吳小盛, 湯 君, 陳樸青, 王 濤*, 羅 勁,*

(1.江西師范大學(xué) a. 化學(xué)化工學(xué)院 江西省化學(xué)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； b. 分析測(cè)試中心，江西 南昌 330022)

·研究論文·

新型含氟1,2,4-三唑[3,4-b]-1,3,4-噻二唑衍生物的合成及其除草活性

吳小盛1a, 湯 君1a, 陳樸青1b, 王 濤1a*, 羅 勁1a,1b*

(1.江西師范大學(xué) a. 化學(xué)化工學(xué)院 江西省化學(xué)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； b. 分析測(cè)試中心，江西 南昌 330022)

以對(duì)氟苯甲酰肼為初始原料，經(jīng)成鹽、環(huán)化和一鍋法反應(yīng)制得中間體5-對(duì)氟苯基-2,4-二氫-1,2,4-三唑-3-硫酮磷亞胺(4)； 4與芳基異氰酸酯發(fā)生氮雜Wittig反應(yīng)，后經(jīng)成環(huán)反應(yīng)合成了11個(gè)新型的含氟6-芳氨基-1,2,4-三唑[3,4-b]-1,3,4-噻二唑衍生物(6a～6k)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR, IR和HR-MS表征。對(duì)單、雙子葉植物的除草活性測(cè)試結(jié)果表明：濃度為100 mg·L-1時(shí)，6c和6f對(duì)稗草和蘿卜的莖和根的生長(zhǎng)表現(xiàn)出優(yōu)異的抑制活性，抑制率高達(dá)100%。

氮雜Wittig反應(yīng); 1,2,4-三唑[3,4-b]-1,3,4-噻二唑; 合成; 除草活性

1,2,4-三唑[3,4-b]-1,3,4-噻二唑類衍生物自1956年首次被Kanaoka[1]合成以來(lái)，因其具有抗真菌[2]、抗炎[3]、抗病毒[4-5]、鎮(zhèn)痛劑[6]、殺蟲(chóng)[7]、殺菌[8]、抗結(jié)核[9-10]、抗氧化[11]、降壓[12]、膽堿酯酶抑制劑[13]和抗腫瘤[14-15]等生物活性和藥理活性，在過(guò)去幾十年中引起了科學(xué)家廣泛的興趣。從文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看，此類衍生物有關(guān)農(nóng)藥學(xué)的報(bào)道相對(duì)較少，其除草活性有待進(jìn)一步研究。

Scheme 1

氟原子是一種非常獨(dú)特的元素，它不僅電負(fù)性強(qiáng)，而且具有很好的熱穩(wěn)定性和親油性。因此將氟原子引入有機(jī)小分子中可以提高其物理化學(xué)性質(zhì)以及生物活性[16]，如含氟雜環(huán)化合物往往具有較好的除草[17]、殺菌[18]和殺蟲(chóng)[19]活性。為了進(jìn)一步研究含氟雜環(huán)化合物在農(nóng)藥上的除草活性，本文以對(duì)氟苯甲酰肼(1)為初始原料，經(jīng)成鹽、環(huán)化和一鍋法反應(yīng)制得中間體5-對(duì)氟苯基-2,4-二氫-1,2,4-三唑-3-硫酮磷亞胺(4)； 4與芳基異氰酸酯經(jīng)氮雜Wittig反應(yīng)，后經(jīng)成環(huán)反應(yīng)合成了11個(gè)新型的含氟6-芳氨基-1,2,4-三唑[3,4-b]-1,3,4-噻二唑(6a～6k， Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR, IR和HR-MS確證。對(duì)單、雙子葉植物的除草活性測(cè)試結(jié)果表明：用藥量為100 mg·L-1時(shí)，6c和6f對(duì)稗草和蘿卜的莖和根的生長(zhǎng)表現(xiàn)優(yōu)異的抑制活性，抑制率高達(dá)100%。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

XT-4型熔點(diǎn)儀； AVANCE 400型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑, TMS為內(nèi)標(biāo))； Nicolet 6700型傅里葉紅外光譜儀(KBr壓片)； FinniganMAT8430型質(zhì)譜儀。

1[20]、中間體對(duì)氟苯甲酰肼基二硫代甲酸鹽(2)[21]和4-氨基-5-對(duì)氟苯基-2,4-二氫-1,2,4-三唑-3-硫酮(3)[21]參照文獻(xiàn)方法合成；其余所用試劑均為分析純,其中乙醇、三乙胺和二氯甲烷按標(biāo)準(zhǔn)方法除水。

