任 達(dá)，王佳穎，李曉天，劉泓怡，孫素素，陳 來(lái)，張金林

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，河北 保定 071001）

在過(guò)去70年里，除草劑的大量不合理使用導(dǎo)致數(shù)百種雜草產(chǎn)生了抗性，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的壓力[1]。在20世紀(jì)50年代初到80年代中期，每2年就可發(fā)現(xiàn)1種新的除草劑作用機(jī)制，以及多數(shù)大規(guī)模種植作物的生產(chǎn)逐漸依賴(lài)除草劑進(jìn)行雜草控制，這也導(dǎo)致了許多抗除草劑雜草相對(duì)緩慢但穩(wěn)定的進(jìn)化[2]。截至目前，國(guó)際抗除草劑雜草數(shù)據(jù)庫(kù)（http://www.weedscience.com/Home.aspx）中已有71個(gè)國(guó)家報(bào)道了在94種作物田中均出現(xiàn)了抗除草劑雜草，涉及521個(gè)抗除草劑案例。因此，開(kāi)發(fā)新型除草劑品種對(duì)于雜草綜合防控具有重要的意義。

近年來(lái), 雜環(huán)類(lèi)化合物由于其可作為核心藥效團(tuán)或其他環(huán)的生物電子等排體，以及結(jié)構(gòu)可多樣性改造特點(diǎn)，在農(nóng)藥創(chuàng)制過(guò)程中被廣泛應(yīng)用，也成為化學(xué)農(nóng)藥發(fā)展的主要趨勢(shì)。其中含氮雜環(huán)在農(nóng)藥創(chuàng)制研究中占有非常重要的地位[3-4]，例如吡唑類(lèi)化合物，表現(xiàn)出多種農(nóng)藥生物活性，如殺菌劑中琥珀酸脫氫酶抑制劑吡唑萘菌胺、殺蟲(chóng)劑中氰吡螨酯、除草劑中吡草醚、環(huán)吡氟草酮、氯吡嘧磺隆[5]，以及具有誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病活性的4-甲基-1-氯-吡唑-5-甲酸（CMPA）[6]等等。其中，苯甲?；吝蝾?lèi)表現(xiàn)出很好的除草活性，對(duì)玉米、大豆、棉花、小麥等表現(xiàn)出良好的安全性，具有廣闊的前景[8]。?；螂孱?lèi)化合物因其具有良好的抑菌、除草、殺蟲(chóng)等活性而備受人們關(guān)注[7-13]。在近幾十年時(shí)間里，具有吡唑雜環(huán)的?；螂孱?lèi)化合物也進(jìn)入了人們的視野，如王立增[14-15]等人合成的吡唑甲酰基硫脲類(lèi)化合物具有較好的除草活性和殺螨活性；貢云蕓[16]等人合成了24個(gè)新型?；螂孱?lèi)化合物，除草活性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，在200 mg/L濃度下大部分化合物表現(xiàn)出較高的除草活性。

由此看出，吡唑類(lèi)化合物和?；螂骞倌軋F(tuán)在農(nóng)藥中占有重要的地位，基于農(nóng)藥活性分子合理設(shè)計(jì)的原理，將1-甲基-5-氨基吡唑和芳?；惲蚯杷狨ミM(jìn)行縮合，得到了8個(gè)吡唑芳?；螂孱?lèi)化合物，并利用小杯法和莖葉處理法測(cè)定目標(biāo)化合物的除草活性，以期得到高活性除草化合物，為研發(fā)新型除草劑奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

所得化合物的NMR在Bruker Avance-400MHZ核磁光譜儀上測(cè)定（TMS為內(nèi)標(biāo)，氘代氯仿或氘代DMSO為溶劑）；高分辨率質(zhì)譜在FTICR-MS Varian 7.0T儀器上測(cè)定；熔點(diǎn)在X-4雙目顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀（河南鞏義高科儀器有限責(zé)任公司）上測(cè)定（溫度未校正）；本試驗(yàn)所用試劑為化學(xué)純或市售分析純。供試的3種植物分別是：馬唐（Digitaria sanguinalis）、油菜（Brassica campestris）和反枝莧（Amaranthus retroflexus）。

