（有机化学专业论文）芳氧嘧啶连三唑啉酮类化合物的合成及生物活性研究.pdf

摘要 摘要 许多含有嘧啶和三唑啉酮结构单元的化合物都呈现出很高的生物活性，本文 利用生物合理设计的方法将这两个活性结构单元有机结合在一起，设计合成了两 个系列双环三唑啉酮连嘧啶类化合物，以期发现新的先导化合物。 由于嘧啶类化合物具有独特的化学性质，因此不同取代的嘧啶类化合物的合 成方法不尽相同。本文找到了合成2 一芳氧嘧啶一4 一基一1 ，2 ，4 一三唑啉酮和 4 一芳氧嘧啶一2 一基一1 ，2 ，4 一三唑啉酮类化合物的有效方法。根据实验结果， 分析和总结了不同取代基在嘧啶环上不同位置的反应活性，为合成不同取代嘧啶 类化合物提供了依据。 本文共合成了以上两个系列2 5 个目标化合物，所有目标化合物均经过1 h n m r ，质谱和元素分析的确证，部分化合物经过1 3 cn m r 和红外确证。 对合成的目标化合物进行了初步的生物活性测定，研究发现大部分化合物都 表现出一定的除草活性。并且4 一芳氧嘧啶一2 一基一l ，2 ，4 一三唑啉酮类化合 物的活性要高于2 一芳氧嘧啶一4 一基一1 ，2 ，4 一三唑啉酮类化合物。 关键词： 嘧啶类化合物，三唑啉酮类化合物，生物合理设计，生物活性。 a b s t r a c t a b s t r a c t m a n yh e t e r o c y c l e sc o n t a i n i n gt h ep y r i m i d i n er i n ga n d o rt r i a z o l i n o n er i n gw e r e a s s o c i a t e dw i t hap a r t i c u l a r l yw i d er a n go fb i o l o g i c a lp r o p e r t i e s t h e r e f o r e ，i ti s a t t r a c t i v et od e v e l o pn o v e lp y r i m i d i n y l t r i a z o l i n o n e sc o m p o u n d sw h i c hi n c l u d eb o t h t h ea c t i v ep y r i m i d i n ea n dt r i a z o l i n o n em o i e t ya n ds t u d yt h e i rp o t e n t i a lp h a r m a c e u t i c a l a c t i v i t i e si no r d e rt od i s c o v e rh i g h l ya c t i v ec o m p o u n d s t h em e t h o d st os y n t h e s i z et h ed i f f e r e n tp y r i m i d i n e sw e r ev a r i e dd u et ot h eu n i q u e c h e m i c a lp r o p e r t i e so fp y r i m i d i n e s t w os e r i e so f2 - a r y l o x y p y r i m i d i n - 4 。y l - 1 ，2 , 4 】 t r i a z o l o 4 ，3 a a z e p i n - 3 一o n e s a n d 4 - a r y l o x y p y r i m i d i n - 2 - y l 一【1 ，2 ，4 t r i a z o l o 4 ，3 a a z e p i n 3 o n e sw e r ee f f i c i e n t l ys y n t h e s i z e d t h e r e a c t i v ea c t i v i t yo fd i f f e r e n t s u b s t i t u t e so nt h ed i f f e r e n tp o s i t i o no np y r i m i d i n er i n gw a sa l s oa n a l y z e d t h e s e r e s u l t sm a yb eu s e f u lt os y n t h e s i z et h ep y r i m i d i n e s i nt h i sp a p e r , t w os e r i e so f2 5t a r g e tc o m p o u n d sw e r es y n t h e s i z e da n ds t u d i e d t h e i rs t r u c t u r e sw e r ec o n f i r m e db yl hn m r , m sa n de l e m e n t a r ya n a l y s i s ，s o m eo f t