（化学工艺专业论文）2氨基4氯苯并噻唑的合成工艺研究.pdf

2 。氨基4 氯苯并噻唑的合成工艺研究 摘要 2 氨基4 氯苯并噻哗是医药、染料、颜料及农药等精细化工领域的重要中 i 日j 体之一，该类化合物的合成一直受到广泛关注，目前，在农药方面主要用于 草除灵乙酯的合成。 本文综述了国内外除草剂的研究现状，介绍了草除灵乙酯的研究进展，并 针对2 氨基4 氯苯并噻唑的合成工艺进行了研究。本文确定了以邻氯苯胺、硫 氰酸铵为起始原料，先合成中间体邻氯苯基硫脲，再与溴化钠、浓硫酸发生环 合反应制备目标产物2 氨基一4 一氯苯并噻唑的工艺路线。考察了各阶段物料配 比、反应温度及反应时问等因素对合成工艺的影响，并对制备2 氨基4 氯苯并 噻哗的反应条件进行了优化处理，使其尽可能地有较高的收率。 最终得到合成邻氯苯基硫脲的较佳工艺条件是：胛( 邻氯苯胺) ：门( 硫氰 酸铵) ：r t ( 豁酸) ：v ( 水) = l ( m 0 1 ) ：1 2 5 ( m 0 1 ) ：1 2 ( m 0 1 ) ：3 0 ( m l ) ，在阶段性 改变反应温度2 h ( 6 5 ) 、4 h ( 7 5 ) 、6 h ( 8 5 ) 的条件下，邻氯苯基硫脲的平均 收率为8 6 1 ，而合成目标产物2 氨基4 氯苯并噻唑的较佳工艺条件是： 1 ( 邻 氯苯基硫脲) ：门( 浓硫酸) ：，2 ( 溴化钠) = 1 ( t 0 0 1 ) ：4 8 ( m 0 1 ) ：0 2 ( m 0 1 ) ，在7 5 反应时f b j 为5 小时。2 一氨基4 氯苯并噻哗的平均收率可达7 5 7 。 关键词：2 氨基4 氯苯并噻唑：邻氯苯基硫脲：合成工艺 t h es y n t h e s i so f2 一a m i n o 一4 一c h l o r o b e n z o t h i a z o l e a b s t r a c t 2 一a m i n o - 4 - c h l o r o - b e n z o t h i a z i l el so n eo fi m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e si nm e d i c i n e d y e s t u i f , p e s t i c i d e ，h e r b i c i d e a n ds o o n s y n t h e s i so ft h i sk i n dc o m p o u n d sa r e a l w a y sb e e nc o n c e r n e d i ti sa p p l i e dt ot h es y n t h e s i z i n go fb e n a z o l i n - e t h y li nt h e h e r b j c i d ef i e 】d t h i sp a p e rr e v i e w e dt h es t a t u so fh e r b i c i d e sa th o m ea n da b r o a d ，t h er e s e a r c h o f b e n a z o l i n - e t h y l w a s i n t r o d u c e d ， a n dt h e s y n t h e s i sp r o c e s s o f 2 - a m i n o - 4 一c h l o r o - b e n z o t h i a z i l e w a ss t u d i e d t h ei n t e r m e d i a t e p r o d u c t 2 一c h l o r o p h e n y t h i o u r e a w a ss y n t h e s i z e df r o mo - c h l o r o a n i l i n ea n da m m o n i u m t h i o c y a n a t e t h et a r g e tp r o d u c t2 一a m i n o - 4 一c h l o r o - b e n z o t h i a z o l ew a ss y n t h e s i z e d f r o m 2 一c h l o r o p h e n y t h i o u r e a t o g e t h e r w i t hs o d i u mb r o m i d ea n dc o n c e n t r a t e d s u l f u r i ca c i d c o n d i t i o n sl i k et h er a t i oo fr a wm a t e r i a l s ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n d t i m ew e r ei n v e s t i g a t e d i no r d e rt o g e th i g h e ry i e l d ，t h