2-酰亚胺基-3-苯基-1,3-噻唑啉的合成及除草活性
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维普资讯 http://www.cqvip.com 第29卷第3期 2007年6月 世界农药 Wodd Pesticides ・ 15・ 2.酰亚胺基一3一苯基一1,3一噻唑啉的合成 及除草活性 陈 亮编译 袁莉萍校 目前,许多商品化的农药品种中大多是含有氮、 硫原子的杂环化合物。人们注重于将这些杂环化合 物作为筛选靶标用于创制新颖生物活性化合物。不 管最新的生物合理性研究进展如何,人们依然选择 含氮和氮、硫的杂环化合物作为探索新农药的方向。 目前,Yuaum Saremitsu等通过这种思路发现了很多 具白化型除草活性的杂环化合物。 在氮、硫的杂环化合物研究中用到杂螺接双键 化合物(heterocumlenes),如酰基异硫氰酸酯时,发明 了新的环合反应来制得2.(N.酰亚胺基) 5.亚甲基. 1,3.噻唑烷(V;R =H)。通过这种方法得到的化合 物(V)可以轻易地转化成2.(N.酰亚胺基).5.甲基. 1,3.噻唑啉(VI;ns=H),从而合成了一系列的化合 物VI,其中2.(N.酰亚胺基).3.(3.三氟甲基苯基).1, 3.噻唑啉显示了很好的白化除草活性。 这类新颖杂环结构的除草活性引起了Yuzmu Sanemitsn等的兴趣,促进他们对噻唑啉除草剂进行 了系统地筛选研究。这里介绍了1,3.噻唑啉杂环系 列的合成、构效关系和结构优化工作(图1)。 CF 一\ R1 N f S/^\R2 『 If X (I) 图1 2-(N-取代亚胺基)一3.(3一三氟甲基苯基).1,3-噻唑啉的 结构通式(I) 1.材料与方法 1.1仪器分析 Yazawa BY-2微熔点仪(未校正)。Atago阿贝折 光仪。JEOL JNM.AIAO0(400MHz)仪测定 H.NMR (1Ms内标)。 1.2化合物的合成 2.(N.酰亚胺基).5.烷基.3.(3.三氟甲基苯基). 1,3.噻唑啉(Ⅵ)的合成路线通式如(图2)所示。化 合物(Ⅵ)由2步反应制得。N.炔丙基苯胺与酰基异 硫氰酸酯(Ⅲ)在四氢呋喃中室温搅拌8h得到2.(N. 酰亚胺基) 1,3.噻唑烷(V)。这个新颖的环合反应 可能先形成硫脲(Ⅳ),然后由亲核的硫原子与三键 的亲电碳原子相结合。5.亚烷基.1,3.噻唑烷(V)在 甲醇钠的乙醇溶液中可以转化成5.烷基 1,3 噻唑 啉(Ⅵ)。 一些不同的2 (N.酰亚胺基).1,3 噻唑啉类化 合物亦被成功地制备(图3)。1.酰基 3.(3.三氟甲基 苯基)硫脲(Ⅶ)与1,2.二溴乙烷以及过量地碳酸钾 在丙酮中回流5h,制得2.(N.酰亚胺基).3.(3 三氟 甲基苯基)一1,3一噻唑烷(Ⅷ),收率70—82%。1,3.噻 唑烷(Ⅷ)与N.卤代琥珀酰亚胺在氯仿中回流10h, 得到5.卤代.2.(N.酰亚胺基).1,3.噻唑啉(IX),收 率34 67%。 5位无取代的2 (N.酰亚胺基) 1,3.噻唑啉 (X)由5 卤代.2.(N.酰亚胺基).1,3.噻唑啉(IX)与 过量的叔丁基锡烷在四氢呋喃中回流10h,很容易 地被还原制得。 化合物(Ⅶ)与不同的a 氯代酮反应得到相应的 1,3.噻唑啉(Ⅺ)。同样,化合物VII与a.氯乙腈反应 得到4.胺基衍生物(Ⅻ)。 要制备N取代的1,3.噻唑啉类化合物,2.亚胺 基.5.甲基.3.(3.三氟甲基苯基).1,3.噻唑啉(XⅢ)是 一个非常重要的中间体。化合物(XⅢ)是由2.(N. 乙酰亚胺基).1,3.噻唑啉(VI;R6=H)经酸解而制 得。化合物(XⅢ)与不同的亲电试剂如酰卤、酰基 异氰酸酯、卤代烷和烷基磺酰卤反应,分别可以制得 N.