c ya n d s e c u r i t yc a n n o tm e e tt h ed e m a n do fm o d e ma g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o na n dd e v e l o p m e n t y e t s o ，r e s e a r c ha n de x p l o i t u r eo nn e wh e r b i c i d e sh a sb e c o m eah o tt o p i cs i n c et h e l a s to v e rh a l fc e n t u r y q u i n o x a l i n ed i - - n - - o x i d e sc o m p o u n d sw e r ef i r s t l yr e p o r t e d a so n e so ft h e n i t r o g e n - c o n t a i n i n gf u s e dh e t e r o c y c l i cw i t ha n t i - b a c t e r i a la n da n t i - c a n c e ra c t i v i t y , a n d t h e nu s e da sf e e da d d i t i o n r e c e n t l yo u rg r o u pf o u n dt h a tf o r m a l d e h y d ed e r i v a t i v e so f q u i n o x a l i n ed i n - o x i d e sc o m p o u n d sh a v eo b v i o u sh e r b i c i d a la c t i v i t y i nt h i ss t u d y , s u b - s t r u c t u r e p h o s p h a t eg r o u p s w i t hh e r b i c i d a l a c t i v i t y w e r ei n t r o d u c e dt o q u i n o x a l i n ed i n - o x i d e sc o m p o u n d sa n dt h e h e r b i c i d a l a c t i v i t yh a sa l s ob e e n i n v e s t i g a t e dw h i c hw i l lo f f e ri m p o r t a n tr e f e r e n c ef o rt h ef u r t h e rr e s e a r c ho ft h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es t r u c t u r ea n dt h eh e r b i c i d a la c t i v i t yo fs u c hc o m p o u n d s o n t h eb a s i so fo u re a r l i e rr e s e a r c h e s ，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 s y n t h e s i z et h ei n t e r m e d i a t ed 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 e ：b e n z o f u r a z a n e ( i n t e r m e d i a t ei ) w a ss y n t h e s i z e dw i t ho - n i t r oa 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 e ( i n t e r m e d i a t ei i ) ；a tl a s tt h e p r o d u c tw a so x i d i z e db ys e l e n i u md i o x i d et o f o r mt h ed 