專利名稱：Z－2－氰基－3－(N－(S)－α－甲基對氟芐胺基)－2－戊烯酸乙氧乙酯合成及除草活性的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氰基丙烯酸酯類化合物的合成及其除草活性。
背景技術：
自1956年Wessels第一次報道抑制光合作用的除草劑以來(Wessels J.S.C.，Van Der VeenR.Biochim.Biophys.Acta，1956，19，548)，至今已近50多年的歷史。光合作用光系統(tǒng)II(PS II)抑制劑，是指抑制或阻礙光合作用光系統(tǒng)II中的電子傳遞的藥劑。人們已經證實有許多除草劑是PS II抑制劑(Bucher K.H.Pesti.Sci.，1972，3，89)。上個世紀80年代，Deisenhorfer等成功地分離并解析了綠色紅假單胞菌(Rps.viridis)光合反應中心結構(Deisenhorfer J.，Epp O.，Miki K.，et al.Nature，1985，318(12)，618)。我們根據(jù)綠色紅假單胞菌光合反應中心L蛋白晶體結構，在同源蛋白結構比較的基礎上，采用同源模建方法建立了豌豆(Pisum sativum)光合反應中心32000蛋白(D1)的三維結構。2-氰基戊烯酸酯化合物是一類特殊的PSII電子傳遞抑制劑，有關這類電子傳遞抑制劑的研究表明這類化合物在結構上細微的變化對希爾反應抑制活性影響很顯著。例如，酯基側鏈中引入帶有較大電負性的氧原子的醚結構基團，β位烷基的立體效應，以及芳環(huán)與胺基間的亞甲基數(shù)目，這些都能明顯的影響氰基丙烯酸酯類化合物的抑制活性。
2-氰基戊烯酸酯類化合物的結構根據(jù)上述模型，并結合Huppatz等人的成果(Huppatz J.L，McFadden H.G，HuberMarie-Luise，et al.Synthesis and Chemistry of Agrochemicals II，1992，187.)，我們設計了2-氰基-3-甲硫基-3′-取代(芐)胺基丙烯酸酯(酰胺)類化合物，在合成及生物活性測定后發(fā)現(xiàn)，該類化合物具有很好的光合作用抑制活性(楊華錚等，有機化學，2001，21(11)，923-932)。
到目前為止，含氟農藥已占全部農藥的10％以上，許多天然和合成的生物活性物質中都含有氟原子，含氟基團的導入可使活性幅度提高。把氟元素引入到藥物分子中的意義有以下幾個方面①由于氟原子與氫原子體積相仿，使生物體難以識別，往往將氟原子作為氫原子攝入；②含氟藥物由于其脂溶性，使其進入組織、膜的滲透性提高；③生物體一旦攝入含氟化合物。由于其具有最高的負電性，對分子的生理活性產生了很大的影響。

