CN110317185B

CN110317185B - 苯并五元杂环类hppd酶抑制剂或其盐、除草剂组合物、制备方法与用途

Info

Publication number: CN110317185B
Application number: CN201910653468.3A
Authority: CN
Inventors: 张大永; 王曼曼; 严奕乐; 黄浩
Original assignee: China Pharmaceutical University
Current assignee: China Pharmaceutical University
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2022-09-23
Anticipated expiration: 2039-07-18
Also published as: CN110317185A

Abstract

本发明公开了具有通式I或II的苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐、除草剂组合物、制备方法与用途。通式I、II中X是氮原子、氧原子或硫原子；R₁为氢原子、C_1‑6烷基、C_1‑6烷氧基与芳香基团；R₂和R₃为卤素、硝基、三氟甲基、氰基、砜甲基、甲氧基、C1‑6烷基或C1‑6烷氧基；通式I中R₄为氢原子或甲基；通式II中R₄为氢原子、环丙基、三氟甲基、C1‑6烷基或C1‑6烷氧基；通式II中R₅为氢原子、C1‑6烷基、C1‑6烷氧基或芳环。本发明构建了完全不同于市场化HPPD抑制剂的有机骨架，并且生测活性与硝磺草酮相当。用作除草剂时，生长抑制效果显著。

Description

苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐、除草剂组合物、制备方法与用途

技术领域

本发明涉及HPPD酶抑制剂、制备方法及用途，特别涉及苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐、除草剂组合物、制备方法与用途。

背景技术

对羟基苯基丙酮酸双氧化酶(4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase，HPPD)存在于各种生物体中，是一种依赖二价铁离子的非血红素氧化酶，在一个单一催化循环中将对羟基丙酮酸经脱羧、取代基迁移和芳香环的氧化催化转化为尿黑酸。在植物体中，HPPD将对羟基苯基丙酮酸催化转化为尿黑酸这一过程时酪氨酸在植物体中代谢过程的一部分，催化的产物尿黑酸是指物体赖以生存的关键物质质体醌与生育酚生物合成的起始原料；此外，HPPD在酪氨酸降解中起作用，由于它具有异戊烯苯醌的芳基前体，亦即作为保护光合细胞的重要载体的质体醌与生育酚，因而具有重要的组成代谢作用。靶向除草剂抑制HPPD，导致阻碍4-羟苯基丙酮酸向尿黑酸的转变并间接抑制类胡萝卜素的合成，促使植物分生组织产生白化症状，最终导致植物死亡，具有重大农业意义。鉴于其上述重要作用和特点，使其成为继ALS、ACC以及PPO之后又一新的除草剂靶标酶。由于该酶抑制剂用于除草方面具有广谱、高效、残留低、环境相容性好、使用安全的特点，且尚未发现有关其抗性的报道，这更加引起相关研究人员对其抑制剂与构效关系研究的热情，同时开展了相关研究。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐。

本发明的另一目的是提供所述提供苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐的制备方法。

本发明的另一目的是提供除草剂的组合物。

本发明的最后一目的是提供苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐中的至少一种或除草剂的组合物在控制有害植物上的用途。

技术方案：本发明提供一种具有通式I或II的苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐：

其中，

通式I、II中X是氮原子、氧原子或硫原子；R₁为氢原子、C_1-6烷基、C_1-6烷氧基与芳香基团；R₂和R₃为卤素、硝基、三氟甲基、氰基、砜甲基、甲氧基、C1-6烷基或C1-6烷氧基；

通式I中R₄为氢原子或甲基；通式II中R₄为氢原子、环丙基、三氟甲基、C1-6烷基或C1-6烷氧基；

通式II中R₅为氢原子、C1-6烷基、C1-6烷氧基或芳环。

进一步地，所述卤素为氟、氯、溴或碘。

进一步地，所述的具有通式I或II的苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐，为如下任一种：

所述的具有通式I或II的苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐的制备方法，包括如下步骤：

(1)通式I制备方法：

(2)通式II制备方法：

多取代的水杨醛经氯甲酸甲酯在碳酸钾做碱、乙腈溶剂回流条件下缩合制得C1；C1在DMF回流中关环得到C2；C2在碱性、乙醇条件下酯解，获得C3；C3与1，3-环己二酮在DMAP，DECI，二氯甲烷做溶剂条件下缩合得C4；C4经Fries重排反应得C5；甲基肼与取代的乙酰乙酸乙酯缩合关环获得C6；C3与C6在DMAP，EDCI条件下常温缩合获得C7；C7经Fries重排反应得C8。

