CN101270117A

CN101270117A - 一种除草剂及其制备方法

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Publication number: CN101270117A
Application number: CNA2008100113381A
Authority: CN
Inventors: 周宇涵; 曲景平; 薛娜; 王国伟
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2028-05-06
Also published as: CN101270117B

Abstract

一种除草剂及其制备方法，属于除草剂技术及其制备方法领域。含有活性的除草剂具有以右化学分子结构通式，式中的X为氢、氯或溴等卤原子；R为氢原子、甲基或烯丙基等；除草剂的制备方法是以取代苯乙酮为原料，经过缩合、闭环、烷基化等步骤合成中间体3－(4－氯－2－氟－5－甲氧基苯基)－1－甲基－5－三氟甲基－1H－吡唑；该中间体再经过卤代、硝化、脱甲基、硝基还原、闭环反应，最后进行不同的烷基化反应，即可得到系列除草剂。尤其除草剂A2、A5、A6、A8、A9采用150g/hm²或600g/hm²剂量，对狗尾草的除草率为50～80％，对马唐的除草率为45～80％，对苘麻的除草率为75～100％。

Description

一种除草剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种除草剂及其制备方法，属于除草剂技术及其制备方法领域。

背景技术

由于人类对环保问题的重视，对农药的毒性及其对环境的影响提出了更高的要求，因此，化学农药的开发研制将进入“超高效、无毒、无污染”的新时期。近几十年来，研究开发了许多新型高效、低毒的除草剂以替代高毒有机磷农药，原卟啉原氧化酶抑制剂类除草剂便是其中的一类。其作用机理是除草剂分子和底物(原卟啉原IX)竞争原卟啉原氧化酶(protox)的活性位点，从而抑制protox的作用使叶绿体中的原卟啉原IX不能被氧化成原卟啉IX，从而会大量积累，从质体中泄漏出来。在细胞质中，原卟啉原IX同样会转化为原卟啉IX，它与氧气和光作用，形成单线态氧，导致脂质过氧化，使细胞死亡。许多公司对这类化合物进行了大量的研究，开发出了很多高效除草剂。例如：

该类除草剂的分子结构中，在苯环上的苯1，2，4-位上均有取代基，2，4-位为卤素，1-位与杂环相连。研究表明，苯环上的2-位为氟，4-位为氯取代的化合物，活性较高。

发明内容

本发明的目的就是在保留化合物活性部分的基础上，改变其它基团，开发一种具有除草活性的除草剂及其制备方法。这种除草剂具有取代吡唑基苯并噁唑酮结构，为取代吡唑基苯并噁唑酮构成的化合物，苯环上1-位连接的五元氮杂环是吡唑环，2，4-位碳原子上的氢原子分别被氟原子、氯原子取代，5，6-位上并上具有不同取代基的噁唑酮环。

一种除草剂，该除草剂具有以下化学分子结构通式：

其中：X为氢或卤素；

R为C_1-3的烷烃基或烯烃基。

当X为氢、氯或溴原子时，R＝H，CH₃或-CH₂-CH＝CH₂。

除草剂的制备方法是以取代苯乙酮为原料，经过缩合反应、闭环反应、烷基化反应、卤代反应、苯环硝化反应、脱烷基反应、硝基还原反应、再闭环反应等步骤完成的，具体合成路线如下所示：

所合成除草剂A1～A9的具体结构见表1所示。

表1 A1～A9的结构

化合物	X	R
化合物	X	R	A1	H	H
A2	Cl	H	A1	H	H
A2	Cl	H	A3	Br	H
A4	H	CH₃	A3	Br	H

A7	H	-CH₂CH＝CH₂
A7	H	-CH₂CH＝CH₂	A8	Cl	-CH₂CH＝CH₂
A9	Br	-CH₂CH＝CH₂	A8	Cl	-CH₂CH＝CH₂

根据上述的反应式，为获得该类除草剂的制备方法，其包括以下步骤：

(1)缩合反应：将原料4-氯-2-氟-5-甲氧基苯乙酮与三氟乙酸乙酯按摩尔比1∶1.1～1∶2.0在质量百分数为25％的甲醇钠存在下，于甲醇、乙醇、乙醚或异丙醚中在室温至回流条件下，反应45分钟～20小时，把所得产物倒入冰盐酸中，过滤、洗涤、干燥，制得缩合产物。