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 ( i n t e r m e d i a t ei i i ) t h ey i e l do ft h ei n t e r m e d i a t e si i iw a sa b o u t3 2 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 i i o 2 2 二氮氧化喹喔啉2 甲醛烃氧基胺基的合成及其除草活性的研究 2 s y n t h e s i z e2 0k i n d so fa l k y l o x y l a m i n o p h o s p h o r y l h y d r a z i d e ( i n t e r m e d i a t e sv i a - t 1 ：a l k y l o x y l p h o s p h o r o d i c h l o r i d a t e ( i n t e r m e d i a t e si v ) a r es t e p w i s es y n t h e s i z e d u s i n gp h o s p h o r u so x y c h l o r i d ea n da l c o h o lo rp h e n o l ；f o l l o w e db yr e a c t i n gw i t h a r o m a t i ca m i n e st op r o d u c et h ea l k y l o x y l a m i n o p h o s p h o m s c h l o r i d e ( i n t e r m e d i a t e sv ) ； a l k y l o x y l a m i n o p h o s p h o r y l h y d r a z i d ea r es y n t h e s i z e db yt h er e a c t i o ni n t e r m e d i a t e sv a n dh y d r a z i n eh y d r a t e t h ec h e m i c a le q u a t i o nw a sa sf o l l o w s ： o c 卜一p m c l c l r i o h o o r ，沁卜n h， c 1 i v 叩 c q k r 1 0 _ 7 刊h 丫、 1巳以 v o h r l 0 2 n - - - n h h q r vv l r l = e t 、n p r 、n - b u 、n - c s h l l 、n - c 6 h 1 3 、n - c 8 h 1 7 、p h ；r 2 = h 、c h 3 、c f 3 t h ey i e l do ft h ei n t e r m e d i a t ev 1w a si nt h er a n g eo f10 7 0 3 d i - n o x i d e q u i n o x a l i n ef o r m a l d e h y d e - a l k o x y l a m i n o p h o s p o r y l h y d r a z o n e ( i n t e r m e d i a t e sv i i a t ) a r es y n t h e s i z e du s i n gt h ed 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 e ( i n t e r m e d i a t ei i i ) a n da l k y l o x y l a m i n o p h o s p h o r y l h y d r a z i d e ( i n t e r m e d i a t e sv i ) t l l e c h e m i c a le q u a t i o nw a sa sf o l l o w s ： i r l o v i o h _ n i o n h 、 、p n h 占r 。 