eo p t i m i z a t i o no ft h e r e a c t i o n sw a si n v e s t i g a t e d t h e r e f o r e ，t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sh a v e b e e nw o r k e do u t ，t h ep e r i o do f 2 一c h l o r o p h e n y t h i o u r e ar e a t i o n ：n ( o - c h l o r o a n i l i n e ) ：甩( a m m o n i u mt h i o c y a n a t e ) ： 门( h y d r o c h l o r i ca c i d ) ：v ( w a t e r ) = 1 ( m 0 1 ) ：1 2 5 ( m 0 1 ) ：1 2 ( m 0 1 ) ：3 0 ( m l ) r e a c t i o n t i m ea n dt e m p e r a t u r ei s2 h ( 6 5 ) 、4 h ( 7 5 ) 、6 h ( 8 5 ) ，t h ea v e r a g ey i e l do f 2 - c h l o r o p h e n y t h i o u r e a w a s8 6 1 t h e p e r i o d o f c y c l i z a t i o n r e a c t i o n ：疗 ( 2 一c h l o r o p h e n y t h i o u r e a ) ：r ( c o n c e n t r a t e ds u l f u r i ca c i d ) ：门( s o d i u mb r o m i d e ) = 1 ： 4 8 ( m 0 1 ) ：o 2 ( m 0 1 ) ，r e a c t i o nt i m ei s5 ha ta7 5 ct e m p e r a t u r e ，t h ea v e r a g ey i e l do f 2 - a m i n o 4 c h i o r o b e n z o t h i a z o i ec a nr e a c h7 5 7 k e y w o r d s ：2 一a m i n o - 4 - c h l o r o b e n z o t h i a z o l e ；2 一c h l o r o p h e n y t h i o u r e a ；s y n t h e s i z e p r o c e s s 图3 图3 图3 图3 插图清单 不同反应温度和时削对产物收率的影响1 7 邻氯苯胺与盐酸的摩尔比对产物收率的影响1 8 邻氯苯胺与硫氰酸铵摩尔比对产物收率的影响1 9 水的量对产物收率的影响2 0 邻氯苯基硫脲的红外谱图2 l 邻氯苯基硫脲高效液相色谱图2 2 邻氯苯基硫脲与浓硫酸的摩尔比对产物收率的影响2 5 邻氯苯基硫脲与溴化钠的摩尔比对产物收率的影响2 6 反应温度对产物收率的影响2 7 反应时间对产物收率的影响2 8 2 氨基4 一氯苯并噻哗的红外谱图2 9 2 氨基4 氯苯并噻哗高效液相色谱图3 0 ，1、|3 4 5 u l 2 2 2 2 2 2 2 1，、3 图图图图图图图图 表格清单 表2 1实验用试剂汇总表1 4 表2 2实验用仪器与设备1 4 表2 3币交实验因素水平表1 5 表2 4萨交实验结果及分析1 6 表2 5 不同反应温度和反应时i 日j 下的产物收率一1 7 表2 6邻氯苯胺与赫酸的摩尔比对产物收率的影响1 8 表2 7邻氯苯胺与硫氰酸铵摩尔比对产物收率的影响1 9 表2 8溶剂水的量对产物收率的影响：2 0 表2 9较佳工艺条件下平行验证试验2 1 表3 1实验所用的试剂汇2 4 表3 2实验用仪器与设备2 4 表3 3邻氯苯基硫脲与浓硫酸的摩尔比对产物收率的影响2 5 表3 4邻氯苯基硫脲与溴化钠的摩尔比对产物收率的影响2 6 表3 5反应温度对产物收率的影响2 7 表3 6反应时i n j 对产物收率的影响2 8 表3 7较佳工艺条件下平行放大验证试验2 9 独创性声明 本人卢明所节交的学位论文是本人在导师指导卜进行的研究1 ：作及取得的研究成果。据我所 失i i 除了文中特别加以标志和致谢的地方外，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 金g 巴! ：些厶：羔 缄其他教育机构的。子：僚或证l5 而使刚过的材料。与我一同：r 作 的同忠对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学何论文作者签字： 弓 签字日期园。l 05 斗侗日 学位论文版权使用授权书 本。