(2)闭环反应：将缩合产物与水合肼按摩尔比1∶2～1∶3在苯、甲苯或乙酸溶剂中，于回流条件下反应30～60分钟，降温，倒入水中、过滤、水洗、干燥，得到闭环产物。

(3)烷基化反应：将闭环产物溶于苯、甲苯或丙酮中，与硫酸二甲酯或碘甲烷按摩尔比1∶1.5～1∶2.5在室温至回流温度下，反应为0.5～8.0小时，反应结束后，反应液用1mol/L氢氧化钠溶液洗涤，水洗、干燥、过滤，蒸出溶剂，得到烷基化产物。

(4)卤代反应：将上述烷基化产物与卤代琥珀酰亚胺按摩尔比为1∶2～1∶3在乙酸或N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，于70～110℃反应2～6小时，反应液倒入水中，用乙酸乙酯萃取，有机层水洗、干燥、过滤，蒸出乙酸乙酯，得到固体用乙醇重结晶，得卤代产物。

(5)硝化反应：将上述的烷基化产物或卤代产物溶于溶剂中，在冰水浴下滴加硝化试剂，按摩尔比1∶3～1∶5，0℃至回流温度下反应0.5～5.0小时，将反应液倒入冰水中，过滤、水洗、干燥，将得到固体用乙醇重结晶，制得硝化产物。

(6)脱烷基反应：将硝化产物溶于有机溶剂中，与脱烷基化试剂按摩尔比1∶1.5～1∶3.5，在室温至回流温度下反应0.5～2.0小时，反应液倒入冰盐酸中，分液，水相用有机溶剂萃取，有机相水洗、干燥、过滤，蒸出溶剂，制得脱烷基产物。

(7)硝基还原反应：将脱烷基产物溶于有机溶剂中，加入饱和氯化铵水溶液，再加入还原剂，脱烷基产物与还原剂的摩尔比为1∶4～1∶6，在室温至回流温度下反应2.0～10.0小时，蒸出有机溶剂，过滤，滤液用乙酸乙酯萃取，有机相水洗、干燥、过滤，蒸出乙酸乙酯，得到硝基还原产物。

(8)再闭环合成R＝H的除草剂A1～A3反应：将还原产物加到有机溶剂中，与固体光气按摩尔比3∶1在室温至回流温度下，反应1.0～10.0小时，再滴加三乙胺，继续反应0.5h后，反应液倒入水中，分液，有机相用5％碳酸氢钠溶液和水洗涤，干燥、过滤，蒸出有机溶剂，制得除草剂A1-A3。

当除草剂的化学分子结构通式中的R为-CH₃或-CH₂-CH＝CH₂时，还需要进行再烷基化反应：将制得的除草剂A1-A3与烷基化试剂按摩尔比1∶1.1～1∶2，在碳酸钾存在下，在丙酮中室温至回流温度下，反应1.0～4.0小时，制得除草剂A4-A9。

在所述硝化反应时，所用的溶剂选自浓硫酸、冰醋酸、二氯甲烷或硝基苯；硝化试剂选自浓硝酸、发烟硝酸、硝酸/浓硫酸或硝酸/乙酸酐。

在所述脱烷基反应时，所用的有机溶剂选自二氯甲烷、氯仿或N，N-二甲基甲酰胺；脱烷基化试剂选自三氟化硼、三溴化硼、无水三氯化铝或浓硫酸。

在所述硝基还原反应时，所用的有机溶剂选自甲苯、甲醇或乙醇；还原剂选自硫化钠、铁粉、锌粉或氯化亚锡。

在所述再闭环合成R＝H的除草剂A1～A3反应时，所用的有机溶剂选自甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷或N，N-二甲基甲酰胺。

在所述再烷基化反应时，所用的再烷基化试剂选自碘甲烷、硫酸二甲酯或烯丙基溴。

产物的分离提纯既可以采用重结晶的方法(溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、乙酸乙酯、乙酸甲酯、石油醚、苯、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷等，或其混合物)，也可以采用柱色谱分离的方法。