v t h ey i e l do ft h ei n t e r m e d i a t ev 1 1w a si nt h er a n g eo f2 0 7 0 4 t h er e a c t i o nc o n d i t i o n sw h i c hi n v o l v e dw i m t ov 1 1w e r ed i s c u s s e da n d s o m er e a c t i o nc o n d i t i o n sa r eo p t i m i z e di nt h er e s e a r c h a n dt h es t r u c t u r eo fs o m e f i n a lp r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db yi ra n dl hn m r 5 m o n o c o t y l e d o ne 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 n 孵埘a m a r a n t hw e r e 华中农业人学2 0 0 9 届硕十学位论文 s e l e c t e da sb i o m a r k e ra n dw e r eu s e di nt h eh e r b i c i d ep r o d u c e sa c e t o c h l o ra c c o r d i n gt o t h er e f e r e n c e h e r b i c i d a la c t i v i t ys t u d yo ft h e2 0f i n a lp r o d u c t sw i mf o u rd i f f e r e n t m a s sc o n c e n t r a t i o n so f2 0 0m e g l ，3 5 0m e g l ，4 0 0m e r l ea n d8 0 0m r d lw a sa l s o c a r r i e do u t t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eh e r b i c i d a la c t i v i t yc h a n g e st h r o u g ht h ed i f f e r e n c eo f s p e c i e sa n dc o n c e n t r a t i o n so fn o v e lc o m p o u n d s t h ek r ( k i l l i n gr a t e ) o fn e w c o m p o u n d sv i i d ( r l = e t 、c h 3 ) 、v i i g ( n b u 、c h 3 1t oe c h i n o c h l o ab e a u v o 括h a db e y o n d 4 0 ，w h e nt h e i rm a s sc o n c e n t r a t i o nw e r e8 0 0m g l m o s to fn e wc o m p o u n d sh a dn o k i l l i n ge f f e c t so nt h e 臃膨a m a r a n t h ，e x c e p tc o m p o u n d sv l i b ( n p r 、h ) 、v i i f ( p h 、 h ) 、v i i l ( n c s h n 、h ) 、v i i m ( n - c s h l j 、c h 3 ) 、v i i o ( n - c 6 h 1 3 、h ) 、v i i p ( n - c 6 h 1 3 、 c h 3 ) w h o s ek ra r el o w e r10 ：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 o m o n o c o t y l e d o ne c h i n o c h l o ab e a u v o i sw a sb e t t e rt h a nt od i c o t y l e d o nw i l da m a r a n t h ： t h ei n h i b i o nr a t eo ft h en e wc o m p o u n d sw a s w e a k e rt h a nt h ea c e t