1.2 合成方法

1.2.1 化合物2的合成 參考文獻(xiàn)[17]中的方法，稱(chēng)取化合物 1（3.4 mmol）于 50 mL 圓底燒瓶中，加入20 mL二氯甲烷將其溶解，在攪拌的狀態(tài)下逐滴加入草酰氯（6.8 mmol），加入完畢后，滴加2滴DMF進(jìn)行催化，室溫反應(yīng)0.5 h，反應(yīng)完成后，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)脫去剩余草酰氯和溶劑，得到粗產(chǎn)物化合物2，無(wú)需純化，直接進(jìn)入下一步反應(yīng)。

1.2.2 化合物3的合成 于50 mL圓底燒瓶中，加入20 mL二氯甲烷，將化合物2（3.4 mmol）溶解，在攪拌條件下緩慢地加入硫氰酸鉀（6.8 mmol），隨即滴加1 mL PEG-400進(jìn)行催化，反應(yīng)在66 ℃條件下回流4 h，TLC實(shí)時(shí)檢測(cè)。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾除去固體，得到濾液為溶于化合物3的粗產(chǎn)物二氯甲烷溶液，備用。

1.2.3 化合物4的合成 參考文獻(xiàn)[18]中的方法，將上述含有化合物3的濾液加入到50 mL圓底燒瓶中，在攪拌的狀態(tài)下緩慢地加入1-甲基-5-氨基吡唑（3.4 mmol）的二氯甲烷溶液，室溫反應(yīng) 4 h，TLC實(shí)時(shí)檢測(cè)。待反應(yīng)結(jié)束后，抽濾得固體，為部分產(chǎn)物，濾液濃縮后粗產(chǎn)物用100 ～ 200目的硅膠進(jìn)行分離純化，洗脫液為沸程60 ～ 90 ℃的石油醚∶乙酸乙酯（V石油醚∶V乙酸乙酯= 3∶1）體系，得到最終化合物4。

圖1 目標(biāo)化合物的合成路線(xiàn)Fig.1 Synthesis route of the target compounds

1.3 除草活性測(cè)定

1.3.1 小杯法除草活性測(cè)定 稱(chēng)取目標(biāo)化合物20 mg，加入 1 mL DMF（N,N-二甲基甲酰胺）溶解得到2×104mg/L 母液，取母液 100 μL，用 0.1% 的吐溫80水溶液定容至10 mL，得到供試濃度200 mg/L，進(jìn)行除草活性測(cè)定。

參照室內(nèi)生物測(cè)定試驗(yàn)，采用小杯法評(píng)價(jià)目標(biāo)化合物的除草活性。使用50 mL小燒杯，于杯底放置2張合適大小的濾紙片，挑選9粒發(fā)芽情況一致的種子有序的放置在濾紙片上。用移液槍向?yàn)V紙片上均勻加入1 mL待測(cè)藥液，蓋好皿蓋保濕，做好記錄，進(jìn)行培養(yǎng)。對(duì)照組設(shè)置莠去津?yàn)殛?yáng)性對(duì)照，同時(shí)設(shè)置清水對(duì)照和溶劑對(duì)照。每個(gè)處理重復(fù)3次，將處理后的小杯置于人工氣候室（溫度(25±1) ℃，濕度(70±5)%，光照周期晝夜比為16∶8）培養(yǎng)。

根據(jù)其生長(zhǎng)情況，處理后7 d分別測(cè)量其根和莖的長(zhǎng)度并統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果，按以下公式計(jì)算目標(biāo)化合物對(duì)供試植物的根長(zhǎng)抑制率和莖長(zhǎng)抑制率，評(píng)價(jià)其除草活性，差異顯著性分析通過(guò)Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行比較。

1.3.2 莖葉處理法除草活性測(cè)定 參照農(nóng)藥室內(nèi)生物測(cè)定試驗(yàn)準(zhǔn)則，使用 7 cm×7 cm×10 cm 的小花盆，加入蛭石與營(yíng)養(yǎng)土（體積比為1∶1），選取9粒生長(zhǎng)情況一致的露白種子進(jìn)行種植，于溫室（白天(25±2) ℃，夜間(20±2) ℃）中進(jìn)行培養(yǎng)，待其生長(zhǎng)至2葉期備用。