酰亚胺基.(VI)、N.烷基亚胺基 (ⅪV)、N.氨基甲 维普资讯 http://www.cqvip.com ・ 16・ 世界农药 第29卷 酰亚胺基一(XV)和N.烷基磺酰亚胺基.( )1,3. (12g,99.2mmo1))J'l ̄热至80 ̄C搅拌3h,过滤,滤液经柱 层析(乙酸乙酯/正己烷)得到7.0g N.炔丙基.3.三氟 甲基苯胺(II;R3=H)粗品,无须纯化直接用于下一 步反应。 噻唑啉类化合物。(图4)为各类反应的合成路线。 1.2.1 2一(N一乙氧基羰基亚胺基)一5.甲基.3.(3.三氟 甲基苯基).1,3.噻唑啉(5): 3一三氟甲基苯胺(30g,150.6reoto1)与炔丙基溴 F3C F3c N H (Ⅵ) R4CONC (ⅡI) F3C F3C I R4 (V) 图2 2一(N一酰亚胺基)一5 烷基一3一(3 三氟甲基苯基)一1,3-噻唑啉(vI)的合成 o F3 HCSNHCO2R5 (Y=卤原子) (Ⅶ) (Ⅷ) CtH9lsSnH F3 F NH2 R5 (Ⅺ) (Ⅻ) (X) 图3 2一(N一烷氧酰基亚胺基)一3一(3一三氟甲基苯基)一1,3-噻唑啉(ix~XII)的合成 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 陈亮:2一酰亚胺基一3一苯基一1,3-噻唑啉的合成及除草活性 F ()(、『I) (xv) 浓 (R6=C =残基) (Ⅵ) ()(vI) 图4 2一(N一取代亚胺基)一3一(3一三氟甲基苯基)。1,3-噻唑啉(Vl和XIV—XVI)的合成 将前面得到的N一炔丙基.3.三氟甲基苯胺 (5.1g,25.6mmo1)与乙氧基羰基异硫氰酸酯(3.7g, 28.2reoto1)在100 mL四氢呋喃中室温搅拌8h,待冷 却后倒人200mL冰水和100mL饱和氯化铵溶液中, 4.02;F,17.25;N,8.49,计算值c14H13F3N2O2s:c, 50.90;H,3.97;F,17.25;N,8.48%。 HNMR 6 (CDC13):1.30(3H,t,J=7.2Hz,CH3),2.32(1H, S,CH3),4.22(2H,q,J=7.2Hz,CH2),6.73(1H, 用200mL氯仿萃取,有机相用盐水洗涤,无水硫酸 钠干燥,减压浓缩,残余物经柱层析(乙酸乙酯/正己 烷)提纯得到2.(N.乙氧基羰基亚胺基).5.亚甲基.3. s,4-H),7.60—7.75(4H,m,pheny1)。 1.2.2 2.(N.乙氧基羰基亚胺基).5.碘.3一(3.三氟甲 基苯基).1,3.噻唑啉(11): (3.三氟甲基苯基).1,3一噻唑烷(V;R3=H,R4=OEt) 5.7g(67%),无色晶体,mp 97.2℃。 HNMR (CDC13):1.28(3H,t,J:7.2Hz,CIt3),4.19(2H, q,J:7.2Hz,CH2),4.77(2H,t,J=2.6Hz, NCH2),5.32( H,dd,J=2.4,2.6Hz,CH),5.36 1.乙氧酰基.3.(3.三氟甲基苯基)硫脲(1.8g, 6.1mmo|)、1,2.二溴乙烷(1.29g,6.8reoto1)与无水碳 酸钾(2.6g,14.2mmo1)在20mL丙酮中回流5h。将 反应液倒入100mL乙醚中,并用盐水洗涤(50mL X 2),有机相用无水硫酸镁干燥,减压浓缩。残余物用 正己烷乙醇混合液重结晶,得到2.(N.乙氧基羰基亚 胺基).3.(3.三氟甲基苯基).1,3.噻唑烷(Ⅷ;R5= (1H,dd,J=2.4,2.6Hz,CH),7.54-7.73(4H,in, pheny1)。 