吡唑酰胺類衍生物的合成及除草活性評價(jià)

李曉天，任 達(dá)，高 衛(wèi)，孫素素，陳 來，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）

除草劑的使用不僅在作物草害的綜合防治中發(fā)揮關(guān)鍵作用，還為農(nóng)產(chǎn)品的穩(wěn)產(chǎn)增收以及糧食安全保駕護(hù)航［1-2］。然而除草劑的不合理使用，使得雜草抗藥性越發(fā)嚴(yán)重，最終導(dǎo)致農(nóng)藥的施用量越來越多，形成了惡性循環(huán)［3-4］。研制新型農(nóng)藥品種不僅可以降低農(nóng)藥的使用量，緩解抗藥性，還可能發(fā)現(xiàn)新的靶標(biāo)位點(diǎn)［5-6］。因此，開發(fā)新型農(nóng)藥品種對于降低農(nóng)藥使用量以及緩解靶標(biāo)抗性具有重要意義［7］。

雜環(huán)化合物因其含有雜原子，往往展示出有別于全碳芳香環(huán)的生物活性，使其在新農(nóng)藥創(chuàng)制領(lǐng)域中扮演著重要角色［8-9］。其中含有2 個(gè)氮原子的五元雜環(huán)吡唑，作為重要的農(nóng)藥生物活性骨架，展示出了多種不同的功能［10］，例如充當(dāng)玉米田除草劑苯唑草酮中除草活性藥效團(tuán)［11］，可以通過吡唑的異構(gòu)化，形成酮式結(jié)構(gòu)，與靶標(biāo)對羥基苯基丙酮酸雙氧化酶（4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase，4-HPPD）中的亞鐵離子形成配位鍵［12］。再者，如琥珀酸脫氫酶抑制劑中的二氟甲基吡唑，作為殺菌活性核心藥效團(tuán)，開發(fā)出了多個(gè)琥珀酸脫氫酶抑制劑品種［13-14］。同樣，吡唑雜環(huán)的衍生物也出現(xiàn)在殺蟲劑中，例如殺蟲劑敵蠅威等。因此，吡唑類衍生物在農(nóng)藥的多個(gè)領(lǐng)域都占有重要的地位。

吡唑酰胺類衍生物作為農(nóng)藥活性分子，在殺菌劑、殺蟲劑、除草劑中應(yīng)用廣泛，如董存濤等人［15-16］報(bào)道了吡唑芐酰胺類化合物對番茄早疫病菌具有優(yōu)良的抑制活性；而吡唑嘧啶酰胺類衍生物則具有抑制闊葉雜草反枝莧的活性。本研究基于活性基團(tuán)合理設(shè)計(jì)的方法，以核心中間體1-甲基-5-氨基吡唑?yàn)槠鹗荚希c8 種芳香或雜環(huán)羧酸類衍生物進(jìn)行縮合反應(yīng)，獲得一系列吡唑酰胺類化合物，并利用小杯法測定所得化合物的除草生物活性，以期得到除草活性優(yōu)良的化合物，為開發(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-400 MHZ核磁光譜儀上測定（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 儀器上測定；熔點(diǎn)在X-4 雙目顯微熔點(diǎn)測定儀（河南鞏義高科儀器有限責(zé)任公司）上測定，結(jié)果未校正；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

參考文獻(xiàn)［18］的方法，按照圖1 的反應(yīng)路線制備目標(biāo)化合物5a-5h，稱取化合物1（3.4 mmol） 于50 mL 圓底燒瓶中，加入10 mL 二氯甲烷將其溶解，在攪拌的狀態(tài)下逐滴滴入化合物2（6.8 mmol）， 再滴加2 滴DMF，室溫反應(yīng)1.5 h。反應(yīng)結(jié)束后除去溶劑和多余的草酰氯，得到未提純的酰氯備用。

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

1.3 除草活性測定

稱取10 mg 供試化合物，加入200 μL DMSO溶解，配制成5×104mg/L 母液，稀釋至200 mg/L進(jìn)行除草活性測定。將不加藥劑的空白溶液設(shè)置為空白對照，以莠去津 (atrazine)作為陽性對照。以農(nóng)藥室內(nèi)生物測定試驗(yàn)準(zhǔn)則為標(biāo)準(zhǔn)，采用小杯法對目標(biāo)化合物進(jìn)行除草活性測定。挑選油菜、反枝莧和馬唐種子于培養(yǎng)皿中進(jìn)行催芽，24 ～48 h 后選取飽滿初露芽的種子備用，進(jìn)行3 個(gè)平行處理，加入藥劑后在恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。5 ～ 7 d 后進(jìn)行調(diào)查，分別得出化合物的根長抑制率與莖長抑制率，分析其除草活性，采用Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)表征

