（农药学专业论文）新颖除草剂草铵膦合成的探索研究.pdf

摘要 草铵膦，是德国h 。h 。t 现在的a v e n t i 。c ，。p s 。i 。厂么司研制的新颖 除草剂。可用于果园、葡萄园、橡胶及棕榈园、观赏性灌木、非耕地防除一年生 和多年生的双子叶禾本科杂草。 本文重点研究了草铵膦及其中间体的合成，完成了草铵膦小试的初步探索， 并对其结构进行了表证。 本文用乙烯基氯化镁替代乙烯基溴化镁通过格氏反应合成了0 一烷基甲基乙 烯基膦酸酯，并对其合成工艺进行了深入的研究，筛选出较佳的合成路线。与此 同时，本研究也合成了草铵膦的另一重要中间体：乙酰氨基丙二酸二乙酯和苯亚 甲氨基乙酸乙酯。 在此基础上，我们选择甲基膦酸酯与氨基酸衍生物的m i c k a e l 加成反应路线 合成草铵膦，该路线的合成条件在实验室内较易控制，且原料易得到。根据相关 文献，我们设计了部分合成路线，取得了较好的效果，为草铵膦的工程开发奠定 了基础。 本文亦在总结实验的同时，提出今后草铵膦开发的重点，希望为草铵膦最终 在国内的研制和生产作出一点贡献。 o x 关键词：草铵膦、除草剂、o 一烷基甲基乙烯基膦酸酯、合成 一塑! ：! ：些叁：i ：! 型! ! 生些兰壁垒兰 a b s ti - a c t g 1 u t o s i n a t ei san e wh e r b i c i d e ，d e v e l o p e db yh o e c h s ta g ( n o wa v e n t i s c r o p s c i e n c e ) t h e h e r b i c i d ec a nb eu s e df o rc o n t r o l o fa n n u a la n d p e r e n n i a lb r o a d l e a v e dw e e d sa n dg r a s s e si n f r u i to r c h a r d s ，v i n e y a r d s ， r u b b e r ，a n do i 1 p a l mp l a n t a t i o n s ，o r n a m e n t a lb u s h e s ，a n dn o n c r o p l a n d t h i sp a p e rm a i n l yd i s c u s s e st h es y n t h e s i so fg l u f o s i n a t ea n d it s i n t e r m e d i a t e s ，g i v e so u rf i r s ts t u d yo fg l u f o s i n a t ei nal a b o r a t o r ya n d c h a r a c t e r i z e sit ss t r u c t u r eb ya n a ly s is o u rs t u d yg i v e st h es y n t h e s i so fa l k y l e t h y l v i n y l p h s p h i n a t et h r o u g h m ic h a e lr e a c t i o n b yu s i n gv i n y l m a g n e s i u m c h l o r i d ei n s t e a do f v i n y l m a g n e s i u 加b r o m i d e ， a n dg i v e saf u r t h e rs t u d yo fi t ss y n t h e s i z e d t e c h n o l o g y t w oi m p o r t a n c ei n t e r m e d i a t e s ，e t h y l2 一( p h e n y l m e t h y l e n e ) a m i n o a c e t a t e g l y c i n a t e a n da c e t a m i d o m a l o n i ca c i dd i e t