發(fā)明內容
我們設計將氟原子引入到氰基戊烯酸酯類化合物中芳環(huán)的對位，并且在芳環(huán)和胺基之間引入(S)-構型碳原子，設計和合成了Z-2-氰基-3-(N-(S)-α-甲基對氟芐胺基)-2-戊烯酸乙氧乙酯(H-0306)。室內和田間藥效表明，H-0306能夠防除多種雜草。
Z-2-氰基-3-(N-(S)-α-甲基對氟芐胺基)-2-戊烯酸乙氧乙酯(H-0306)的合成路線如圖1所示。它是經過下述步驟1)間體2-氰基-3-乙氧基-2-戊二酸乙氧乙酯I的合成將氰基乙氧乙酸乙酯和原丙酸三乙酯摩爾比為1.1∶1在醋酸酐中回流數(shù)小時(參照文獻(Huppatz J.L.，McFadden H.G.，HuberMarie-Luise，et al.Synthesis and Chemistry of Agrochemicals II，1992，187)，反應結束后，蒸出乙酸乙酯和乙醇，得到粘稠狀液體。柱層析得到中間體I(圖1)。
2)中間體(S)-α-甲基對氟芐胺的合成將對氟苯乙酮、甲酰胺和水摩爾比為1∶4∶4加熱到150-155℃，反應劇烈進行，有水和苯乙酮蒸出，并不斷放出氨氣。繼續(xù)加熱到185℃，反應數(shù)小時。冷卻后，將反應液倒入冷水中，分出經N-甲酰-α-甲基對氟芐胺粗品，將其倒回反應瓶，反應瓶中加入濃鹽酸，加熱，保持微沸回流45分鐘，使N-甲酰-α-甲基對氟芐胺水解，將反應物冷至室溫，用氯仿萃取，收集水層。將水層于冰浴中冷卻，緩慢加入30％氫氧化鈉溶液，充分反應后用乙醚萃取，合并萃取液，加入粒狀NaOH干燥并塞住瓶口。干燥后先除去乙醚，然后常壓蒸餾(145℃)得到消旋體的α-甲基對氟芐胺。將消旋體的α-甲基對氟芐胺溶在甲醇中，加入等當量的D-(+)-酒石酸，靜置，析出大量固體。加熱使其溶解，室溫下放置24小時左右，使其結晶。待有棱狀晶體析出即可。過濾，晶體用少量甲醇洗滌，干燥后得(+)-酒石酸-(-)-α-甲基對氟芐胺，經兩次重結晶后得到(+)-酒石酸-(-)-α-甲基對氟芐胺。將上述的(+)-酒石酸-(-)-α-甲基對氟芐胺溶于水中，加入50％NaOH溶液，攪拌至固體全部溶解，用乙醚萃取，然后干燥脫溶，得到(S)-α-甲基對氟芐胺，收率24.99％。
3)H-0306的合成將等摩爾的中間體I和(S)-α-甲基對氟芐胺在乙醇中于常溫下攪拌數(shù)小時，得到H-0306，用乙醚和石油醚重結晶即得到H-0306，mp.62-63℃。
室內生測結果表明，H-0306在2～8克/畝使用時，對苘麻的抑制率為80.66～100％，對綠莧的抑制率為44.8～100％，對反枝莧的抑制率為88.4～100％，對油菜的抑制率均為100％，對苜蓿的抑制率為15.28～80.56％，對稗草的抑制率為27.60～79.69％，對馬唐的抑制率為76.79～100％。室內安全性研究表明，在低濃度下使用時，對玉米基本無藥害，對小麥藥害很輕。
玉米地田間藥效H-0306在供試劑量范圍內，對玉米田闊葉雜草莧、馬齒莧、鯉腸、反枝莧、苘麻等有很好的防治效果，對鐵莧菜、谷莠等有不同程度的除草活性。在供試劑量范圍內，對玉米田闊葉雜草的效果，低劑量不如對照藥劑阿特拉津，高劑量處理效果與阿特拉津相近。在供試劑量范圍內，對玉米田闊葉雜草有效，但對禾本科雜草無效。H-0306低劑量處理對玉米安全，但高劑量處理對玉米有一定的藥害，隨著玉米的生長，藥害能夠部分恢復，但玉米株高仍低于空白對照。對試驗區(qū)玉米田內非靶標的病蟲害無明顯有利或不利影響。未發(fā)現(xiàn)對試驗區(qū)內和周圍野生生物、魚類和有益昆蟲不利影響。