本試驗(yàn)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：

化合物5a，白色固體，產(chǎn)率85%，m.p.: 138 ～

139 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.93 ～7.87 (m, 2H), 7.81 (s, 1H), 7.46 (s, 1H), 7.18 (t,J= 8.4 Hz, 2H), 6.25 (s, 1H), 3.77 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 166.63 (s), 164.11 (s), 138.24 (s), 129.99 (s), 129.90 (s), 116.21 (s), 115.99 (s), 101.06 (s), 35.85 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C11H10FN3O: 220.0808, found: 220.0879。

化合物5b，白色固體，產(chǎn)率81%，m.p.: 154 ～

155 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.02 (d,J= 7.7 Hz, 2H), 7.96 (s, 1H), 7.80 (d,J= 8.1 Hz, 2H), 7.49 (d,J= 1.9 Hz, 1H), 6.30 (s, 1H), 3.80 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 138.37 (s), 136.21 (s), 134.87 (s), 134.45 (s), 127.94 (s), 126.01 (q,J= 3.7 Hz), 124.79 (s), 122.04 (s), 101.13 (s), 35.89 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C12H10F3N3O: 270.0776, found: 270.0847。

化合物5c，白色固體，產(chǎn)率45%，m.p.: 176 ～

177℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.58 (s, 1H), 7.48 (d,J= 1.6 Hz, 1H), 7.24 (s, 2H), 6.37 (s, 1H), 3.82 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 160.16 (s), 157.60 (d,J= 8.9 Hz), 137.67 (s), 134.97 (s), 123.70 (s), 116.17 (s), 113.84 (s), 99.29 (s), 35.60 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C11H8BrF2N3O: 315.9819, found: 315.9891。

化合物5d，黃色固體，產(chǎn)率57%，m.p.: 190 ～

走遍小鎮(zhèn)，也只有一個(gè)墓園，透著意外的溫馨。石碑一律是潔白純凈的樣子，前面擺放著的不僅有裝飾性的擺件，還有新鮮不敗的花束。這一切的背后，都是因?yàn)橐廊挥腥松钌類壑?、惦記著長眠于此的人。

191 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.14 (s, 1H), 7.73 (s, 1H), 7.65 (s, 1H), 7.48 (s, 2H), 6.32 (s, 1H), 3.88 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 163.65 (s), 147.95 (s), 138.08 (s), 135.90 (s), 134.28 (s), 131.57 (s), 130.63 (s), 124.84 (s), 124.80 (s), 99.91 (s), 36.19 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C11H9FN4O3: 265.0659, found: 265.0731。

化合物5e，白色固體，產(chǎn)率68%，m.p.: 158 ～ 159℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.18 (s, 1H), 8.15 (d,J= 7.9 Hz, 1H), 7.71 (d,J= 8.3 Hz, 1H), 7.57 (s, 1H), 7.51 (s, 1H), 6.40 (s, 1H), 3.86 (s, 3H), 2.65 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 166.02 (s), 147.97 (s), 141.85 (s), 137.91 (s), 137.46 (s), 135.53 (s), 128.85 (s), 125.05 (s), 120.82 (s), 99.56 (s), 35.79 (s), 19.10 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C12H12N4O3:

261.0909, found: 261.0982。

化合物5f，黃色固體，產(chǎn)率52%，m.p.: 130 ～

131 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.65 (s, 1H), 7.60 (d,J= 1.0 Hz, 1H), 7.59 (d,J= 1.0 Hz, 1H), 7.47 (d,J= 2.0 Hz, 1H), 7.15 (dd,J= 4.8, 3.9 Hz, 1H), 6.25 (d,J= 1.7 Hz, 1H), 3.78 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 160.70 (s), 138.72 (s), 137.93 (d,J= 4.6 Hz), 136.11 (s), 132.97 (d,J= 7.6 Hz), 130.45 (s), 128.69 (s), 101.29 (s), 36.12 (s). HRMS［M+H］+calcd for C9H9N3OS: 208.0466, found: 208.0539。

化合物5g，黃色固體，產(chǎn)率68%，m.p.: 165 ～ 166 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.39 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 8.28 (dd,J= 8.5, 2.0 Hz, 1H), 8.03 (s, 1H), 8.00 (s, 1H), 7.52 (d,J= 1.7 Hz, 1H), 6.42 (d,J= 1.5 Hz, 1H), 3.88 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 163.66 (s), 149.02 (s), 141.77 (s), 138.08 (s), 135.27 (s), 131.69 (s), 130.47 (s), 124.94 (s), 122.99 (s), 99.49 (s), 36.08 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C11H9ClN4O3: 281.0363, found: 281.0432。