o c h l o rt ot h e m o n o c o t y l e d o na n dd i c o t y l e d o n t 【1 i st h e s i sm a k e sg r e a tp r o o f sf o rt h es 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 ys t u d yo f d 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 ed e r i v a t i v e s k e yw o r d s ：a l k y l o x y l a m i n o p h o s p o r y l h y d r a z o n e ；p h o s p h o r y l h y d r a z i 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 v 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 历 如需保密，解密时间年月 日 是否保密 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。 研究生张1 ，增吉 帆叫年6 月7 日 撇黼鲐。呖苞锄鲐身弛文 鳓期：卅年月7 日辨期：明年月7 日 注：请将本农直接装订在学位沦文的扉页和口录之间 华中农业人学2 0 0 9 届硕十学位论文 1 1 除草剂的研究概括 1 1 1 除草剂的重要意义 第一章前言弟一早月| j 苗 从人类开始耕种起，杂草就一直阻碍种植业发展。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 。 中国农田受草害面积有4 2 8 x 1 0 8h m 2 ，其中受杂草严重危害的农田有2 1 0 8 h m 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 ( 苏少泉，2 0 0 2 ) 。 除草剂的出现为人类解决这些问题带来了希望，除草剂可以选择性的杀死杂 革而不伤害农作物，从而提高单位面积产量。随着农业现代化的推进，除草剂的 应用会越来越普及，已成为农业生产中必不可少要素。 1 1 2 除草剂的发展过程 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，这是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。 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 有机化合物发展的罩程碑。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， 促进了化学除草剂的发展。但地乐酚在土壤中的弱吸附使其具有较强的移动性， 虽然在地表水和土壤中很快降解，但是后来发现在地下水中能长期存在( o n e i le t a l ，1 9 8 9 ) ，对地下水造成严重污染( 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) 。 1 9 4 2 年美国的a m c h e m 公司开发2 ，4 一d 后，除草剂品种发展进入有机化合 物领域，从而开辟了化学除草剂新纪元( 童建华、庄占兴，2 0 0 0 ) 。 2 0 世纪6 0 年代美国孟山都化学公司筛选合成了草甘磷，它是一种广谱除草 二氮氧化喹喔啉2 甲醛烃氧基胺基的合成及其除草活性的研究 剂，它具有传导性好，能杀死世界上十大多年生深根性难除杂草，低毒，无残留 等优点而深受农民欢迎。 自1 9 7 9 年氯磺隆开发成功以来，世界除草剂工业便进入了“超高效”时代，特 别是磺酰脲类、咪唑啉酮类、磺酰胺类、嘧啶水杨酸类等系列超高活性品种的问 世，给除草剂新品种开发及化学除草带来了新的革命性变化( 李海屏，2 0 0 4 ) 。 1 1 3 除草剂的种类 世界除草剂进入超高效时代以来，新品种开发变的异常活跃。根据除草剂化 合物的结构，目前市场上的除草剂主要有以下几大类：芳氧苯氧丙酸酯类、三嗪 类、酰胺类、磺酰脲类、氨基甲酸酯类以及其它一系列品种，下面简单介绍部分 除草剂。 