h e mw e r ec o n f i r m e db y1 3 cn m r a n di r t h eb i o l o g i c a la c t i v i t i e so ft h e s ec o m p o u n d sw e r ee x a m i n e d t h eb i o l o g i c a lt e s t s i n d i c a t e dt h a tm o s to ft h ec o m p o u n d ss y n t h e s i z e dh a v ec e r t a i nh e r b i c i d a la c t i v i t yi na c e r t a i nd e g r e e m o r e o v e r , t h eh e r b i c i d a la c t i v i t i e so f4 - a r y l o x y p y r i m i d i n - 2 y l 。【1 ，2 ，4 】 t d a z o l o 4 3 - a a z e p i n - 3 一o n e s a r e h i g h e r t h a n 2 - a r y l o x y p y r i m i d i n 4 。y l 1 ，2 ，4 】 t r i a z o l o 4 ，3 一a a z e p i n 3 - o n e s k e yw o r d s ：p y r i m i d i n e s ，t r i a z o l i n o n e s ，b i o - r a t i o n a ld e s i g n , b i o l o g i c a la c t i v i t y i i 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下 各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学 位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存 论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务； 学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在 不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术 活动。 学位论文作者签名： 山占年广月田纠 日i 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在学年解密后适用 本授权书。 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 内部5 年( 最长5 年，可少于5 年) 秘密1 0 年( 最长i 0 年，可少于1 0 年) 机密2 0 年( 最长2 0 年，可少于2 0 年) 指导教师签名： 移咩象争 学位论文作者签名： 专 解密时间： 7 j 每三具，f3 日 lj 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、己公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：( 哆f f 沁s 年r 蠢f 譬e l 第一章引言 第一章引言 化学农药的发展与大面积推广应用通过半个多世纪的不懈努力与探索已取 得了长足的发展。目前危害人类生存环境和农、林、牧业生产的大部分病、虫、 草等有害生物均可以由化学农药成功地得到控制。但由于有害生物种群的演替、 变迁以及对化学农药抗药性的产生和迅速发展，人们对生态环境保护意识的加强 和对化学农药污染、农药对非靶标生物的影响以及在农药生态环境中归宿问题的 重视，世界耕地面积减少而人口增长对粮食需求量加大，农业生产技术的迅速发 展与耕作制度的不断改进等原因，化学农药也一直处于不断的发展之中。些对 靶标高效、低毒、低残留、对环境友好的农药日益受到重视，不断有新品种问世。 同时不断淘汰对非靶标有害的化学农药。我国作为农业大国，开发具有自主知识 产权的新农药品种成为当务之急。由此，新农药的创制已成为农药学研究的重点。 含氮杂环结构由于其特殊的作用特性，目前已成为人们进行新农药创制中结构选 择的热点，其中，嘧啶环更是人们选择的对象，并已广泛应用在农药领域中，成 为特殊一类的药剂。 嘧啶类化合物一直显示了很高的生物活性，它的开发一直受到了农药界的重 视，特别是近几年来，作为农药的嘧啶类化合物层出不穷，如除草剂的嘧啶磺酰 胺类、嘧啶氧醚类，杀虫剂的有机嘧啶磷类及脲嘧啶类，杀菌剂的嘧啶胺类、嘧 啶丙烯酸甲酯类，这些化合物普遍具有低毒、高效的特点，具有独特的作用方式。 到目前为止，已有很多商品化的产品出现，广泛应用于农田中【1 1 。 