Tolpyralate的合成與除草活性研究

孫 冰，秦 博，英君伍，崔東亮，馬宏娟，楊輝斌

（沈陽中化農藥化工研發有限公司，新農藥創制與開發國家重點實驗室，沈陽 110021）

Tolpyralate是日本石原產業株式會社開發的HPPD抑制劑類除草劑。該化合物作用于植物體內HPPD靶標，對玉米田中多種禾本科雜草及闊葉雜草均具有良好的防除效果，具有安全、高效、環境友好等特點[1-4]。石原將該產品開發用于谷物和玉米田中苗后防除禾本科雜草和闊葉雜草，如長芒莧（Amaranthus palmeriS.Watson）、高水麻（Amaranthus tuberculatus(Moq.)Sauer）、三裂葉豚草（Ambrosia trifidaL.）、狗尾草（Setaria viridis(L.)Beauv.）等，其有效成分用量為30～50 g/hm2[5]。2016—2017年，tolpyralate先后在日本及美國登記上市。筆者對tolpyralate的合成路線進行了探索，并對其除草活性進行了初步研究。

Tolpyralate ，試 驗 代 號SL-573 ，分 子 式C21H28N2O9S，相 對 分 子 質 量484.52，CAS 號：1101132-67-5，化學結構式見圖1。化學名稱：1-({1-乙基-4-[(2-甲基-3-甲氧乙氧基-4-甲磺酰基)苯甲酰基]-1H-吡唑-5-基}氧基)乙基甲基碳酸酯。

圖1 Tolpyralate 的化學結構式

1 合成路線

目前已報道的tolpyralate的合成路線見圖2，以2,6-二氯甲苯為起始原料，經磺酰化、親核取代、鈀催化羰基化、酯化重排及醚化共5步反應制得目標物[6-7]。該合成路線第1步中2,6-二氯甲苯在三氯化鐵的作用下經傅克酰基化反應制得2,6-二氯-3-甲磺酰基甲苯，此過程溫度較高，操作繁瑣；第3步中間體2-甲氧乙氧基-3-甲磺酰基-6-氯代甲苯在鈀碳的催化下，與一氧化碳經高溫高壓反應制得2-甲基-3-甲氧乙氧基-4-甲磺酰基苯甲酸，反應條件苛刻，操作復雜且具有一定危險性。

筆者在研究現有文獻的基礎上，以2-氟-3-甲基苯胺為起始原料，依次經過親核取代、傅克酰基化、氧化、親核取代、酯化重排及醚化共6步反應制得tolpyralate，合成路線見圖3。該路線原料易得，操作簡便，反應條件安全溫和。

在中間體M1的制備中，筆者考察了原料投料比和反應時間對產物收率的影響，相關數據見表1。結果顯示，原料M0與甲硫醇鈉的投料比（物質的量）及反應時間對產物的收率影響較大。當反應時間相同時，兩者的投料比為1∶3時反應效果較好，繼續增加投料比對收率無顯著影響。投料比為1∶3時室溫下反應1 h效果較好，繼續增加反應時間對收率無益，故實驗中確定原料M0與甲硫醇鈉的投料比為1∶3，反應時間為1 h。

圖3 Tolpyralate 的改進合成路線

表1 中間體M1 制備中投料比與反應時間對產物收率的影響

在中間體M4的制備中，筆者考察了投料比、反應溫度和反應時間對反應轉化率（HPLC法）的影響，相關數據見表2。由表2可見，中間體M3與乙二醇單甲醚的投料比（物質的量）、反應溫度及反應時間對反應轉化率影響較大。當反應溫度和時間相同，兩者的投料比為1∶3時反應轉化率相對較高，繼續增加投料比無顯著影響。在投料比為1∶3并且反應時間為1 h的條件下，反應溫度控制在110℃（甲苯回流）效果較好，溫度降低會嚴重影響轉化率甚至原料不發生反應，故實驗中確定反應溫度為110℃。在投料比為1∶3并且反應溫度為110℃的條件下，反應時間控制在3 h效果較好，延長反應時間對轉化率無益，故實驗中確定反應時間為3 h。