学何论文作者完全了解 盒8 曼! ：些厶：兰有艾保留、使川学位论文的规定，有权保留并向 国家有艾部fj 或机构送交论文的复印什和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权佥g 墨工些盔 ：兰l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有犬数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描筲复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密斤适刚本授权l5 ) 学位论文者签名： j 哞 签字日期0 0 【o 年月弓。归v ! 学何沦文作者毕业屙玄向： i ：作单何： 通m 地址： 导师签名：广希。乏弓 签字日期力，d 年乒月多d 日 电爵： 邮编： 致谢 值此论文结束之际，谨以此向所有指导、关心、爱护和帮助过我的老师、 同学、家人、朋友表示真诚的感谢，在合肥工业大学的两年多时间，拥有过， 也失去过，但没有后悔过。 本论文是在导师陈天云教授悉心关怀和精心指导下完成的，陈老师孜孜不 倦的敬业精神，严谨的治学态度，广博的学识以及务实的处事风格将使我受益 终生。在读研的两年半中，陈老师吉传身教，在为人做事方面给予我莫大的鼓 励和帮助。 同时我也要感谢彭新华教授，李有桂副教授等老师，感谢他们对我的关心 与指导。还要感谢师兄们，感谢苏新、钱海霞、龚达等，他们给予了我很多的 帮助。 最后，要深深感谢我的父亲母亲，是他们一直关心、支持和鼓舞着我。使 我能够不断地进步。 作者：王华 2 0 lo 年 月日 1 1 引言 第一章绪论 苯并噻哗类化合物是一类重要的化工中间体，在医药、染料、橡胶助剂、 分析试剂等领域具有广泛的应用前景【1 ，2 1 。由于杂环化合物具有广泛的生物活 性，加之其低毒、高效、结构变化多样等特点，目前，杂环类化合物已经成为 世界各国农药开发的热点【j j 。 苯并噻哗及其衍生物作为稠杂坏体系中的一类，具有广泛的生物活性。在 农药方面，苯并噻哗及其衍生物具有抗农用真菌、杀虫、杀螨、杀线虫、抗植 物病毒、除草、植物生长调节等活性：在医药方面，苯并噻哗及其衍生物具有 消炎镇痛、抗肿瘤、抗惊厥、治疗义滋病、白血病以及心脑血管疾病等活性。 自l9 7 6 年同本保土谷化学工业公司和三菱油化精细化学公司成功开发保松噻 杀虫剂以来，国外一些药物公司相继成功地开发了数十个噻唑类杀虫剂品种， 如：噻哗硫磷、噻哗磷、噻哗腈、噻虫嗪等 4 - 7 。 1 2 国内外除草剂的研究现状及发展趋势 自有农业以为，杂草就一直是困扰农业生产、阻碍提高农作物产量的一个 重要因素，人们就丌始了与杂草的斗争。目前，我国对杂草的防除主要还依赖 于人工除草。掘估计，世界上约有五力多种杂草，在经济上造成损失的杂草有 l8 0 0 多种，在主要粮食作物阳发生的杂草有2 0 0 多种，它们每年使农作物减产 约15 8 - j oj ，每年2 1 亿亩耕地因杂草危害造成上百亿美元的损失。另外，农 产品中混有杂草还会影响品质，一些有害杂草还会引起人畜中毒，虽然消除杂 草的方式较多，但随着工业化的发展和社会的进步，化学防治己成为杂草防除 过程中的最主要手段。 农药在消除杂草、减轻病虫草的危害、保障农业发展方面发挥着重要作用。 但部分农药，由于其自身固有的缺点以及盲目的使用，某些负面影响也逐渐地 暴露出来，诸如农药残留、药物抗性、环境污染、人畜中毒等等，这些问题的 出现业已引起人们对化学农药的高度关注l2 1 。此外，随着科技发展和生物技 术尤其是微生物技术的进步，无公害、无污染、无残留、成本低、且不易产生 抗性的生物农药和天然源( 动物源、植物源和微生物源) 农药的开发倍受关注。 因此，随着现代农药研究丌发的趋势和社会对农药的需求，2 1 世纪初农药发展 方向仍以研制丌发高效、安全( 高选择性、低毒、低残留、低污染) 、经济实用 的农药新品种、新剂型，以适应农林业防治病虫草害和其他有害生物，保障农 业持续、稳定、快速发展【l 弘 】。在2 0 世纪6 0 年代，除草剂在3 大类农药( 杀 虫剂、杀菌剂、除草剂) 中名列最末，仅占整个农药市场的2 0 左右，到7 0 年代，除草剂上升到第2 位，仅次于杀虫剂，而从8 0 年代起则上升到第1 位， 这得益于耕种方式的变化及各种新型除草剂的问世。目前除草剂己占整个农药 市场的半左右。 除草剂可按作用方式、施药部位、化学结构、使用方法、施药时间等多方 面来分类。 ( 1 ) 根据除草剂的作用方式进行分类：选择性除草剂，该类除草剂针对 不同种类的苗木具有不同程度的抵抗性，此药剂可以杀死杂草，而对苗木无害。 品种有盖草能、氟乐灵、扑草净、西玛津、果尔等；灭生性除草剂，该类除 草剂对所有植物都有毒性，只要接触绿色部分，不分苗木和杂草，都会被杀死 或者受伤害，这类除草剂主要在播种前或者出苗前、苗圃主副道上使用。品种 有草甘膦等。 ( 2 ) 根掘除草剂在植物体内的移动情况进行分类：触杀型除草剂，该类 除草剂的药剂与杂草接触时，只杀死与药剂接触的部分，起到局部的杀伤作用， 舀! 植物体内不能传导，只能杀死杂草的地上部分，对杂草的地下部分或有地下 茎的多年生深根性杂草，则效果较差。品种有除草醚、百草枯等；内吸传导 型除草剂，该类除草剂的药剂被根系、叶片、芽鞘或茎部吸收后，会传导到植 物体内，使植物死亡。