CN116178300A - 含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物及其制备方法和应用，所述含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物的结构式如式（Ⅰ）所示：
Description
技术领域
本发明属于化学合成与药物应用技术领域，具体涉及一种含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物及其制备方法和应用。
背景技术
随着人口不断的增加，粮食的需求也越来越大，而杂草是影响粮食需求量的重要因素之一。创制新型低毒、环境友好和高效防治杂草的除草剂一直以来是人们关注的一个热点前沿话题。PPO抑制剂的作用机制主要是通过抑制植物体合成叶绿素来达到除草效果，因此该类除草剂对哺乳动物动物的危害极其低，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物及其制备方法和应用。为了研究更绿色、更低毒的安全农药，本发明在保持丙炔氟草胺中1,4-苯并噁嗪酮骨架不变的条件下，取代掉氟原子引入二苯醚结构，以此设计并合成了新的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物。
所述的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物，结构式如式(Ⅰ)所示：
式(I)中苯环上的取代基R数量为1～3个，取代基R为C1～C4烷基、苯基、硝基、卤素或C1～C4烷氧基。
优选地，式(I)中苯环上的取代基R为2,4-二甲基、苯基、3-甲基-4-氯、2-碘-4-氯、3,5-二甲基-4-溴、对甲基、对叔丁基、对异丙基、对溴、3-甲基-5-异丙基、邻甲基、间甲基、3,5-二甲基、2,5-二甲基、2,6-二甲基、对氯、间甲氧基或对硝基。
所述的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物的制备方法，包括如下步骤；
1)以2,4-二氟硝基苯为原料，与氢氧化钠在水溶剂中反应，生成5-氟-2-硝基苯酚；
2)以DMF为溶剂，以5-氟-2-硝基苯酚为原料，与溴乙酸乙酯在碳酸钾存在下反应，生成如式(Ⅱ)所示的化合物；
3)以化合物(Ⅱ)为原料，与还原铁粉和冰醋酸反应，生成如式(Ⅲ)所示的化合物；
4)以化合物(Ⅲ)为原料，与浓硝酸和浓硫酸反应，生成如式(Ⅳ)所示的化合物；
5)以DMF为溶剂，以化合物(Ⅳ)为原料，与溴丙炔在碳酸铯存在下反应，生成如式(Ⅴ)所示的化合物；
6)以DMF为溶剂，以化合物(Ⅵ)为原料，与化合物(Ⅴ)在碳酸钾存在下反应，生成如式(I)所示的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物；
式(Ⅵ)中苯环上的取代基R与式(I)中相同。
其反应过程如下：
进一步地，步骤1)中合成5-氟-2-硝基苯酚时，反应温度为50-60℃，反应时间为6-8h，2,4-二氟硝基苯与氢氧化钠的摩尔比为1:2～4。
进一步地，步骤2)中合成如式(Ⅱ)所示的化合物时，5-氟-2-硝基苯酚、碳酸钾和溴乙酸乙酯的物质的量之比为1:1.2-1.3：1.05-1.1。
进一步地，步骤3)中合成如式(Ⅲ)所示的化合物时，反应时间为4-6h，反应温度为75-85℃，所述化合物(Ⅱ)与还原铁粉的摩尔比为1:1.5～2.5，化合物(Ⅱ)在冰醋酸中的浓度为0.45～0.5mol/L。
进一步地，步骤4)中合成如式(Ⅳ)所示的化合物时，式(Ⅲ)所示的化合物与浓硝酸的物质的量之比为1：1.5-4，所述浓硫酸的质量分数为75～85％，式(Ⅲ)所示的化合物在浓硫酸中的浓度为0.1～0.15mol/L。
进一步地，步骤5)中合成如式(Ⅴ)所示的化合物时，式(Ⅳ)所示的化合物与溴丙炔的物质的量之比为1：1.05-1.3，式(Ⅳ)所示的化合物与碳酸铯的物质的量之比为1：1.2-1.3。
进一步地，步骤6)中合成含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物时，式(Ⅵ)所示的化合物、式(Ⅴ)所示的化合物与碳酸钾的物质的量之比为1：1.1-1.3：1.5-1.7。
上述的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物在制备除草剂中的应用。
本发明的有益效果在于：