一种除草剂的组合物，包括除草有效量的所述具有通式I或II的苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐中的至少一种。

进一步地，还包括制剂助剂。

一种除草的方法，包括将除草有效量的具有通式I或II的苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐中的至少一种或所述的除草剂的组合物使用在植物上或者有害植物区域。

所述的具有通式I或II的苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐中的至少一种或所述的除草剂的组合物在控制有害植物上的用途。

进一步地，所述有害植物为一年生、多年生草本杂草及木本杂草。

本发明中，“卤素原子”是指氟原子、氯原子、溴原子或碘原子等。

“C_1-6烃基(基团)”是指，C_1-6烷基，C_2-7烯基，C_1-6烷氧基，C_2-6烯氧基，C_1-6烷基-羰基单或二取代的氨基芳基，等等。

“C_1-6烷基(基团)”是指，例如、甲基、乙基、异丙基、丁基、仲丁基、戊基、异戊基、1-乙基丙基、1-甲基丁基、异己基、1，1-二甲基丁基、3，3-二甲基丁基、2-乙基丁基、1-乙基-2-甲基丙基、1，2-二甲丙基，等等。

“C_1-6烷氧基(基团)”是指，例如，甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、异戊氧基、新戊氧基、己氧基，等等。

“单环芳香杂环基团”包括5至7元(优选5或6元)单环芳香杂环基团，作为环构成原子，除了碳原子以外，其还含有1至4个选自氧原子、硫原子(任选氧化)和氮原子(任选氧化)的杂原子。

当化合物(I、II)是盐形式时，包括：金属盐、铵盐、与有机碱形成的盐、与无机酸形成的盐、与有机酸形成的盐、与碱性或酸性氨基酸形成的盐，等等。金属盐的优选例子包括：碱金属盐，例如钠盐、钾盐等等；碱土金属盐，例如钙盐、镁盐、钡盐等等；招盐，等等。与有机碱形成的盐的优选例子包括与下列有机碱形成的盐：三甲胺、三乙胺、吡啶、甲基吡啶、2，6-二甲基吡啶、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、环己胺、二环己基胺、N，N’-二苄基乙二胺，等等。

有益效果：本发明区别于传统HPPD抑制剂苯环体系，构建了完全不同于市场化HPPD抑制剂的有机骨架，并且生测活性与硝磺草酮相当。

附图说明

图1为化合物单晶结构图。

具体实施方式

以下实施例中，“室温”通常是指大约10℃至大约35℃。混合溶剂表示的比例是体积混合比例，除非另作说明。

利用Fourier变换类型NMR，测定¹H-NMR(质子核磁共振波谱)。对于分析，使用ACD/SpecManager等。不描述很轻的质子(例如羟基、氨基等等)的峰。

利用LC/MS(液相色谱质谱仪)测定MS(质谱)。作为电离法，使用ESI(电喷射离子化)方法等。数据表示那些实测值。通常，观察分子离子峰。在盐的情况下，通常观察到游离形式的分子离子峰或碎片离子峰。

实施例1

中间体通式C1制备通法：

具体实施例：2-(2-乙酰基苯氧基)乙酸甲酯的制备

将2′-羟基苯乙酮(1.36g)，碳酸钾(1.50g)，氯甲酸甲酯(0.98g)和20mL乙腈，于100mL三口反应瓶中回流反应4h。TLC中控反应完全后，抽滤除去固体盐，滤液脱溶，减压干燥至恒重，得2-(2-乙酰基苯氧基)乙酸甲酯(1.85g)。

¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.65(d，J＝7.9Hz，1H)，7.59-7.44(m，2H)，7.33(t，J＝7.3Hz，1H)，5.11(s，2H)，3.72(s，3H)，2.61(s，3H).MS(ESI⁺)：[M+H]⁺209.0。