圖1是H-0306的合成路線具體實施方式
實施例11)2-氰基-3-乙氧基-2-戊烯酸乙氧乙酯I的合成3.94克氰基乙酸乙氧乙酯和4.86克原丙酸三乙酯在20mL乙酸酐中回流，3小時后，蒸出乙酸乙酯和乙醇15.95克。TLC檢測反應完畢。柱層析(展開劑(石油醚∶乙酸乙酯＝3∶1，體積比)得到淡黃色液體3.60克，收率66％。
消旋體α-甲基對氟芐胺的合成100mL三口瓶中，加入13.8g對氟苯乙酮、18g甲酰胺和7.2g水，安裝成蒸餾裝置。加熱混合物至150～155℃，反應物劇烈沸騰，并有水和對氟苯乙酮蒸出，同時不斷產生泡沫并放出氨氣。繼續(xù)加熱至溫度到達185℃，1.5小時后，停止加熱。將餾出物轉移至分液漏斗中，分出對氟苯乙酮層，重新倒回反應瓶中，再繼續(xù)加熱1.5小時，控制反應溫度不超過185℃。將反應物冷至室溫，轉入分液漏斗中，用15mL水洗滌，分出N-甲酰-α-甲基對氟芐胺粗品，將其倒回反應瓶，反應瓶中加入12mL濃鹽酸，加熱，保持微沸回流45分鐘，使N-甲酰-α-甲基對氟芐胺水解，將反應物冷至室溫，每次用6mL氯仿萃取3次，收集水層。將水層于冰浴中冷卻，緩慢加入30％氫氧化鈉溶液30mL，充分反應后用乙醚萃取，合并萃取液，加入粒狀NaOH干燥并塞住瓶口。干燥后先除去乙醚，然后常壓蒸餾(145℃)得到10.2gα-甲基對氟芐胺，收率為73.4％。
2)(S)-α-甲基對氟芐胺的獲得在100mL甲醇中，加入15.0g(+)-酒石酸(0.10mol)，攪拌并用熱水浴使其溶解(注意水浴溫度低于溶劑甲醇的沸點)，然后小心加入13.9g消旋體的α-甲基對氟芐胺，室溫下放置24小時，使其結晶。過濾，晶體用少量甲醇洗滌，干燥后取5.5g上述晶體溶在100mL甲醇中，加入0.5mL蒸餾水，加熱使其全部溶解，冷卻24小時，待有棱狀晶體析出即可。過濾，棱狀晶體用少量冷甲醇洗滌。烘干后，即得到2.0g很純的(+)-酒石酸-(-)-α-甲基對氟芐胺。將上述固體溶于5mL蒸餾水中，加入50％NaOH溶液0.80g，攪拌至固體全部溶解，然后用5mL乙醚萃取兩次，合并萃取液并用粒狀NaOH干燥。過濾，脫去溶劑，得到0.67g(-)-α-甲基對氟芐胺(旋光值[α]20D＝-24.5°(c1.23，CH3OH))，總收率24.99％。
3)H-0306的合成將中間體I(22g，含量55％)和(-)-α-甲基對氟芐胺(6.95g，0.05mol)溶于50無水乙醇中，室溫攪拌24小時，TLC(展開劑石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1，體積比)顯示反應結束，用石油醚和乙醚(體積比＝5∶1)重結晶，得到白色固體15.00g，收率90.0％。mp62-63℃，元素分析(實測值％(理論值％))N，8.32(8.38)；C，64.42(64.65)；H，7.15(6.93)。
H NMR(CDCl3，δHppm)1.099-1.136(t，3H，CH3CH2-＝)，1.193-1.226(t，3H，CH3CH2O)，1.571-1.633(d，3H，CH3CHNH-)，2.417-2.573(q，2H，CH3CH2H-＝)，3.551-3.602(q，2H，CH3CH2HO)，3.690-3.716(t，2H，COOCH2CH2OCH2CH3)，4.289-4.314(t，2H，COOCH2CH2OCH2CH3)，4.736-4.774(q，1H，CH3CHNH)，7.034-7.257(dd，4H，Ph-H)，10.245-10.265(d，1H，CH3CHNH)。
C NMR(δCppm)174.553，169.274，163.618，161.118，138.749，127.307，118.683，116.189，77.639，77.331，76.957，71.365，68.396，67.058，63.873，53.315，24.859，15.373，12.333。
FNMR(δFppm)-114.456，-114.470，-114.479，-114.492MS334(M+)，123(基峰)。
實施例2H-0306的除草譜(室內)測試方法為盆栽法(莖葉處理)在直徑8cm的塑料小杯中放入一定量的土，加入一定量的水，均勻播種一定量的種子，播種后覆蓋厚度4-6mm的土壤，于溫室中培養(yǎng)，幼苗出土前以塑料覆蓋。每天加以定量的清水以保持正常生長。
當幼苗長到一葉一心期進行莖葉噴霧處理處理。依據(jù)試驗面積計算并稱取所需量的化合物，加溶劑0.1ml，加入一定量的含有200μg/ml的乳化劑水溶液，配成乳液噴施。處理劑量為1、2、4、8克/畝。
測試試材苘麻、綠莧、反枝莧、油菜、苜蓿、稗草、馬唐。處理15天后調查結果，測定地上部鮮重，以鮮重抑制百分數(shù)來表示藥效。
結果表明，H-0306在2～8克/畝使用時，對苘麻的抑制率為80.66～100％，對綠莧的抑制率為44.8～100％，對反枝莧的抑制率為88.4～100％，對油菜的抑制率均為100％，對苜蓿的抑制率為15.28～80.56％，對稗草的抑制率為27.60～79.69％，對馬唐的抑制率為76.79～100％。
表1莖葉處理地上部鮮重抑制百分數(shù)(％)