1.2 合成

(1) 4的合成

在三口燒瓶中依次加入3 0.84 g(4 mmol)， PPh31.57 g (6 mmol)， C2Cl61.42 g(6 mmol)和CH2Cl220 mL，冷卻至0 ℃，緩慢滴加Et3N 1.21 g (12 mmol)，滴畢，于室溫反應(yīng)10 h。過(guò)濾，濾液蒸除溶劑得粗品，粗品經(jīng)混合溶劑(CH2Cl2/石油醚=1/6,V/V)重結(jié)晶得白色固體4 1.53 g, 收率81%， m.p.201～203 ℃;1H NMRδ: 12.62(s, 1H, NH), 7.79～6.94(m, 19H, ArH)。

(2) 6的合成通法

氮?dú)獗Ｗo(hù)下，向燒瓶中依次加入4 4.0 mmol和CH2Cl240 mL，待固體溶解后，快速加入取代苯基異氰酸酯4.6 mmol，加畢，待4反應(yīng)完全(TLC檢測(cè))。抽濾，濾餅用(3×100 mL)工業(yè)酒精洗滌，經(jīng)混合溶劑(DMSO/EtOH=1/8,V/V)重結(jié)晶得化合物6。

6a： 淡黃色固體，收率74%, m.p.>300 ℃;1H NMRδ: 10.81(s, 1H, NH), 8.29～8.26(m, 2H, ArH), 7.61～7.59(d,J=7.6 Hz, 2H, ArH), 7.50～7.43(t,J=8.8 Hz, 4H, ArH), 7.16～7.12(t,J=7.6 Hz, 1H, ArH);13C NMRδ: 116.0(d,JCF=23.0 Hz), 120.3(d,JCF=8.0 Hz), 125.5, 129.1, 129.8, 135.5, 144.8, 150.3, 156.9(d,JCF=238.0 Hz), 160.9, 162.5; IRν: 3 410(NH), 3 016, 1 608, 1 237(N—N=C), 689(C—S—C) cm-1;HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H10N5SF{[M+H]+} 312.064 1, found 312.063 8。

6b： 黃色固體，收率68%, m.p.279～281 ℃;1H NMRδ: 10.78(s, 1H, NH), 8.29～8.26 (m, 2H, ArH), 7.49～7.45(t,J=8.8 Hz, 2H, ArH), 7.40～7.38(d,J=8.8 Hz, 1H, ArH), 7.34～7.30(t,J=7.6 Hz, 1H, ArH), 6.96～6.94(d,J=7.2 Hz, 1H, ArH), 2.36(s, 3H, CH3);13C NMRδ: 17.83, 115.5, 116.2(d,JCF=23.0 Hz), 119.0, 122.7, 124.1, 127.9(d,JCF=9.0 Hz), 129.2, 138.7, 139.0, 144.0, 150.3, 160.9, 162.8(d,JCF=246.0 Hz); IRν: 3 432(NH), 3 012, 1 577, 1 231(N—N=C), 688(C—S—C) cm-1; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C16H12N5SF{[M+H]+} 326.079 7, found 326.079 2。

6c： 黃色固體，收率70%, m.p.>300 ℃;1H NMRδ: 11.35(s, 1H, NH), 8.18(s, 1H, ArH), 7.95(s, 1H, ArH), 7.63～7.60(d,J=6.8 Hz, 2H, ArH), 7.42～7.40(d,J=8.0 Hz, 2H, ArH);13C NMRδ: 116.0(d,JCF=23.0 Hz), 119.2, 125.7, 126.3, 126.6, 127.8(d,JCF=9.0 Hz), 129.2, 131.2, 134.4, 151.1, 152.8, 162.5(d,JCF=245.0 Hz), 164.5; IRν: 3 419(NH), 3 031, 1 580, 1 230(N—N =C), 684(C—S—C) cm-1; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H8N5SFCl2{[M+H]+} 379.986 1, found 379.985 5。

6d： 黃色固體，收率75%, m.p.>300 ℃;1H NMRδ: 10.94(s, 1H, NH), 8.26～8.22(d,J=8.8 Hz, 2H, ArH), 7.63～7.61(d,J=8.0 Hz, 2H, ArH), 7.51～7.44(m, 4H, ArH);13C NMRδ: 116.2(d,JCF=22.0 Hz), 120.0, 122.5, 126.8, 128.0(d,JCF=8.0 Hz), 129.3, 138.1, 144.1, 150.3, 152.7, 161.8(d,JCF=228.0 Hz), 163.9; IRν: 3 433(NH), 3 044, 1 579, 1 236(N—N=C), 678(C—S—C) cm-1;HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H9N5SFCl{[M+H]+} 346.025 1, found 346.024 8。