h y le s t e r ，a r e p r e p a r e db yt h ee x p e r i m e n t a t i o n a c c o r d i n gto u re x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，c h o o s i n gt h em i c h a e la d d t i o n o fa r la m i n oa c i dd e r i v a t i v et ot h em e t h y l v i n y l p h o s p h i n a t o nt h isb a s i s ， w eh a 、r es ) n t h e s iz e df o s t h i a z a t e o u r w a yt os y n t h e s i z ef o s t h i a z a t e ise a s y t oc o n e t e li na1 a b o r a t o r ya n di t sr a wm a t e r i a l se a s yt og e t ，a n di tg i v e s r o s u ll s jh iss t u d ya 1s og iv e so u rm a i n _ o r kt od e v e i o pg l u f o s i n a t e g eh o p e t od oo u ro w n o r ki nt h ed “e l o p m e n la n dp r o d u c t i o n o t 9 1 u f o s i n a t e h e r b i o d e ，s y n t h e s is ，a i k y lm e t h y 】v n ) 岫n帅哪呲 _ 兰 州 m 叭 啪 叫 曲 盹 h 第一章前言 第一节有机磷农药及除草剂的概况和发展 1 1 有机磷农药的概况和发展 有机磷化合物具有多种农药活性，由于它们易于被生物吸收，在作用部位具 有较好的化学反应亲和性以及易于代谢等特点，因此，自二十世纪三十年代，德 国g s c h r a d e v 首先发现有机磷杀虫剂后，此类农药得到了较大的发展。无论从 品种和产量都成为了各类农药及杀虫剂之首，并在杀菌剂、除草剂、植物生长调 节剂等其它农药领域也涌现了大量的优秀产品。 目前，世界上有机磷农药商品已达上百种，特别在杀虫剂方面，有机磷类为 三大支柱之一，并长年来鳌居首位。2 0 0 1 年，有机磷杀虫剂的销售额达3 0 5 亿 美圆，占杀虫剂的3 4 7 。如再加上有机磷除草剂( 如革甘膦、草铵膦等) 则更 引人注目。 在我国有机磷农药更是占据农药总量的半壁江山，1 9 9 7 年，按化工部统计 农业用农药的总量为3 j 7 万吨，其中有机磷农药为2 0 万吨左右，约占整个农药 的j 7 。其中，除草剂革甘膦的产量约近1 5 万吨，占我国除草剡总量的3 0 左 右。目前，我国的有机磷农药有3 0 个左右，表1 1 1 即为我国生产的主要有机 磷农药品秽t 。 表】1 】我国生产的有机磷农药 杀虫剂敌百虫、敌敌畏、乐果、氧乐果、对硫磷、甲基对硫磷、甲胺磷、久 效磷、辛硫磷、水胺硫磷、杀螟硫磷、喹硫磷、毒死蜱、三唑磷、甲 基异硫磷、马拉硫磷、乙酰甲胺磷、倍硫磷、丙溴磷、甲丙硫磷、特 丁硫磷、甲拌磷 除草剂草甘膦、莎稗磷 杀菌剂稻瘟净、异稻瘟净、甲基立枯磷、乙膦铝 其他乙烯利、克线磷 我l 目是一个磷生产人f 硝，为f l ! ：界4 个主要磷f 卜产削( ； 。闸、美闭、摩洛哥、 俄秒斯) 之一。1 ：述4 个吲家l i ，全球产最的7 8 ，我圆i 譬全球产量的1 ： 3 左右。 1 9 9 6 年我国磷产量达1 9 7 0 万吨，主要集中在云南、贵州、四川及湖北等地区， 其中云南、贵州等地产磷区，磷矿是他们的主要经济来源之一。而农药是耗磷的 主要领域之，每年用于农药的黄磷约为6 万吨，占我国黄磷总产量的1 5 左右。 众所周知：由于长期使用有机磷农药，以致产生了严重的抗性。不少有机磷 产品具有极高的毒性，对环境和人类本身造成了严重的影响。 