實施例3H-0306的室內安全性試驗測試方法用盆栽法(莖葉處理)在直徑18cm，高12cm的瓦盆中放入一定量的土，加入一定量的水，均勻播種后，覆蓋一定厚度的土壤，于溫室中培養(yǎng)，幼苗出土前以塑料覆蓋。出苗后，每天加以定量的清水以保持正常生長。當幼苗長到一定時期進行莖葉噴霧處理。處理劑量為2、4、8、16、32克/畝。測試作物玉米。處理時期玉米二葉期，三葉期，三葉一心期。
處理25天后調查結果，測定地上部株高、根長、莖鮮重、根鮮重、莖干重和根干重。通過對作物抑制的調查來考查藥劑對作物的安全性。
結果表明，H-0306在16克/畝以內，對玉米三葉一心期安全；在8克/畝對玉米二葉期基本安全。
表2玉米安全性試驗(玉米二葉期)

表3玉米安全性試驗(玉米三葉期)

表4玉米安全性試驗(玉米三葉一心期)


實施例4H-0306的田間藥效時間及地點2005年在山東省除草劑新技術開發(fā)推廣中心(委托泰安市農業(yè)科學研究院試驗農場)、河北省農林科學院糧油作物研究所(委托河北省糧油作物研究所藁城試驗站)和河南省農業(yè)科學院植物保護研究所(委托河南省臨潁縣植保站試驗農場)等地在玉米田進行了多點的田間小區(qū)試驗。
處理方式苗后莖葉處理，每畝有效劑量為H-0306 5、10、15、20、30克/畝，對照藥阿特拉津57克/畝(山東)、72克/畝(河北)和45.6克/畝(河南)，測定其除草效果。結果表明(表6～14)，在供試劑量范圍內，對玉米田闊葉雜草莧、馬齒莧、鯉腸、反枝莧、苘麻等有很好的防治效果，對鐵莧菜、谷莠等有不同程度的除草活性。在供試劑量范圍內，對玉米田闊葉雜草的效果，低劑量不如對照藥劑阿特拉津，高劑量處理效果與阿特拉津相近。在供試劑量范圍內，對玉米田闊葉雜草有效，但對禾本科雜草無效。H-0306低劑量處理對玉米安全，但高劑量處理對玉米有一定的藥害，隨著玉米的生長，藥害能夠部分恢復，但玉米株高仍低于空白對照。對試驗區(qū)玉米田內非靶標的病蟲害無明顯有利或不利影響。未發(fā)現(xiàn)對試驗區(qū)內和周圍野生生物、魚類和有益昆蟲不利影響。
表6 15天后H-0306防除玉米闊葉雜草效果(山東)

表7 30天后H-0306防除玉米闊葉雜草效果(山東)