本发明所得产物的结构经核磁氢谱进行了确认，并对所得的18个目标产物进行了除草活性测试，结果表明：I-1～I-18化合物对油菜胚根都表现出一定的抑制活性，相对于油菜胚根，对小麦茎的抑制率整体处于比较低的水平，在100ppm的浓度下大多数化合物对小麦茎的抑制率均低于50％，在10ppm的浓度下几乎对小麦茎没有抑制作用，抑制效果不理想。在100ppm的浓度下I-3和I-8对油菜胚根的抑制率分别为88.1％和92.1％，I-4和I-16对油菜胚根的抑制率也能达到70％以上。当在低浓度10ppm下，I-8的抑制率能达到78.6％，相对来说仍然比较高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
1)5-氟-2-硝基苯酚的制备
在100mL的圆底反应瓶中加入2,4-二氟硝基苯(100.00mmol)和10mL水，加热使反应体系温度升高至55℃后，边搅拌边缓慢的滴加40.00g的质量分数30％的氢氧化钠水溶液，约15min滴加完毕后，保持55℃条件下继续搅拌6h，待反应结束后将反应液冷却至室温，随后向反应液中滴加稀盐酸调节pH＝2，最后用60mL的二氯甲烷将其萃取三次，合并有机相，减压旋蒸除去二氯甲烷溶剂后得到10.70g 5-氟-2-硝基苯酚的粗产物，不经提纯，直接用于下一步反应中。产率：68％，黄色固体，熔点：32～33℃。
2)如式(Ⅱ)所示的化合物的制备
称取5-氟-2-硝基苯酚(51.08mmol)和碳酸钾(63.87mmol)加入到100mL的圆底反应瓶中，并加入60mL的DMF溶液将其溶解，在室温条件下搅拌约15min，随后缓慢的滴加溴乙酸乙酯(53.66mmol)，TLC(VEA/VPE＝1:6)对反应进行跟踪，反应约12h后结束，将反应液倒入烧杯中，然后加入50mL水和50mL乙酸乙酯进行萃取，萃取完成后用饱和的氯化钠溶液对有机层洗涤两至三次、用无水硫酸钠对有机相进行干燥处理、最后减压旋蒸浓缩除去乙酸乙酯溶剂后用乙醇重结晶后得到了如式(Ⅱ)所示的化合物8.84g，油状液体，收率：71.1％。
3)如式(Ⅲ)所示的化合物的制备
将式(Ⅱ)所示的化合物(29.05mmol)与60mL冰醋酸加入到250mL的三颈圆底反应瓶中进行搅拌，加热使反应体系温度升高至80℃后保持回流状态。随后称取还原铁粉(58.10mmol)并在20min内分三批次加入到反应体系中，TLC(VEA/VPE＝1:4)对反应进行跟踪检测，反应约4h后结束，将反应液冷却至室温后倒入100mL的冰水至反应液中有大量的白色沉淀析出，白色沉淀经抽滤和用水洗涤并干燥后，最终得到式(Ⅲ)所示的化合物3.20g，产率:65.9％，白色固体，熔点：203～204℃。
4)如式(Ⅳ)所示的化合物的制备
将式(Ⅲ)所示的化合物(10.65mmol)和新配制的80mL质量分数80％的浓硫酸溶液缓慢加入到250mL的三颈圆底反应瓶中进行搅拌，加入适量的冰块使体系冷却至0℃，随后在10min内将1.78g质量分数65％的硝酸和5mL质量分数80％的浓硫酸滴入其中，TLC(VEA/VPE＝1:3)对反应进行跟踪监测，约45min左右反应结束后，将反应液倒入100mL的冰水中，使其充分搅拌30min后，有大量的黄色沉淀从体系中析出，黄色沉淀经过抽滤和用水洗涤最后干燥得到式(Ⅳ)所示的化合物2.02g，产率:89.4％，淡黄色固体，熔点：207～208℃。
5)如式(Ⅴ)所示的化合物的制备
将式(Ⅳ)所示的化合物(7.14mmol)和无水碳酸铯(8.93mmol)加入到100mL的圆底反应瓶中，加入50mL的DMF溶液，在室温条件下搅拌约15min后缓慢的滴加溴丙炔(7.50mmol)，约10min内滴加完毕后搅拌过夜，反应结束后将反应液倒入分液漏斗中，然后加入50mL的水和50mL乙酸乙酯进行萃取，有机层经饱和的氯化钠溶液洗涤三次并加入适量的无水硫酸钠干燥，最后减压旋干乙酸乙酯后上柱进行柱层析，用VEA/VPE＝1:4的洗脱剂分离纯化最终得到式(Ⅴ)所示的化合物1.51g，产率：84.5％，黄色固体，熔点：108～109℃。
6)化合物I-1～I-18的制备
取代苯酚(0.50mmol)和无水碳酸钾(0.75mmol)溶于30mL的DMF溶剂中，搅拌15min后加入化合物(Ⅴ)(0.60mmol)，在90℃下搅拌4h，TLC(VEA/VPE＝1:6)对反应进行跟踪监测，反应结束后将反应液倒入分液漏斗中，然后加入20mL水和50mL乙酸乙酯进行萃取，有机相用饱和的碳酸钠溶液洗涤后用无水硫酸钠进行干燥，最后减压旋干乙酸乙酯溶剂上柱进行柱层析，用VEA/VPE＝1:6的洗脱剂分离纯化，得到目标化合物。
目标化合物I-1～I-18的制备方法重复上述过程，取代苯酚的取代基与目标化合物I-1～I-18的苯环上的取代基相同，并列于表1中，最终所得目标产物的收率以及理化数据汇总于表1中。目标化合物I-1～I-18的氢谱表征数据汇总于表2中。
