O－烷基α－（2，4－二氯苯氧乙酰氧基）烴基膦酸鈉的合成與除草活性研究

王 濤，高玉焦，彭 浩，賀紅武

（華中師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 教育部農(nóng)藥與化學(xué)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430079）

目前人們已證明植物體內(nèi)的重要代謝酶——丙酮酸脫氫酶可作為農(nóng)藥分子作用的靶標(biāo)，并且已發(fā)現(xiàn)某些α－取代烷基膦酸酯及其衍生物作為丙酮酸脫氫酶抑制劑，表現(xiàn)出多種引人矚目的生物活性［1－5］.例如本課題組曾報(bào)道了一系列α－（取代苯氧乙酰氧基）烴基膦酸酯及其衍生物具有良好的除草活性和殺菌活性［6－10］，并且發(fā)現(xiàn)膦酸鹽類(lèi)化合物因其與丙酮酸具有更高的相似性而表現(xiàn)出優(yōu)異的活性.為了發(fā)現(xiàn)更多具有潛在生物活性的烴基膦酸酯衍生物，以及分析該類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)－活性關(guān)系，需要合成取代基多樣化的化合物.因此本文在前期研究工作的基礎(chǔ)上，保留活性基團(tuán)2，4－二氯苯氧乙酰氧基結(jié)構(gòu)單元，合成了6 個(gè)未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的α－（2，4－二氯苯氧乙酰氧基）烴基膦酸鈉，通過(guò)1H NMR，IR 和元素分析對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征.初步的生物活性測(cè)試結(jié)果表明，目標(biāo)化合物表現(xiàn)出較高的除草活性，在10μg／g的濃度下，化合物4a～4e對(duì)稗草和油菜根的抑制率均達(dá)到了90%以上.其合成路線見(jiàn)圖1.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

圖1 化合物4的合成路線Fig.1 The synthesis route of compound 4

紅外光譜用AVATAR360型傅立葉紅外光譜儀（KBr壓片或液膜）；1H NMR 用Varian XL－300型核磁光譜儀（以TMS為內(nèi)標(biāo)，氘代DMSO 為溶劑）；質(zhì)譜用Finnigen TRACE型質(zhì)譜儀；元素分析采用Vario EL111CHNSO 元素分析儀；熔點(diǎn)采用上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的WRS－IB 型熔點(diǎn)儀測(cè)定（溫度未經(jīng)校正）.

所用試劑均為化學(xué)純或分析純，二氯甲烷、三乙胺使用前經(jīng)無(wú)水處理.

1.2 中間體的制備

1.2.1α－羥基烴基磷酸酯1的合成 中間體1的制備參照文獻(xiàn)［11－12］方法.

1.2.2 2，4－二氯苯氧乙酰氯2 的合成 中間體2的制備參照文獻(xiàn)［6］方法.

1.2.3 中間體3的制備 在冰鹽浴冷卻（0～5oC）條件下，向裝有α－羥基烴基膦酸酯（0.01 mol）和三乙胺（0.012mol）的二氯甲烷（30mL）溶液的三角燒瓶中，緩慢滴加溶于二氯甲烷（10mL）的2，4－二氯苯氧乙酰氯2（0.011mol）溶液.滴畢，撤去冰浴，室溫反應(yīng)2～4h，然后依次用稀鹽酸、飽和碳酸氫鈉溶液和飽和氯化鈉水溶液洗滌，無(wú)水硫酸鈉干燥，過(guò)濾，脫溶.經(jīng)柱層析（丙酮∶石油醚＝1∶6）提純，得O，O－二烷基α－（2，4－二氯苯氧乙酰氧基）烴基膦酸酯3.

1.3 目標(biāo)化合物O－烷基α－（2，4－二氯苯氧乙酰氧基）烴基膦酸鈉4的合成

在避光和氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，向O，O－二烷基α－（2，4－二氯苯氧乙酰氧基）烴基膦酸酯（0.005mol）的丙酮溶液中加入碘化鈉（0.005mol），加熱回流1～4h后，產(chǎn)物從溶液中析出，過(guò)濾，干燥，用甲醇重結(jié)晶得目標(biāo)化合物4.