1 1嘧啶类除草剂的研究进展 嘧啶类除草剂按化学结构可以分为：嘧啶醚类除草剂、二苯基嘧啶类除草剂、 含嘧啶的磺酰脲类除草剂、嘧啶磺酰胺类除草剂、嘧啶酰胺类除草剂、嘧啶胺类 除草剂、脲嘧啶类除草剂和嘧啶酮类除草剂等8 类除草剂。下面将简要叙述这8 类除草剂在近年来的研究进展，并简要总结各类除草剂的结构特点。 第一章引言 1 1 。1 嘧啶醚类除草剂 这类化合物近几年来新发展起来的一类除草剂【2 】，除草活性比较高，除草谱 较宽。该类除草剂与二苯醚类除草剂在结构上有类似之处，但是两者的作用方式 并不相同。二苯醚类除草剂大部分是p p o 抑制剂，而嘧啶醚类除草剂主要是a l s 酶( 乙酰乳酸合成酶) 抑制剂。由于该类化合物在结构上不是很复杂，而且在合 成上有一定的规律，因此主要是用组合化学方法合成的【3 1 。组合化学方法的应用 大大提高了开发该类除草剂的速度。 该类化合物的修饰主要集中在苯环部分取代基的变化上。杂环部分主要起供 电子作用，其供电子能力越强的化合物活性越高。此外，在大部分高活性化合物 中苯氧基团都是连接在嘧啶环的2 位。y u k i o n e z u n 等人对此类化合物结构与活 性之间的关系进行了一些研究，发现： 驭1 k o m e ，1 1 p r h i p r ( 2 ) q 为c h 2 或o 时活性相当，均高于羰基，当c h 2 上有甲基和甲氧基 取代时活性降低。 ( 3 ) 苯环上间位取代的活性高于其他位置的取代，其中以3 一c f 3 和 3 - o c f 3 最高。 ( 4 ) 当r 1 为杂环时的活性高于苯环，在杂环取代时，吡唑和三唑的活性 高于咪唑。当杂环与苄基( 或苯氧基) 互换位置时活性大大降低。杂环上 的n 原子必须连接在嘧啶环的2 一位。 在上述化合物中，以化合物( 6 ) 和( 7 ) 的活性最高。两者在3 1 9 h a 的剂 量下对阔叶杂草的抑制率分别为8 5 和8 0 ，但是后者的安全性比前者高，应 用范围要广。 另外，近年来报道以下的嘧啶醚类化合物都有较好的活性，详见表1 1 。 3 7 之 砖n 弋 一弋 a oa & n = x p x 第一章引言 表1 1 嘧啶醚类除草剂 结构式活性各注 8 0g h a 的剂量下苗后处 b a y e rc r o p s c i e n c e b c 曰足胁c f 3理对马唐和波斯婆婆纳 g m b h ，2 0 0 4 1 2 1 的抑制率为9 0 苗后处理对大戟、繁缕和 s y n g e n t ap a r t i c i p a t i o n s 弧页了的 苘麻的抑制率为1 0 0 a g2 0 0 3 【1 3 】 一卧 2 5g h a 的剂量下对稗草、 n i p p o ns o d a2 0 01 1 4 l 莎草和萤蔺的抑制率为 1 0 0 6 3g h a 的剂量下对繁缕n i s s 锄c h e m 2 0 0 0 t 1 5 】 心c 薛韬 的抑制率在9 0 以上 w 1 0p p m 的浓度时对稗草 南开大学1 9 9 9 1 3 】 的抑制率是7 8 一眠 10 0g h a 的剂量苗前处理 a m e r i c a nc y a n a m i dc o 对狗尾草和刺黄花稔的 19 9 9 t 1 6 1 抑制率为1 0 0 巳d 耿厂3 5 0 0g h a 的剂量苗前处理d up o n t19 9 8 t 1 7 】 完全防治马唐属，费氏狗 尾草和阔叶臂形草 1 5 6g h a 的剂量苗后处理b a s fa q19 9 7 1 8 】 m 七u 又 1 0 0 抑制西风古 4 第一章引言 续表1 1 嘧啶醚类除草剂 懈一汕 6 2 5g m a 的剂量苗后处理b a s fa g1 9 9 7 【1 9 】 9 5 抑制稗草和野燕麦 s u m i t o m o19 9 3 2 0 1 n 3 1 2 5g m a 的剂量下完全 略f 抑制稗草的生长 n 文优h 3 m i t s u b i s h i19 9 2 2 1 1 玛c o ：卜吣 ec on 驼鹄1 0 0g m a 的剂量下完全抑 卢2 7 制稗草和狗尾草等杂草， h 3 c o 并且对大豆棉花安全 1 1 2 二苯基嘧啶类除草剂 该类除草剂中，两个苯环直接连接在嘧啶环上的2 位和4 位，与嘧啶醚类除 草剂和二苯醚类除草剂有一定的类似之处，但是嘧啶环与苯环之间由于两个环之 间的空间位阻，更加刚性，不易自由旋转，其作用方式与嘧啶醚类和二苯醚类化 合物不同。该类除草剂多由住友公司开发吲，化合物( 8 ) 和( 9 ) 在1 2 5 - 5 0 0 9 h a 下可以完全防除萝卜、牵牛等。s h i n i c h ik a w a m u r a 2 3 】等人对2 ，4 二苯基嘧啶进 行了研究，发现它的作用机制是抑制八氢番茄红素脱氢酶的作用，减少类胡萝卜 素的生物合成，与r h 一1 9 6 5 ( 化合物4 ) 相似都为漂白除草剂，对阔叶杂草有很 好的抑制活性。 1 1 3 含嘧啶的磺酰脲类除草剂 分c o o c z h s 删乏 含嘧啶的磺酰脲类除草剂在结构上有一些共同的特点：在嘧啶环的4 位和6 位基本上都有一个给电子基团，2 位是各种磺酰脲基团。