品种有草甘膦、扑草净等：内吸传导、触杀综合型除 草剂，该类除草剂具有内吸传导、触杀型双重功能。品种有杀草胺等。 ( 3 ) 根据除草剂的化学结构进行分类：无机化合物除草剂，该类除草剂 由天然矿物原料组成，不含有碳素的化合物。品种有氯酸钾、硫酸铜等；有 机化合物除草剂，该类除草剂主要通过苯、醇、脂肪酸、有机胺等有机化合物 合成。品种有如醚类的果尔除草剂、均三氮苯类的扑草净除草剂、取代脲类的 除草剂一号、苯氧乙酸类的2 。甲4 氯除草剂、吡啶类的盖草能除草剂、二硝基 苯胺类的氟乐灵除草剂、酰胺类的拉索除草剂、有机磷类的草甘膦除草剂、酚 类的五氯酚钠除草剂等。 ( 4 ) 按除草剂的使用方法进行分类：茎叶处理剂，将除草剂溶液兑水， 以细小的雾滴均匀的喷洒在植株上，这种喷洒法使用的除草剂叫茎叶处理剂， 品种有盖草能、草甘膦等；土壤处理剂，将除草剂均匀地喷洒到土壤上形成 一定厚度的药层，当杂草种子的幼芽、幼苗及其根系被接触吸收而起到杀草作 用，这种作用的除草剂称为土壤处理剂。土壤处理剂可采用喷雾法、浇洒法、 毒土法施用，品种有西玛津、扑草净、氟乐灵等；茎叶、土壤处理剂，该类 除草剂可作茎叶处理，也可作土壤处理。品种有阿特拉津等。 ( 5 ) 按施药时间分类：播日仃处理剂：指在作物播种前对封进行封闭处理， 如侄棉田取使用氟乐灵、麦罔罩使用野麦畏；播后苗前处理剂：指在作物播 种后出茼d ，j 进行封处理，此法主要用于被杂草芽鞘和幼叶吸收向生长点传导的 除草剂，对作物幼芽安全：苗后处理剂：指在杂草出苗后，把除草剂喷洒到 杂草植株上，如百草枯、草甘膦均可以在杂草生长中后期使用，苗后除草剂一 般为茎叶吸收并能向植物体其它部位传导的除草剂。 1 2 1 国内外除草剂现状 1 2 1 1 国外除草剂现状 目前世界农药研究开发的方向是：在强调高活性的同时，更加注重农药的 安全性，以确保非靶标生物、人类以及环境的安全，呈现出“安全第一、活性第 二”的趋势。在除草剂的丌发方面也不例外，由于各国在种植结构( 美国作物主 要为大豆、玉米等) 、从事农业生产的人数以及在其它行业的发展水平的差异， 导致了除草剂在用法和用量上的不同，发达国家( 如美国、欧洲国家) 的除草 剂在农药品利，中所占的比例较大，约占5 0 ，而我国的除草剂只占到2 5 左右。 随着我国农业生产技术的进步，国内除草剂的需求将会逐年增大，这将给除草 剂生产技术的研究与丌发带来积极的推动作用。进入2 1 世纪以来，世界农药市 场的发展速度明显减缓，但除草剂在世界农药市场销售额中所占比重呈上升趋 势l 1 6j ，保持良好的发展势头。 早期的农业生产由于主要依靠人工除草，因而除草剂进入市场较杀虫剂和 杀菌剂相对较晚，早期所使用的也多为无机除草剂：直至2 0 世纪4 0 年代p w z i m m e r m a n 和a e h i t c h c o c k 发明了2 ，4 d 除草剂后，有机除草剂才得到了迅 速的发展。目前，世界上开发的新的除草剂品种已经进入了超高效时代，特别 是磺酰脲类、磺酰胺类、咪唑啉酮类、嘧啶水杨酸类等一系列高活性品种的问 世，给除草剂的开发及化学除草带来了革命性变化。同时，除草剂中其他系列 新品种的丌发也是十分活跃的，如环己二酮类、嘧啶类、酰胺类、四取代苯类 等1 1 7 】。据化工部权威人士分析预计，今后每年将新增2 0 0 万公顷的耕地或土地 需要用除草剂除草，而在我国则需要6 7 8 6 万吨除草剂，约占农药总需求量 3 0 ，未来几年全国化学除草面积将增加约o 3 亿公顷。因此，除草剂产业在 未来将有着巨大的发展潜力。 近2 0 年来，全世界约有3 0 0 余种新型除草剂用于防除各种杂草，这些除草 剂剂型大致可分为以下几类： ( 1 ) 乙酰乳酸合成酶( a l s ) 乙酸羟基合成酶( a h a s ) 抑制剂 此类抑制剂属内吸传导型除草剂，是通过抑制杂草的a l s a h a s ，阻止支 链氮基酸如缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸等的生物合成，破坏蛋白质的合成，干 扰d n a 合成以及细胞的分裂与生长，最终导致杂草死亡。按化学结构分类， a l s a h a s 抑制剂主要有以下四种：磺酰脲类、咪哗啉酮类、三唑并嘧啶磺酰 股类和嘧啶水杨酸类引。 磺酰脲类 19 7 9 年杜邦公司成功地丌发出氯磺隆化合物，19 8 2 年开发 出麦f 日除草剂氯磺隆，由于磺酸脲类化合物具有超高效的除草活性，使磺酰脲 类除草剂的应用得到了迅速发展，而磺酰脲类除草剂的成功开发也标志着除草 剂进入了超高效的时代，并发展成为化学农药研究最活跃的领域之一【l 先列j 。2 0 多年来，已有六万多种不同结构的新磺酰脲类除草剂问世，申请了约4 0 0 篇专 利，目6 ，j 己有约3 0 个商品除草剂正式投入了农业生产。它们被广泛应用于水稻、 小麦、大豆、玉米、甜菜、油菜、亚麻、棉花等作物以及森林、非耕地( 如草 坪) 等场所的除草。近期丌发的磺酰脲类除草剂品种在继续保持原有的高活性、 低毒、低污染的前提下，最重要的特点是对非靶标作物安全，且对后茬作物无 影响1 2 。