O－甲 基α－（2，4－二氯苯氧乙酰氧基）－α－（吡啶－3－基）甲基膦酸鈉（4a）

白色固體，產(chǎn)率71%，m.p.223（dec.）℃；1H NMR （DMSO－d6，TMS，300MHz）：δ3.31（d，3H，OCH3，J＝11.20Hz），4.98，5.03（d，1H，OCH2CO，J＝16.80 Hz），5.79 （d，1H，OCHP，J＝12.80 Hz），7.12～8.46（m，7H，ArH）；IR max （KBr）ν／cm－1：3 104，2 950，2 846，1 777，1 593，1 483，1 433，1 252，1 080，1 054，934，749；Anal.Calcd.for C15H13Cl2NNaO6P：C，42.08；H，3.06；N，3.27；Found：C，41.95；H，2.78；N，2.81.

O－甲基α－（2，4－二氯苯氧乙酰 氧基）－α－（吡啶－4－基）甲基膦酸鈉（4b）

白色固體，產(chǎn)率79%，m.p.156～158℃；1H NMR（DMSO－d6，TMS，300MHz）：δ3.32（d，3H，OCH3，J＝10.00Hz），5.00，5.04（d，1H，OCH2CO，J＝16.80Hz），5.81（d，1H，OCHP，J＝12.80Hz），7.11～8.46（m，7H，ArH）；IR max（KBr），ν／cm－1：3 109，2 950，2 845，1 777，1 594，1 483，1 434，1 252，1 080，1 054，932，749；Anal.Calcd.for C15H13Cl2NNaO6P（427）：C，42.08；H，3.06；N，3.27；Found：C，41.95；H，2.78；N，2.81.

O－甲基α－（2，4－二氯苯氧乙酰氧基）異丁基膦酸鈉（4c）

淺黃色固體，產(chǎn)率74%，m.p.248～250℃；1H NMR （DMSO－d6，TMS，300MHz）：δ0.84（t，3H，CH（CH3）2，J＝7.41 Hz），1.61～1.81（m，1H，CH（CH3）2），3.36 （d，3H，OCH3，J＝9.70 Hz），4.80，4.84（d，1H，OCH2CO，J＝11.44Hz），4.99（d，2H，OCHP，J＝16.40 Hz），7.08～7.58 （m，3H，C6H3）；IR max（KBr），ν／cm－1∶3 098，2 967，2 885，1 734，1 620，1 481，1 450，1 214，1 070，1 042，929，721；Anal.Calcd.for C13H16Cl2NaO6P：C，39.72；H，4.10；Found：C，40.15；H，4.43.

O－甲基α－（2，4－二氯苯氧乙酰氧基）－α－（3－氯苯基）甲基膦酸鈉（4d）

白色固體，產(chǎn)率68%，m.p.155～157℃；1H NMR（DMSO－d6，TMS，300MHZ）：δ3.35（d，3H，OCH3，J＝9.20 Hz），4.98，5.12（d，1H，OCH2CO，J＝16.80Hz），5.89（d，1H，OCHP，J＝12.80Hz），7.08～8.20（m，7H，ArH）；IR max（KBr），ν／cm－1：3 078，2 964，2 857，1 724，1 618，1 573，1 479，1 234，1 086，1 046，931，734.Anal.Calcd.for C16H13Cl3NaO6P：C，41.63；H，2.84；Found：C，41.43；H，3.01.

O－甲基α－（2，4－二氯苯氧乙酰氧基）－α－（2，3－二氯苯基）甲基膦酸鈉（4e）

淺黃色固體，產(chǎn)率76%，m.p.278（dec.）℃；1H NMR （DMSO－d6，TMS，300MHz）：δ 3.34（d，3H，OCH3，J＝12.40Hz），4.95，4.98（d，1H，OCH2CO，J＝16.40 Hz），6.10 （d，1H，OCHP，J＝12.00 Hz），7.00～7.61 （m，6H，ArH）；IR max （KBr），ν／cm－1：3 048，2 947，2 840，1 728，1 666，1 590，1 487，1 241，1 089，1 046，956，759；Calcd.for C16H12Cl4NaO6P：C，38.74；H，2.44；Found：C，38.63；H，2.76.