表8 45天后H-0306防除玉米闊葉雜草效果(山東)


表9 10％H0306EC用藥后15天雜草株數(shù)防效(河北)

表10 10％H0306EC用藥后30天雜草株數(shù)防效(河北)

表11 10％H0306EC用藥后45天雜草株數(shù)防效(河北)

表12 10％H0306EC用藥后45天雜草鮮重防效(河北)

表13 H-0306用藥后2周后雜草鮮重防效(河南)

表14 H-0306用藥后4周后雜草鮮重防效(河南)

權利要求
1.Z-2-氰基-3-(N-(S)-α-甲基對氟芐胺基)-2-戊烯酸乙氧乙酯，其特征在于它是結構式為(II)的化合物
2.如權利要求1所述的化合物(II)的制備方法，其特征在于它是經過下述步驟1)中間體2-氰基-3-乙氧基-2-戊二酸乙氧乙酯I的合成將氰基乙氧乙酸乙酯和原丙酸三乙酯摩爾比為1.1∶1，在醋酸酐中回流數(shù)小時，反應結束后，蒸出乙酸乙酯和乙醇，得到粘稠狀液體，柱層析得到中間體I；2)中間體(S)-α-甲基對氟芐胺的合成將對氟苯乙酮、甲酰胺和水摩爾比為1∶4∶4加熱到150-155℃，反應劇烈進行，有水和苯乙酮蒸出，并不斷放出氨氣，繼續(xù)加熱到185℃，反應3小時；冷卻后，將反應液倒入冷水中，分出經N-甲酰-α-甲基對氟芐胺粗品，將其倒回反應瓶，反應瓶中加入濃鹽酸，加熱，保持微沸回流45分鐘，使N-甲酰-α-甲基對氟芐胺水解，將反應物冷至室溫，用氯仿萃取，收集水層；將水層于冰浴中冷卻，緩慢加入30％氫氧化鈉溶液，充分反應后用乙醚萃取，合并萃取液，加入粒狀NaOH干燥并塞住瓶口；干燥后先除去乙醚，然后常壓蒸餾(145℃)得到消旋體的α-甲基對氟芐胺；將消旋體的α-甲基對氟芐胺溶在甲醇中，加入等當量的D-(+)-酒石酸，靜置，析出大量固體；加熱使其溶解，室溫下放置24小時左右，使其結晶；過濾，晶體用少量甲醇洗滌，干燥后得(+)-酒石酸-(-)-α-甲基對氟芐胺，經兩次重結晶后得到(+)-酒石酸-(-)-α-甲基對氟芐胺；將上述的(+)-酒石酸-(-)-α-甲基對氟芐胺溶于水中，加入50％NaOH溶液，攪拌至固體全部溶解，用乙醚萃取，然后干燥脫溶，得到(S)-α-甲基對氟芐胺；3)H-0306的合成將等摩爾的中間體I和(S)-α-甲基對氟芐胺在乙醇中于常溫下攪拌數(shù)小時，得到H-0306，用乙醚和石油醚重結晶即得到H-0306。
3.如權利要求1所述的化合物的應用，其特征在于，作為除草劑，可防除玉米田苗后闊葉雜草。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氰基丙烯酸酯類化合物的合成及其除草活性。本發(fā)明將氟原子引入到氰基戊烯酸酯類化合物中芳環(huán)的對位，并且在芳環(huán)和胺基之間引入(S)－構型碳原子，設計和合成了Z－2－氰基－3－(N－(S)－α－甲基對氟芐胺基)－2－戊烯酸乙氧乙酯(H－0306)。室內和田間藥效表明，H－0306能夠防除玉米田苗后闊葉雜草。
文檔編號A01P13/00GK1760176SQ20051001532
公開日2006年4月19日 申請日期2005年10月8日 優(yōu)先權日2005年10月8日
發(fā)明者胡方中, 楊華錚, 劉斌, 鄒小毛, 常永強, 許寒, 李華斌, 高穎 申請人:南開大學