此类化合物主要修饰磺 5 第一章引言 酰脲部分的取代基。4 ，6 一二甲氧基一2 一嘧啶基磺酰脲类化合物是具有很高的 抑制乙酰乳酸合成酶活性的除草剂。 此类化合物研究的较多。比如早期的氯嘧磺隆( 1 0 ) ，它是一种选择性苗前、 苗后除草剂，可被植物的根、茎、叶吸收，在植物体内进行上下传导，在生长旺 盛的分生组织细胞发挥除草作用。它主要抑制a l s 酶的活性，阻碍支链氨基酸 ( 如：亮氨酸、异亮氨酸) 的生物合成，从而影响细胞有丝分裂，造成生长严重 抑制而死亡，选择性与其在植物体内代谢速度有关。用于防除阔叶杂草，对幼龄 禾本科杂草也有一定的抑制作用。 此类化合物到目前为止已经有数十个品种【2 4 2 7 】。武田公司开发的啶咪磺隆 ( i m a z o s u l f u r o n ) ( 1 1 ) 5 0 , - 一1 0 0g h a 可防除水稻田、草坪多种多年生、一年生 阔叶杂草和莎草；氰胺公司研制的a c 3 2 2 1 4 0 ( 1 2 ) 在2 5 一5 0e , h a 的剂量下可用 于防治水稻莎草科杂草：赫斯特报道的酰嘧磺隆( a m i d o s u l f u r o n ) ( 1 3 ) 在4 5g 1 1 a 下可防除禾本科及其它作物田中大多数阔叶杂草。i c i 澳大利亚分公司报道的化 合物( 1 4 ) ，以1 6e c h a 剂量可以9 0 - - 1 0 0 防治藜等杂草2 8 1 。 咤一百 一一_ 歹 吗s 0 2 n s 0 2 n h c o n h 子姗删一乏， ( 1 2 ) 胂c 1 2 c h 2 0 c h b，o c m 3 g 令鼢眦。 鼢n h c o 飞 0 4 ) 近年来报道以下的化合物都有较好的活性，详见表1 2 。 表1 2 含嘧啶的磺酰脲类除草剂 结构式活性备注 一 可以完全抑制稗草、d up o m2 0 0 2 年 番薯 【2 9 l 6 第一章引言 续表1 2 含嘧啶的磺酰脲类除草剂 6 洲舱眦洲 在1 0 0p p m 浓度下对沈阳化工研究院 萝卜根生长的抑制率 19 9 8 3 0 l 在8 0 以上 3 0 0g 1 l a 的剂量对自h o e c h s t s c h e r i n g 踺呦n q 。 芥和苘蒿等表现出良 19 9 8 1 3 1 1 好的抑制活性 6 洲啪n h 。 1 2 5g h a 的剂量苗前 b a y e r a 一q 处理对阔叶杂草的抑 19 9 7 1 3 2 1 制率为9 5 一1 0 0 有较好的除草活性h o e c h s t s c h e d n g v n q 2 e t 洲 19 9 7 3 3 j 一扩c 0 2 m en 。 表现出1 0 0 除草活 k u m i a ic h e m i c a l 性 i n d u s t r y c o 19 9 8 3 4 j 口占- - , , - c h 3 洲h a 6 0g h a 的剂量苗前处 n o v a r t i s a g 理对苋属的抑制率为1 9 9 7 1 3 5 】 。啪、h 3气e 】0 0 咎n h 百 0 0 0 2 克平方米1 0 0n i s s a n c h e m i c a l 防治莎草等 i n dl t d 19 9 6 1 3 6 l 孓。n 二 有较好的除草活性， b a y e ra - g 对作物安全 1 9 9 6 3 7 1 1 1 4 嘧啶磺酰胺类除草剂 嘧啶磺酰胺类除草剂在嘧啶环( 三唑并嘧啶、咪唑并嘧啶、吡唑并嘧啶 7 第一章引言 或噻唑并嘧啶) 上大都有给电子基团，如甲基、甲氧基和乙氧基等。大部分 化合物中的嘧啶环都并一个杂环，并且嘧啶环或杂环并嘧啶环中的杂环部分 与磺酰胺中的磺酰基直接相连，而氨基部分主要是连接一个芳香基团。而在 嘧啶磺酰脲除草剂中则相反，嘧啶环部分与脲中的酰胺键相连，磺酰基主要 与一个芳香基团相连。此类除草剂从结构上划分，可分为嘧啶磺酰胺、三唑 并嘧啶磺酰胺、嘧啶三唑磺酰胺、咪唑( 吡唑) 并嘧啶磺酰胺、噻唑并嘧啶 磺酰胺5 类，代表化合物见表1 3 。 表1 3 嘧啶磺酰胺类除草剂 类别结构式剂量 嘧啶磺酰胺类除 薛杈爹 1 6g h a 的剂量对蓼属的 草剂抑制率为1 0 0 【3 8 】 删苓n “最啷 5 3 0g h a 可用于玉米、 小麦、大麦田中防治多种 杂草 3 9 - 删 r l 蚤杈焱o c h 2 c f h 3 1 7 5 - - 4 4 9 h a 的剂量可用 于大豆田中除草 4 1 1 三唑并嘧啶磺酰 鹰洲h 众o m e 1 7 5 加a 的剂量对苍耳 属、乌麦、藜和鼠尾看麦 胺 娘完全抑制4 2 1 昏 除草活性较高h 3 】 b 一9 n 嫩e 7 0 9 h a 的剂量完全抑制藜 等杂草】 8 第一章引言 续表1 3 嘧啶磺酰胺类除草剂 三唑并嘧啶磺酰 q m e n h 嘶o m e 7 81 p p m 的浓度苗后处理 1 0 0 抑制苍耳属杂草： 胺9 8 抑制田堇菜；9 0 抑 制曼陀罗【4 5 1 靛瑕c h ： 除草活性较高i 删 嘧啶三唑磺酰胺 哕薛_ i i f 2 了飞n 之 3 0g h a 的剂量可完全抑 制母菊属杂草【4 7 】 咪唑( 吡唑) 并嘧 蚤c ln哆o n吣 3 0 l a 的剂量可抑制多 啶磺酰胺种杂草娜】 噻唑并嘧啶磺酰 呱 除草活性较高f 4 9 】 。 