实施例2

中间体C2制备通法：

具体实施例：3-甲基苯并呋喃-2-甲酸甲酯的制备

将实施例1中所得2-(2-乙酰基苯氧基)乙酸甲酯(1.00g)，碳酸钾(0.15g)，干燥的DMF 20mL，于100mL三口反应瓶中回流2h。TLC监控反应进程，待反应完全后，反应液冷却至室温。将反应液倒入100mL水中，析出固体，抽滤，减压干燥除水至恒重，得3-甲基苯并呋喃-2-甲酸甲酯(0.70g)。

¹H NMR(300MHz，DMSO)δ7.70(d，J＝7.5Hz，1H)，7.60(d，J＝8.1Hz，1H)，7.46(t，J＝7.4Hz，1H)，7.30(t，J＝7.2Hz，1H)，3.62(s，3H)，2.51(s，3H).MS(ESI⁺)：[M+H]⁺191.0。

实施例3

中间体通式C3制备通法：

具体实施例：3-甲基苯并呋喃-2-甲酸的制备

将实施例2中所得3-甲基苯并呋喃-2-甲酸甲酯(1.00g)，NaOH(0.25g)，20mL甲醇于100mL单口瓶中常温反应6h。取样酸化，EA萃取，TLC中控。待反应完全后，脱溶产物的钠盐，加30mL水溶解产物钠盐，冰浴条件下加入3N HCl酸化体系pH至1，析出白色固体，抽滤，减压干燥除水至恒重，得3-甲基苯并呋喃-2-甲酸(0.65g)。

¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ13.38(s，1H)，7.65(d，J＝7.9Hz，1H)，7.59-7.44(m，2H)，7.33(t，J＝7.3Hz，1H)，2.52(s，3H).MS(ESI⁺)：[M+H]⁺177.0。

实施例4

中间体通式C4制备通法：

具体实施例：3-氧代环己烯-3-甲基苯并呋喃-2-羧酸酯的制备

将实施例3中所得3-甲基苯并呋喃-2-甲酸(0.50g)，1，3-环己二酮(0.32g)，4-二甲氨基吡啶(DMAP 0.05g)，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDCl 0.59g)和50mL无水二氯甲烷加入100mL单口瓶中，开启氮气保护系统，常温反应，TLC中控直至反应完全。产物脱溶，经硅胶柱色谱分离纯化得上述化合物(0.55g)。

¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.65(d，J＝7.9Hz，1H)，7.59-7.44(m，2H)，7.33(t，J＝7.3Hz，1H)，6.11(s，1H)，2.72(t，J＝6.0Hz，2H)，2.61(s，3H)，2.52-2.38(m，2H)，2.18-2.11(m，2H).MS(ESI⁺)：[M+H]⁺271.0。

实施例5

C5(化合物9)制备通法：

具体实施例：(化合物6)的制备

将实施例4中所得3-氧代环己烯-3-甲基苯并呋喃-2-羧酸酯(0.50g)，无水三乙胺(0.51g)，丙酮氰醇(0.05g)和30mL无水二氯甲烷在氮气保护的条件下于室温搅拌反应12h。反应液脱溶，加入30mL水超声溶解产物的三乙胺盐。冰浴条件下加入3NHCl酸化体系pH至1，析出黄色固体，抽滤，减压干燥除水至恒重，得化合物6(0.41g)。¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ15.70(s，1H)，7.63(d，J＝7.8Hz，1H)，7.44(d，J＝7.7Hz，2H)，7.36-7.23(m，1H)，2.62(d，J＝9.7Hz，4H)，2.52(s，3H)，2.19-2.02(m，2H).¹¹³C NMR(75MHz，CDCl₃)δ192.99，186.04，153.92，128.71，127.46，124.94，122.62，122.54，120.63，114.27，111.69，111.59，26.63，18.84，9.21.MS(ESI⁺)：[M+H]⁺271.1。

实施例6

中间体通式C6制备通法：

具体实施例：3-环丙基-1-甲基吡唑醇的制备

向100mL三口反应瓶中加入3-环丙基-3-氧代丙酸甲酯(13.00g)和50mL乙醇冷肼降温至-10℃，缓慢滴加40％甲基肼水溶液(11.50g)，保持体系温度不高于-5℃。滴加完毕后，常温搅拌2h，油浴升温至回流反应3h。脱溶，得米黄色固体(15.4g)。30mL EA重结晶，得白色固体(13.2g)。

¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ10.30(s，1H)，6.38(m，1H)，2.68-2.25(m，1H)，1.02-1.00(m，2H)，0.91-0.89(m，2H).MS(ESI⁺)：[M+H]⁺139.1。

实施例7

中间体通式C7制备通法：

具体实施例：3-环丙基-1-甲基-1H-吡唑-5-基3-甲基苯并呋喃-2-甲酸酯的制备

将实施例3中所得3-甲基苯并呋喃-2-甲酸(0.50g)，3-环丙基-1-甲基吡唑醇(0.39g)，4-二甲氨基吡啶(DMAP 0.05g)，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDCI 0.59g)和50mL无水二氯甲烷加入100mL单口瓶中，开启氮气保护系统，常温反应，TLC中控直至反应完全。产物脱溶，经硅胶柱色谱分离纯化得上述化合物(0.55g)。

¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.70(d，J＝7.9Hz，1H)，7.65-7.48(m，2H)，7.37(t，J＝7.3Hz，1H)，5.98(s，1H)，3.78(s，3H)，2.69(s，3H)，2.04-1.81(m，1H)，0.99-0.85(m，2H)，0.86-0.62(m，2H).MS(ESI⁺)：[M+H]⁺297.0。

实施例8

C8(化合物9)制备通法：

具体实施例：(化合物9)的制备

将实施例7中所得3-环丙基-1-甲基-1H-吡唑-5-基-3-甲基苯并呋喃-2-甲酸酯(0.50g)，无水三乙胺(0.51g)，丙酮氰醇(0.05g)和30mL无水二氯甲烷在氮气保护的条件下于室温搅拌反应12h。反应液脱溶，加入30mL水超声溶解产物的三乙胺盐。冰浴条件下加入3N HCl酸化体系pH至1，析出黄色固体，抽滤，减压干燥除水至恒重，得化合物9(0.35g)。

¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ12.30(s，1H)，7.71(d，J＝7.8Hz，1H)，7.58-7.46(m，2H)，7.38-7.32(m，1H)，3.63(s，3H)，2.68(s，3H)，2.68-2.25(m，1H)，1.02-1.00(m，2H)，0.91-0.89(m，2H).¹³C NMR(75MHz，CDCl₃)δ180.18，161.27，154.12，151.86，146.59，129.35，127.77，125.29，123.29，121.22，111.70，102.42，32.44，10.78，9.53，7.53.MS(ESI⁺)：[M+H]⁺297.1。

化合物单晶结构如图1。

表1：部分如通式(I、II)所示的本发明化合物

表1部分化合物结构及核磁数据

实验实施例(化合物温室除草活性试验)

实验步骤：

温室盆栽除草活性测试：

样品配置：用分析天平(0.0001g)称取原药，用含1％吐温-80乳化剂的DMF溶解配制成1.0％母液，然后用蒸馏水稀释备用。

实验方法：活性普筛(盆栽法，苗后茎叶喷雾处理)：供试靶标为苘麻、鳢肠、反枝苋、稗草、狗尾、马唐。取直径6cm花盆，装复合土基(V菜园土∶V育苗基质＝1/2)至3/4处，将待测杂草(茼麻、鳢肠、反枝苋、稗草、马唐和狗尾草种子均匀的播入花盆中，直接播种上述六种杂草靶标出芽率≥85％)，覆土0.2cm，底部加水方式使土壤吸水饱和后置于温室内培养生长，土壤含水量保持适宜，待杂草长至3叶期左右备用。待杂草生长至4叶期左右时，在自动喷雾装置上进行芽后茎叶喷雾处理。每个处理重复2-3次并设空白对照。处理后静置4-5小时，杂草叶片上药液吸收后，移入温室内培养。每天定时观察杂草生长情况定期记录受害症状，施药后15天左右目测调查化合物的除草活性并计算抑制率。

作物安全性测试：

取内径12cm花盆，装复合土基(V_菜园土∶V_育苗基质＝1/2)至3/4处将待测作物(小麦、玉米、水稻、大豆、棉花、油菜)种子均匀的播入花盆中，覆土0.2cm，于恒温温室中培养。待植株长至4-5叶左右时，各化合物按照150g ai/ha剂量在自动喷雾塔施药后，待杂草叶面药液吸收后移入温室培养，15天后测其鲜重抑制率，以喷施无菌水为空白对照。