如德国艾格福公司研究丌发的酰嘧磺隆是一种低毒的麦阳除草剂，主 要用于防除冬小麦、大麦、燕麦等农作物中的阔叶杂草，对猪殃殃草特别有效， 刈。当茬小麦和下茬水稻、玉米等作物均安全。艾格福公司开发的另一类除草剂 乙氧嘧磺隆亦具有很广的杀草谱，可有效防除水稻、小麦和甜菜等作物中的阔 叶杂草和莎草科杂草，目前还未发现对后茬作物产生影响。而其开发的环氧嘧 磺隆是一种大豆用除草剂，主要用于防除苗后阔叶杂草，对苘麻属、苍耳、豚 草、稗草、苋属、蒿属、蕃薯属和蜀黍属等有效。由于磺酰脲类除草剂对许多 一年生或多年生杂草尤其是阔叶杂草有特效，19 9 6 年全球该类除草剂的销售额 就高达15 亿美元，仅次于有机磷类除草剂，其中苄嘧磺隆、氟嘧磺隆、烟嘧磺 隆和唪磺隆4 个品种的全球销售额分别达2 7 亿、1 6 亿、1 5 亿和1 4 亿美元。 目日，j 磺酰脲类除草剂在世界农药市场中仍占有重要地位。但是，近年来由于其 残留药害和抗性i 口- j 题日益突出【2 2 _ 3 1 ，已开始制约这类除草剂的进一步发展。 咪哗啉酮类此类除草剂是在磺酰脲类除草剂上市4 年后，由美国氰胺 公司丌发的一类广谱、高效、低毒、低污染的除草剂1 24 1 。目前氰胺公司已开发 出咪哗烟酸、眯唑乙烟酸( 普施特) 、咪草酸、甲氧咪草酸( 金豆) 、咪哇烟酸 和咪哗喹啉酸等6 种除草剂。其中咪哗乙烟酸是一类用于除大豆田杂草的广谱、 高效、低毒、内吸性除草剂，对一年生禾本科杂草和阔叶杂草有很好的防除效 果，但它在土壤中残留时间较长：咪哗喹啉酸是一种高效、低毒的大豆f f l 除草 剂：q f l 基咪草烟和甲氧咪草烟是新近丌发的除草剂新品种，其中甲基咪草烟具 有用量少、杀草谱广、残留期短等特点，主要用于防除大豆、花生地禾本科杂 草，对后茬作物( 如大麦、黑麦、小麦、向同葵、高粱、烟草等) 安全，在土 壤中残留期短于甲氧咪草烟。 咪哗啉酮类除草剂的作用机理与磺酰脲类除草剂类似，主要是通过抑制乙 酰乳酸合成酶，从而抑制侧链氨基酸的生物合成，然而这一类除草剂同样存在 药物钱留问题【25 i 。若采用残留期短的甲氧咪草烟与咪草烟配合使用便可减轻咪 草烟的残留药害。另外，也可以通过使用一些除草剂的解毒剂来增加作物的代 谢功能，减轻这一类除草剂的残留药害问题。目前这类除草剂在世界除草剂市 场仍占有一定地位。 三哗并嘧啶磺酰胺类此类化合物是在磺酰脲类除草剂的基础上开发 成功的类新型除草剂。陶氏益农公司通过应用生物等排原理，以c = n 替代磺 酰脉桥中的脲羰基( c = o ) 来合成更优良的除草剂品种，并研究开发了一系列 具有1 。2 , 4 三哗并 1 ，5 - a 】结构的衍生物，实验结果表明含有该结构式的化合物具 有较好的除草活性。为了进一步扩展含有该结构式的化合物的除草活性，研究 者还对其结构进行了一定的改造【2 6 之引。例如，其丌发成功的三唑并嘧啶磺酰胺 类除草剂品种如嘧啶磺草胺、嘧啶氟草胺、磺草唑胺、嘧啶磺草酯及嘧啶氟磺 醋等均为旱田( 大豆、玉米、小麦、大麦) 除草剂，且对后茬作物安全。 嘧啶水杨酸类此类化合物是2 0 世纪9 0 年代初日本组合化学公司成功 丌发的一类新的乙酰乳酸合成酶抑制剂，亦称嘧啶氧( 硫) 苯甲酸类除草剂。 该类除草剂是对磺酰脲类化合物的结构进行改造而获得的，日本组合化学公司 从生物等排的特点入手，利用o 与s 互为生物等排的关系将n h 键改为s 键， 研究丌发了大量醚及硫醚类化合物。至今丌发成功的嘧啶水杨酸类除草剂品种 有嘧硫草醚、嘧草醚、双草醚：嘧啶肟草醚和环酯草醚【3 0 j l j 等5 个品种，前3 个为同本组合化学公司开发。 嘧硫草醚主要用于防除棉花阳苗前及苗后一年生和多年生禾本科杂草和部 分阔叶杂草，嘧草醚和双嘧草醚均为稻田除草剂，另外由l g 化学开发的嘧啶 肟草醚和由诺华公司开发的环酯草醚在防除稻田稗草等禾本科杂草方面有很好 的效果，它们对作物安全，后者本身为前提除草剂p 引，离体条件下用酶测定可 知其活性较低，但可通过茎叶被吸收，在植物体代谢后能够产生具有较佳药效 的代谢物，并经由内吸传导，致使杂草停止生长，而后枯死。 ( 2 ) 乙酰辅酶a 羧化酶( a c c a s e ) 抑制剂 此类抑制剂属内吸传导型除草剂，主要特点是药剂经茎叶处理后能够迅速 被杂草茎叶吸收，传导到顶端以至整个植株，积累于杂草分生组织，抑制植株 体内乙酰辅酶a 羧化酶，使脂肪酸合成受阻，最终使杂草死亡p3 1 。该类抑制剂 主要有芳氧苯氧丙酸类和环己烯酮类两种类型。 芳氧苯氧丙酸类除草剂该类除草剂包括精禾草灵、精吡氟禾草灵( 精 稳杀得) 、氟吡禾灵( 精盖草能) 、精喹禾灵( 精禾草克) 、恶哗禾草灵( 威霸) 、 噻哗禾草灵、氰氟草酯( 千会) 、炔草酸等。由于这类除草剂分子中都含有一个 手性碳原子，因此具有两种旋光异构体，其中d ( ) 为高效体，药效比l ( + ) 体高6 1 2 倍，在此基础上进一步开发其高效异构体r 光学异构体可以在 减少药物使用量的同时达到很好的除草效果【3 4 】，如精喹禾灵、精吡氟禾草灵和 氟吡禾灵等。但该类除草剂长期使用后会在局部地区产生了严重的抗药性【3 5 。 环己烯酮类除草剂此类除草剂是由日本曹达公司首先研制开发的具 有选择性的内吸传导型茎叶处理剂。