胺 1 1 5 嘧啶酰胺类除草剂 嘧啶酰胺类除草剂与嘧啶磺酰胺类除草剂在结构上有类似之处，酰胺基中 的羰基直接与嘧啶环5 位相连，氨基部分大多是芳香基团。该类除草剂主要是修 饰氨基部分的取代基。有些嘧啶酰胺类化合物有很好的除草活性，见表1 4 。 表1 4 嘧啶酰胺类除草剂 结构式活性备注 m e 蔷c 洲器o c 巳 3 0 0g m a 的剂量对苋和 n i p p o n s o d a 藜的抑制率为1 0 0 c o 2 0 0 3 s o l 9 第一章引言 续表1 4 嘧啶酰胺类除草剂 m e o n c m e ( t l 2 5 2g h a 的剂量苗后处n i s s a nc h e m i c a l 理兰9 0 抑制稗草和鸭舌 2 0 0 1 5 1 1 革 v f 2 洲c c io 1 0g h a 的剂量苗前处理n i s s a nc h e m i c a 对稗草和节节菜的抑制 1 9 9 7 5 2 1 率为1 0 0 萨 2 5g h a 的剂量苗前处理n i s s a nc h e m i c a 完全抑制稗草、狗尾草和 1 9 9 7 【弱j 西风古的生长 莎醋o a 1 0g h a 的剂量苗前处理n i s s a nc h e m i c a 稗草、鸭舌草和萤蔺的抑 1 9 9 6 【5 4 】 制率2 9 0 ，对水稻无害 1 1 6 嘧啶胺类除草剂 该类除草剂与嘧啶醚类除草剂在结构上有类似之处，嘧啶环多为取代基较小 的基团，而氨基部分主要是芳香官能团。这化合物文献报道较多，但未见有商品 化的产品出现，这类化合物和嘧啶醚类化合物在合成上也比较类似，多是用组合 化学方法合成的。化合物( 1 5 ) ( 1 6 ) ( 1 7 ) 都有很好的除草活性【5 5 5 刀。 d l _ o c h 3 ( 1 6 ) u c h , 明正印q 玛 1 0 c f 2 c l 一 气 c h 3 第一章引言 1 1 7 脲嘧啶类除草剂 脲嘧啶类化合物除草剂的结构有一些共同点：3 位一般为甲基或者氨基，4 位是三氟甲基，以上两个基团是该类除草剂中不可缺少的基团，它们对该类除草 剂的作用方式影响比较大。1 位n 上连有可变化的基团多为取代苯环，该类化合 物主要通过修饰苯环上的取代基来寻找高活性的化合物。 许多脲嘧啶类化合物也表现出良好的除草活性代表性化合物见表1 5 。 表1 5 脲嘧啶类除草剂 结构式活性备注 f a 辽 1 2 5 5 0 0g h a 的剂量苗i s h i h a rs a n g y o 前对西风古、苘麻等杂 k a i s h a2 0 0 4 草的抑制率为1 0 0 f 5 8 1 f 。毽眨 15 6g h a 的剂量苗后处b a s f2 0 0 4 5 9 】 理表现出良好的除草 活性 巳一冷 8 蚰a 的剂量苗后处理 s u m i t o m o 完全抑制叶牵牛c h e m i c a l 2 0 0 2 1 6 0 f s 惫一 7 8g h a 的剂量苗后处i s ka m e r i c a s 理对西风古和苘麻的 i n c o r p o r a t e d 抑制率为1 0 0 2 0 0 2 6 1 1 f 。毽奄目 6 0g m a 的剂量苗后处 b a y e r a 乇 理对苘麻属杂草的抑 2 0 0 1 t 6 2 1 制率为1 0 0 ，对稗属 杂草的抑制率为9 5 第一章引言 续表1 5 脲嘧啶类除草剂 融c n 1 2 5g h a 的剂量苗后处 b a y e r a - g 理1 0 0 抑制苋和苘麻 1 9 9 7 【6 3 1 属杂草 巳 3 2g h a 的剂量对稗草、s u m i t o m o 费氏狗尾草和乌麦等 c h e m i c a l2 0 01 杂草的抑制率之8 0 t o , 4 】 f ：过毡： 6 0g h a 的剂量苗后处 b a y e r a 一g 理1 0 0 抑制多种杂草 1 9 9 8 6 5 1 巳。 3 0e h a 的剂量苗后处 b a y e r a 4 3 理对苘麻属、苋属、猪 1 9 9 6 6 6 1 殃殃属和自芥属杂草 的抑制率都达到1 0 0 巳毽箩a 3 0 0g h a 的剂量苗前处 f m c c o r p ， 理或苗后处理1 0 0 抑u s a l 6 7 1 制1 0 种测试品种，其 中包括3 种作物 f s 毽眺c h o c - 1 0 0 0p p m 的浓度苗后 b a y e r a - g 处理对苘麻属苋属和 1 9 9 8 【6 8 】 猪殃殃属杂草的抑制 率为1 0 0 叩砭 8 1 2 5g h a 的剂量苗 b a y e r a g 前处理对藜属、苘麻属 1 9 9 71 6 9 和母菊属杂草的抑制 率都达到1 0 0 1 2 第一章引言 续表1 5 脲嘧啶类除草剂 f 辽c 。 