莖葉處理法的初篩濃度為200 mg/L，對(duì)供試植物油菜、反枝莧和馬唐進(jìn)行處理，以莠去津?yàn)殛?yáng)性對(duì)照，每個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行3個(gè)平行處理，并設(shè)有空白對(duì)照。莖葉噴霧用型號(hào)為JY-2000行走式噴霧塔進(jìn)行統(tǒng)一處理。

處理后進(jìn)行標(biāo)記并記錄，繼續(xù)于溫室內(nèi)培養(yǎng)。根據(jù)其生長(zhǎng)情況，處理后7 ～ 14 d剪取供試植株地上部分測(cè)量鮮重，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按下列公式計(jì)算目標(biāo)化合物對(duì)供試植物的鮮重抑制率，差異顯著性分析通過(guò)Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 目標(biāo)化合物結(jié)構(gòu)表征

本研究共得到8個(gè)目標(biāo)化合物（表1），所得化合物的結(jié)構(gòu)表征如下：

表1 化合物4-1～4-8的化學(xué)結(jié)構(gòu)Table 1 The chemical structure of compounds 4-1 to 4-8

化合物4-1，黃色固體，產(chǎn)率77%，m.p.:201 ～ 202 ℃；1H NMR (500 MHz, DMSO)δ12.18(s, 1H), 11.95 (s, 1H), 8.41 (d,J= 3.2 Hz, 1H), 8.18-7.94 (m, 1H), 7.41 (d,J= 1.9 Hz, 1H), 7.27 (dd,J= 4.8, 4.0 Hz, 1H), 6.42 (d,J= 1.8 Hz, 1H), 3.71(s, 3H).13C NMR (126 MHz, DMSO) δ 180.00 (s),166.58 (s), 136.77 (s), 135.75 (s), 135.45 (s), 132.05(s), 129.16 (s), 124.74 (d,J= 3.6 Hz), 100.87 (s),35.06 (s). HRMS [M+H]+calcd for C10H10N4OS2:267.0374, found: 267.037 1。

化合物4-2，黃色固體，產(chǎn)率67%，m.p.:190 ～ 191 ℃；1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 12.31 (s, 1H), 12.00 (s, 1H), 7.74 (d,J= 7.7 Hz, 1H),7.63 (d,J= 6.2 Hz, 1H), 7.53-7.46 (m, 2H), 7.44 (d,J= 1.5 Hz, 1H), 6.44 (d,J= 1.2 Hz, 1H), 3.73 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 180.28 (s), 168.38 (s),137.33 (s), 136.28 (s), 133.74 (s), 132.64 (s), 132.21(s), 129.25 (s), 127.56 (s), 118.84 (s), 101.52 (s),35.61 (s). HRMS [M+H]+calcd for C12H11BrN4OS:338.991 5, found: 338.990 9。

化合物4-3，棕色固體，產(chǎn)率63%, m.p.:188 ～ 189 ℃；1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 12.18(s, 1H), 12.05 (s, 1H), 8.19 (s, 1H), 7.97 (d,J= 7.9 Hz, 1H), 7.87 (d,J= 8.0 Hz, 1H), 7.51 (t,J= 7.9 Hz,1H), 7.42 (d,J= 1.8 Hz, 1H), 6.43 (d,J= 1.8 Hz,1H), 3.72 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 181.04 (s), 167.25 (s), 137.82 (s), 136.81 (s), 136.26(s), 134.64 (s), 131.87 (s), 131.08 (s), 128.37 (s),121.97 (s), 101.87 (s), 36.11 (d,J= 3.5 Hz). HRMS[M+H]+calcd for C12H11BrN4OS: 338.9915, found:338.9912。

化合物4-4，黃色固體，產(chǎn)率71%，m.p.:225 ～ 226 ℃；1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 12.21(s, 1H), 12.01 (s, 1H), 7.94 (s, 1H), 7.92 (s, 1H),7.78 (s, 1H), 7.76 (s, 1H), 7.42 (d,J= 1.9 Hz, 1H),6.43 (d,J= 1.8 Hz, 1H), 3.72 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 180.59 (s), 167.35 (s), 137.30 (s),136.33 (s), 131.67 (s), 131.47 (s), 130.85 (s), 127.23(s), 101.34 (s), 35.61 (s). HRMS [M+H]+calcd for C12H11BrN4OS: 338.991 5, found: 338.991 3。

