1、農 藥AGROCHEMICALS 第49卷第7期2010年7月Vol. 49, No. 7Jul. 2010 手性除草劑的合成及生物活性研究進展徐維明,吳 劍,李衛華,楊 璇(貴州大學 精細化工研究開發中心,綠色農藥與農業生物工程國家重點實驗室培育基地和教育部重點實驗室,貴陽 550025摘要:手性除草劑因具有廣譜高效生物活性而引起人們的關注,通過不對稱中心不同構型變化能產生一系列具有廣譜生物活性的異構體,使得它在新型超高效農藥創制中發揮出越來越重要的作用。 對手性除草劑的國內外研究進展進行了分類綜述,重點介紹了手性化合物的一些合成方法以及生物活性研究方面的工作,并對它的發展趨勢和應用前景做了

2、展望。 關鍵詞:手性除草劑;合成;生物活性;綜述中圖分類號:TQ460 文獻標志碼:A 文章編號:1006-0413(201007-0471-07Research Advances in Synthesis and Bioactivity of Chiral HerbicidesXU Wei-ming, WU Jian, LI Wei-hua, YANG Xuan(Research and Development Center for Fine Chemicals, State Key Laboratory Breeding Base of Green Pesticide and Agricu

3、lturalBioengineering, Key Laboratory of Green Pesticide and Agricultural Bioengineering, Ministry of Education,Guizhou University, Guiyang 550025, ChinaAbstract:Abstract: Chiral herbicides have broad band bioactivites which have become noteworthy in recent years. Especially the asymmetric center has

4、 been link to many different types of chemical con rmation to generate a series of isomers with broad-spectrum bioactivities. Thus, chiral herbicides have played an important role in production of highly bioactive pesticides. This paper reviews the bioactivity of chiral herbicides from the aspect of

5、 herbicidal activity, emphasizing the research that has been done on their synthesis and bioactivity. The in uence of different con rmations on bioactivity is brie y discussed along with development trends and applications prospects of chiral herbicides were expected.Key words:Key words: chiral herb

6、icides; synthesis; bioactivity; review 手性除草劑在農藥領域里是一類重要的活性物質,具有高效廣譜的生物活性及對環境友好的特點,自1974年,由德國巴斯夫1開發的芳氧羧酸類除草劑高2甲4氯丙酸(mecoprop-P 以來,近數十年來人們對手性除草劑化合物進行了深入研究,由于手性除草劑自身諸多的優點,很快就成為市場的新寵,相繼開發成功了數十個具有不同生物活性的手性商品化合物。 如芳氧苯氧羧酸類(高2甲4氯丙酸、精唑禾草靈、精吡氟禾草靈、精吡氟 氯禾草靈、炔草酯、喹禾糠酯、唑酰草胺等、酰胺類(雙丙氨酰膦、高效麥草伏甲酯/異丙酯、高效異丙甲草胺、高效二甲噻草胺、氟

7、唑草胺等、草醚類(環庚草醚、氯氟草醚等手性除草劑先后推向市場,這些手性除草劑均具有高效除草活性與安全性,手性除草劑在農業上顯示很大的應用價值。 筆者為了進一步研究不同構型及結構對該類手性化合物生物活性的影響,尋找具有更高生物活性的手性除草劑,對手性除草劑近10年來合成與生物活性研究工作進行分類介紹。1 芳氧苯氧羧酸類手性除草劑1987年,Uniroyal 化學公司2開發的芳氧苯氧羧酸類除草劑喹禾糠酯(quizalofop-P -tefuryl,其合成路線見圖1。 4%喹禾糠酯(噴特劑量為6001 050 mL/hm 2,對闊葉作物苗后一年生禾本雜草(稗草、馬唐、野燕麥、牛筋草、千金子、看買娘等

8、 35葉期防效為90%,施藥劑量為12001800 mL/hm 2,能有效防除多年生雜草(蘆葦、狗牙根、假高粱等。收稿日期:2010-03-10基金項目:國家自然科學基金資助項目(20962005作者簡介:徐維明(1979,男,重慶奉節人,博士研究生,主要從事農藥化學研究。圖1 喹禾糠酯1合成路線1989年,由美國陶氏化學公司3開發的苯氧羧酸類除472第49卷農 藥 AGROCHEMICALS 唐(Digitaria sanguinalis 、雙穗雀稗、狗尾草(Setaria spp.、牛筋草(Eleusine indica 、看麥娘(Alopecurus aequalis Sobol等具用良