3 0g m a 的剂量苗后处 b a y e r a g 理对苘麻属、藜属、曼 1 9 9 6 7 0 1 陀罗属、茄属杂草的抑 制率均达到1 0 0 1 1 8 嘧啶酮类除草剂 嘧啶酮类除草剂与脲嘧啶类除草剂不同，嘧啶环上只有一个羰基，而且嘧啶 环上的取代基变化比较多，这与以上7 种类型的除草剂不同。一些嘧啶酮类化合 物有较好的除草活性，代表性化合物见表1 6 。 表1 6 嘧啶酮类除草剂 结构式活性备注 叫一ci h 2 c - c i c h 表现出有较好的除草活 n i s s a nc h e m i c a2 0 01 性 1 7 1 】 7 5 , v h a 的剂量1 0 0 防 m i t s u b i s h ic h e m i c a l 除水稻中杂草 2 0 0 0 f 7 2 】 一 有较好的除草活性 p r i n c e t o nu n i v 19 9 7 7 3 1 邸me0 n h 了s o 5 0 0 咖a 的剂量对绒毛 s u m i t o m oc h e m i c a l 叶草表现出良好的抑制 1 9 9 7 t q 活性 e c 杏c n 1 5g i l a 的剂量对苘麻属 b a y e r a g1 9 9 6 杂草的抑制率为9 0 ， 对小麦和大豆无害 1 3 第一章引言 续表1 6 嘧啶酮类除草剂 珏列e 1 0 0 0 卧a 的剂量对稗草 m i t s u b i s h ic h e m i c a l 鸭舌草和萤蔺的抑制率 1 9 9 6 7 6 1 为9 0 一1 0 0 1 2 三唑啉酮类除草剂的研究进展 三唑啉酮类除草剂是近年来新发展起来的一类新型的除草剂，按其结构可分 为：芳基三唑啉酮类除草剂，磺酰胺( 脲) 羰基三唑啉酮的类除草剂，酰胺三唑 啉酮类除草剂，和杂环连三唑啉酮类除草剂等四类。 1 2 1 芳基三唑啉酮类除草剂 此类化合物报道的比较多，主要是集中改造芳环部分的取代基，其中大多 属于l ，2 ，4 ，5 一四取代苯类化合物。 美国f m c 公司在研究原卟啉原氧化酶抑制剂过程中，发现了几种活性很高 的芳基三唑啉酮除草剂阶鲫，如化合物( 2 2 ) ，( 2 3 ) 和( 2 4 ) 。大豆田牙前除草 剂磺酰唑草酮( 2 5 ) 8 1 1 和谷物田牙后除草剂唑酮草酯( 2 6 ) 8 2 1 亦属其中。这类 除草剂芳基环4 位、5 位化学基团的物理化学性质范围广泛，有化合物( 2 4 ) 的 亲脂性甚高( 兀= 2 4 0 ) 、供电子( c t p = 0 2 3 ) 的4 一氯代苄氧基基团，也有化合 物( 2 2 ) 亲脂性相对较低( 冗= o 7 1 ) 、吸电子( o p = 0 2 3 ) 的氯代基团。芳基5 位，3 种取代基：s u l f e n t r a z o n e 的亲水性甲磺酰胺基基团( 兀= 1 1 8 ) ；化合物( 2 2 ) 相对中性的炔丙氧基基团( 7 【= o 0 2 ) 和化合物( 2 3 ) 的亲脂性的苯氧一氧代乙 酸酯基团都是形成除草活性高的原因。 y r i i2 2x = f ，y = c 1 ，r = o c h 2 c c h ， 人n ，一c h f 2 2 4 2 3 x = x = f f ，, y y 印= c i c , 蛋旬2 c 6 c h 6 h 4 - 4 4 - 4 c 1 0 , r c h = h 2 c o o c h 3 k ： 2 5x = a ，y = c i ，r = n h s 0 2 c h 3 ( s u l f e n t r a z o n e ，磺酰唑草酮) “ 2 6x = f ，y = c l ，r = c h 2 c 耙l a b o c 2 h 5 ( c 疵n 昀z o n e e t l l y i ，唑酮草酯) 类似结构还有其他一些活性高的化合物，如化合物( 2 7 ) $ 3 1 2 5 0g h a 的浓度 下1 0 0 抑制苋和藜等杂草，化合物( 2 8 ) t 8 4 能完全防治藜、白麻、堇菜等杂草， 化合物( 2 9 ) s s 】在1g a 时能1 0 0 抑制稗草，莎草和单鞘，并且对水稻无害， 化合物( 3 0 ) s 6 1 宅e7 8g h a 的浓度下苗后处理能完全抑制藜，狐尾草和婆婆纳等， 1 4 第一章引言 化合物( 3 1 ) s 7 1 以1 5g h a 的剂量能完全防治白麻， 婆婆纳等杂草。 ，必b 洲q ：必逛唧。 o f 2 h c n , ) k , n 卢一 苋，藜，曼陀罗，洋甘菊和 o j l 、n n 声一 f 3 c 。 ， o u h 3 c 、n 入n f ，c 声一 3 u 3 1 芳基三唑啉酮类除草剂结构上有如下特点：三唑啉酮的2 位n 原子与芳环 相连，4 位和5 位一般是体积较小的烷基或卤代烷基，芳环一般为四取代，取代 基多为吸电子基团。 早在上世纪7 0 年代末，美国杜邦公司就开发了一类双环三唑啉酮除草剂唑 啶草酮( 3 2 ) 【8 8 】，适用于玉米和小麦地的苗前除草剂。