田间除草活性测试：

田间测试时主要针对的作物是玉米，品种为郑单958。试验地以阔叶杂草为优势种，主要阔叶杂草为反枝苋、马齿苋、铁苋菜、黎、打碗花及少量苍耳等；主要禾本科杂草为马唐和牛筋草。基本代表北方一年两熟地区夏玉米田杂草的种类及群落组成。

实验田地旋耕后机械条播夏玉米，密度5000株/亩。播种前施有机肥，并随机器播种时施入复合肥50Kg/亩。待测化合物制剂配置为乳油，实验中所用的对照药剂为10％硝磺草酮，由先正达(中国)投资有限公司生产。

实验过程时，田间小区采用随机区组设计，田间小区面积为24m²。喷雾器械为新加坡利农背负式喷雾器，扇形喷头。施药时间在玉米4-5叶期，阔叶杂草3-5叶期，禾本科杂草4-6叶期进行茎叶喷雾处理，施药一次，喷液量设置为450L/ha。实验的过程中除喷洒待测的化合物外，无其它试剂。

试验地土质为沙壤，需测定土壤有机质含量、碱解氮、有效磷、有效钾和土壤pH值。试验期间采用喷灌浇水2次。播种前撒施有机肥，播种时使用复合肥50Kg为底肥。玉米施药前间苗，每亩留5000株左右，未进行其它田间作业。施药前，每小区对角线定3个0.25m²样点，分草种调查点内杂草基数。施药后5天，目测观察待测化合物的速效性，记录杂草典型的中毒症状；施药后10天目测观察杂草防效，施药后15天，调查样点内残存杂草种类及株数，计算防效。

部分化合物生测活性如下表2(％，生长抑制率)(药后20d)：

表2部分化合物生测活性结果

化合物编号	剂量(gai/ha)	苘麻	反枝苋	鳢肠	马唐	稗草	狗尾草
								1	150	30	20*	30*	85*	70*	0
2	150	0	20*	40*	80*	50*	20
								3	150	20	60	70*	80*	70*	10
4	150	30	30	10	0	0	0
								5	150	50	50	80	85*	70*	0
6	150	50	60	60	80*	10*	0
								7	150	40	50*	40	70*	10*	0
8	150	50	80	70	85*	50*	0
								9	150	40	70	70	80*	30*	0
10	150	50	60	50	0	0	0
								11	150	70	60	70*	90*	80*	20*
12	150	80	50	70	85*	70*	10
								13	150	85	80	80	85*	80*	30*
14	150	95	70	85	90*	80*	70*
								15	150	80	85	60*	90*	80*	50*
16	150	10	30*	60*	70*	20*	10
								17	150	0	20	50	70*	0	0
18	150	20	70	50	30*	10*	10*
								19	150	0	20	60	30*	20*	30*
20	150	30	30	50	30*	40*	10*
								21	150	50	20	70	95*	85*	10*
22	150	60	30	50	80*	50*	10
								23	150	70	60	70	80*	80*	10*
24	150	60	50	70	85*	80*	30*
								25	150	70	50	80	85*	80*	30*

注：“*”表示有白化现象。

本发明的化合物具有优良的HPPD酶抑制作用，对一年生和多年生草本杂草及木本杂草的生长抑制具有显著的效果。

Claims

1.一种苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐，为如下任一种：

2.一种除草剂的组合物，包括除草有效量的如权利要求1所述的苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐中的至少一种。

3.据权利要求2述的除草剂的组合物，其特征在于：还包括制剂助剂。

4.权利要求1所述的苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐中的至少一种或权利要求2或3所述的除草剂的组合物在控制有害植物上的用途。

5.根据权利要求4所述的用途，所述有害植物为一年生、多年生草本杂草及木本杂草。

6.一种除草的方法，其特征在于：包括将除草有效量的权利要求1所述的苯并五元杂环类HPPD酶抑制剂或其盐中的至少一种或权利要求2或3所述的除草剂的组合物使用在植物上或者有害植物区域。