表2 中間體M4 制備中投料比、反應溫度和反應時間對反應轉化率的影響

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

Avance Ⅲ600型核磁共振儀（TMS為內標），布魯克科技有限公司；1100系列液質聯用儀、1100系列高效液相色譜儀，安捷倫科技有限公司；RY-1型熔點儀，天津分析儀器廠。所用試劑為市售化學純或分析純。

2.2 2-氟-3-甲基苯甲硫醚（M1）的合成

向反應瓶中加入150 g（8.3 mol）水及97 g（1 mol）濃鹽酸，逐滴滴加20 g（160 mmol）2-氟-3-甲基苯胺，使上述苯胺完全成鹽后，控內溫0～5℃下滴加13.2 g（192 mmol）亞硝酸鈉水溶液50 mL，滴加完畢后，內溫0～5℃下向其中滴加含33.6 g（479 mmol）20%甲硫醇鈉水溶液168 g，滴加完畢后室溫下攪拌反應1 h，隨后升溫至60℃攪拌反應2 h。反應完畢后降至室溫，用乙酸乙酯萃取3次（150 mL×3），收集有機相后用飽和氯化鈉溶液洗滌1次（150 mL），無水硫酸鎂干燥1 h，過濾后減壓濃縮脫溶，得到紅色液體[8]23.7 g，收率95%。

1H NMR（600 MHz，CDCl3）δ：7.07-7.10（m，1H）、6.98-7.01（m，2H）、2.46（s，3H）、2.27（d，3H）；ESI-MS（m/z）：157.0［M＋H］＋。

2.3 2-甲基-3-氟-4-甲硫基苯乙酮（M2）的合成

向反應瓶中加入22.6 g（170 mmol）三氯化鋁和100 mL二氯甲烷于0℃下攪拌30 min，然后于0℃下向其中滴加含12.2 g（156 mmol）乙酰氯的二氯甲烷溶液50 mL，攪拌30 min，最后于0℃下滴加含22.1 g（141 mmol）中間體M1的二氯甲烷溶液100 mL，控內溫不超過5℃。于5℃下攪拌2 h，再于室溫下攪拌12 h。將反應液倒入300 mL冰水與100 mL濃鹽酸的混合液中，于室溫下攪拌30 min，靜置分層，收集有機相，水相用二氯甲烷萃取2次（100 mL×2），合并有機相，水洗3次（200 mL×3），飽和碳酸氫鈉溶液洗滌1次（200 mL），飽和氯化鈉溶液洗滌1次（200 mL），無水硫酸鎂干燥1 h，過濾，減壓濃縮脫溶，得到黑紅色固體24.4 g，收率87%。

如今，我國的基本國策中包含了節約用水的相關內容，節約用水是每個人需盡的義務。水資源不合理的使用以及對水資源的保護不夠重視等問題會加劇水資源的供需矛盾。在城市用水中，人占有主要地位，因此，要實現節約用水，其根源還是提升人的節水意識。在設計排水系統時，需著重關注人們的節水意識：

1H NMR（600 MHz，CDCl3）δ：7.48（d，1H）、7.05（t，1H）、2.56（s，3H）、2.49（d，3H）、2.43（d，3H）；ESI-MS（m/z）：199.0［M＋H］＋，221.0［M＋Na］＋。

2.4 2-甲基-3-氟-4-甲磺酰基苯甲酸（M3）的合成

向反應瓶中加入含24.4 g（123 mmol）中間體M2、4.1 g（12.4 mmol）的鎢酸鈉二水合物及冰醋酸200 mL，緩慢滴加41 g（308 mmol）30%雙氧水。滴完后室溫下攪拌3 h，TLC檢測原料基本反應完全。0℃攪拌下緩慢滴加30%NaOH溶液500 mL，析出固體，過濾，水洗2次（100 mL×2），自然風干，得到棕黃色固體21.5 g。