表1含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物理化数据
| 目标化合物 | 取代基团R | 外观 | 收率％ |
| Ⅰ-1 | 2,4-di-CH3 | 黄色固体 | 72.6 |
| Ⅰ-2 | Ph | 黄色固体 | 66.2 |
| Ⅰ-3 | 3-CH3-4-Cl | 黄色固体 | 63.3 |
| Ⅰ-4 | 2-I-4-Cl | 黄色固体 | 52.2 |
| Ⅰ-5 | 3,5-di-CH3-4-Br | 黄色固体 | 58.2 |
| Ⅰ-6 | p-CH3 | 黄色固体 | 78.4 |
| Ⅰ-7 | p-C(CH3)3 | 黄色固体 | 66.3 |
| Ⅰ-8 | p-CH(CH3)2 | 黄色固体 | 60.1 |
| Ⅰ-9 | p-Br | 黄色固体 | 54.6 |
| Ⅰ-10 | 3-CH3-5-CH(CH3)2 | 黄色固体 | 59.7 |
| Ⅰ-11 | o-CH3 | 黄色固体 | 67.5 |
| Ⅰ-12 | m-CH3 | 黄色固体 | 73.1 |
| Ⅰ-13 | 3,5-di-CH3 | 黄色固体 | 69.7 |
| Ⅰ-14 | 2,5-di-CH3 | 黄色固体 | 60.4 |
| Ⅰ-15 | 2,6-di-CH3 | 黄色固体 | 73.6 |
| Ⅰ-16 | o-Cl | 黄色固体 | 63.8 |
| Ⅰ-17 | m-OCF3 | 黄色固体 | 54.7 |
| Ⅰ-18 | p-NO2 | 黄色固体 | 48.1 |
表2含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物氢谱数据
实施例2除草活性测试
试验方法
(1)试验对象：双子叶植物油菜(Brassica napus)、单子叶植物小麦(Triticumaestivum)的种子。
(2)试验处理：在生物活性测试之前先对种子进行无菌化处理，首先使种子在5％-10％的次氯酸钠溶液中浸泡约10min左右进行灭菌处理，浸泡5小时后随之采用Millipore超纯水系统的去离子水多次反复冲洗后在无菌环境下晾干。
(3)试验方法：称取2mg的待测化合物于5mL EP管中，用移液枪移取2mL丙酮加入其中并摇匀震荡使待测化合物完全溶解，配成1mg/L的母液备用。取1mL母液于10mL EP管中并加入9mL去离子水稀释得到100ppm的待测液，取上一步的溶液1mL于10mL EP管中并加入9mL去离子水稀释得到10ppm待测液。另取丙炔氟草胺(Flumioxazin)作为对照药。
小麦生物活性测试：实验中选用丙酮为溶剂，所有生物测试均分为一式两份且都在杯中进行操作，实验过程中应该避免外界环境造成的污染，将直径为7.5cm的滤纸平铺其中，加入一定浓度的供试化合物溶液10mL，播种小麦种子10粒，放在自然环境下培养，约一周时间后测定小麦苗的高度，通过对小麦幼苗株高的生长抑制来检测目标化合物的除草活性，活性指标：株高生长抑制率(％)。
油菜生物活性测试：实验中选用丙酮为溶剂，所有生物测试均分为一式两份且都在无菌无热原聚苯乙烯24孔细胞培养板(CoStar 3524,Corning Incorporated)中进行操作。实验过程中应该避免外界环境造成的污染，将上述培养板放在无菌的环境中且用直径为1.5cm的滤纸盘，在对照孔中加入200μL供试化合物溶液后在所有孔中均放置5粒种子，盖住其样品孔并用生料带密封；在室温黑暗条件中进行孵育，约一周时间左右后测定其胚根长度，活性指标：胚根生长抑制率(％)。
抑制率计算：
活性测试结果如表3所示：
表3含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物除草活性
含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物(18个)除草活性结果表明(表3)，I-1～I-18中的化合物对油菜胚根都表现出一定的抑制活性，相对于油菜胚根，对小麦茎的抑制率整体处于比较低的水平，在100ppm的浓度下大多数化合物对小麦茎的抑制率均低于50％，在10ppm的浓度下几乎对小麦茎没有抑制作用，抑制效果不理想。在100ppm的浓度下I-3和I-8对油菜胚根的抑制率分别为为88.1％和92.1％，I-4和I-16对油菜胚根的抑制率也能达到70％以上。当在低浓度10ppm下，I-8的抑制率能达到78.6％，相对来说仍然比较高。对比I-1～I-18中的各目标化合物对油菜胚根的生物活性数据，从构效关系上可以看出当苯环上的取代基为给电子的烷烃基或卤原子均有部分目标化合物对油菜的胚根显示出较好的抑制活性，当苯环上间位上的取代基为吸电子基团的三氟甲氧基或对位为吸电子基团的硝基时对油菜胚根的抑制率表现出明显的降低。