将化合物V(R3:H,R4=ocaH5;2.0g, 6.0reoto1)置于50mL乙醇中,加入甲醇钠(0.6g, Et)1.63g(83%),为无色针状晶体,mp 75.8℃。 H NMR 6(CDC13):1.31(3H,t,J=7.2Hz,C}{3),3.29 (2H,t,J=8.0Hz,5-CH2),4.12(2H,t,J= 8.0Hz,4一CH2),4.23(2H,q,J=7.2Hz,CH2), 1lmmo1),反应液回流30rain,随后倒入冰水中,用 35%盐酸酸化,乙酸乙酯萃取,有机相用盐水洗涤, 无水硫酸镁干燥,减压浓缩,残余物经柱层析(乙酸 乙酯/正己烷)提纯得到化合物(5)1.6g(80%)。所 得产物用乙酸乙酯和正己烷混合液重结晶得到无色 7.47-7.70(5H,in,pheny1)。 化合物(Ⅷ)(R5=Et;0.5 g,1.57 mmo1)、N.碘 代琥珀酰亚胺(0.4 g,2.22 mmo1)和2,2’.偶氮二异 丁N(0.03 g,0.18 mmo1)在50 mL氯仿中回流搅拌 针状晶体,mp 115.5℃。元素分析:C,50.92;H, 维普资讯 http://www.cqvip.com 世界农药 第29卷 10 h。待冷却后倒入100 mL冰水中,用盐水洗涤,有 机相经无水硫酸钠干燥,减压浓缩,残余物经柱层析 (乙酸乙酯/正己烷)分离得到化合物(11)0.1 g (15%),再经乙酸乙酯和正己烷混合液重结晶得到 无色棱柱状晶体,mp 121.6 ̄C。元素分析:c, 35.43;H,2.32;N,6.45;F,12.80,计算值cl3Hlo N2 F3102S:C,35.3;H,2.28;N,6.34;F,12.89%。 H NMR 6(CDC1 ):1.30(3H,t,J=7.2Hz,CH3), 4.22(2H,q,J:7.2Hz,CH2),7.12(1H,S,4一H), 7.64—7.73(4H,m,pheny1)。 1.2.3 2.(N.乙氧基羰基亚胺基).3.(3.三氟甲基苯 基).1.3.噻唑啉(1): 化合物(11)(4.7g,10.6mrno1)、叔丁基锡烷 (6.9g,39mrno1)和过氧化苯甲酰(0.1g,0.4mmo1)在 lOOmL四氢呋喃中回流搅拌lOb,待冷却后将反应液 倒入30OraL冰水中并用盐水洗涤(1OOmL X 2)。有 机相用无水硫酸镁干燥,减压浓缩。残余物用正己 烷乙醇混合液重结晶,得到化合物(1)2.85g(85%), 为无色针状晶体,mp 134.5 c【=。元素分析:c, 49.52;H,3.63;N,8.80;F,18.20,计算值cl3Hll N2 F302S:C,49.36;H,3.51;N,8.86;F,18.02%。 HNMR 6(CDC1 ):1.30(3H,t,J=7.OHz,CH ), 4.23(2H,q,J=7.OHz,CH2),6.71(1H,d,J= 4.OHz,5.H),7.03(1H,d,J=4.OHz,4一H), 7.63.7.78(4H,m,pheny1)。 1.2.4. 2.(N 二氟乙酰亚胺基).5.甲基.3.(3.三氟 甲基苯基).1,3.噻唑啉(38): 2.(N.乙酰亚胺基).5.甲基.3.(3.三氟甲基苯 基).1,3.噻唑啉(22)(3.5g,11.6mrno1)[根据(图2) 所示由N.炔丙基.3.三氟甲基苯胺(II;R3=H)和乙 酰异硫氰酸酯(III;R4=CH )制备]、36%盐酸3.5mL 和20%乙醇水溶液lOrnL回流搅拌3h。待冷却后, 反应液用0.1N氢氧化钠溶液中和,并用乙酸乙酯萃 取(50mL X 3)。有机相经无水硫酸钠干燥,减压浓 缩,残余物经柱层析(乙酸乙酯/正己烷)提纯得到2. 