1 1 3 1 芳氧苯氧丙酸酯类除草剂 该类除草剂最早由h o e c h s t 公司在2 0 世纪6 0 年代开发研究，1 9 7 1 年开发出作 为此类除草剂前体化合物的品种禾草灵，从1 9 7 5 年开始，世界许多农药公司在原 有模式结构的基础上，进行结构修饰和改造，将苯环改变为杂环及稠合杂环，相 继开发出一系列高活性品种( 刘丽，2 0 0 6 ) ，此类除草剂的基本结构是： r ，o l f h 3 o - - c h c o o r 2 芳氧苯氧丙酸酯类除草剂的结构通式 式中：r l _ 杂环、稠杂环；r 2 = 脂肪烃基、芳烃基 下面以除草剂氰氟草酯( 氰氟禾草灵) 为例来说明其合成方法：合成分为三 步，以3 ，4 二氟苯氰为原料，和对苯二酚反应合成中间体i ：4 氧( 2 氟一4 氰基 苯氧基) 苯二酚；由( s ) 乳酸丁酯和过量的4 甲基苯磺酰氯反应后，构型反转， 生成中间体i i ：( r ) - 2 - 氧一( 4 t - 甲基苯磺酰基) 一丙酸丁酯。最后中间体i 和中间体 i i 反应，构型不发生反转，生成氰氟草酯( 闰潇敏，2 0 0 7 ) 。以下为合成方程式： 丫丫 夕，人f 2 c 伍d 洲 华中农业大学2 0 0 9 属硕士学位论文 也永。叩d 驴o ，1 c u 凸c h 3 、屿 q 旺删o c h 3 、屿! u 廿吼 芳氧苯氧丙酸酯类除草剂可以通过茎叶、也可以通过根系吸收，茎叶吸收的 药剂与光合作用产物结合沿韧皮部筛管在植物体内传导，而根吸收的药剂则随腾 流沿木质部导管移动。芳氧苯氧丙酸酯类除草剂导致植物形态的普遍变化是：叶 片向上或向下卷缩，叶柄、茎、叶、花茎扭转与弯曲，茎基部肿胀，生出短而粗 的次生根，茎、叶褪色、变黄、干枯，茎基部组织腐烂，最后全株死亡，特别是 植物的分生组织如心叶、嫩茎最易受害( 张玉聚等，2 0 0 3 ) 。 该类除草剂施用于杂草的叶和茎上时，有的可能需要长达8 天才能发挥作 用，其有效性及选择性不能令人满意( 陈万义，1 9 9 6 ) ，并且这类除草剂在气温高 时挥发量大，易扩散飘移，为害邻近双子叶作物和树木，除此之外此类除草剂吸 附性强，用过的喷雾器必须充分洗净，以免棉花、蔬菜等敏感作物受其残留微量 药剂危害，这些因素都导致了该类除草剂大范围使用受到一定的限制。 1 1 3 2 三嗪类除草剂 均三嗪类除草剂是以三嗪为骨架的化合物，它的除草活性于1 9 5 2 年被发现， 这些化合物的除草活性及选择性于1 9 5 5 年首次被发表。由于其高效低毒的特性， 至今仍为有价值的除草剂( 陈万义，2 0 0 0 ；刘长令，2 0 0 2 ) 。此类除草剂的基本结 构是： r 1 i n a nn、n 一删八n 人n h 一& 三嗪类的结构通式 式中：r i = f 、c 1 、b r 、烃氧基、烃硫基；r 2 = 脂肪烃基、芳香烃基、酯基； r 3 = 脂肪烃基、芳香烃基、酯基 在三嗪类除草剂迅速发展的过程中，三聚氯氰除草剂以其独特的反应活性和 二氮氧化喹喔啉2 甲醛烃氧基胺基的合成及其除草活性的研究 结构引起了国内外广大学者的关注，其衍生物的生物学研究成了当前学术界的热 门课题。三聚氯氰分子结构具有稳定的三嗪环，环上三个氯原子反应活性都比较 高，很容易发生亲核取代反应，得到具有较好效果的除草剂( m e n i c a ，2 0 0 4 ；n i s h i ， 2 0 0 5 ；k u o ，2 0 0 5 ；k o h l m e i e r , 2 0 0 6 ) 。 该类除草剂以扑灭津为例来说明其合成方法：以三聚氯氰为原料，异丙醇和 水的混合液作溶剂，与异丙胺在碱性条件下反应生成2 氯4 ，6 二异丙胺基1 ，3 ，5 三氮苯，即扑灭津( 杨耀彬，2 0 0 5 ) 。 c ，q c c 工嚣娜心 l l c l n 人n 八n 人n h c h ( c h 3 ) ： 三嗪类除草剂是传统除草剂之一。它是通过光合系统i i ( p si i ) 以d l 蛋白为 作用靶标，抑制植物的光合作用而发挥作用。 三嗪类除草剂优点有：除草效果好，选择性强，杀草谱广，低毒等。大量实 验证明，三嗪类除草剂目前对生态环境及人类健康的影响远小于其在生产生活中 发挥的作用，所以三嗪类的除草剂还将长期使用( e k m a n ，2 0 0 5 ) 。 缺点有：用量较大、残留较长、影响地下水以及干扰内分泌等。 目前，对于三嗪类除草剂是否应该禁止使用不同的学者有不同的看法。 