所以在我国要发展农药，又兼顾磷矿的利用和开发，首先应把目光针对有机 磷农药的改造和开发上。充分利用国外已过或即将过期的专利，大力改造高毒有 机磷杀虫剂，开发高效、低毒的有机磷其他品种。如伏杀硫磷、噻唑硫磷、丁苯 硫磷、嘧啶氧磷及除草剂草铵膦等。总之，有机磷农药还将有相当大的市场，值 得我们去重视、开发。 1 2 除草剂的发展及展望 1 2 1 世界除草剂发展概况呛1 世界上杂草约有五万种，在经济上造成损失的杂草有1 8 0 0 余种，在主要粮 食作物田发生的杂草有2 0 0 余种。每年使农作物减产1 5 左右。随着工业化的发 展及社会的进步，化学防治已成为杂草防除的最主要的手段。目前，大约有3 0 0 余种除草剂用于防除阔叶杂草和禾本杂草。 我国农田杂草有2 5 0 多种，其中危害农作物最重的杂草有稗草( e c h i n o c h l o a c r u s g a l l i ) 、野燕麦( a v e n af a t u a ) 、看麦娘( m o p e c u r u sa e q u a l js ) 、藜 ( c h a n o p o d i u ma l b u m ) 、蓼( p o l y g o n u ms p p ) 、蔸( a m a r a n t h u ss p p ) 、扁秆 革( s c i r p u sp l a n i c u l m is ) 、马唐( d i g i t , a r i aa d s c e n d e n s ) 、牛筋草( e t e u s i n e i i 】d ic a ) 、眼子菜( p o t a m o g e t o nd i s t i r i c t u s ) 以及其它的一些阔叶杂草和禾本 杂草。我国有j o 余种除草剂已工业化生产，进口除草剂1 0 余种，用于水稻( 种 植面积3 3 0 0 万h m ! ) 、小麦( 2 7 0 0 万h m ：) 、玉米( 2 0 0 0 万h m ? ) 、大豆( 8 0 0 万h m ：) 、 棉花( 5 3 0 万h m 一) 、油茶( 4 0 0 万h m ：) 、花生( 2 3 3 万h m i ) 、蔬菜及非耕地除草。 自从1 9 4 2 年美国的p w z i m m e r m a n 和a e h i t c h c o c k 发现2 ，4 滴的除草 活性以来，除草剂工业 | s 速发展。世界农药结构发生了质的变化，表1 1 2 为i i ： 抖农药的市场，曼化情况。 表 i 2 世界农药市场变化趋势 2 0 0 0 年，农药销售额达3 0 0 亿美圆，其中除草剂1 3 9 亿美圆( 占销售额4 6 ) ， 杀菌剂5 7 亿美圆( 占销售额1 9 ) ，杀虫剂8 9 亿美圆( 占销售额3 0 ) 。表中可 以看出，6 0 年代到9 0 年代初，除草剂市场不断增加。进入9 0 年代以来，世界 农药市场增长势头趋于减缓，呈波浪形平稳发展。但其中除草剂市场一直呈上升 趋势，达4 7 左右。1 9 9 6 年，美国销售额最大的1 0 个农药品种中，有9 个是除 草剂。目前除草剂、杀虫剂和杀菌剂的市场比例大致维持在5 ：3 ：2 的状态。2 0 0 0 年，占除草剂份额最大的是磺酰脲类l o 2 、均三嗪类l o 0 、酰胺类8 7 、眯 唑啉酮类7 5 ，氨基甲酸酯类4 7 “3 。 1 2 2 我国除草剂的现状及发展 近几年来，我国除草剂生产量占农药总产量的比例增大，其中2 0 0 0 年1 1 0 月产量中，除草剂占有比例为1 8 。5 、。但与世界农药市场相比，比例仍然较小。 表1 1 3 为我国农药市场的变化趋势。 表1 1 3 我国农药市场变化趋势 浙江l 业大学硕一1 毕业学位论更 随着农业的发展，预计今后除：学剂的需求将以每年3 0 0 0 万亩次的速度增加， 2 0 0 1 年增加到6 3 亿卣次以上，需除草剂6 7 8 6 万吨，占农药需求总量的3 5 1 左右。因此，除草剂开发和生产的步伐将大大加快。 就作物而言，目前我国需求最大的是水稻田除草荆，约占总产量的4 7 5 ， 其次是小麦1 3 1 ，玉米、高粱、谷子等杂粮占1 1 4 ，采园、桑园、茶园占7 8 大豆田占6 7 ，蔬菜田5 6 。