9、好的活性,但對莎草科雜草和闊葉雜草無效。草劑氰氟草酯(cyhalofop-butyl,其合成路線見圖2。 苗后莖葉處理,使用量為50100 g a.i./hm 2時,對禾本科雜草稗草(Echinochloacrus galli 、千金子(Leptochloa spp.、馬 圖2 氰氟草酯2合成路線2001年,韓國東寶公司4研制的芳氧苯氧丙酸類除草劑唑酰草胺3(metamifop,其合成路線見圖3。 連 續2年田間試驗表明:唑酰草胺以99 g/hm 2劑量葉面噴施,可防除23個分蘗期的稗草,在劑量倍增(198 g/hm 2 的情況下,對水稻(Oryza sativa 無藥害。 唑酰草胺乳油以90

10、200 g/hm 2劑量對稻田主要雜草看麥娘、臂形草(Brachiaria platyphylla 、狗牙根(Cemodon dactylon 、馬唐、止血馬唐(Digitaria ischaemum 、稗草、芒稗(Echinochloa colonum 、牛筋草、千金子、秋稗(Panicum dichotomiflorum 、早熟禾(Poa annua 、狗尾草等防效在90%以上。 3年田間試驗表明:唑酰草胺對稗草,從生長到分蘗期均有效,最佳施藥期為稗草2葉期到分蘗末期。 唑酰草胺與吡嘧磺隆混用時可明顯擴大除草譜,以250+21 g/hm 2(唑酰草胺+吡嘧磺隆施用對一年生稗草、狼把草(Bi

11、dens tripartite L、母草(Lindernia pyxidaria 和多年生雜草螢藺(Scirpus juncoides 等防效大于90%。 在劑量倍增(500+42 g/hm 2情況下,施藥后經過40 d 的觀察,對水稻無任何藥害。 試驗表明:唑酰草胺的應用范圍較寬,有廣泛的可配伍性,與適宜的除草劑混配可做水稻田一次性苗后除草劑。 圖 3 唑酰草胺3合成路線2009年,華中師范大學涂海洋等5報道了33個含有嘧啶環的芳氧苯氧丙酸酯類手性化合物4合成,其合成路線見圖4。 選用單子葉植物稗草(根/莖和雙子葉植物油菜(根/莖為測試對象,在質量濃度為100 mg/L 時對手性化合物4a4

12、ag 進行生物活性測試。 生物測試結果表明:化合物4a 、4b 、4e 、4f 、4g 、4i 、4h 、4m 、4n 、4r 、4s 、4u 、4v 對單子葉植物稗草(根/莖和雙子葉植物油菜(根/莖均顯示了較好的抑制效果,4i 、4l 、4u 、4w 對稗草表現了較好的選擇性。 圖4 化合物4a4ag 的合成路線第7期4732 二苯醚類手性除草劑1995年,由匈牙利Budapest化學公司Bakos6開發的二苯醚類除草劑氯氟草醚5,其合成路線見圖5。氯氟草醚在使用劑量為1030 g a.i./hm2時,主要用于苗后防除大豆(Glycine max、小麥(Triticum aestivum、大

13、麥、花生、豌豆等田間闊葉雜草防除,如豬殃殃(Galium aparine、苘麻(Abutilon theophrasti、蒼耳(Xanthium strumarium等十幾種雜草均具有較好的防治效果。四氫-2H-吲唑類化合物7,其合成路線見圖7。采用稗(Echinochloa crus-galli、鴨舌草、水莎草(Cyperus serotinus Rottb.、螢藺、矮慈姑(Sagittaria pygmaea Miq.作為供試植物,在雜草植物長到3葉期時噴灑藥劑,劑量分別為4.0、1.0、0.25、0.063、0.016 kg/hm2,試驗結果表明:這類手性化合物在稻田里有較好的除草活性,

14、它們可以有效地控制稻田雜草,特別是對稗、鴨舌草、水莎草有很好的防除作用,在低劑量(0.016 kg/hm2時的防除率達到100%。 圖5 氯氟草醚5合成路線3 雜環類手性除草劑1992年,由原瑞士山道士公司7(現先正達研制,德國巴斯夫公司開發的氯乙酰胺類除草劑高效二甲噻草胺6(dimethenamid-P,其合成路線見圖6。作為玉米(Zea mays、大豆、花生及甜菜(Triticum aestivum苗前除草使用,在使用藥劑量為400820 g a.i./hm2時,對一年生禾本雜草如稗草、馬唐、牛筋草、稷屬雜草、狗尾草和闊葉雜草如鬼針草、香甘菊、鴨舌草(Monochoria vaginali