自19 7 8 年第一个品种禾草灭问世以来，到 目前共有9 个品种，如禾草灭、稀禾啶、烯草酮、噻草酮、吡喃草酮( 快捕净) 、 环苯草酮等。除环苯草酮为稻f f l 除草剂外。其它均为旱田除草剂。 ( 3 ) 原卟啉原氧化酶( p r o t o x ) 抑制剂 此类抑制剂属触杀型除草剂，这类除草剂的主要特点是可以在光和氧的存 在下抑制原卟啉原氧化酶的活性，通过植物细胞中原卟啉原氧化酶积累而发挥 药效【3 6 - 3 引。该类抑制剂可被迅速吸收到敏感植物或杂草组织中致使植株迅速坏 死，或在阳光照射下，使茎叶脱水干枯而死。该类抑制剂对作物安全，残效适 中，且对后茬作物无影响。原卟啉原氧化酶抑制剂按化学结构可分为以下两大 类：二苯醚类和四取代苯类。 二苯醚类抑制剂该类抑制剂主要包括三氟羧草醚( 杂草焚) 、乙氧氟 草醚( 果尔) 、乳氟禾革灵( 克阔乐) ，新近丌发的氯氟草醚是具有单一旋光活 性的超高效翠阳苗后除草剂【j 引，主要用于防除大豆、花生、小麦、大麦、豌豆 等作物中的阔叶杂草。氯氟草醚在结构上与通常二苯醚类不同，若以氯代替硝 基，其活性比通常二苯醚类几乎高一个数量级，药效可与磺酰脲类除草剂媲美。 而且二苯醚类除草剂大多对鱼贝低毒，且具有较高的生物活性，在我国及日本 曾风靡一时。近年来随着对环境问题的日益重视，部分品种因为环境毒性而在 欧美被禁用，但也有某些品种被留传了下来，如罗门哈斯公司开发的乙氧氟草 醚( 果尔) 。 四取代苯类抑制剂该类除草剂的分子中均含有一个在1 、2 、4 、5 位取代的苯环，刃i 称为四取代苯类除草剂，其结构比较复杂，大多数都是五元 含氮杂环化合物，其中含三哗啉酮、吡哗和酰亚胺结构的品种较多。此类除草 剂品种的异祖是由法国罗纳普朗克公司丌发的嗯草酮、氯炔啄哗酮。三唑啉酮 类除草剂主要有：磺酰三哗酮、三哗酮草酯和哗啶草酮1 4 。磺酰三唑酮主要用 于大豆和玉米等作物苗前及苗后除草。三唑酮草酯则主要用于小麦、大麦、水 稻、玉米等作物苗后除草。而杜邦公司开发的唑啶草酮，则大部分用于橄榄、 桔橘、森林以及一些不需要作物或杂草生长等地点杂草的防除，特别地，对对 三嗪类、芳氧羧酸类、环己二酮类和磺酰脲类除草剂等产生抗性的这一类杂草 有特效。毗唑类( 如吡氟苯草酯和异丙毗草酯) 为麦田高效除草剂【4 ，主要用 于对禾谷类作物( 如小麦) 苗前和苗后防除阔叶杂草。具有酰亚胺类结构的主 要有：丙炔氟草胺、氟胺草酯和吲哚酮草酯等，适用于大豆、花生和玉米。 ( 4 ) 对羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶( h p p d ) 抑制剂 此类抑制剂具有广谱的除草活性，苗前和苗后均可使用，其作用特点致使 杂草出现白化然后死亡。其作用症状虽与类胡萝b 素生物合成抑制剂的作用症 状极相似，但就化学结构特点( 如极性和电离度) 而言，与类胡萝b 素生物合 成抑制剂等有明显的不同。此类抑制剂的主要特点是通过抑制对羟基苯基丙酮 酸酯双氧化酶的合成，导致酪胺酸的积累，使质体醌和生育酚的生物合成受阻， 从而影响类胡萝b 素的生物合成。该类化合物不仅对作物安全，而且对环境、 生念的相容性和安全性都极高，主要缺点是有一些残留活性，但可在生长季节 内消失，不会对下茬作物产生不良影响。对羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶抑制剂 主要包括吡哗类、三酮类和异嗯哗类 4 2 , 4 3 。 吡哗类此类化合物中除吡畔特( p y r a z o l a t e ) ，吡草酮( b e n z o f e n a p ) 和 苄草唑( p y r a z o x y f e n ) 外，虽有大量专利报道，但商品化的品种不多，市场上 并不多见。 三酮类该类除草剂中除磺草酮外，新近报道的化合物有甲基磺草酮和 双环磺草酮。其中前者主要用于防除玉米田杂草( 如苍耳等) ，对对磺酰脲类除 草剂产生抗性的杂草有效，苗前除草可与乙草胺混用，苗后除草可与烟磺隆混 用，效果更佳。 异嗯哗类该除草剂主要有异嗯哗草酮( i s o x a f l u t o l e ) 和异嚼氯草酮 ( i s o x a c h l o r t o l e ) 两个品种。前者主要用于防除玉米和甜菜禾本科杂草( 如马 唐、特稗草、大狗尾草等) 和阔叶杂草( 如苘麻、反枝苋、美洲豚草等) ，苗前 和苗后均可施用，而且不受天气条件等的影响，施药时期灵活。 ( 5 ) 其它类除草剂包括胡萝卜素生物合成抑制剂、细胞分裂与生长抑制剂、 生长素输送抑制剂、植物生长调节剂和除草剂安全剂等。 1 2 1 2 国内除草剂现状 我国是个农业大国，近年来农田化学除草取得了长足的发展，农药市场中 也有愈1 0 0 种除草剂产品，如磺酰脲类、三嗪类、苯氧羧酸类和酰胺类等是除 草剂的主要品种。磺酰脲类除草剂以苄嘧磺隆、甲磺隆的制剂最多；三嗪类除 草剂主要包括莠去津、扑草净、西草净制剂；苯氧羧酸类除草剂主要有2 ，4 d 、 2 甲一4 一氯等；酰胺类除草剂包括乙草胺、丁草胺等。其中，甲磺隆、绿磺隆、 莠去津、咪唑乙烟酸、氟磺胺草醚和豆磺隆是长残效除草剂，占农田化学除草 总面积的3 2 。 