1—4—叔丁基芐基脲嘧啶類化合物的合成及其除草活性

摘要：以蘋(píng)果酸、尿素和20%發(fā)煙硫酸為原料，進(jìn)行縮合反應(yīng)合成脲嘧啶。在無(wú)水碳酸鉀存在下，以N，N-二甲基甲酰胺和丙酮為溶劑，4-叔丁基芐氯與脲嘧啶反應(yīng)，合成了2個(gè)1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶類化合物。目標(biāo)化合物均通過(guò)1H NMR和元素分析確證，生物活性測(cè)試表明該類化合物有一定的除草活性，100 μg/mL的1-（4-叔丁基芐氯）脲嘧啶對(duì)油菜根長(zhǎng)生長(zhǎng)抑制具有較好的效果。

關(guān)鍵詞：1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶；合成；除草活性

中圖分類號(hào)：O626.4；S482.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）23-5754-03

脲嘧啶化合物是一類很重要的具有較高生物活性的物質(zhì)，在醫(yī)藥和農(nóng)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如抗病毒藥物司他夫定[1]和齊多夫定[2]，抗腫瘤藥物去氧氟尿苷[3]，除草劑特草定、環(huán)草定和除草定等[4]。由于脲嘧啶類化合物能表現(xiàn)出良好的生物活性和多樣性，引起了許多科學(xué)家尤其是農(nóng)藥領(lǐng)域的科研人員的重視，發(fā)現(xiàn)了許多具有優(yōu)異除草活性的化合物[5-14]，特別是在脲嘧啶結(jié)構(gòu)的6-位引入三氟甲基，3-位引入取代芐基，1-位上是氨基或甲基后，化合物的除草活性得到極大的提高，成為一類新型原卟啉原氧化酶（PPO酶）抑制劑，如氟丙嘧草酯[5]和雙苯嘧草酮[6]。為了進(jìn)一步研究脲嘧啶類化合物結(jié)構(gòu)與活性，本研究在脲嘧啶類化合物脲嘧啶環(huán)的1-位引入4-叔丁基芐基，合成了2個(gè)1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶類化合物，并研究其除草活性。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Bruker AV300型核磁共振儀（300 MHz，以CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)）；Yanaco CHN CORDER MT-3型自動(dòng)元素分析儀；XT 4A型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀（北京科儀電光儀器廠）。試劑均為市售分析純。

1.2 目標(biāo)化合物的合成

1.2.1 脲嘧啶的合成 250 mL三口燒瓶配置機(jī)械攪拌、溫度計(jì)，外用冰浴冷卻。燒瓶中加入80 mL 20%發(fā)煙硫酸，開(kāi)動(dòng)攪拌，溫度控制在0～8 ℃以內(nèi)慢慢加入20 g（0.33 mol）尿素，放熱，約40 min加完；10 min后，再用40 min慢慢加入20 g（0.15 mol）蘋(píng)果酸，加完后再攪拌30 min，放置過(guò)夜。用水浴小心加熱，最后于沸水浴上加熱90 min。稍冷，攪拌下慢慢將反應(yīng)物倒入240 g冰水浴中，冷后濾出結(jié)晶，去離子水洗；再用250 mL沸水重結(jié)晶，加入1 g活性炭，脫色過(guò)濾，冷后濾出晶體質(zhì)量為11.08 g，產(chǎn)率為66.1%。所得產(chǎn)品為白色針狀晶體，熔點(diǎn)332～335 ℃，文獻(xiàn)[15]的熔點(diǎn)為335 ℃。

1.2.2 目標(biāo)化合物的合成 在100 mL燒瓶中加入0.56 g（5 mmol）脲嘧啶，0.84 g（6 mmol）無(wú)水碳酸鉀，20 mL N，N-二甲基甲酰胺，10 mL丙酮，慢慢加入0.92 g （5 mmol）4-叔丁基芐氯，室溫下攪拌6 h，然后升溫回流反應(yīng)4 h。脫溶后加入20 mL去離子水，濃鹽酸酸化至pH 3～4。減壓過(guò)濾，得到白色固體，然后經(jīng)柱層析得到1-（4-叔丁基芐基） 脲嘧啶（化合物1）和1，3-二（4-叔丁基芐基）脲嘧啶（化合物2）。

1.3 除草活性測(cè)定方法

油菜平皿法：分別在直徑6 cm的2個(gè)培養(yǎng)皿中鋪好一張直徑5.6 cm的濾紙，分別各自加入2 mL 濃度為100 μg/mL和10 μg/mL的供試化合物溶液，播種浸種4～6 h的油菜（Brassica napus）種子15粒，（28±1） ℃下黑暗培養(yǎng)65 h后測(cè)定胚根長(zhǎng)度。通過(guò)黑暗條件下化合物對(duì)油菜胚根的生長(zhǎng)抑制來(lái)檢測(cè)化合物的除草活性?；钚灾笜?biāo)：油菜根長(zhǎng)生長(zhǎng)抑制率。