15、s Presl.、莎草等有較好防除效果。 圖6 高效二甲噻草胺6合成路線2001年,Ryu等8合成了具有除草活性的一系列4,5,6,7-圖7 化合物7的合成路線2004年,Kakimoto等9合成了新型手性3,3a,5,9b-四氫-2H-呋喃3,2-c2苯并吡喃的手性衍生物8。合成路線見圖8。以稗為供試植物,當稗長到2葉期時開始施用藥劑,劑量分別為100、300、1 000 g/hm2。試驗結果表明:在低劑量(100 g/hm2下化合物e和f對稗的防除等級為5,能完全殺死;在劑量為300 g/hm2時,防除等級為5。化合物ad有較好的防除活性。a: R1=H, Xn=CH3, Yn=7-OCH

16、3b: R1= H, Xn=CH3, Yn=7-Fc: R1= H, Xn=F, Yn=6-CH3d: R1= H, Xn=CH3, Yn=7-CH3e: R1= (SCH3, Xn= Cl, Yn=7-OCH3f: R1= (SCH3, Xn= F, Yn=H圖8 化合物8的合成路線2004年,Ahrens等10合成了一系列手性1,3,5-三嗪類化合物9。其合成路線見圖9。除草活性試驗分為出芽前和出芽后2部分。出芽前施用劑量為1 kg/hm2,出芽后劑量為2 kg/hm2。試驗結果表明該系列化合物對百芥子(Sinapis徐維明,等:手性除草劑的合成及生物活性研究進展a: R=Phb: R=4

17、-MePhc: R=2-F-Phd: R=2,4-Cl2Phe: R=-CNf: R=2-ClPh474第49卷 農 藥 AGROCHEMICALS 圖10 化合物1015的結構式2004年,Ahrens 等12報道含1,3,5-三嗪基團20個化合物16a16t(見圖11、表1。 這些化合物在施藥量為1 kg a.i./hm 2時,進行苗前處理時對繁縷、黑麥草、反枝莧、田白薺、綠狗尾等雜草就有較好的防除效果,同時這些化合物在施藥量為2 kg a.i./hm 2時,進行苗前處理時對田白薺、稗、黑麥草、繁縷、異型莎草、野芝麻、無臭母菊(Matricaria inodora 、虞美人、波斯婆婆納、

18、田堇菜、 地膚、藜等雜草就有較好防除效果。alba 、稗、黑麥草(Lolium multiflorum 、繁縷(Stellaria media 、莎草(Cyperus iria 、反枝莧(Amaranthus retroflexus 、燕麥(Avena sativa 、虞美人(Papaver rhoeas 、阿拉伯婆婆納(Veronica persica 均能有效抑制。圖9 化合物9的合成路線2004年,G i e n c k e 等11報道了6個含有1,2-二氨基-1,3,5-三嗪類一些列手性化合物(1015,結構見圖10。 這些化合物在施藥量為1 kg a.i./hm 2,進行苗前處理,化

19、合物10a 、10f 、10o 、10s 、11a 、11f 、11o 、11s 、12a 、13a 、13a 、13f 、13o 、14a 對繁縷、黑麥草、反枝莧、田白薺(Sinapis alba 、綠狗尾(Setaria viridis 等雜草就有較好的防除效果;同時當這些化合物施藥量為1 kg a.i./hm 2,進行苗后處理時,對田白薺、稗、黑麥草、繁縷、異型莎草(Cyperus iria 、野芝麻(Lamium purpureum 、虞美人、波斯婆婆納(Veronica persica 、田堇菜(Viola tricolor 、地膚(Kochia spp.、藜(Chenopodium

20、 album 等雜草就有較好的防除效果。圖11 化合物16a16t 的結構表1 化合物16a16t 所對應的取代基團化合物 A R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 R 7 16a Direct bond H H H H H H H 16b Direct bond H H H H H Me H 16c Direct bond H H H H H F H 16d Direct bond H H H H Me Me H 16e CH 2 H H H H H H H 16f CH 2 H H H H H Me H 16g CH 2 H H H Me H Me H 16h O H H H H