这类化合物仍属于芳基三 唑啉酮类除草剂，只是将4 位和5 位的体积较小的烷基用环烷基取代。环的大小对 活性有一定的影响，一般为六元环或七元环时活性最高。杜邦公司随后发现的化 合物( 3 3 ) 8 9 】在8g h a 的剂量下能1 0 0 抑制绒毛叶的生长。此外德国拜尔公司在 2 0 0 0 年发现化合物( 3 4 ) 9 0 1 也具有很高的苗后除草活性。日本的s u m i t o m o 公司 在2 0 0 2 年发现了化合物( 3 5 ) 和( 3 6 ) 1 9 1 1 在1g h a 的浓度下能完全抑制美洲藜的 生长，并且对玉米的伤害很小( 1 0 ) 。 o c 1 丫n 以 l 人 3 5r - l ty = 2 一f ，4 4 2 1 ，5 - 0 c h ，c 三c h 3 6r = m e y = 2 - f ，4 - c n ，5 - n - i s 0 2 e t 1 5 第一章引言 此外，近年来还发现了其他一些结构的芳基三唑啉酮除草剂，均表现出了良 好的除草活性。杜邦公司在1 9 9 8 年发现的化合物( 3 7 ) 在1 0 0 0g h a 浓度时能完全 抑制苔的生长【9 2 】。化合物( 3 8 ) ( 3 o g a ) 和安全剂d a i m u r o n ( 4 5 9 a ) 共同使用 能完全抑制e c h i n o c h l o ao r y z i c o l a 并且对水稻无害【9 3 】。日本h o k k o 公司在2 0 0 2 年 发现化合物( 3 9 ) 在0 2 9 h a 的剂量下就能完全抑s j j e c h i n o c h l o ac r u s - g a u i 的生长 嗍。化合物( 4 0 ) 在1 0g a 的剂量下苗前处理能完全控$ 1 j e c h i n o c h l o ac r u s g a u i 的生长，同时对水稻种子没有影响【9 5 】。日本o t s u k a 公司2 0 0 3 年发现化合物( 4 1 ) 也具有较高活性阳。 1 2 2 磺酰胺( 脲) 羰基三唑啉酮类除草剂 f 3 9 4 1 一c h f 2 该类除草剂的结构特点是磺酰胺( 脲) 中的n 原子与三唑啉酮2 位n 原子 之间插入了一个羰基。三唑啉酮的4 位和5 位的取代基一般为体积较小的烷基， 磺酰胺( 脲) 与一个芳香体系相连。此类类化合物也表现出良好的除草活性，见 表1 7 。 表1 7 磺酰胺( 脲) 羰基三唑啉酮类除草剂 结构活性备注 可c o o c 哪3 懈o , ，弋i a 6 0g h a 苗后处理能完全抑 b a y e r a - ( 3 1 9 9 6 9 7 1 制苋，向日葵，堇菜和苔 1 6 第一章引言 续表1 7 磺酰胺( 脲) 羰基三唑啉酮类除草剂 b 她j n 员n 一 1 2 5g h a 苗前处理对苋， b a y e r a g 1 9 9 7 【9 8 1 扩州儿如 萱和芥的抑制率为9 5 。 喝员起如 6 0g m a 对蓼，堇菜的抑制 b a y e ra - g 1 9 9 81 9 9 1 率为9 0 。 驭等员投 3 0 9 h a 能完全抑制苋、洋 b a y e r a 一g 甘菊、田皂角和婆婆纳等1 9 9 9 0 0 0 杂草的生长。 6 0g ，1 1 a 几乎完全能抑制白 b a y e r a k t i e n g e s e u sqc 3 h 6 f 麻、苋、藜、洋甘菊和婆 c h a f f2 0 0 0 【1 0 1 】 矿n y 1 n y 。眠s n 婆纳等杂草的生长。 占c f 嘶私0 起o ， 1 5 9 h a 对芥子有9 5 的抑b a y e r a 一g 制率。 2 0 0 0 1 1 0 2 1 酽州只芯 1 5g m a 对芥子有7 0 的 b a y e r 抑制率。 a k t i e n g e s e l l s c h a f f2 0 0 0 f 1 0 3 h 3 c 唧霹醐员芯 6 0g h a 能1 0 0 抑制莎 b a y e r a 乇 草、白麻、堇菜和婆婆纳 2 0 0 1 1 0 4 l 等杂草的生长。 玫s & o c ) 。2 n 。h 员起 3 0 9 h a 对苋的抑制率为 b a y e ra - g 1 0 0 。 2 0 0 2 1 0 f t 1 7 第一章引言 续表1 7 磺酰胺( 脲) 羰基三唑啉酮类除草剂 h 3 c 眦霹瑚且迄如 2 9 1 1 a 和4 9 h a 的安全剂 b a y e ra - g t r i b e n u r o n - m e t h y l 共同使 2 0 0 3 i 0 6 1 用，抑制率为9 0 薛溉一c o - 芯 2 5 0g h a1 0 0 抑制苔和 b a y e r a 一g 萱草 1 9 9 4 1 0 7 1 $ 她一c o 一芯 1 5g h a 能1 0 0 抑制苋的 b a y e r a 一g 生长 1 9 9 5 l o s l 酋一。