化合物4-5，黃色固體，產(chǎn)率78%，m.p.:141 ～ 142 ℃；1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 12.21(s, 1H), 12.01 (s, 1H), 7.53 (d,J= 7.6 Hz, 1H), 7.47-7.40 (m, 2H), 7.31 (t,J= 7.9 Hz, 2H), 6.45 (d,J=1.8 Hz, 1H), 3.72 (s, 3H), 2.43 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 180.95 (s), 170.91 (s), 137.79 (s),136.84 (s), 136.63 (s), 134.24 (s), 131.58 (s), 131.15(s), 128.71 (s), 126.02 (s), 101.78 (s), 36.12 (s), 19.97(s). HRMS [M+H]+calcd for C13H14N4OS: 275.096 6,found: 275.096 0。

化合物4-6，白色固體，產(chǎn)率81%，m.p.:152 ～ 153 ℃；1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 12.37(s, 1H), 11.82 (s, 1H), 7.93 (d,J= 8.2 Hz, 2H), 7.41(d,J= 1.9 Hz, 1H), 7.35 (d,J= 8.1 Hz, 2H), 6.44 (d,J= 1.8 Hz, 1H), 3.72 (s, 3H), 2.40 (s, 3H).13C NMR(101 MHz, DMSO) δ 181.19 (s), 168.56 (s), 144.31(s), 137.78 (s), 136.89 (s), 129.53 (s), 129.42 (s),129.39 (s), 101.75 (s), 36.11 (s), 21.64 (s). HRMS[M+H]+ calcd for C13H14N4OS: 275.0966, found:275.0958。

化合物4-7，黃色固體，產(chǎn)率83%，m.p.:145 ～ 146 ℃；1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 12.33(s, 1H), 11.85 (s, 1H), 7.85 (s, 1H), 7.79 (d,J= 7.6 Hz, 1H), 7.49 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.44 (d,J= 7.6 Hz,1H), 7.42 (d,J= 1.9 Hz, 1H), 6.44 (d,J= 1.8 Hz,1H), 3.72 (s, 3H), 2.40 (s, 3H).13C NMR (101 MHz,DMSO) δ 181.15 (s), 168.82 (s), 138.34 (s), 137.79(s), 136.87 (s), 134.37 (s), 132.26 (s), 129.71 (s),128.87 (s), 126.45 (s), 101.78 (s), 36.11 (s), 21.28 (s).HRMS [M+H]+calcd for C13H14N4OS: 275.0966,found: 275.095 8。

化合物4-8，黃色固體，產(chǎn)率73%，m.p.:190 ～ 191 ℃；1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 12.09 (s, 1H), 11.70 (s, 1H), 8.10 (s, 1H), 7.90 (d,J=3.6 Hz, 1H), 7.41 (d,J= 1.8 Hz, 1H), 6.78 (dd,J= 3.6,1.6 Hz, 1H), 6.41 (d,J= 1.7 Hz, 1H), 3.71 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 180.84 (s), 158.03 (s),149.19 (s), 145.01 (s), 137.78 (s), 136.80 (s), 119.49(s), 113.20 (s), 101.91 (s), 36.07 (s). HRMS [M+H]+calcd for C10H10N4O2S: 251.0602, found: 251.059 5。

2.2 化合物的除草活性測(cè)定

2.2.1 小杯法除草活性結(jié)果 由表2可知，在200 mg/L條件下，采用小杯法進(jìn)行除草活性測(cè)定，化合物4-1、4-5對(duì)油菜根的抑制率分別為92%、85%，對(duì)油菜莖的抑制率分別為74%和63%，均顯著高于對(duì)照藥劑莠去津（P＜0.05）；化合物4-5、4-6、4-7、4-8對(duì)反枝莧根的抑制率在58%～70%，顯著高于對(duì)照藥劑莠去津（P＜0.05），化合物4-3、4-4、4-6對(duì)其莖抑制率在68%～74%，顯著高于對(duì)照藥劑莠去津（P＜0.05）；化合物4-2、4-3對(duì)馬唐根的抑制率分別為65%和76%，顯著高于對(duì)照藥劑莠去津（P＜0.05）。綜上，在小杯法除草活性測(cè)定中，化合物4-1、4-5對(duì)于油菜根和莖的抑制率均顯著優(yōu)于對(duì)照藥劑莠去津（P＜0.05）；化合物4-6對(duì)反枝莧根和莖的抑制率顯著優(yōu)于對(duì)照藥劑莠去津（P＜0.05）；化合物4-2對(duì)于馬唐根和莖都有較好的抑制效果。