1 1 3 3 酰胺类除草剂 酰胺类除草剂是一种高效、高选择性的触杀性除草剂。最早开发出的酰胺类 除草剂是二丙烯草胺和敌稗。随着对该类除草剂研究的不断深入，一些新的品种 不断出现。该类除草剂化学结构通式为： 一r ， r 3 酰胺的结构通式 式中：r l 、r 2 、r 3 、r 4 、r 5 可以是氢、氯原子、甲基、乙基等；民可以是 氢、烷基、或醚等；r ，为烷基或卤代烷基等。 酰胺类物质的合成其实很简单，它分为两大类：一种为氯代乙酰胺类除草剂， 主要品种有：乙草胺、甲草胺等；另一种为芳酰胺类除草剂，包括苯噻草胺、敌 稗等。现分别以乙草胺和敌稗为例阐述它们的合成过程。 乙草胺的合成过程分三步，用2 ，6 甲乙基苯胺与氯乙酸、三氯化磷反应，生 4 华中农业大学2 0 0 9 届硕+ 学位论文 成2 , 6 甲乙基氯代乙酰苯胺中间体i ( 陈万义，2 0 0 0 ) ；用乙醇与聚甲醛在氯化氢 存在下反应，生成氯甲基乙基醚中间体i i ( w i n f r i e de ta l ，1 9 8 2 ；z u p a n i c i ce ta l ， 1 9 8 2 ：r o d r i g u e ze ta l ，1 9 9 5 ；a n d r a a h a a se ta l ，1 9 8 0 ) ；中间体i 与中间体i i 缩合 生成乙草胺。反应方程式如下： e c l 3 c 1 c h 2 ( x ) o h c h 3 c h 2 0 h + ( c h 2 0 ) n h c l c o n d e n s a t i o n c h 3 c h 2 0 c h 2 c 1 c h 3 c h 2 0 c h 2 c i i i 敌稗的合成过程相对乙草胺要简单的多，用一步( k o m e l i ae ta l ，1 9 8 3 ) 反应就 合成了。用丙酸与3 ，4 二氯苯胺在三氯化磷或硫酰氯存在下，溶剂为苯或氯苯在 9 0 9 5 下反应得产品。方程式如下： c l c 1 + h 2 c l s o c b h 磊五五 c 1 三奴之j a 一三n 彦 5 二氮氧化喹喔啉2 甲醛烃氧基胺基的合成及其除草活性的研究 能是抑制植株的呼吸作用，即抑制呼吸作用中含硫基酶的活性，或干扰植物体的 蛋白质生物合成，影响生物膜的完整性，因此在植物体内降解速度较快( m o r e l a n d e ta 1 1 9 6 9 ) 。 酰胺类除草剂主要进行芽前土壤处理，因而其除草效果受制于环境条件，其 中重要的因素是土壤胶体吸附作用与土壤含水量( l i uw e i p i n ge ta l ，2 0 0 0 ) 。 1 1 3 4 磺酰脲类除草剂 此类除草剂结构由芳香基、磺酰脲桥和杂环3 部分组成，其结构通式为： r 2 磺酰脲除草剂的结构通式 在每一组分上取代基的微小变化都会导致生物活性和选择性的极大变化。 自杜邦公司的l e v i t t 博士在1 9 7 8 年研制出第一个磺酰脲类除草剂氯磺隆后， 全世界掀起了一股磺酰脲类除草剂的研究热潮( l e v i t tg19 9 1 ；l i uc h a n g l i n g ， 2 0 0 2 ) 。我国由南开大学的李正名院士等人经十年之久研制成功的单嘧磺隆作为 我国创制的第一个具有自主知识产权的旱田除草剂，是一个重要的标志性成果， 显示我国已具有独立创制农药的能力( 李正名等，1 9 9 4 ；1 9 9 8 ；王玲秀等，2 0 0 1 ) 。 单嘧磺隆化学名称为n 2 ( 6 甲基) 嘧啶基 2 一硝基苯磺酰脲，其化学结构如 下图。在成功研制了单嘧磺隆后，国家农药创制中心又成功研制开发了单嘧磺酯， 化学名称为n 2 一( 6 甲基) 嘧啶基 - 2 一甲酸甲酯基苯磺酰脲，结构图如下。 单嘧磺隆的结构式单嘧磺酯的结构式 单嘧磺隆、单嘧磺酯以超低用量、除草高效、安全特点著称( 范志金、李正 名，2 0 0 4 ) 。这两个磺酰脲分子中的嘧啶环上6 位被甲基取代，其合成路线如下( 马 宁、李正名等，2 0 0 4 ) ： 6 华中农业大学2 0 0 9 届硕上学位论文 掣嗲 h 2 n 弋一 n j 2 n h c 0 2 c 2 l 王5 歹h 式中：r i = n 0 2 、c o z m e 磺酰脲除草剂抑制植物体内至关重要的带支链氨基酸( 如亮氨酸和异亮氨酸) 的生物合成，也就是说它抑制了这些氨基酸合成过程中必不可少的乙酰乳酸合成 酶( a l s ) 的活性，使植物( 杂草) 死亡。