按照上述方法，合成的除草剂，分析数据如表2所示。

表2 A1～A9的物性及分析数据

本发明的有益效果是：这种除草剂及其制备方法，含有活性的除草剂具有以下结构通式：

式中的X为氢、氯或溴等卤原子；R为氢原子、甲基或烯丙基等；除草剂的制备方法是以取代苯乙酮为原料，经过缩合、闭环、烷基化等步骤合成中间体3-(4-氯-2-氟-5-甲氧基苯基)-1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑；该中间体再经过卤代、硝化、脱甲基、硝基还原、闭环反应，最后进行不同的烷基化反应，即可得到系列除草剂。尤其除草剂A2、A5、A6、A8、A9采用150g/hm²或600g/hm²剂量，对狗尾草的除草率为50～80％，对马唐的除草率为45～80％，对苘麻的除草率为75～100％。

具体实施方式

实施例1：

(1)缩合反应

(4-氯-2-氟-5-甲氧基苯基)-4，4，4-三氟-1，3-丁二酮的合成：

在250ml三口烧瓶中加入13g4-氯-2-氟-5-甲氧基苯乙酮，60ml甲醇，13.5g三氟乙酸乙酯和26ml质量百分数为25％的甲醇钠/甲醇溶液。升温至回流，反应45min。反应结束后，将反应物倒入含有盐酸的冰水中，抽滤，水洗，干燥，得白色固体18.6g，产率97.2％。m.p.122～123℃；¹H NMR(400MHz，CDCl₃)，δ：3.96(s，3H，OCH₃)，6.73(s，1H，＝CH-)，7.27(d，1H，J＝10.8Hz，Ph-3-H)，7.50(d，1H，J＝6.4Hz，Ph-6-H)。

(2)闭环反应

(5)-(4-氯-2-氟-5-甲氧基苯基)-5(3)-三氟甲基吡唑的合成：

在100ml三口烧瓶中加入2g 1-(4-氯-2-氟-5-甲氧基苯基)-4，4，4-三氟-1，3-丁二酮，20ml乙酸和1ml质量百分数为80％的水合肼，升温至110℃反应1h。降温，有固体析出，将反应物倒入水中，过滤，水洗，干燥，得淡黄色固体2g，产率100％。m.p.194～198℃；¹H NMR(400MHz，CDCl₃)，δ：3.94(s，3H，OCH₃)，6.90(s，1H，Pyr-H)，7.22(d，1H，J＝10.0Hz，Ph-3-H)，7.41(d，1H，J＝6.0Hz，Ph-6-H)。

(3)甲基化反应

3-(4-氯-2-氟-5-甲氧基苯基)-1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑的合成：

在100ml三口烧瓶中加入2g 3(5)-(4-氯-2-氟-5-甲氧基苯基)-5(3)-三氟甲基吡唑，20ml甲苯和2ml硫酸二甲酯。升温至回流反应6h。反应结束后，反应液用1mol/L氢氧化钠溶液10ml洗，水洗，无水硫酸镁干燥，过滤，蒸出甲苯。加入少量乙醇重结晶，得到了白色固体1.9g，产率90.5％。m.p.115.5-116℃；¹HNMR(400MHz，CDCl₃)，δ：3.94(s，3H，OCH₃)，4.04(s，3H，Pyr-CH₃)，7.02(d，1H，J＝3.0Hz，Pyr-H)，7.17(d，1H，J＝8.8Hz，Ph-3-H)，7.55(d，1H，J＝5.8Hz，Ph-6-H)。

(4)卤代反应

4-氯-3-(4-氯-2-氟-5-甲氧基苯基)-1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑的合成：

在250ml三口烧瓶中加入3-(4-氯-2-氟-5-甲氧基苯基)-1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑15g、N-氯代琥珀酰亚胺20g和N，N-二甲基甲酰胺125ml，升温至80℃反应2h，将反应液倒入水中，30ml乙酸乙酯萃取两遍。合并有机层，15ml水洗两遍，无水硫酸镁干燥，过滤，蒸出乙酸乙酯，得白色固体。乙醇重结晶，得到了白色晶体14.0g，产率83.2％。m.p.72-72.5℃；¹H NMR(400MHz，CDCl₃)，δ：3.91(s，3H，OCH₃)，4.07(s，3H，Pyr-CH₃)，7.03(d，1H，J＝6.4Hz，Ph-6-H)，7.26(d，1H，J＝9.2Hz，Ph-3-H)。

(5)硝化反应

3-(4-氯-6-氟-3-甲氧基-2-硝基苯基)-1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑的合成：