表2 目標(biāo)化合物的除草活性（200 mg/L，小杯法，抑制率/%）Table 2 Herbicidal activity of the target compounds(200 mg/L, small cup method, inhibition rate)

2.2.2 莖葉處理法除草活性結(jié)果 由表3可知，在200 mg/L的條件下，采用莖葉處理進(jìn)行除草活性測(cè)定，化合物4-2、4-5、4-8對(duì)馬唐鮮重抑制率均顯著優(yōu)于對(duì)照藥劑莠去津（P＜0.05）；其中，對(duì)反枝莧鮮重抑制率最高的為化合物4-3（抑制率64%），略低于對(duì)照藥劑莠去津（抑制率91%）；化合物4-1、4-5對(duì)油菜鮮重抑制率顯著高于對(duì)照藥劑（P＜0.05）。綜上，所合成的目標(biāo)化合物對(duì)反枝莧鮮重?zé)o明顯抑制效果，而化合物4-5對(duì)馬唐和油菜鮮重抑制率均顯著高于對(duì)照藥劑莠去津（P＜0.05）。

表3 200 mg/L時(shí)目標(biāo)化合物的除草活性（莖葉處理法）Table 3 Herbicidal activity of the target compounds at 200 mg/L

3 討論與結(jié)論

本研究采用農(nóng)藥分子合理設(shè)計(jì)的原理，以芳香硫氰酸酯和1-甲基-5-氨基吡唑?yàn)樵线M(jìn)行縮合反應(yīng)，合成了8個(gè)吡唑芳酰基硫脲類(lèi)衍生物，所得目標(biāo)化合物產(chǎn)率為63%～83%。

在制備反應(yīng)中間體芳香酰氯時(shí)，由于SOCl2具有強(qiáng)烈的刺激性氣味，且不方便后處理[19]，故將其替換為草酰氯，方便了試驗(yàn)后處理。加入催化量DMF，可以大大縮短反應(yīng)時(shí)間促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行程度，同時(shí)在制備酰氯時(shí)由于其性質(zhì)不穩(wěn)定，要嚴(yán)格保持無(wú)水條件[20]，需要在合成后快速投到下一步反應(yīng)。在酰氯和硫氰酸鉀反應(yīng)的過(guò)程中，加入PEG-400做催化劑可以更好的促進(jìn)硫氰酸根離子進(jìn)入有機(jī)相（莖葉處理法）[21]。

通過(guò)分析結(jié)果得出，當(dāng)取代基為苯環(huán)連有烷基基團(tuán)（-CH3）時(shí)，所得目標(biāo)化合物產(chǎn)率高于鹵素基團(tuán)（-Br）取代的化合物；其中，烷基基團(tuán)（-CH3）在間位時(shí)，所得目標(biāo)化合物產(chǎn)率最高，為83%；鹵素基團(tuán)（-Br）在間位時(shí)，所得目標(biāo)化合物產(chǎn)率最低，為63%，表明苯環(huán)上間位帶有不同效應(yīng)的取代基時(shí)對(duì)其目標(biāo)化合物產(chǎn)率具有一定的影響。

綜合小杯法和莖葉處理法除草活性測(cè)定結(jié)果，當(dāng)取代基為噻吩環(huán)時(shí)，能顯著提高化合物對(duì)油菜根、莖的抑制率和鮮重抑制率；當(dāng)取代基為甲苯和噻吩環(huán)時(shí)，能顯著提高化合物對(duì)反枝莧根的抑制率，但對(duì)其鮮重抑制率影響不大；當(dāng)取代基為2-溴苯基時(shí)，對(duì)馬唐根、莖的抑制率和鮮重抑制率效果較好。綜上，當(dāng)取代基為2-溴苯基（化合物4-2）和2-甲苯（化合物4-5）時(shí)，對(duì)于3種供試植物的綜合抑制效果較好。