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也仅仅于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (10)
1.含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物，其特征在于结构式如式(Ⅰ)所示：
式(I)中苯环上的取代基R数量为1～3个，取代基R为C1～C4烷基、苯基、硝基、卤素或C1～C4烷氧基。
2.根据权利要求1所述的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物，其特征在于式(I)中苯环上的取代基R为2,4-二甲基、苯基、3-甲基-4-氯、2-碘-4-氯、3,5-二甲基-4-溴、对甲基、对叔丁基、对异丙基、对溴、3-甲基-5-异丙基、邻甲基、间甲基、3,5-二甲基、2,5-二甲基、2,6-二甲基、对氯、间甲氧基或对硝基。
3.一种如权利要求1所述的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物的制备方法，其特征在于包括如下步骤；
1)以2,4-二氟硝基苯为原料，与氢氧化钠在水溶剂中反应，生成5-氟-2-硝基苯酚；
2)以DMF为溶剂，以5-氟-2-硝基苯酚为原料，与溴乙酸乙酯在碳酸钾存在下反应，生成如式(Ⅱ)所示的化合物；
3)以化合物(Ⅱ)为原料，与还原铁粉和冰醋酸反应，生成如式(Ⅲ)所示的化合物；
4)以化合物(Ⅲ)为原料，与浓硝酸和浓硫酸反应，生成如式(Ⅳ)所示的化合物；
5)以DMF为溶剂，以化合物(Ⅳ)为原料，与溴丙炔在碳酸铯存在下反应，生成如式(Ⅴ)所示的化合物；
6)以DMF为溶剂，以化合物(Ⅵ)为原料，与化合物(Ⅴ)在碳酸钾存在下反应，生成如式(I)所示的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物；
式(Ⅵ)中苯环上的取代基R与式(I)中相同。
4.根据权利要求3所述的含异噁唑杂环的苯并噁嗪酮类化合物的制备方法，其特征在于步骤1)中合成5-氟-2-硝基苯酚时，反应温度为50-60℃，反应时间为6-8h，2,4-二氟硝基苯与氢氧化钠的摩尔比为1:2～4。
5.根据权利要求3所述的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物的制备方法，其特征在于步骤2)中合成如式(Ⅱ)所示的化合物时，5-氟-2-硝基苯酚、碳酸钾和溴乙酸乙酯的物质的量之比为1:1.2-1.3：1.05-1.1。
6.根据权利要求3所述的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物的制备方法，其特征在于步骤3)中合成如式(Ⅲ)所示的化合物时，反应时间为4-6h，反应温度为75-85℃，所述化合物(Ⅱ)与还原铁粉的摩尔比为1:1.5～2.5，化合物(Ⅱ)在冰醋酸中的浓度为0.45～0.5mol/L。
7.根据权利要求3所述的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物的制备方法，其特征在于步骤4)中合成如式(Ⅳ)所示的化合物时，式(Ⅲ)所示的化合物与浓硝酸的物质的量之比为1：1.5-4，所述浓硫酸的质量分数为75～85％，式(Ⅲ)所示的化合物在浓硫酸中的浓度为0.1～0.15mol/L。
8.根据权利要求3所述的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物的制备方法，其特征在于步骤5)中合成如式(Ⅴ)所示的化合物时，式(Ⅳ)所示的化合物与溴丙炔的物质的量之比为1：1.05-1.3，式(Ⅳ)所示的化合物与碳酸铯的物质的量之比为1：1.2-1.3。
9.根据权利要求3所述的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物的制备方法，其特征在于步骤6)中合成含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物时，式(Ⅵ)所示的化合物、式(Ⅴ)所示的化合物与碳酸钾的物质的量之比为1：1.1-1.3：1.5-1.7。
10.一种根据权利要求1或2所述的含二苯醚结构的苯并噁嗪酮类化合物在制备除草剂中的应用。
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