21、 H Me H 16i Direct bond H H H H H Me H 16j Direct bond Me H H H H Me H 16k Direct bond Me H H H H F H16l CH 2 MeH H H H H H 16m CH 2 Me H H H H Me H 16n CH 2 Me H H Me H Me H 16o O Me H H H H Me H 16p Direct bond Et H H H H Me H 16q Direct bond Et H H H H F H 16r Direct bond Et H H H H Br H 16s Dire

22、ct bond Me Me H H H Me H 16t Direct bond Me Me H H H FHa: R 1=F, R 2=H, R 3=H, R 4=H, R 5=H, A=CH 2b: R 1=F, R 2=H, R 3=H, R 4=Me, R 5=H, A=CH 2c: R 1=F, R 2=Me, R 3=H, R 4=Me, R 5=H, A=CH 2d: R 1=F, R 2=H, R 3=H, R 4=H, R 5=H, A=O e: R 1=F, R 2=H, R 3=H, R 4=Me, R 5=H, A=O f: R 1=Cl, R 2=H, R 3=H,

23、R 4=H, R 5=H, A=CH 2g: R 1=Cl, R 2=H, R 3=H, R 4H, R 5=H, A=O h: R 1=F, R 2=Me, R 3=Me, R 4=H, R 5=H, A=O i: R 1=F, R 2=F, R 3=H, R4=H, R 4=H, A=O16第7期475徐維明,等:手性除草劑的合成及生物活性研究進展表2 手性唑啉-2-酮部分衍生物除草活性測試結果抑制率/%化合物 雙子葉植物油菜(根/莖 單子葉植物稗草(根/莖100 mg/L10 mg/L100 mg/L10 mg/L三唑醇標樣 86.2/75.9 68.7/72.4 71.4/75.7 3

24、9.3/64.918a 68.0/52.5 32.0/20.0 70.8/32.6 43.8/25.618c 74.0/47.5 61.0/2.5 66.7/44.0 45.8/-4.718g 79.0/47.5 21.0/25.0 64.6/9.3 52.0/4.718e 61.0/25.0 31.0/17.5 72.9/46.5 50.0/14.018d 65.0/35.0 75.0/41.9 75.0/41.9 50.0/18.618p 91.0/82.5 46.0/47.5 89.6/72.0 54.2/60.5注:抑制率范圍從0%100%,0%表示無抑制效果,100%表示具有完全的抑

25、制,負值表示有促進生長作用。 4 酰胺類手性除草劑1991年,美國的諾華公司15開發了氯乙酰胺類除草劑高效異丙甲草胺19,其合成方法分別為拆分、利用旋光試劑(乳酸酯法和定向合成3種方法, 其中以定向合成為最佳,合成路線見圖14。 在劑量為1.0、1.5 kg/hm 2的條件下,將RS ,1'S-isomer 和RS ,1'S -isome 消旋體進行除草活性對比測試結果表明:施藥 R S ,1'S -isomer 42 d 后對稗的防除率均為100%,70 d 后分別為90%和94%;在劑量為1.0、1.5 kg/hm 2的條件下,施藥 R S ,1'RS-is

26、omer 42 d 后對稗草的防除率分別為70%和90%,70 d 后防除率分別為80%和85%。 由此可見,RS ,1'S-isomer 的除草效果要優于RS ,1'R S -isome 消旋體。化合物19的結構式:2006年,陳瓊等13報道了以5,7-二甲基-1,2,4-三唑并1,5-a嘧啶-2-甲硫醚為原料設計合成了(R -5,7-二甲基-1,2,4-三唑并1,5-a嘧啶-2-氧(-甲基乙酰腙類衍生物17。 其合成路線見圖12。 采用溫室盆栽法,稗、馬唐、狗尾草、芥菜(Brassica Juncea 、反枝莧、苘麻為供試植物進行除草活性試驗,劑量為50 g/hm 2,分別