一起羽， 3 0g h a 对苋和茄的抑制率 b a y e r a - g 为9 5 。 1 9 9 7 1 0 9 1 1 2 3 酰胺三唑啉酮类除草剂 该类除草剂的的结构特点是酰胺羰基与三唑啉酮2 位的n 原子直接相连， 三唑啉酮的4 位和5 位一般为体积较小的甲基、甲氧基或氨基，酰胺部分一般是 叔丁基，而不是芳香体系，这与磺酰胺( 脲) 三唑啉酮不同。这类化合物研究的 比较少，主要有德国拜尔公司在上世纪末进行了一些研究，这类化合物的活性见 表1 8 。 表1 8 酰胺三唑啉酮类除草剂 结构活性备注 具有较高的除草活性 b a y e ra g 1 9 9 2 1 1 1 0 1 地坍一嘲一n k x n n 地 具有较高的除草活性 b a y e ra g 1 9 9 2 m l c 一c o _ n k a c n - _ n h m 1 8 第一章引言 续表1 8 酰胺三唑啉酮类除草剂 ( c h 3 ) 3 c _ 卅c o - 赶2 在6 0g h a 对藜和马齿苋 b a y e ra g 19 9 6 i n 2 1 n 2 弋 的抑制率为8 0 具有较高的除草活性 b a y e ra 4 3 1 9 9 7 1 1 3 1 也。弋 汾q n 冬啦 1 2 4 杂环连三唑啉酮类除草剂 该类除草剂是近年来发现的具有新型结构的除草剂，其主要结构特点就是三 唑啉酮的2 位n 原子与一个杂环相连，杂环主要是吡啶和嘧啶。在1 9 9 0 年，德国 拜尔公司就发现化合物( 4 2 ) 具有较强的除草活性【1 1 4 1 。1 9 9 8 年，美国的r o h ma n d h a a s 公司发现的化合物( 4 3 ) u s l 在1 2 0 0g h a m 浓度下能1 0 0 杀死s e t a r i a v i r i d i s 。 该化合物是5 位与毗啶的4 位相连。随后，日本的h o k k o 公司发现化合物( 4 4 ) 在 3 0 鲈1 a 的浓度下就能1 0 0 抑制稗草，并且化合物( 4 5 ) 在1 5 9 a 的剂量下能1 0 0 抑制稗草，而对水稻无害【1 1 6 1 。这两个化合物的共同特点就是三唑啉酮的2 位直 接与吡啶或嘧啶的2 位相连。近来，瑞士的辛正达公司发现化合物( 4 6 ) 1 1 7 也具 有很高的除草活性，在2 5 0 9 h a 的浓度下能完全抑制藜的生长。该化合物杂环( 吡 啶) 与三唑啉酮的2 位n 原子之间插入了一个亚甲基。 一6 a巳 1 9 q 甚鑫。 飞么 尸n 迨 o i p 卜 一 。几 酊 z z n n 苌。 电 呜 第一章引言 1 3 论文的立题思想及主要工作 本论文研究工作的重点是在本组已有工作的基础上，结合当今世界上嘧啶类 化合物和三唑啉酮类化合物的研究现状，运用生物等排原理，将生物合理分子设 计与有机合成相结合，设计合成两个系列双环三唑啉酮连嘧啶类衍生物。这两个 系列化合物的结构非常相似，仅是三唑啉酮环和( 未) 取代苯氧基在嘧啶环上的 位置不一样。结构的细微差别可能在作物中的作用方式不一样，从而活性也会有 较大的差异。因此，本论文的主要目的就是确定这两个系列化合物中哪一种结构 的除草活性更好，为下一步的结构优化，寻找先导化合物奠定基础。 i i i 通过对这两个系列化合物合成的研究，我们找到合成该类化合物的有效途 径。三唑啉酮环和( 未) 取代苯氧基在嘧啶环上位置不一样，合成方法不一样。 本文主要探讨和总结了这两个系列化合物的合成方法。 通过比较这两个系列化合物的生物活性，第系列化合物的活性高于第1 系 列，为下一步的结构优化奠定了基础。 第二章2 一芳氧嘧啶一4 一基一1 ，2 ，4 三唑啉酮的合成及生物活性研究 第二章2 一芳氧嘧啶一4 一基一1 ，2 ，4 一三唑啉酮的合成 及生物活性研究 2 1 合成路线的确定 根据该系列化合物的结构特点以及我们课题组对嘧啶类化合物合成研究 的基础，我们设计了以下合成路线( s c h e m e2 1 ) ： n c l n c h 2 c 1 2 ，仃i p h o s g e n e ， _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 n e b ，d m a p n c l 2 5 0o c ；m s ；m z4 0 3 ，4 6 9 ，5 11 ，5 7 7 ，6 1 9 ，7 2 7 ， 8 3 5 ，9 4 3 ，1 0 5 1 ，1 1 5 9 ，1 2 6 7 ，1 3 7 5 。残留液旋干，丙酮石油醚( 6 0 - 9 0 ) ( v v = i 1 ) 为洗脱剂进行柱层析，得到白色固体0 0 3 9 ，熔点1 9 1 1 9 3 。c ，收 率1 0 ；1 hn m r ( 3 0 0 m h z ，d m s o - d 6 ) ：61 9 5 ( s ，3 h ，c o c 胁) ，6 4 1 ( s ，1 h ， p y r i m i d i n e5 一h ) ，7 9 7 ( s ，1 h ，p y r i m i d i n e6 一h )