而我国水田除草剂发展较快，相比之下，旱田除 草剂发展较慢、较晚。所以小麦、玉米、大豆及果园、桑园、茶园等早地除草剂 将是以后几年除草剂开发的重点方向。除草剂类型的发展，应逐渐趋同于国际市 场。 尽管9 0 年代以来，我国除草剂工业得到较快速发展，但现有除草剂生产中 存在着不容忽视的问题，主要表现为：目前生产的除草剂几乎都是仿制国外的老 品种，随着我国加入w t o ，知识产权的保护将更加严厉和直接，仿制新品种受到 限制，这是长期捆扰我国除草剂工业发展的重要因素。因此，加快新除草剂的创 制步伐，重视除草剂剂型和混剂的发展，尤其在仿制国外过期或即将过期的专利， 创制高效、安全除草剂在技术和资金不足时更显得重要。 4 浙江工业大学硕0 j 毕业学位论文 第二节新颖有机磷除草剂草铵膦 2 1 草铵膦品种介绍哺1 草铵膦，又名草丁膦，是德国h o e c h s t ( 现在的a v e n t i sc r o ps c i e n c e ) 公 司研制的新除草剂。公司以代号“h o e3 9 8 6 6 ”在进行药效试验，通用名为 g l u f o s i n a t e ，商品名为b a s t a 圆；l i b e r t 炉。草铵膦可用于果园、葡萄园、橡胶 及棕榈园、观赏性灌木、非耕地防除一年生和多年生的双子叶禾本科杂草，并可 用于马铃薯田以增加产量。 2 1 1 理化性质 草铵膦化学名称为甲基一( 3 一氨基一3 一羧基丙基) 膦酸胺；i u p a c 名称：4 一 h y d r o x y ( m e t h y l ) p h o s p h i n o y l 一d l h o m o a l a n i n a t e ：d l - h o m o a l a n i n 一4 一y l ( m e t h y l ) p h o s p i n i ca c id e c a 名称：( ? - 2 - a m i n o 一4 一( h y d r o x y 瑚e t h y l p h o s p h i n y ) 一b u t a n o i ca c i d e ：又名： p h o s p h i n o t h r i c i n ；c a sr n 5 3 3 6 9 0 7 6 外消旋酸； 5 1 2 7 6 4 7 2 酸，不对称 立体化学： 3 5 5 9 7 4 4 5 酸，右旋： 7 7 1 8 2 8 2 2 铵盐，不对称立体化学。 铵盐结构式如下： 0 。0 h o c c h c h 2 c h 2 p o n h 4 n h 2c h 3 铵盐( g l u f o s i n a t e a m m o n i u m ) ：分子量1 9 8 2 ；分子式：c 5 h ，5 、二0 。p ：纯品 外观：育轻微刺激性气味的白色晶体；m p 2 1 5 c ：v p o 1 m p a ( 2 0 c ) ；l ( ( j l 1 0 9 p o 1 ( p h7 ，2 2 ) ；s g 密度i 4 ( 2 0 。c ) ；溶解度：水1 3 7 0 9 1 ( 2 2 ) 、 丙酮0 1 6g 1 ( 2 0 9 cj 、乙醇0 6 5g 1 ( 2 0 。c ) 、乙酸乙酯0 1 4g ( 2 0 ) 、 甲苯0 t 4g 1 ( 2 0 。c ) 、正己烷0 2g i ( 2 0 ) ：稳定性：对光稳定，在p l t 5 9 水解，在土壤中d t ；：日； vn伪仍d o m l q = p 一3口匹 c0一u膏lo) 乜oocu2iir 浙江工业大学项士毕业学位论文 附图五：o 一甲基甲基乙烯基膦酸酯傅立叶红外光谱 浙江工业大学硕士毕业学位论文 i e：c ：cj j 、】、d 1 、0 0 57 d2 d o p tr h t o f z x y a cc l u i f c d：28d e c0 0l4 ：s5us i l l 4 c q k l h o d1e h p n s tr u m e n 【：6 e m s in 5 s a m 口lch a m c ：0 12 0 0 0 0 574 2 h is ci i i r o ： v ia ln u r a b c r ：4 h 川 1 - ，i - - 8 0 01 00 01 2 ：o o1 4o o 6q o 80 口 2 00 02 20 0“0 02 60 0 一 s c l n6 6 0 “0 0 1 m l n ) ：0 0 5 7 4 2 ad l - l 1 0 5 捌。