稗草小杯法：分別在覆蓋一層玻璃珠的50 mL的2個(gè)燒杯中加入一張濾紙片，分別各自加入5 mL 濃度為100 μg/mL和10 μg/mL的供試化合物溶液，播種露白的稗草種子10粒，（28±1） ℃下光照培養(yǎng)65 h后測(cè)定地上部分高度。通過(guò)光照條件下化合物對(duì)稗草地上部分的生長(zhǎng)抑制來(lái)檢測(cè)化合物的除草活性。活性指標(biāo)：稗草株高生長(zhǎng)抑制率。

2 結(jié)果與分析

2.1 目標(biāo)化合物的合成和確認(rèn)

以蘋(píng)果酸、尿素和20%發(fā)煙硫酸為原料，進(jìn)行縮合反應(yīng)合成脲嘧啶。其反應(yīng)歷程為：蘋(píng)果酸在20%發(fā)煙硫酸中脫去水和一氧化碳，生成丙醛酸，丙醛酸異構(gòu)化為3-羥基丙烯酸，然后與尿素脫水縮合環(huán)化生成脲嘧啶。脲嘧啶的氮原子作為親核試劑反應(yīng)中心與4-叔丁基芐氯發(fā)生親核取代反應(yīng)，脲嘧啶1-位氮原子反應(yīng)活性大于3-位氮原子反應(yīng)活性，反應(yīng)生成1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶。在1-位氮原子上引入給電子基團(tuán)4-叔丁基芐基后，使3-位氮原子的堿性增強(qiáng)，親核取代反應(yīng)活性增大，部分1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶同時(shí)在3-位氮原子引入4-叔丁基芐基，生成1，3-二（4-叔丁基芐基）脲嘧啶。因此，4-叔丁基芐氯與脲嘧啶反應(yīng)可以合成2個(gè)化合物。

所合成的目標(biāo)化合物均通過(guò)1H NMR，以化合物1為例予以說(shuō)明，從該化合物的核磁共振氫譜圖中可以看出各個(gè)氫的吸收峰。1.313（s， 9H）為叔丁基上3個(gè)甲基氫的吸收峰， 4.883（s，2H）為與脲嘧啶1位N相連的亞甲基的吸收峰，5.679， 5.696（d，1H）為脲嘧啶環(huán)上5位氫的吸收峰，7.148， 7.175（d，1H）為脲嘧啶環(huán)上6位氫的吸收峰，7.210～7.411（m， 4H）為苯環(huán)上氫的吸收峰，8.872（s，1H）為脲嘧啶環(huán)上NH的吸收峰。

2.2 目標(biāo)化合物的除草活性分析

1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶類化合物除草活性分析見(jiàn)表1。由表1可知，目標(biāo)化合物有一定的除草活性?；衔?濃度為100 μg/mL時(shí)，對(duì)油菜根長(zhǎng)抑制率為53.2%，對(duì)稗草株高生長(zhǎng)抑制率為40.8%；化合物1濃度為10 μg/mL時(shí)，對(duì)油菜根長(zhǎng)抑制率為9.3%，對(duì)稗草株高生長(zhǎng)抑制率為16.8%?；衔?濃度100 μg/mL時(shí)對(duì)油菜根長(zhǎng)生長(zhǎng)抑制和稗草株高生長(zhǎng)抑制具有較好的效果，但是當(dāng)濃度降低到10 μg/mL時(shí)對(duì)油菜根長(zhǎng)生長(zhǎng)抑制和稗草株高生長(zhǎng)抑制效果較差?；衔?濃度為100 μg/L和10 μg/L時(shí)，對(duì)油菜根長(zhǎng)和稗草株高的生長(zhǎng)抑制幾乎無(wú)效果。

3 結(jié)論

以蘋(píng)果酸、尿素和20%發(fā)煙硫酸為原料，進(jìn)行縮合反應(yīng)得脲嘧啶。在無(wú)水碳酸鉀存在下，以N，N-二甲基甲酰胺和丙酮為溶劑，4-叔丁基芐氯與脲嘧啶反應(yīng)，合成了2個(gè)1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶類化合物。生物活性測(cè)試表明該類化合物有一定的除草活性，化合物1濃度為100 μg/mL時(shí)對(duì)油菜根長(zhǎng)抑制率為53.2%，對(duì)稗草株高生長(zhǎng)的抑制率為40.8%?；衔?濃度為100 μg/L和10 μg/L時(shí)，對(duì)油菜根長(zhǎng)和稗草株高的生長(zhǎng)抑制幾乎無(wú)效果。在芐基脲嘧啶類化合物的芐基上引入叔丁基后，與其他芐基脲嘧啶類化合物的除草活性[14]相比，除草活性有所提高，脲嘧啶類化合物結(jié)構(gòu)的優(yōu)化還有待進(jìn)一步研究。

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