含噻吩酰胺基硫脲的合成及除草活性研究*

尹靜慧，劉 英，朱科霖，張雪晴，鄭廣進(jìn)，郭洋洋

(廣西民族師范學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 崇左 532200)

近年來低毒、高效的農(nóng)藥[1]研究受到人們的關(guān)注。除草劑已占據(jù)往年穩(wěn)居榜首的殺蟲劑[2]的位置，而殺菌劑也緊隨其后，這趨勢(shì)符合近年來國際發(fā)展?fàn)顩r，加大除草劑和殺菌劑的發(fā)展，使我國農(nóng)藥產(chǎn)品更加綠色化、多樣化[3]。而低毒、高效、綠色環(huán)保的農(nóng)藥是當(dāng)今農(nóng)藥發(fā)展的趨勢(shì)，因此，農(nóng)藥對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)起著至關(guān)重要的作用。

由于酰基硫脲[4]類化合物都具有硫脲(-CONHCSNH-)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中有缺電子的碳原子，也有帶電子的氧原子，故其在生物活性方面隱藏著非常大的潛力，吸引著科學(xué)家們廣泛的關(guān)注[5]。而且，酰基硫脲類化合物是綠色農(nóng)藥創(chuàng)制研究的熱點(diǎn)，在化工制藥行業(yè)廣泛應(yīng)用于除草[6]、殺菌[7]、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)[8]等領(lǐng)域。

為尋找低毒、高效、綠色環(huán)保的農(nóng)藥先導(dǎo)化合物產(chǎn)品，本論文將采用活性拼接原理[9]在以硫脲核心分別引入取代苯甲酰基、噻吩酰胺基合成8個(gè)目標(biāo)化合物。再通過薄層色譜法、熔點(diǎn)測(cè)定法檢驗(yàn)純度，用核磁共振氫譜，質(zhì)譜等對(duì)合成化合物進(jìn)行進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。最后采用油菜平皿法[10]測(cè)定目標(biāo)化合物的除草活性。以期得到高活性的除草劑，為新型農(nóng)藥的研究發(fā)展提供參考[11]。

2 合成路線

圖1 目標(biāo)化合物的合成路線Fig.1 Synthetic route of target compound

2 合 成

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

儀器：電子天平, 臺(tái)式電熱恒溫干燥箱, 循環(huán)水式真空泵，熔點(diǎn)儀,光照培養(yǎng)箱，三用紫外分析儀。

試劑：甲醇，硫酸，80%水合聯(lián)氨，氯化亞砜，硫氰酸鉀，乙腈，二甲基亞砜，石油醚，乙酸乙酯，由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供；5-甲基-2-噻吩甲酸、取代苯甲酸，上海麥克林生化科技有限公司，以上試劑均為分析純。

2.2 中間體的合成

2.2.1 5-甲基-2-噻吩酰肼的合成

在三頸燒瓶中加入30.0 g(0.211 mol)5-甲基-2-噻吩甲酸和50 mL無水甲醇，80 ℃油浴攪拌下緩慢滴加10 mL濃硫酸，回流4.0 h，淬滅反應(yīng)，調(diào)節(jié)pH≈8，用二氯甲烷萃取，干燥，70 ℃減壓濃縮即得5-甲基-2-噻吩酸甲酯，將 25 mL 80%的水合肼加入上述產(chǎn)物的甲醇溶液中，120 ℃油浴回流4.0 h。反應(yīng)完畢后，減壓蒸餾直至無餾分滴出后冷卻即得5-甲基-2-噻吩酰肼，稱重27.449 g，產(chǎn)率88%。反應(yīng)式如圖2所示。

圖2 5-甲基-2-噻吩酰肼的合成

2.2.2 取代苯甲酰異硫氰酸酯的合成

在三口燒瓶中分別加入0.02 mol 取代苯甲酸、10 mL氯化亞砜，80 ℃油浴回流2.0 h，減壓蒸餾直至無餾分滴出即得取代苯甲酰氯，加入10 mL乙腈，備用。于另燒瓶中加入2.910 g干燥的硫氰酸鉀和40 mL乙腈，室溫?cái)嚢柘聦⑷〈郊柞Ｂ鹊囊译嫒芤旱渭又练磻?yīng)瓶中，室溫反應(yīng)4.0 h，抽濾，得到取代苯甲酰異硫氰酸酯的乙腈溶液。反應(yīng)式如圖3所示。

圖3 取代苯甲酰異硫氰酸酯的合成

2.3 目標(biāo)化合物硫脲的合成

室溫?cái)嚢柘拢瑢?-甲基-2-噻吩酰肼(0.02 mol)分批加入到取代苯甲酰異硫氰酸酯的乙腈溶液中， 50 ℃攪拌反應(yīng)10.0 h，揮發(fā)大部分溶劑，真空抽濾，分別用乙腈和水洗滌濾餅。烘干，即得目標(biāo)產(chǎn)物硫脲衍生物。反應(yīng)式如圖4所示。