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g 一丁酮酸 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亮氨酸和 异亮氨酸( 姜林等，2 0 0 3 ) 。磺酰脲类除草剂对动物低毒，在非靶生物体内几乎不 积累( l e v i t te ta l ，1 9 8 3 ) 。 目前，对于磺酰脲类除草剂的作用方式及在土壤中的环境行为方面，国内外 有较多研究，研究发现在其应用过程中仍存在一些难题，其中最突出的是其残留 药害和杂草对磺酰脲类除草剂的抗药性问题( 王贵启等，1 9 9 9 ) 。 1 1 3 5 氨基酸类除草剂 自1 9 9 6 年以来，由于抗除草剂转基因作物的崛起，一种新的除草剂得到了 飞速的发展，它就是氨基酸类除草剂。氨基酸类除草剂主要有草甘膦、草铵膦、 双丙氨膦及草硫膦4 个品种，其中草甘膦占有绝对的优势，占此类结构除草剂的 8 8 3 ，在这一类农药中，我们重点介绍草甘膦。结构式如下： 冒冒 l l 0 h o p c h ，c h c o h l- - 拓 n h 草甘膦的结构式 草甘膦合成路线很多，但最终归纳起来不外乎两种工艺：即i d a 法和烷基酯 法。i d a 法是指以亚氨基二乙酸( i d a ) 为起始原料，经缩合制备双甘膦、再氧化 生产草甘膦的合成方法。烷基酯法全称甘氨酸一亚磷酸二烷基酯法，是以甘氨酸 为起始原料，与多聚甲醛、亚磷酸二烷基酯经加成、缩合、水解制备9 5 的草甘 膦。根据亚磷酸二烷基酯的不同，又可分为亚磷酸二甲酯法、亚磷酸三甲酯法、 亚磷酸二乙酯法。这三种方法中又以亚磷酸二甲酯法最受农药企业青睐。以路线 相对简单，三废较少，产品纯度高，其生产的草甘膦占全国草甘膦年生产能力的 8 0 左右( 戴宝江、张海滨，2 0 0 6 ) 。 7 二氮氧化喹喔啉2 甲醛烃氧基胺慕的合成及其除草活性的研究 如n 。 h o ( c h 2 0 ) n广h 宜 _ o r 土j o h + _ o p 一 jh o h 哪、“h i l 一彳_ n 八h o h ”“。“ h + 二兰步0 、筇h 亚磷酸三甲酯法( 简称三甲酯法) ： 与当前所有的除草剂品种不同，草甘膦有其独特的作用靶标和作用机制。草 甘膦是一种氨基酸生物合成抑制剂，其主要作用靶标是莽草酸酯合成途径( t h e s h i k i m a t ep a t h w a y ) 中的5 烯醇丙酮莽草酸3 磷酸酯合成酶( e p s p s ) 。因为对 e p s p s 的抑制，使经其催化由磷酸烯醇丙酮酸( p h o s p h o e n o l p y r u v a t e ，p e p ) 与莽草 酸3 磷酸( s h i k i m a t e 3 p h o s p h a t e ，s 3 p ) 向5 一烯醇丙酮莽草酸3 磷酸酯 ( 5 - e n o l p y r u v y l s h i k i m a t e 3 p h o s p h a t e ，e p s p ) 的转变过程停止，从而抑制芳香氨基 酸的生物合成。在植物体内，e p s p s 主要存在于叶绿体和质体中，当有草甘膦时， 草甘膦优先与e p s p s 的活性位点结合，使后者发生构型上的变化，从而抑制其与 p e p 的结合和随后的生物催化反应。 草甘膦以其高效、低毒、低残留的优良特性，且世界上多种商业作物具有耐 草甘膦基因，使得国内外众多企业关注其发展，这对促进草甘膦农药大量施用具 有很好的作用。 1 1 3 6 有机磷除草剂 有机磷农药是含磷的有机化合物，有的也含有氯、氟。其化学结构一般为 o p 、n p 键，大部分是磷酸酯胺的结构。结构如下图： r i l n h p n h n h 2 l i r 一 式中：r l = e t 、n p r 、n b u 、n c 5 h l l 、1 1 c 6 h 1 3 、p h ；r 2 = c f 3 、c h 3 、h 有机磷化合物有剧烈毒性，高温容易分解，在环境中残留时间短，在动植物 体内，因受酶的作用，有机磷化合物进行分解不易蓄积，因此常被认为是较安全 的一种农药。 有机磷类除草剂共有1 8 个品种，其中2 0 世纪7 0 年代开发的品种较多。2 0 世纪 8 华中农业大学2 0 0 9 届硕十学位论文 8 0 年代初，日本明治制果公司在从放线菌发酵液中筛选杀菌剂时发现有药害，得 到启发从而开发出除草剂双丙氨膦。