6e： 黃色固體，收率68%, m.p.>300 ℃;1H NMRδ: 11.26(s, 1H, NH), 8.22(s, 1H, ArH), 7.93(s, 1H, ArH), 7.65～7.63(d,J=6.8 Hz, 2H, ArH), 7.45～7.43(d,J=8.0 Hz, 2H, ArH);13C NMRδ: 116.1(d,JCF=22.0 Hz), 116.2, 118.3, 119.5, 122.5, 124.6, 127.8(d,JCF=8.0 Hz), 129.0, 131.1, 131.4, 138.9, 144.1, 150.2, 160.4, 163.1(d,JCF=181.0 Hz); IRν: 3 419(NH), 3 027, 1 583, 1 229(N—N=C), 682(C—S—C) cm-1; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H8N5SFCl2{[M+H]+} 379.986 1, found 379.985 5。

“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)前體mRNA分子可以經(jīng)過(guò)不同的加工方式，形成不同的成熟mRNA產(chǎn)物?！痹撜撐牡谝蛔髡摺⒅袊?guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米改良中心陳秋月博士解釋，這就像用剪刀去剪繩子，再把剪下來(lái)的繩段重新打結(jié)一樣，剪哪里、剪幾刀、留下哪些繩段、以什么順序打結(jié)，這些都會(huì)產(chǎn)生不同的新繩。

6f： 淡黃色固體，收率62%, m.p.>300 ℃;1H NMRδ: 10.86(s, 1H, NH), 8.28～8.27(d,J=5.6 Hz, 2H, ArH), 7.51～7.43(m, 4H, ArH), 7.25～7.20(m, 2H, ArH), 2.31(s, 3H, CH3);13C NMRδ: 21.2, 115.5, 116.2(d,JCF=20.0 Hz), 118.9, 122.7, 124.1, 127.9(d,JCF=9.0 Hz), 129.2, 138.7, 139.0, 144.0, 150.3, 160.9, 162.8(d,JCF=246.0 Hz); IRν: 3 418(NH), 3 009, 1 570, 1 236(N—N=C), 678(C—S—C) cm-1; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C16H12N5SF{[M+H]+} 326.079 7, found 326.079 3。

6g： 黃色固體，收率66%, m.p.274～275 ℃;1H NMRδ: 10.04(s, 1H, NH), 8.22～8.19(m,J=5.6 Hz, 2H, ArH), 7.79～7.77(d,J=7.6 Hz, 1H, ArH), 7.45～7.40(t,J=8.8 Hz, 2H, ArH), 7.33～7.29(t,J=7.2 Hz, 2H, ArH), 7.17～7.16(t,J=6.8 Hz, 1H, ArH), 2.32(s, 3H, CH3);13C NMRδ: 18.52, 116.1(d,JCF=22.0 Hz), 116.2, 122.6(d,JCF=4.0 Hz), 122.9, 125.6, 126.9, 127.8(d,JCF=8.0 Hz), 130.8, 131.0, 137.0, 143.8, 150.7, 162.5(d,JCF=198.0 Hz), 164.0; IRν: 3 428(NH), 3 034, 1 565, 1 238(N—N=C), 682(C—S—C) cm-1; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C16H12N5SF{[M+H]+} 326.079 7, found 326.079 3。

6h： 黃色固體，收率60%, m.p.297～298 ℃;1H NMRδ: 10.61(s, 1H, NH), 8.28～8.24(m,J=5.6 Hz, 4H, ArH), 7.51～7.43(m, 4H, ArH), 7.01～6.99(d,J=8.8 Hz, 2H, ArH), 4.04～4.02(m, 2H, OCH2CH3), 1.35～1.32(m, 3H, OCH2CH3);13C NMRδ: 14.6, 63.2, 115.1, 116.2(d,JCF=22.0 Hz), 120.4, 122.6(d,JCF=4.0 Hz), 127.9(d,JCF=9.0 Hz), 132.1, 144.0, 150.2, 154.8, 161.3, 162.8(d,JCF=246.0 Hz); IRν: 3 441(NH), 3 036, 1 234(N—N=C), 678(C—S—C) cm-1;HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C17H14N5OSF{[M+H]+} 356.098 1, found 356. 097 7。