在100mL三口烧瓶中，加入8g 3-(4-氯-2-氟-5-甲氧基苯基)-1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑，25mL冰乙酸，冰水浴下滴加27mL混酸(V(乙酐)∶V(硝酸)＝2∶1)。保持温度继续反应2h，然后将反应液倒入冰水中，过滤，水洗，干燥，得红棕色固体。少量乙醇中重结晶，得淡黄色固体3.7g，收率83％，m.p.94～96℃。

(6)脱烷基反应

6-氯-4-氟-3-(1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑-3-基)-2-硝基苯酚的合成：

在100mL三口烧瓶中加入3.7g 3-(4-氯-6-氟-3-甲氧基-2-硝基苯基)-1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑和3.4g三氯化铝，再加入60mL二氯甲烷作为溶剂。常温下搅拌反应2h。反应完毕后将反应液倒入冰盐酸中，分液，水相用二氯甲烷萃取，合并有机相，有机相水洗后无水硫酸镁干燥，过滤，蒸出二氯甲烷，得黄色固体3.5g，产率～100％，m.p.94～97℃。

(7)硝基还原反应

2-氨基-6-氯-4-氟-3-(1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑-3-基)苯酚的合成：

在氮气保护下，向100mL三口烧瓶中加入700mg 6-氯-4-氟-3-(1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑-3-基)-2-硝基苯酚、25mL甲醇、20ml饱和氯化铵水溶液及720mg铁粉，机械搅拌50℃下反应6h，冷却，蒸出甲醇，过滤，滤液用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相，有机相水洗后无水硫酸镁干燥，过滤，蒸出乙酸乙酯。得到棕色固体450mg，产率75％，m.p.87～89℃。

(8)再闭环反应

7-氯-5-氟-4-(1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑-3-基)苯并噁唑-2(3H)-酮(化合物A1)的合成：

在50mL单口瓶中，加入210mg三光气，再加入3mL甲苯溶解。取500mg2-氨基-6-氯-4-氟-3-(5-三氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-3-基)苯酚溶于18mL甲苯，然后在搅拌下滴加于单口瓶中。常温反应1h后，滴加0.5ml三乙胺后继续反应0.5h。反应完毕将反应液倒入水中，分液。有机相先后用5％碳酸氢钠溶液和水洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤，蒸出甲苯，得灰色粉末320mg，产率60％。

类似方法合成除草剂A2、A3。

实施例2：7-氯-5-氟-4-(1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑-3-基)-3-甲基苯并噁唑-2(3H)-酮(化合物A4)和3-烯丙基-7-氯-5-氟-4-(1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑-3-基)苯并噁唑-2(3H)-酮(化合物A7)的合成：

在25mL小烧瓶中，加入7-氯-5-氟-4-(1-甲基-5-三氟甲基-1H-吡唑-3-基)苯并噁唑-2(3H)-酮150mg和10ml丙酮，再加入适量无水碳酸钾粉末，滴加1ml硫酸二甲脂或0.3ml烯丙基溴，常温下反应4h，反应完毕将反应液倒入水中，用10mL乙酸乙脂萃取三次，有机相合并后水洗，无水硫酸镁干燥，过滤，蒸出乙酸乙酯，得化合物A4为灰白色固体。得化合物A7为白色固体。

类似方法合成除草剂A5、A6、A8、A9。

实施例3：除草活性测试

用少量丙酮溶解A1～A9除草剂原药，按设计剂量，用含有0.1％吐温80的静置自来水稀释，制得待测化合物溶液。选取生长良好、叶期一致的杂草(马唐、狗尾草、苘麻，2-3叶期)，用作物喷雾机进行喷雾处理，喷液量600L/hm²，处理后于通风处阴干，然后转移至温室进行正常培养。以清水处理为空白对照。处理后10天参比空白对照，目测调查各化合物对杂草的除草活性，100为全部杀死，0为无效。测试结果见表3所示。

表3除草活性测试结果

^*.除草剂的使用剂量(g a.i./hm²)