后来s t a u f f e r 公司又发现草甘膦的一些新的 衍生物也具有很高的除草活性，如草硫膦及草砜膦均有很好的防除多年生杂草的 作用。有机磷类除草剂在世界农药工业中占有重要地位，尽管草甘膦的开发与应 用已有3 0 年的历史，但销售额仍据世界第一( 李海屏，2 0 0 4 ) 。 由于有机磷化合物具有多种农药活性，且易于被生物吸收、易于代谢等特点。 因此，几十年来在农药中的作用有增无减，目前除可用作杀虫剂外，在除草剂领 域都有许多新的有机磷品种出现，由于四配位磷原子可以与四个不同的基团组成 无数个不同的化合物，今后在此领域内，高活性物质的发现仍然是大有希望的。 1 1 3 7 其它除草剂 1 9 7 8 年日本曹达公司发现的一类具有选择性的内吸传导型茎叶处理剂，它是 环己二酮类或环己烯酮类除草剂。自第一个品种禾草灭问世以来，现已有数个品 种商品化，它们是禾草灭、烯禾啶等( 任康太，1 9 9 8 ) 。 c h 3 禾草灭的结构式 2 0 世纪8 0 年代初期，日本三共、三菱油化、石原产业公司分别开发成功吡 唑类除草剂吡唑特。吡唑类除草剂是一种对羟基丙酮酸酯双氧化酶( h p p d ) 抑制 剂，能阻止植物体中的4 羟基丙酮酸向脲黑酸的转变，从而导致无法合成质体醌 和生育酚，进而间接抑制了类胡萝b 素的生物合成，使植物产生白化症状，直至 最终死亡( 苏少泉，2 0 0 0 ) 。 m e | c l 吡唑特的结构式 1 9 8 4 年美国氰胺公司成功开发的一类抑制乙酰乳酸合成酶( a l s ) 高效广谱 9 二氮氧化喹喔啉2 甲醛烃氧基胺基的合成及其除草活性的研究 低毒的除草剂，它就是咪唑啉酮类除草剂( 刘长令，2 0 0 2 ；黄春艳，2 0 0 1 ) 。到目 前已有品种商品化，均由氰胺公司开发，包括咪唑乙烟酸、眯唑喹啉酸等。这类 除草剂存在残留药害问题。 h o o c 咪哗喹啉酸的结构式 日本组合化学公司于2 0 世纪9 0 年代初成功开发的又一类新的乙酰乳酸合成 酶( a l s ) 抑制剂嘧啶水杨酸类除草剂，这种除草剂可以防除水稻田和旱作物地杂 草。现已有品种上市：嘧硫草醚、嘧草醚、双草醚、嘧啶肟草醚和环酯草醚( 刘 长令，2 0 0 1 ) 。该类除草剂选择性好，对作物安全。 c l s m e 嘧硫草醚的结构式 1 9 9 7 年罗姆哈斯公司首先发现了二苯醚的除草活性，它是原卟啉原氧化酶 ( p r o t o x ) 抑制剂，是在酚类除草剂基础上发展起来的旱田选择性除草剂，现已开 发了一系列含三氟甲基的高效除草剂，如乙羧氟草醚( 石小清，2 0 0 0 ) 。近年来部 分品种虽然因为环境毒性而在欧美被禁用，但也有经久不衰的品种，如罗姆哈斯 公司1 9 7 5 年开发的乙氧氟草醚( 果尔) 。 0 2 n e t o f 3 c l 乙氧氟草醚的结构式 2 0 世纪9 0 年代末罗纳普朗克公司成功开发了对原卟啉原氧化酶( p r o t o x ) 抑 制剂四取代苯类除草剂丙炔噫草酮( 稻思达) 。这类除草剂结构比较复杂，分子中 都有一个在1 、2 、4 、5 位取代的苯环，基本上都是五元含氮杂环化合物，其中含 有嗯二唑、三唑啉酮、吡唑、酰亚胺结构的品种较多。其最大特点是高活性、对 环境友好，对后茬作物无影响( 黄春艳，2 0 0 1 ；刘长令，2 0 0 2 ) 。 华中农业人学2 0 0 9 届硕十学位论文 丙炔嗯草酮的结构式 1 1 4 除草剂的研究方法和发展趋势 1 1 4 1 除草n i l , 3 先导化合物发现 农药新化合物的研究是以保护生态环境和保障粮食安全与人类健康为前提 的。高活性、高安全性、高效益和环境友好的新农药是除草剂研究的方向( 成四 喜，2 0 0 8 ) 。除草剂的研究方法主要有： ( 1 ) 衍生物合成这是开发新品种的重要途径。多年来，一系列品种都是按 照这种方法开发成功的，芳氧苯丙酸类品种的开发是典型实例。在模式结构基础 上，随即开发出第一个著名品种禾草灵，其后将苯环改变为杂环及稠杂环如吡啶、 苯并恶唑啉、喹喔啉等，相继开发出一系列高活性品种。磺酰脲类除草剂品种也 都是在其第一个品种绿磺隆的基础上开发成功的。在苯噻草胺结构基础上，通过 结构改造，发现了活性超过苯噻草胺两倍的新化合物。 ( 2 ) 对靶合成该方法日益受到重视并作为开发新品种的途径而广泛采用。 在这方面，首先需要确定酶或受体作为靶标，然后