6i： 淡黃色固體，收率65%, m.p.>300 ℃;1H NMRδ: 10.65(s, 1H, NH), 8.41(s, 1H, ArH), 8.28～8.27(d,J=5.2 Hz, 2H, ArH), 7.63～7.44(m, 2H, ArH), 7.35～7.32(d,J=8.8 Hz, 2H, ArH), 7.04～7.01(d,J=8.8 Hz, 1H, ArH), 6.86～6.84(d,J=8.8 Hz, 2H, ArH), 3.71(s, 3H, OCH3);13C NMRδ: 115.3, 116.3(d,JCF=23.0 Hz), 120.4, 122.6(d,JCF=4.0 Hz), 127.5(d,JCF=9.0 Hz), 132.1, 143.8, 150.4, 154.9, 161.5, 162.8(d,JCF=246.0 Hz); IRν: 3 440(NH), 3 029, 1 583, 1 230(N—N=C), 679(C—S—C) cm-1; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C16H12N5OSF{[M+H]+} 342.074 7, found 342.075 4。

6j： 黃色固體，收率75%, m.p.>300 ℃;1H NMRδ: 11.08(s, 1H, NH), 8.22(s, 2H, ArH), 7.93(s, 1H, ArH), 7.59～7.40(d,J=6.8Hz, 2H, ArH), 7.30～6.89(m, 3H, ArH);13C NMRδ: 111.5, 116.1(d,JCF=22.0 Hz), 119.7, 123.5, 125.3, 127.8(d,JCF=9.0 Hz), 129.0, 137.3, 140.5, 144.7, 150.4, 161.4, 162.9(d,JCF=245.0 Hz); IRν: 3 428(NH), 3 031, 1 580, 1 239(N—N=C), 694(C—S—C) cm-1; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H9N6O2SF{[M+H]+} 357.049 2, found 357.048 8。

6k： 淡黃色固體，收率72%, m.p.278～279 ℃;1H NMRδ: 11.28(s, 1H, NH), 8.28～8.25(t,J=6.4 Hz, 1H, ArH), 7.68～7.65(t,J=6.4 Hz, 2H, ArH), 7.49～7.45(t,J=8.8 Hz, 2H, ArH), 7.37～7.27(m, 3H, ArH);13C NMRδ: 116.0(d,JCF=22.0 Hz), 116.4(d,JCF=22.0 Hz), 119.9, 121.5(d,JCF=9.0 Hz), 126.8, 127.9(d,JCF=8.0 Hz), 138.2, 144.2, 150.4, 152.4, 157.4(d,JCF=218.0 Hz), 161.7(d,JCF=245 Hz); IRν: 3 437(NH), 3 018, 1 567, 1 234(N—N=C), 687(C—S—C) cm-1; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H9N5SF2{[M+H]+} 330.054 7, found 330.055 2。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

4對(duì)水敏感，極容易吸水分解，需保存于干燥器中。芳基異氰酸酯也容易吸水變質(zhì)，因此在合成6時(shí)，二氯甲烷等溶劑要除水干燥，且整個(gè)反應(yīng)需氮?dú)獗Ｗo(hù)。

由6的1H NMR可以看出，由于受不同取代基的影響，NH活潑氫的吸收峰位于δ10.04～11.28，均為單寬峰，苯環(huán)上的氫吸收峰位于δ7.12～8.26，δ2.32處的單峰為苯環(huán)相連的甲基吸收峰，δ3.71處的單峰是甲氧基的吸收峰，乙氧基中的亞甲基的吸收峰在δ4.02～4.04，其甲基吸收峰在δ1.32～1.35；由6的IR圖譜可見(jiàn)，N—H的吸收峰在3 436 cm-1處，N=N—C的振動(dòng)吸收峰在1 228 cm-1處，C—S—C的振動(dòng)吸收峰在680 cm-1處；HR-MS測(cè)試分子量和理論分子量誤差也很小(<0.000 7)。

2.3 除草活性

供試植物為稗草(代表單子葉植物)和蘿卜(代表雙子葉植物)，依據(jù)文獻(xiàn)[22]方法測(cè)試了6在濃度為10 mg·L-1和100 mg·L-1時(shí)對(duì)它們的莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)的抑制率，其結(jié)果見(jiàn)表1。表1中的測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果表明：當(dāng)濃度為100 mg·L-1時(shí)，當(dāng)濃度為100 mg·L-1時(shí)，6a～6k對(duì)稗草的莖和根的抑制率非常優(yōu)異，有9個(gè)達(dá)到A級(jí)，尤其是6c、 6e、 6f和6g抑制率均為100%。當(dāng)濃度為10 mg·L-1時(shí)，6a～6k對(duì)稗草的莖和根的抑制率都在C級(jí)以下，說(shuō)明隨著濃度從100 mg·L-1降為10 mg·L-1，對(duì)稗草的莖和根的抑制率也大幅度降低。