亚胺基.5.甲基.3.(3.三氟甲基苯基).1,3.噻唑啉 (XI]I;R3=i-i)2.7g(90%),为无色油状物。 H NMR 6(CDC1 ):2.10(3H,t,CH ),6.40(1H,S,4一H), 7.40—7.94(4H,m,pheny1)。 化合物(XⅢ)(R3=H;0.42g,1.4mrno1)、三乙 胺(2.2g,21mmo1)、N.(3.二甲基胺基丙基).N’.乙基 碳化二亚胺盐酸盐(0.8g,4.1mmo])、二氟乙酸 (0.75g,7.8reoto1)和lOmL氯仿回流搅拌8h。待冷 却后将反应液倒入lOOmL冰水中并用1N盐酸洗 涤。有机相用lOOrnL盐水洗涤,无水硫酸镁干燥, 减压浓缩。残余物经柱层析(乙酸乙酯/正己烷)分 离得到化合物(38)o.4g(75%),再经乙酸乙酯和正 己烷混合液重结晶得到无色针状晶体,mp 117.9 ̄C。 元素分析:c,46.53;H,2.98;N,8.53;F,28.25, 计算值cl3H9N2F5OS:c,46.43;H,2.70;N,8.33; F,28.25%。 H NMR 6(CDC13):2.40(3H,s, CH3),5.90(1H,t,J.v=55Hz,CI-IF2),6.97(1H, S,4一H),7.65.7.79(4H,m,pheny1)。 1.3生测 生测主要测试对象为湖南稷子(Echinochlo ̄ Frumentacea)、苘麻(Abutilon the ̄rasti)、圆叶牵牛 (1pomoea purpurea)、刺黄花稔(Sida spinosa)、稗草 (Echnochloa c础.galli)、大马唐(Digitaria sanguinalis)、约翰逊草(Sorgum jalepense)、皱果苋 (Amaranthus viridus)、马齿苋(Portulaca oleFoJceo,)。待 测样品被制成可乳油来测定苗前除草活性,它由10 份待测化合物、14份聚氧乙烯苯乙烯醚、6份十二烷 基苯磺酸钙和70份二甲苯配成。化合物的除草活 性和植物毒性由观察到的经样品处理过的情况与空 白对照而得出。除草活性分成0~10级,0代表对 苗无影响,10则代表苗死亡。 1.3.1苗前除草活性测试(表1,2,3): 高山土壤放在圆形塑料盆(直径1O厘米,高10 厘米)内,将湖南稷子、圆叶牵牛和苘麻的种子植入 并用土覆盖。将配制好的乳化浓缩物用水稀释到一 定剂量,用手动喷射器按1000 L/hm2的量喷在土壤 表面。化合物的剂量为500和125g a.i./hm2。被测 植物在温室生长20d,除草活性结果亦可得到。 1.3.2苗前除草活性测试(表4): 将高山土壤放在大缸(长33cm,宽23cm,高 11cm)内,分别种植棉花、稗草、大马唐、约翰逊草、皱 果苋、马齿苋、苘麻、圆叶牵牛和刺黄花稔。将含有 一定量的乳化浓缩液的稀释液按230 L/hm2的量用 小型喷射器做相同的操作处理。化合物的剂量为 62.5和125g a.i./hm2。室外处理30d后,观察并记 录除草效果和作物伤害情况。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 陈亮:2一酰亚胺基一3.苯基.1,3一噻唑啉的合成及除草活性 ‘19‘ 物(22)显示的活性最高。 2.结果与讨论 2.1先导化合物的优化 总体来看,在这批除草剂中,当在苯环的间位接 上三氟甲基时获得了最佳除草活性。作为先导化合 物机构优化的起点,把核心结构分成噻唑啉环(R。  ̄N 人.fR 1 和R2)与亚胺基基团(x)两部分,三氟甲基苯基则始 终保持在1,3.噻唑啉的3位上(图1)。 