Claims

1、一种除草剂，其特征在于：该除草剂具有以下化学分子结构通式：

其中：X为氢或卤素；

R为C_1-3的烷烃基或烯烃基。

2、据权利要求1所述的一种除草剂，其特征在于：当X为氢、氯或溴原子时，R＝H，CH₃或-CH₂-CH＝CH₂。

3、为获得上述除草剂的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)缩合反应：将原料4-氯-2-氟-5-甲氧基苯乙酮与三氟乙酸乙酯按摩尔比1∶1.1～1∶2.0在质量百分数为25％的甲醇钠存在下，于甲醇、乙醇、乙醚或异丙醚中在室温至回流条件下，反应45分钟～20小时，把所得产物倒入冰盐酸中，过滤、洗涤、干燥，制得缩合产物；

(2)闭环反应：将缩合产物与水合肼按摩尔比1∶2～1∶3在苯、甲苯或乙酸溶剂中，于回流条件下反应30～60分钟，降温，倒入水中、过滤、水洗、干燥，得到闭环产物；

(3)烷基化反应：将闭环产物溶于苯、甲苯或丙酮中，与硫酸二甲酯或碘甲烷按摩尔比1∶1.5～1∶2.5在室温至回流温度下，反应为0.5～8.0小时，反应结束后，反应液用1mol/L氢氧化钠溶液洗涤，水洗、干燥、过滤，蒸出溶剂，得到烷基化产物；

(4)卤代反应：将上述烷基化产物与卤代琥珀酰亚胺按摩尔比为1∶2～1∶3在乙酸或N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，于70～110℃反应2～6小时，反应液倒入水中，用乙酸乙酯萃取，有机层水洗、干燥、过滤，蒸出乙酸乙酯，得到固体用乙醇重结晶，得卤代产物；

(5)硝化反应：将上述的烷基化产物或卤代产物溶于溶剂中，在冰水浴下滴加硝化试剂，按摩尔比1∶3～1∶5，0℃至回流温度下反应0.5～5.0小时，将反应液倒入冰水中，过滤、水洗、干燥，将得到固体用乙醇重结晶，制得硝化产物；

(6)脱烷基反应：将硝化产物溶于有机溶剂中，与脱烷基化试剂按摩尔比1∶1.5～1∶3.5，在室温至回流温度下反应0.5～2.0小时，反应液倒入冰盐酸中，分液，水相用有机溶剂萃取，有机相水洗、干燥、过滤，蒸出溶剂，制得脱烷基产物；

(7)硝基还原反应：将脱烷基产物溶于有机溶剂中，加入饱和氯化铵水溶液，再加入还原剂，脱烷基产物与还原剂的摩尔比为1∶4～1∶6，在室温至回流温度下反应2.0～10.0小时，蒸出有机溶剂，过滤，滤液用乙酸乙酯萃取，有机相水洗、干燥、过滤，蒸出乙酸乙酯，得到硝基还原产物；

4、据权利要求3所述的一种除草剂制备方法，其特征在于：当除草剂的化学分子结构通式中的R为-CH₃或-CH₂-CH＝CH₂时，还需要进行再烷基化反应：将制得的除草剂A1-A3与烷基化试剂按摩尔比1∶1.1～1∶2，在碳酸钾存在下，在丙酮中室温至回流温度下，反应1.0～4.0小时，制得除草剂A4-A9。

5、据权利要求3所述的一种除草剂制备方法，其特征在于：在所述硝化反应时，所用的溶剂选自浓硫酸、冰醋酸、二氯甲烷或硝基苯；硝化试剂选自浓硝酸、发烟硝酸、硝酸/浓硫酸或硝酸/乙酸酐。

6、据权利要求3所述的一种除草剂制备方法，其特征在于：在所述脱烷基反应时，所用的有机溶剂选自二氯甲烷、氯仿或N，N-二甲基甲酰胺；脱烷基化试剂选自三氟化硼、三溴化硼、无水三氯化铝或浓硫酸。

7、据权利要求3所述的一种除草剂制备方法，其特征在于：在所述硝基还原反应时，所用的有机溶剂选自甲苯、甲醇或乙醇；还原剂选自硫化钠、铁粉、锌粉或氯化亚锡。

8、根据权利要求3所述的一种除草剂制备方法，其特征在于：在所述再闭环合成R＝H的除草剂A1～A3反应时，所用的有机溶剂选自甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷或N，N-二甲基甲酰胺。

9、根据权利要求4所述的一种除草剂制备方法，其特征在于：在所述再烷基化反应时，所用的再烷基化试剂选自碘甲烷、硫酸二甲酯或烯丙基溴。