表1 6對(duì)單、雙子葉植物(稗草、蘿卜)的抑制活性aTable 1 The inhibition percentage of 6 to barnyard grass and radish

a負(fù)抑制率表示促進(jìn)植物生長(zhǎng)，活性標(biāo)準(zhǔn)：A級(jí)：≥90%; B級(jí)：≥70%; C級(jí)：≥50%; D級(jí)：<50%。

6a～6k對(duì)蘿卜的莖和根的抑制率有9個(gè)達(dá)到A級(jí)，其中6a、 6c和6f抑制率達(dá)到了100%。當(dāng)濃度為10 mg·L-1時(shí)，對(duì)蘿卜的莖和根的抑制率只有2個(gè)C級(jí)，多數(shù)化合物如6a和6c為負(fù)值，說(shuō)明具有一定的促進(jìn)作用，隨著濃度的降低對(duì)蘿卜的莖和根的抑制率也減小。

總之隨著濃度降低，6a～6k對(duì)稗草和蘿卜的莖和根的抑制率也下降。當(dāng)濃度為100 mg·L-1時(shí)，6c和6f對(duì)稗草和蘿卜的除草活性非常好，抑制率都是100%。隨著Ar基團(tuán)的變化，對(duì)稗草和蘿卜莖和根的抑制率并不是很有規(guī)律的變化，在隨后的工作中還需適當(dāng)引入更多的吸電子和供電子基團(tuán)，進(jìn)一步研究其除草活性。

3 結(jié)論

本文以對(duì)氟苯甲酰肼為初始原料，設(shè)計(jì)合成了11種新型的含氟6-芳氨基-1,2,4-三唑[3,4-b]-1,3,4-噻二唑(6a～6k)。對(duì)單、雙子葉植物的除草活性測(cè)試結(jié)果表明：濃度為100 mg·L-1時(shí)， 6c和6f對(duì)稗草、蘿卜的莖和根的抑制率非常優(yōu)異，均達(dá)到了100%。該研究結(jié)果為尋找合成含氟雜環(huán)化合物農(nóng)藥提供了一種較好的思路。

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Synthesis and Herbicidal Activities of Novel Fluorine-Containing 1,2,4-Triazolo[3,4-b]-1,3,4-thiadiazole Derivatives

WU Xiao-sheng1a, TANG Jun1a, CHEN Pu-qing1b, WANG Tao1a*, LUO Jin1a,1b*

(a. Jiangxi Province Key Laboratory of Chemical Biology， College of Chemistry and Chemical Engineering；b. Analytical & Testing Center, 1. Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China)

5-(4-Fluorophenyl)-2,4-2H- 1,2,4-triazolo[3,4-b]-1,3,4-thiadiazole iminophosphorane (4) was prepared by salt forming, cyclization and one pot reaction, using benzoyl hydraziono as starting material. Eleven novel fluorine-containing 1,2,4-triazolo[3,4-b]-1,3,4-thiadiazole derivatives(6a～6k) were successfully synthesized by the aza-Wittig reaction with 4 with arylisocyanates, and then annulation reaction. The structures were characterized by1H NMR,13C NMR, IR and HR-MS. The results of preliminary bioassay demonstrated that 6c and 6f showed 100% inhibitory activities on barnyard grass and radish at the dosage of 100 mg·L-1.

aza-Wittig reaction; 1,2,4-triazolo[3,4-b]-1,3,4-thiadiazole; synthesis; herbicidal activity

2017-03-01

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21262018, 21562026)； 江西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20161BAB203085)； 江西省自然科學(xué)青年基金資助項(xiàng)目(20161BAB213072)

吳小盛(1963-)，男，漢族，江西撫州人，碩士研究生，主要從事新型雜環(huán)化合物的合成與除草活性的研究。 E-mail: 1340125160@qq.com

羅勁，實(shí)驗(yàn)師， Tel. 0791-88122739， E-mail: jinluo@jxnu.edu.cn； 王濤，教授， E-mail: wangtao@jxnu.edu.cn

O626.2

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.06.17041