2.1.1 1,3一噻唑啉环上4位(R0)和5位(R2)取代的 影响: 首先关注的是在1,3.噻唑啉环上4位和5位取 代的不同活性优化。在4位取代的衍生物中,不同 的取代基如甲基(2)、氯(3)、氨基(4)与无取代的衍 生物(1)相比,活性更差。同样,在4,5位双取代的 衍生物(14 17)则显示出更低的活性。这个结果表 明在4位引入不同的取代基无助于生物活性,从而 不考虑引入取代基。因此,R 应定为氢获得最大活 性。 而当噻唑啉环的5位引入取代基时,发现取代 基对除草活性起关键作用。当R 始终为氢时,吸电 子亲油性取代基如卤原子(9—11)和甲硫基(12)显 示出中等活性。当R2为甲基时,化合物(5)显示出 最高活性,而基团更大如(6,7)和带支链(8)的烷烃 则活性稍差。氢(1)和氰基(13)则显示出降低的活 性。 2.1.2 2.亚胺基.1,3.噻唑啉环上N位取代的影响: (表2)显示了噻唑啉环的亚胺基上不同取代基 (X)对除草活性的影响。 在这些噻唑啉衍生物(5,18—29)中,乙酰基 (22)活性最高,接下来就是乙氧酰基(5)。令人感兴 趣的是当在亚胺基上引入烷氧酰基(24,26,27)、甲 磺酰基(28)或氰基(29)时会诱发除草活性,尽管它 们的活性都低于化合物(5)。2一亚胺基一1,3一噻唑啉 (18)衍生物的除草活性很低,而含有甲基(19)取代 或对氯苯基(20)取代的衍生物则完全没有活性。一 般来说,硫酰衍生物(21,23,25)的除草活性没有相 应的酰基衍生物(5,22,24)高。 从(表2)的测试结果中可以看出,噻唑啉环的 亚胺基上取代基的引入,尤其是酰基、氰基和磺酰 基,对白化除草活性非常重要。特别是乙酰基衍生 N s。 oc H 剂量:500g a.i./h 。活性等级:0(无效)一l0(完全灭杀)。Jm:湖 南稷子,Ⅵ:茼麻,Mg:圆叶牵牛。 2.1.3 2一亚胺基.1,3一噻唑啉环上N一烷酰基的影响: (表3)显示了1,3.噻唑啉环的2位上不同的烷 基酰亚胺基取代基的影响。在较低的125g a.i./hm2 剂量下,一系列未取代的烷基(22,30,31)中,甲基衍 生物(22)呈中等活性,而随基团由小变大如乙基 (30)和正丙基(31),活性逐渐减小。同时,带支链的 烷基(32,33)和环烷基(34)衍生物的活性亦不理想。 令人感兴趣的是当引入含有卤素甲基的取代基 时,得到了令人注目的除草活性。氯甲基或二氯甲 基取代物如化合物(35)或(36)相对于甲基衍生物 (22)活性是减小的。另一方面,氟化的烷基基团(37 —40)的活性是增加的。在这些氟化烷基中,二氟甲 维普资讯 http://www.cqvip.com ・20・ 世界农药 第29卷 基(38)和三氟甲基(39)衍生物在125g a.i./hm2下 活性及作物安全性。化合物(38)对于禾本科和阔叶 对所有测试杂草都有优异活性,而一氟甲基(37)和 五氟乙基(4o)衍生物则呈中等活性。 从这些结果可以看出,具吸电子和疏水性的基 杂草在62.5g a.i./hm2剂量下显示优异的广谱除草 活性且对棉花选择性好。化合物(39)在125g a.i./ hm2剂量下也有很好的活性,只是对棉花有轻微的 药害。此外在62.5g a.i./hm2剂量下,化合物(39) 的活性稍差于化合物(38)。就面前的研究来看,化 合物(38)可以作为一个棉花除草剂的候选品种来发 展。 团如C 和CHF2有助于增加除草活性。基于对棉 花的除草活性和安全性的综合考虑,化合物(38)和 (39)作为未来评估对象。 表2 N.取代的2-亚胺基.1。3-噻唑啉苗前除草活性 在生化研究的基础上看,新颖的1,3.噻唑啉可 以作为八氢番茄红素脱氢酶抑制剂。