化合物5h，白色固體，產(chǎn)率72%，m.p.: 174 ～ 175 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.16 (s, 1H), 8.13 (d,J= 7.9 Hz, 1H), 7.68 (d,J= 8.3 Hz, 2H), 7.54 (s, 1H), 7.49 (s, 1H), 6.37 (s, 1H), 3.83 (s, 3H), 2.62 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 165.64 (s), 164.71 (s), 137.39 (s), 135.96 (s), 133.84 (s), 132.50 (s), 132.47 (s), 129.95 (s), 129.20 (s), 128.51 (s), 100.56 (s), 52.42 (s), 35.71 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C13H13N3O3: 260.0957, found: 260.1028。

表1 化合物5a-5h 的化學(xué)結(jié)構(gòu)Table 1 The structure of compounds 5a-5h

2.2 目標(biāo)化合物的除草活性測定

由除草活性結(jié)果可以得知（表2），在200 mg/L 條件下，化合物5e 對油菜的根長和油菜的莖長抑制率分別為82%和57%，顯著優(yōu)于對照藥劑莠去津（P＞0.05）；對反枝莧根長的抑制率為50%，顯著優(yōu)于對照藥劑莠去津（P＞0.05）；對馬唐根長和莖長的抑制率分別為58%和52%，與對照藥劑活性相當(dāng)；化合物5g 對油菜的根長、反枝莧的根長和馬唐的根長抑制率分別為83%、56%和60%，顯著優(yōu)于對照藥劑（P＞0.05）。其他6 個(gè)化合物并未展現(xiàn)出較好的除草活性。以上表明了化合物5e 和化合物5g 具有較好的除草活性，可以進(jìn)一步研究。

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 %)

3 討論與結(jié)論

吡唑及其衍生物由于具有廣泛且優(yōu)良的生物活性而在農(nóng)藥生產(chǎn)行業(yè)中倍受青睞［18］。吡唑酰胺類化合物更是具有多種生物活性［19-20］。有文獻(xiàn)報(bào)道［16］，吡唑酰胺類化合物在同等濃度及方法的條件下表現(xiàn)出與本試驗(yàn)化合物5e 和化合物5g 相似的除草活 性。本試驗(yàn)以1-甲基-5-氨基吡唑?yàn)樵希野窞榭`酸劑，通過活性基團(tuán)拼接的方法與不同的芳環(huán)或雜環(huán)中間體進(jìn)行縮合反應(yīng)，以45%～85%的產(chǎn)率合成了一系列吡唑酰胺類衍生物。當(dāng)Ar 為對氟苯基取代時(shí)化合物的產(chǎn)率為85%，而當(dāng)Ar 為噻吩基取代時(shí)化合物的產(chǎn)率僅為52%，表明雜環(huán)效應(yīng)可能對化合物的產(chǎn)率有一定影響；化合物5d 和5g 的產(chǎn)率分別為57%和68%，其Ar 分別為4-氟-2-硝基苯基和4-氯-2-硝基苯基，由于氟原子的原子核對外層電子有很強(qiáng)的吸引力，使其原子半徑很小，進(jìn)而屏蔽作用比氯原子要大得多，正是由于外層電子緊密排列，排斥力較大，從而使外來的1 個(gè)電子不容易再進(jìn)入氟的軌道，因此表明原子的電子親和能可能對化合物的產(chǎn)率造成影響；化合物5e 的產(chǎn)率為68%，與化合物5g 的產(chǎn)率相同，表明苯環(huán)取代基上硝基及其他原子取代的位置可能對化合物的產(chǎn)率影響甚微。在制備反應(yīng)中間體酰氯時(shí)，將SOCl2替換為草酰氯，提高了試驗(yàn)的安全和效率；加入DMF進(jìn)行催化可以大大縮短反應(yīng)時(shí)間；同時(shí)在制備酰氯時(shí)要嚴(yán)格保持無水條件，并且由于其性質(zhì)不穩(wěn)定，需要在合成后盡快投到下一步反應(yīng)中。

除草生物活性測定的供試植物油菜因其生長周期短以及對待測藥劑敏感，所以挑選其作為活性篩選的模式植物［21］，并且將兼顧了生物學(xué)分類和田間常見雜草的反枝莧和馬唐作為除草生物活性測定的供試植物。本試驗(yàn)生測結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)的差異對活性有很大的影響。當(dāng)Ar 為4-氯-2-硝基苯基時(shí)即化合物5g 的除草活性明顯優(yōu)于Ar 為4-氟-2-硝基苯基即化合物5d 的除草活性；當(dāng)Ar 為2-甲基-4-硝基苯基時(shí)即化合物5e 對油菜的根長和莖長抑制活性與化合物5g 的相當(dāng)。綜上所述，苯環(huán)上硝基取代有利于除草活性的提高，另外苯環(huán)取代基上不同原子的取代也會對除草活性造成影響。