O－乙基α－（2，4－二氯苯氧乙酰氧基）－α－（4－甲氧基苯基）甲基膦酸鈉（4f）

白色固體，產(chǎn)率68%，m.p.＞278℃；1H NMR（DMSO－d6，TMS，300MHZ）：δ1.02（t，3H，OCH2CH3，J＝7.03Hz），3.62～3.75（m，2H，OCH2CH3），3.79（s，3H，CH3O），4.95，5.02（d，1H，OCH2CO，J＝16.54 Hz），5.78（d，1H，OCHP，J＝12.52 Hz），7.01～7.65（m，7H，ArH）；IR max（KBr）ν／cm－1：3 044，2 955，2 868，1 732，1 633，1 538，1 470，1 234，1 076，1 039，953，755；MS（m／z，%）：470（M＋，0.18），220 （5.19），133 （4.91），127（87.10），75（9.53），73（34.72），43（10.32）；Anal.Calcd.（%）for C18H18Cl2NaO7P：C，45.88，H，3.85；Found C，45.73，H，3.92.

2 結(jié)果與討論

2.1 目標(biāo)化合物波譜分析

目標(biāo)化合物經(jīng)1H NMR，IR 和元素分析表征，在1H NMR 中，芳香氫的化學(xué)位移主要位于7.0～8.5之間，峰形較為復(fù)雜.磷原子α－碳上的質(zhì)子（P—CH）由于受磁性核磷的影響，裂分為雙重峰.從IR 譜圖數(shù)據(jù)可看出所有特征基團(tuán)均有明顯的吸收峰：苯環(huán)上的C—H 伸縮振動(dòng)吸收帶在3 100～3 000cm－1范圍之間.羰基（C＝O）在1 750cm－1附近表現(xiàn)出了強(qiáng)吸收峰，P＝O 的伸縮振動(dòng)在1 240cm－1左右出現(xiàn)強(qiáng)吸收峰.MS數(shù)據(jù)中可以看出化合物4f有明顯的分子離子峰.

2.2 目標(biāo)化合物4的生物活性

采用培養(yǎng)皿法對(duì)稗草（barnyardgrass），油菜（rape）進(jìn)行了除草活性測(cè)試，具體的測(cè)試方法見(jiàn)文獻(xiàn)［13］.其除草活性數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.

表1 目標(biāo)化合物的除草活性抑制百分率Tab.1 The herbicidal inhibition of compounds

除草活性測(cè)試結(jié)果表明：目標(biāo)化合物對(duì)所測(cè)試單子葉植物稗草和雙子葉植物油菜均顯示出較高的抑制活性.目標(biāo)化合物對(duì)供試植物根的抑制效果明顯優(yōu)于對(duì)莖的抑制效果，例如，在10μg／g濃度下，化合物4a～4d對(duì)單子葉植物稗草根的抑制率在92%以上，而對(duì)稗草莖的抑制率則在22%以下.目標(biāo)化合物對(duì)雙子葉植物油菜根的抑制活性也高于對(duì)莖的抑制活性，但在10μg／g濃度下，化合物4a～4f對(duì)油菜莖的抑制率仍然達(dá)到79%以上，明顯優(yōu)于對(duì)稗草莖的抑制效果.在10μg／g濃度下，化合物4f（R1＝Et）對(duì)油菜莖的抑制率明顯低于4a～4e（R1＝Me）的抑制效果，而對(duì)稗草莖的抑制率則明顯高于對(duì)化合物4a～4d，略低于化合物4e，由此推測(cè)當(dāng)R1取代基為體積較大的乙基時(shí)，其對(duì)雙子葉植物的莖的抑制活性相對(duì)弱于甲基取代的化合物，但對(duì)單子葉植物莖的抑制活性則優(yōu)于甲基取代的化合物.

3 結(jié)論

本文以2，4－二氯苯氧乙酸為起始原料，經(jīng)氯化亞砜氯化后與不同取代的α－羥基烴基膦酸酯反應(yīng)制備關(guān)鍵中間體3，再與碘化鈉反應(yīng)，合成了6個(gè)未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的O－烷基α－（2，4－二氯苯氧乙酰氧基）烴基膦酸鈉4.通過(guò)1H NMR，IR，MS和元素分析對(duì)所合成的化合物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征.初步的生物活性測(cè)試結(jié)果表明：目標(biāo)化合物對(duì)所測(cè)試單子葉植物稗草和雙子葉植物油菜均顯示出較高的抑制活性.在100μg／g濃度下，化合物4a～4f對(duì)稗草和油菜根的抑制率均達(dá)到了95%以上，甚至在10μg／g濃度下，化合物4a～4f對(duì)油菜根的抑制率仍達(dá)到92%以上.

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