l ”r 。咒。 附图六：0 一甲基甲基乙烯基膦酸酯的g c m s 图谱 “o a o 0 o o o 0 0 o a o o 0 o 口o o 0 m m o m o“自od o o b 目0 d a o 0 丽口口“g m o 0 a o 0 o o d o b 一 曲a“a q o o o 口o a u d 口o o 一 目日a“o g o 5 “ 5 o 5 0 目口5 - m g 8 “7 7 e 6 5 5 4 3 3 2 2，1 一 塑坚三些查兰堡主生些兰丝堡塞 o o 0 9 o p o 己 o aoue43t 8 u 口j 上x 附图七：o - 乙基甲基乙烯基膦酸酯傅立叶红外光谱 塑翌三些奎兰堡主兰些兰堡堕皇 p r i n td a t e ：2 5j u l2 0 0 11 5 ：3 6 ：5 3 f 1 e ：f ：d a t a t e s t k d e f a u l ts a m p l e 9 1 7 2 5 0 0 8s m s s a m p l e ： s c a nr a n g e ：1 6 5 6t i m er a n g e ：00 0 - 1 0 7 0m i n 丫华8 。i m 1 6 5 1 1 由 1 6 01 s o ik 呈八 、 2 5一。5 h 1 一 s e g m e n t1 $ c a n m1 扪 3 6 3 o p e r a t o r ： d a t e ：0 1 7 2 51 5 ：2 5 c h z n ：a l li o nn ar i c1 4 8 5 6 3 0b c ! i ee 暑列 r n r i ca l ld e f a u l t $ a m p l e l o t - 7 - 2 5 0 0 8s 71 5 _ s 9 附图八；o - 乙基甲基乙烯基膦酸醑g c m s 图谱( e i ) 拈曲 2 m 一 鲇 1 一 吣 e 小 浙江工些奎堂堡主生些兰堡垒茎一 一 p r i n td a t e ：2 5j u l2 0 0 11 6 ：2 4 ：4 2 f i l e ：f ：憎a la l b s n d e f a u s a m p l e 0 1 - 7 2 5 1 0 0 9s m s s a m p l e ：d e f a u l ts a m p l e s c a n r a n g e ：1 1 8 4 8t i m e r a n g e ：00 0 2 99 8 r a i n ( ) p e r a t o ( ：i z g d a t e ：0 1 ，7 2 51 5 ：3 9 附图九：o - 乙基甲基乙烯基膦酸酯g c m s 图谱( c i ) 塑坚：三些盔兰堡主望些兰垡堡塞 u q r n 0 n u r t z o 二 i u o n 0 n e m 0 ! e i f ) n 口 岫 n r ”r 一 掌摹 o0 附图十：0 ，o - 二乙基甲基亚膦酸酯g c m s 分析图谱 f 蛊 ； 0 h 0r#。 三_ 0 p n h f o o r o n r、5芑乱nun r i o o r q ，n r h r oz竹u皿_jz一，qlrohoh。十咪一。ooovo n m =coq0nx1一xc_t-0 o o r - o r r 0 - _ ； ll叫q|ij训云_lfji州剐1i驯ll州引li搿爿lllllli、lj1l_，jill0ll$o ；4pnh 0 h h t n o i 4 p 0 ” 时n r r n r i n ner00【_ i o 十n h l x p r ) n xl西ldj j_一，厶一一zjq芝eol-ro卜0n xlc山 noumq毋=毋md毋一md=刁eol卜卜西n c仍0 gh：