將20.8 g（90 mmol）上述棕黃色固體2-甲基-3-氟-4-甲磺酰基苯乙酮加入反應瓶中，再加入二氧六環50 mL于40～45℃下攪拌溶解，加入4 g（100 mmol）氫氧化鈉溶液16 mL，攪拌，10 min后分批緩慢加入57.2 g（362 mmol）高錳酸鉀混懸液100 mL并控內溫小于65℃，后于60～65℃下攪拌反應3 h，反應完畢后冷卻至室溫，過濾，水洗2次（50 mL×2），減壓蒸除溶劑二氧六環，乙酸乙酯洗滌剩余水溶液3次（200 mL×3），用6 M鹽酸調節溶液pH=2，過濾，自然風干，得到黃色固體[9]10 g，收率36%。

1H NMR （600 MHz，DMSO-d6） δ ：13.71（brs，1H）、7.76-7.80（m，2H）、3.36（s，3H）、2.46（s，3H）；ESI-MS（m/z）：233.0［M＋H］＋，254.9［M＋Na］＋。

2.5 2-甲基-3-甲氧乙氧基-4-甲磺酰基苯甲酸（M4）的合成

向反應瓶中加入8.9 g（38.4 mmol）中間體M3，二氯甲烷110 mL及3滴DMF，0℃下滴加9.8 g（77 mmol）草酰氯，滴加完畢后室溫下攪拌4 h，減壓濃縮至干，加入60 mL二氯甲烷溶解待用。向另一反應瓶中加入6.2 g（192 mmol）甲醇，4.7 g（46.1 mmol）三乙胺及110 mL二氯甲烷，0℃攪拌下緩慢滴加上述自制酰氯溶液，滴加完畢后室溫下攪拌30 min，水洗3次（150 mL×3），飽和氯化鈉洗滌1次（150 mL），無水硫酸鎂干燥1 h，過濾，減壓脫溶，得到棕黃色固體8.9 g。

依次將8.9 g（36.2 mmol）上述棕黃色固體2-甲基-3-甲氧乙氧基-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯、350 mL甲苯，8.3 g（109 mmol）乙二醇單甲醚及4.4 g（109 mmol）氫氧化鈉投入反應瓶中，加熱回流攪拌反應3 h。反應完畢后冷卻至室溫，向體系中加入200 mL水，攪拌，分層后收集水相，用乙酸乙酯洗滌2次（150 mL×2），水相再用濃鹽酸酸化至pH=2，用乙酸乙酯200 mL萃取，收集有機相用飽和氯化鈉溶液100 mL洗滌，無水硫酸鎂干燥1 h，減壓脫溶，得到粗品橙黃色固體10.3 g，收率96%。粗品用41 mL混合溶劑（石油醚＋乙酸乙酯，體積比為1∶2）重結晶，得到類白色固體[6]5.9 g，收率55%。

2.6 1-乙基-4-[(2-甲基-3-甲氧乙氧基-4-甲磺酰基)苯甲酰基]-5-羥基-1H-吡唑（M5）的合成

依次將4.9 g（17.1 mmol）中間體M4、30 mL二氯甲烷、6.5 g（51.3 mmol）DMF 3滴及草酰氯加入反應瓶中，室溫下攪拌至無氣泡產生，減壓脫溶，用二氯甲烷30 mL溶解待用。將2.9 g（25.6 mmol）1-乙基-5-羥基-1H-吡唑、100 mL二氯甲烷及3.5 g（34.2 mmol）三乙胺投入反應瓶中，0℃攪拌下滴加上述酰氯，滴加完畢后室溫下攪拌1 h，停止反應，柱層析（石油醚＋乙酸乙酯，體積比為1∶1）得到淡黃色油狀物2 g。

將2 g（5.2 mmol）上述油狀物1-乙基-5-{[(2-甲基-3-甲氧乙氧基-4-甲磺酰基)苯甲酰基]氧基}-1H-吡唑、0.8 g（7.9 mmol）三乙胺及100 mL二氯甲烷投入反應瓶中，滴入3滴丙酮氰醇，室溫下攪拌12 h，用10%氫氧化鈉溶液萃取反應液（50 mL×3），收集水相，濃鹽酸調節pH=2，乙酸乙酯萃取（50 mL×3），飽和氯化鈉50 mL洗滌，無水硫酸鎂干燥30 min，過濾，減壓脫溶，得到黃色黏稠物[6]1.9 g，收率30%。