目前，我国除草剂在广泛使用的同时也出现了一些值得注意的问题： ( 1 ) 杂草抗药性同趋严重。 自进入21 世纪以来，世界范围内有3 0 个以上的国家发现不同杂草对多种 具有不同化学结构的除草剂产生了抗性。这些抗体主要有抗三氮苯除草剂、a l s 抑制剂和光合作用抑制剂，有些杂草对除草剂形成抗性的速度也在加快，早期 除草剂品种从丌始应用到杂草产生抗性约需l0 年以上时间，而最近则缩短到 4 5 年便产生抗性，范围也更广，并呈现也交互抗性。在我国杂草抗药性日趋 严重的情况也已经凸现出来，杂草抗性的产生已严重影响到除草剂产业的发展。 ( 2 ) 除草剂的生产主要以仿制为主，大多数产品依然是老品种，且布局很 不合理f 4 6 - 48 1 。 我国除草剂原药生产及复配生产厂家有2 0 0 多家，大部分集中在东部沿海 各省，生产的除草剂大多是仿制国外的老品种。目前国内共有4 0 0 多个除草剂 品种进行了登记。其中国外公司登记的除草剂共有8 2 个品种，国内厂家登记的 除草剂总计7 6 个品种 49 1 。超高效、低毒、低残留的品种( 如磺酰脲、咪唑啉 酮、磺酰胺、酞酰亚胺、嘧啶水杨酸等) 集中在国外厂家，而国内厂家主要是 一些老产品，如酰胺、取代脲、三氮苯等。出现这种状况主要由以下原因造成： 一方研j i 受知谚 产权的保护，仿制的新品种受到极为严格的限制，另一方面 加入w t o 的保护期已经过去，我国农产品处于非公平的竞争状态，严重影响 着农业生产资料的投入，很多专利费用显著增加。今后品种仿制的路子将日益 窄小，这一发展趋势也将成为长期困扰我国除草剂工业发展的重要因素，使我 圈农业发展面临巨大挑战。 ( 3 ) 除草剂生产企业发展不健全。 国内除草剂的生产企业多，但是小且分散，生产工艺落后，原药质量差， 工人劳动强度高，污染也比较严重，规模效益低下。许多重要的除草剂中间体 因为国内生产能力弱，质量差等因素，严重影响除草剂的品质和收率。另外， 重复登记除草剂的现象非常严重，如苯噻酰草胺有6 0 个厂家登记该产品，制剂 总数7 2 个，混剂6 0 个，其中约有5 0 多个是与苄嘧磺隆的混剂。除草剂剂型毫 无差别，配比稍微改动，换汤不换药的现象十分严重。等等这些情况造成了厂 家之f b j 的无序竞争【5 0 】，严重影响除草剂产业的整体发展。 ( 4 ) 除草剂制剂加工落后单一。 当前，国际上农药制剂加工已向无溶剂、水剂、固体化等方向发展，而我 国仍以传统的湿性粉剂( w p )和乳油( e c )为主。国内厂家登记的制剂数 分别为4 9 0 个与2 6 0 个，两者共占了整个市场近7 0 。其中湿性粉剂的细度和 悬浮率都比较差，而且复配制剂少，从而导致许多地区对防治不同类的杂草要 重复用药，造成很大浪费。对一些先进的剂型，如悬乳剂( s e ) 共登记了4 5 个品种，占总数的4 ，片剂( 包括泡腾片剂) 登记了4 个品种，只占到了很 小的比重【5 】；而在水分散粒剂( w g ) 和干悬浮剂( d f ) 方面，国内至今还没 有厂家进行登记。 1 2 2 国内外除草剂产业的发展趋势 经过不断的发展，我国除草剂产业发展已基本趋于稳定，但是一些传统的 除草剂用量较大，主要表现在长残效除草剂的使用上。这类除草剂除草效果好、 杀草谱广，但在土壤中残效期过长，一般可达3 年，在连作或轮作农田中使用 易造成后茬作物药害、减产、甚至绝产，给农业生产带来较大的经济损失。 目前，杂草的抗药性已成为全球关注的重点问题之一，2 0 世纪4 0 年代首 先在欧洲发现了抗2 , 4 d 的野胡萝b ，2 0 世纪9 0 年代在澳大利亚发现了对草 甘麟具有抗性的瑞士黑麦草。直以来，抗药性杂草的种类上升趋势明显。目 前全球已有近2 0 0 种杂草对化学除草剂产生了抗药性，因此，积极研制和开发 高效、低毒、低残留的除草剂新品种，已经成为全世界农药工作者的重大任务。 在当今世界除草剂市场中，传统的除草剂仍占主体，未来除草剂将向着高 效选择性强、杀草谱广药性强、低毒易降解、浮剂型和复配剂的方向发展。近 年来，整个世界的种植结构有了很大变化，这也为除草剂的开发带来了新的契 机。随着除草剂在直播稻、油菜、经济作物、除草地膜以及草坪、球场、机场、 住宅庭院和城市绿化等非作物上的应用，除草剂有了更广阔的市场前景。 从除草剂的整个发展进程中可以看出，新型除草剂的研究开发将呈现以下 发展趋势【5 2 巧5 l ：( 1 ) 环境友好、杀草谱广、低毒易降解、安全无残留、高效的 酶抑制剂类除草剂仍然是除草剂开发的主要方向；( 2 ) 继续研究开发天然除草 剂，以及以天然产物为先导，开发作用机理独特或多作用机理的除草剂；( 3 ) 进一步丌发生物除草剂( 主要是指微生物代谢物，尤其是植物病原菌及其代谢 物) 以及更加广泛地研究丌发基因工程类农作物：( 4 ) 继续研究开发植物生长 调节剂、前提除草剂以及除草剂的解毒剂等：( 5 ) 大力加强制剂及其使用技术 方面的研究，使除草剂在使用过程中更安全、更方便、更高效，且尽可能地延 缓或避免杂草的抗性；( 6 ) 针对抗性杂草和转基因作物所产生的超级杂草，开 发新的、作用机理独特的或多作用机理的除草剂；( 7 ) 除草剂的品种开发将由 随机筛选逐步向对靶合成过渡，丌发更多高选择性的除草剂。 