27、進行芽前、芽后噴霧處理,試驗結果表明:以上4個手性化合物對闊葉雜草的芽后處理表現出良好的活性和較高的選擇性。R=4-Cl; 4-CH 3; 3,4-2Cl; 4-F圖12 手性化合物17的合成路線2009年,肖文精等14利用手性催化合成法合成了一系列手性唑啉-2-酮衍生物18,其合成路線見圖13。 選用 單子葉植物稗草(根/莖和雙子葉植物油菜(根/莖為測試對象,在質量濃度為10、100 mg/L 分別對手性化合物18a18r 進行生物活性測試,測試對照藥劑為商品藥三唑醇,生物測試結果表明:手性化合物18a 、18c 、18d 、18e 、18g 、18p 對測試對象表現了較好的防除效果,特別是

28、18p 對測試對象的防除率高于對照除草劑(見表2。 圖13 手性唑啉-2-酮衍生物18合成路線圖14 高效異丙甲草胺19的合成路線1998年,杜邦公司16研制了酰亞胺類除草劑氟唑草胺20,以N -(4-氯-2-氟苯基乙酰胺為原料經8步反應合成手性化合物20,合成路線見圖15。 選用大麥、稗、豬殃殃、看麥娘、繁縷、蒼耳、玉米、棉花、馬唐、旱雀麥(Bromustectorum 、狗尾草、藜、番薯(Ipomoea hederaea 、油菜476 農 藥 AGROCHEMICALS 第49卷 水稻、 高粱、 大豆、 甜菜、 苘麻、 小麥、 (Brassica napu s 、 卷莖蓼 (Polygon

29、um convolvulus 、 野燕麥的種子和香 附子 (Cyperus rotundus 的塊莖種植并用在包括表面 活性劑非植物毒性混合物中配制的試驗化合物進行 出芽前處理。 同時， 在出芽后以同樣方式配制的試驗 化合物處理這些作物和雜草。將植物在 28 cm(14 葉 期 的 高 度 進 行 出 芽 后 處 理 。將 處 理 過 的 植 物 和 未 處 理過的對照植物在溫室中保持 1216 d 。然后比較所 有處理過的植物和對照組植物， 直觀地進行評估， 反 應等級以 010 的標度表示， 其中 0 為無作用， 而 10 為完 全控制。其生測試驗結果表明： 在劑量為 400 g/hm 2

30、下， 手性除草劑氟唑草胺20對豬殃殃、 繁縷、 蒼耳、 棉花、 藜、 番薯、 油菜、 甜菜、 苘麻、 卷莖蓼出芽前和出芽后均 能完全防除。 a: Y=3-Me; b: Y=3-Cl; c: Y=H 圖16 化合物21的合成路線 日本的Nissan公司18開發了一系列手性啉衍 2001年， 生物22， 當供試植物長到23葉期時開始噴灑藥劑， 劑量分 2 該系列化合物對大萹蓄(Digitaria 別為100、 50、 25 g/hm 時， 稗的抑制程度均能達到5， 即能達到90%的抑 adscendens 、 制率， 有較好的除草活性。 其合成路線見圖17。 圖17 化合物22的合成路線 5 結論

31、與展望 以上對近年來具有除草活性的手性除草劑做了簡單 的介紹。可以看出： 不同構型手性除草劑類， 具有不同的 生物活性。特別是多雜原子和酰胺的引入能較好地提高 手性化合物的除草活性。此外， 對手性農藥的拆分、 定向 合成和構效關系的研究成為當前農藥研究的熱點。總之， 由于環境對農藥開發要求越來越嚴格， 開發全新結構及新 圖15 氟唑草胺20的合成路線 美國的諾華公司 開發了新型的手性氨基甲 1999年， 見圖16。采用溫室盆栽法進行除草活性試驗， 噴灑劑量為 選用狗尾草屬、 白芥屬(Sinapis 、 繁縷屬(Stellaria 2 kg/hm ， 植物作為靶標， 試驗結果表明該系列手性化合物

32、有很好的 除草效果。 2 17 穎作用方式的不同構型手性除草劑已經成為研究的重點。 相信不久的將來， 隨著許多切實可行的拆分方法、 立體選 擇合成方法和分析鑒定方法將會不斷出現。在不久的將 形式投放市場， 勢必為手性除草劑的創制開辟新的天地。 越來越多的手性農藥將會以經濟有效的高效異構體的 酸鹽類除草劑21， 有較好的除草活性。其合成方法有2種， 來， 參考文獻： 1 NESTLER H J. Optically Active 2-Phenoxypropionic Acids: DE, 2949728P. 1981-06-19. 第7期 2 3 徐維明， 等： 手性除草劑的合成及生物活性研究進

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