有关化合物 (38)的生产流程和1,3一噻唑啉的生化研究不久会有 新的报道。 表3 N-烷酰基亚胺基.1。-噻唑啉苗前除草活性 3X 活性等级和缩写见(表1) 2.2化合物(38)和(39)的除草特性 (表4)总结了对于氟化烷基化合物(38)和(39) 在62.5和125g a.i./hm2剂量下应用于棉花的除草 ’活性等级和缩写见(表1)。剂量:125g a.i./hm2 表4所选化合物(38和39)和对棉花的高原杂草除草活性及选择性 a’Co:棉花,Bg:稗草,cg:大马唐,Jg:约翰逊草,As:皱果苋,Pc:马齿苋,Ps:刺黄花稔.活性等级和缩写(表1)。 (下转第28页) 维普资讯 http://www.cqvip.com ・28・ 世界农药 第29卷 在对抗谷物日益增长病害方面,几种新的杀菌 5.新产品 种植者发现,关键性病原菌对甲氧丙烯酸酯类 杀菌剂的抗性只有一些有限的不同作用机制。2005 剂可供使用,它们作用机制范围广泛。最近新的活 性成分包括丙氧喹啉(proguinazid)和环氟菌胺 (cyflufenamid),大体均有保护作用。这些产品需与 另一种具有治疗活性(如吗啉类)的活性成分混用。 先正达公司向市场推行一种新的谷物杀菌剂 Cherokee,它由3种活性成分(环唑醇+丙环唑+百 菌清)组成,含有2种高效三唑类杀菌剂及能降低抗 药性的百菌清成分。公司认为,当甲氧丙烯酸酯类 杀菌剂继续通过增强光合作用来对提高产量起关键 性作用时,小麦叶斑病菌的抗药性也成为问题,此 时,三唑类与百菌清混配应该可成为小麦杀菌剂计 划的支柱。 年,出现了大量新的产品,包括用于小麦的3种完全 新的活性成分——啶酰菌胺、丙硫菌唑、氟嘧菌酯。 巴斯夫开发的啶酰菌胺也加入了氟环唑防治壳针孢 菌病原菌的行列。巴斯夫公司认为,啶酰菌胺作为 保护性杀菌剂有特殊的活性,所以其制剂产品 Tracker不需要额外添加百菌清。啶酰菌胺也可用 来防治眼状斑纹、纹枯病和枯萎病菌引起的病害。 拜耳开发的丙硫菌唑是第一个三唑硫酮类化合 物。拜耳认为,与防治茎部和重要叶部病害的三唑 类杀菌剂相比,丙硫菌唑有明显的优点。公司宣称, 当丙硫菌唑用于防治玉米的枯萎病时,效果较好。 2004年,它以商标名Proline和Prosaro进入市场。并 且,现在在许多欧洲国家获得批准。最近在法国,种 公司宣称,环唑醇成分在叶子中能迅速传导至 发病部位,而丙环唑传导速度较慢,所以保持较好的 效果。除小麦外,Cherokee也可选择用于冬大麦和 春大麦,建议用于防治大麦叶锈病和白粉病。当局 部喷雾时,此产品也具有抗云纹病和网状斑点病的 活性及防治大麦斑点病。三唑类杀菌剂混配施用以 植者在2007年可以开始使用丙硫菌唑产品。 拜耳新开发的氟嘧菌酯是甲氧丙烯酸酯类杀菌 剂,在控制其它叶部病害的同时,对小麦全蚀病也有 效。现在,市场上出现了氟嘧菌酯与丙硫菌唑混剂 产品,如:Fandango。 三唑类杀菌剂之间组合增效作用已为人们所熟知。 一种成功的组合方式是利用各种三唑类杀菌剂独特 的和互补的杀菌能力及不同的传导速率。 (上接第20页) 酰亚胺基一3一(3一三氟甲基苯基)一1,3一噻唑啉作为白化 3.结 论 型除草剂的研究中有所进展。在以后的结构修饰过 程中,发现了一个新的家用白化型除草剂——2一(N一 二氟乙酰亚胺基)一5一甲基一3一(3一三氟甲基苯基)一1,3一 噻唑啉(38),它显示了对棉花作物有效的苗前除草 活性和优异的选择性。 作为一种研究除草剂新先导化合物的方法,研 究人员关注类似N,s 杂环的化学结构,从而在2一乙
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