草除灵乙酯的发展现状 我国拥有14 亿人口，面积广大，但可耕地面积却不多。目前，农作物总播 种面积仅在1 6 亿公顷左右。为满足人民群众的需要，在耕地无法扩大的情况 下，不断提高单位面积产量。掘2 0 0 0 年统计，每年通过化学方法防治病虫和杂 草使粮食少损失5 4 0 万吨。但是，农药在为人类作出重大贡献的同时，也存在 着各种问题，特别是环境污染和对人类健康以及可持续发展的威胁不容忽视。 除草剂作为化学农药，在所使用的农药中占有很大的比重，在目前主要使用的 品种中，如养去津、烟啼磺隆、胺苯磺隆等，虽然除草效果好、杀草谱宽、使 用方便、用药成本低，但均存在着残留期过长的问题。这是因为我国农村种植 规模小，多采用复种连作轮作等方式进行生产，近一半地需多种作物倒茬轮作， 如果使用除草剂不当，将造成严重的农药药害，使农作物减产甚至绝产。因此， 随着整个化学农药的发展，开发生产高效、高选择性、低残留的除草剂成为必 然趋势。草除灵乙酯作为高效、低毒、低残留的选择性除草剂，正适应了这种 发展的需要。 草除灵乙酯是艾格福公司于六十年代开发的油菜田专用除草剂，主要用于 防治一年生阔叶杂草，如：猪殃殃、繁缕、雀舌草、豚草等，它是选择性除草 剂，具有高效、低毒、低残留的特点，能在土壤中很快降解，不会对后茬作物 产生药害。19 9 3 年，由先令公司在我国注册，开始推广使用。近几年，随着我 困农村种植业结构的调整，经济作物面积不断扩大，而油菜作为主要的油料经 济作物，在大面积种植的同时，受杂草危害也r 益严重，据报道受害面积高达 2 5 0 力亩，需要及时防治。在我国，目6 仃主要用于油菜田除草剂的品种有两种： 一种是苯氧丙酸类除草剂，如稳杀得、禾草克、盖草能等，这类除草剂只对禾 本科杂草有效：另一类是磺酰脲类除草剂，如胺苯磺隆，它兼治禾本科和阔叶 杂草，但是由于它在土壤中残留期长，易对后茬作物产生严重药害。 鉴于油菜阳缺乏防除阔叶杂草的理想药剂，因而开发出适合我国种植品种 的油菜罔阔叶杂草除草剂是十分必要的。而在防除阔叶杂草的除草剂中，草除 灵乙酯能真f 适应我国这种轮作情况，并不会对后茬作物产生药害，而且草除 灵乙酯具有除草效果好，杀草谱广，安全无残留等特点，因此成为高效防除阔 叶杂草的专用除草剂，目前世界上，还没有其他品种可以替代。随着经济技术 的进步，草除灵乙酯的生产量和使用量逐年增加。据统计，年需原药1 4 0 0 吨， 近几年需用量还在不断扩大。在国外，草除灵乙酯主要由艾格福公司生产，目 前国内主要生产厂家有：安徽华星化工股份公司、江西省映山红农化有限公司、 浙江新安化工集团股份公司、四川省化学工业研究设计院、江苏农药研究所南 京农约厂、沈阳化工研究院试验厂等，但产量均不大，目前原药生产总产量为 5 0 吨左右，缺口很大。 1 4 本课题研究目的及意义 近十年来，针对农药市场的现实需求及未来发展趋势，草除灵等新型绿色 环保类除草剂成为未来除草剂市场的主力军。草除灵又名高特克，是一种专效 性芽后传导性除草剂，可广泛用于油菜、麦类、苜蓿等农作物田防除一年生阔 叶杂草( 如繁缕、牛繁缕、雀舌草、大巢菜、荠菜、灰菜、苋、猪殃等) ，具有 内吸传导作用，在土壤中易降解，对后茬作物安全。 根据文献报道，草除灵乙酯的合成方法可概括如下： 以邻氯苯胺、硫氰酸铵等为起始原料，得到中间体邻氯苯基硫脲，2 氨基 4 氯苯并噻哗，再经重氮化水解等，最后与氯乙酸乙酯反应，制得最终产品 草除灵乙酯。 草除灵乙酯合成技术路线如下所示： 1 0 c n h 2 c s i | h c n h 2 o i | n h c n h 2 - _ - _ _ _ - - - _ _ _ _ _ _ _ _ 一i l s n a n 广洲z h 2 c o o c 2 h 5 n 户q 本论文所选择的课题为2 氨基4 氯苯并噻唑的合成工艺研究，是安徽华星 化工股份有限公司所委托研究课题中的一部分。本文以邻氯苯胺和硫氰酸铵为 基础原料，选用水相法进行邻氯苯基硫脲的合成，通过实验研究，探讨了硫氰 酸铵与邻氯苯胺的摩尔比、盐酸与邻氯苯胺的摩尔比，以及溶剂量、反应温度、 反应时间等对反应收率的影响，获得了合成邻氯苯基硫脲的较佳工艺条件。本 文以自制的邻氯苯基硫脲在浓硫酸与溴化钠的存在下进行环合反应合成2 氨基 一4 一氯苯并噻哗，并探讨了浓硫酸与邻氯苯基硫脲的摩尔比、溴化钠与邻氯苯基 硫脲的摩尔比，以及反应温度、反应时i b j 等对产物收率的影响，获得了合成2 氨基4 氯苯并噻哗的较佳的工艺条件。为进一步开展的合成草除灵乙酯的研究 提供了一定的参考作用。 叱 no i chn 第二章邻氯苯基硫脲的合成 2 1 邻氯苯基硫脲合成路线简介 2 1 1 邻氯苯基硫脲简介 邻氯苯基硫脲是重要的医药、农药中间体56 1 ，它是合成高选择性芽后生除 草剂草除灵乙酯的重要中间体之一。 化学名称：邻氯苯基硫脲( 1 一( 2 一c h l o r o p h e n y l ) - 2 - t h i o u r e a ) 或2 氯苯基 硫脲( 2 c h l o r o - p h e n y l t h i o u r e a ) 结构式： s l | h