1H NMR（600 MHz，DMSO-d6）δ：7.76（d，1H）、7.32-7.34（m，2H）、4.17（t，2H）、3.93（q，2H）、3.75（t，2H）、3.36（s，6H）、2.25（s，3H）、1.27（t，3H）；ESI-HRMS（m/z）：C17H22N2O6SH for［M＋H］＋，calculated 383.1277，found 383.1273。

2.7 1-({1-乙基-4-[(2-甲基-3-甲氧乙氧基-4-甲磺酰基)苯甲酰基]-1H-吡唑-5-基}氧基)乙基甲基碳酸酯（tolpyralate）的合成

將0.8 g（2.0 mmol）中間體M5溶解于30 mL 2-丁酮中，加入1.1 g（8.0 mmol）碳酸鉀及0.3 g（TBAB，0.9 mmol）四丁基溴化銨。室溫攪拌10 min后，加入1.1g（8.0 mmol）1-氯代乙基甲基碳酸酯，加熱回流攪拌24 h，停止反應冷卻至室溫，柱層析（石油醚＋乙酸乙酯，體積比為3∶2），得到類白色固體[6]0.3 g，收率31%。產品純度（HPLC峰面積歸一）96.9%，熔點121～123℃。

1H NMR（600 MHz，DMSO-d6）δ：7.90（d，1H）、7.28-7.31（m，2H）、6.80（q，1H）、4.26（t，2H）、4.07（q，2H）、3.82（t，2H）、3.73（s，3H）、3.48（s，3H）、3.32（s，3H）、2.37（s，3H）、1.79（d，3H）、1.42（t，3H）；ESI-HRMS（m/z）：C21H28N2O9SH for［M ＋H］＋，calculated 485.1594,found 485.1591。

3 生物活性測定

3.1 室內除草活性篩選試驗材料與方法

將雜草（百日草（Zinnia elegansJacq.）、苘麻（Abutilon theophrastiMedic.）、金色狗尾草（Setaria glauca(L.)Beauv）、稗草（Echinochloa crus-galli(L.)Beauv））種子分別播于直徑為7 cm的裝有營養土的紙杯中，播后覆土1 cm，鎮壓、淋水后在溫室按常規方法培養，待雜草2～3葉期后莖葉噴霧處理。

原藥用丙酮溶解后，用1‰的吐溫80靜置自來水配制所需濃度的待測液。按試驗設計劑量，在履帶式作物噴霧機（英國Engineer Research Ltd.設計生產）上進行噴霧處理（噴霧壓力1.95 kg/cm2，噴液量500 L/hm2，履帶速度1.48 km/h）。試驗設3次重復。試材處理后置于操作大廳自然陰干，放于溫室內按常規方法管理，觀察并記錄雜草對藥劑的反應情況，處理后定期目測供試藥劑對雜草的防除效果，用0～100%來表示，以“0”代表無防效，“100%”代表完全殺死。

3.2 實驗結果

對百日草、苘麻、金色狗尾草和稗草進行室內活性篩選（表3），tolpyralate在150 g/hm2有效劑量下對百日草和苘麻的防效均達到98%。

表3 Tolpyralate 除草活性數據

4 結果與討論

筆者簡要闡述了tolpyralate的合成，并對其除草活性進行試驗研究。在文獻報道tolpyralate的合成路線中，中間體m1須原料在三氯化鐵的作用下經傅克酰基化反應制得，反應溫度較高，操作繁瑣；中間體m3須中間體m2在鈀碳的催化下，與一氧化碳經高溫高壓反應制得，反應條件苛刻，操作復雜且具有一定危險性。筆者所提tolpyralate的合成以2-氟-3-甲基苯胺為起始原料，經過6步反應制得目標物。該路線中反應條件溫和，安全可控，操作簡便。目標產物結構通過1H NMR及HRMS得到確證。除草活性測試結果表明，tolpyralate對百日草、苘麻、金色狗尾草和稗草均具有優異的除草活性，在有效成分為150 g/hm2劑量下對百日草和苘麻的防效可達到98%。