圖4 硫脲衍生物的合成Fig.4 Synthesis of thiourea derivatives

3 除草活性

3.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)試劑：DMSO、吐溫-80、2,4-二氯苯氧乙酸，合成化合物。

標(biāo)靶植物：牛筋草，龍爪茅，鬼針草，青葙。

3.2 油菜平皿法

3.2.1 溶液的配制

(1)溶劑對(duì)照：

取5 mL二甲基亞砜和1 mL吐溫-80于250 mL容量瓶中，加蒸餾水定容至刻度線，搖勻，得到溶劑對(duì)照。

(2)受試藥液：

分別稱取0.050 g取代苯甲酰基硫脲，加入5 mL DMSO溶解完全后，再加入1 mL吐溫-80，混合均勻，加水配制200 mg/L濃度的受試藥液，再分別稀釋得到100 mg/L和50 mg/L濃度備用。

(3)陽性對(duì)照配制：

用2,4-二氯苯氧乙酸為陽性藥對(duì)照，同法操作，配制200 mg/L、100 mg/L、50 mg/L三個(gè)濃度梯度作為陽性對(duì)照，以蒸餾水為空白對(duì)照。

3.2.2 種子處理與培養(yǎng)

(1)挑種與催芽：分別挑選若干干燥的受試草種子，用蒸餾水洗滌3次。分別加入80 mL蒸餾水于30 ℃浸泡24 h。抽濾并洗滌三次，選取適量飽滿的種子置于含濾紙的培養(yǎng)皿中，加入蒸餾水使種子保持濕潤，置光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)催芽。

(2)接種與培養(yǎng)：培養(yǎng)至種子露白后，分別挑選芽長(zhǎng)一致的種子25顆，均勻接種于培養(yǎng)皿中，分別加入受試藥液、溶劑對(duì)照、陽性對(duì)照、空白對(duì)照各5 mL，放培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7天，觀察種子生長(zhǎng)情況，每天補(bǔ)加藥液0.5～1 mL以保持種子的濕潤。培養(yǎng)條件：一段：28 ℃，4級(jí)光照12 h；二段：20 ℃，黑暗12 h。

(3)測(cè)量：培養(yǎng)7天后測(cè)量根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)。

3.2.3 計(jì)算

按照下列公式計(jì)算根和莖生長(zhǎng)抑制率、校正生長(zhǎng)抑制率。

校正生長(zhǎng)抑制率=目標(biāo)化合物組抑制率-溶劑對(duì)照組抑制率×100%

4 結(jié)果與討論

4.1 化合物的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

化合物a(N-4-甲基苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.84(s, 1H), 13.56(s, 1H), 12.72(d,J=84.5 Hz, 1H), 7.82(dd,J=23.8, 7.9 Hz, 2H), 7.53(d,J=3.5 Hz, 1H), 7.31(dd,J=12.5, 8.1 Hz, 2H), 6.89(d,J=2.9 Hz, 1H), 2.50(d,J=11.8 Hz, 3H), 2.36(d,J=9.8 Hz, 3H);LC-MS:(m/z)334.07[M+H]+。

化合物b(N-3-甲基苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 12.23(s, 1H), 11.66(s, 1H), 11.01(s, 1H), 7.83(s, 1H), 7.79～7.67(m, 2H), 7.51～7.38(m, 2H), 6.92(s, 1H), 2.50(s, 3H), 2.39(s, 3H);LC-MS:(m/z)334.07[M+H]+。

化合物c(N-4-氯苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.83(s, 1H), 13.55(s, 2H), 7.97～7.87(m, 1H), 7.59(dd,J=20.3, 8.1 Hz, 1H), 7.53(d,J=3.4 Hz, 2H), 6.90(t,J=6.8 Hz, 2H), 2.51(s, 3H);LC-MS:(m/z)354.01[M+H]+。

化合物e(N-4-溴苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.80(d,J=47.1 Hz, 1H), 13.57(s, 1H), 13.20(s, 1H), 7.86(t,J=9.5 Hz, 2H), 7.79～7.68(m, 2H), 7.53(d,J=3.5 Hz, 1H), 6.89(d,J=2.8 Hz, 1H), 2.53(s, 3H)。

化合物g(N-2-氯苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 10.53(s, 1H), 10.37(s, 1H), 7.71(d,J=3.4 Hz, 1H), 7.56(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.55～7.49(m, 2H), 7.47(t,J=7.3 Hz, 1H), 6.91(d,J=3.0 Hz, 1H), 2.50(s, 3H)。

化合物i(N-2-氟-4-溴苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.84(s, 1H), 13.57(s, 1H), 13.45(s, 1H), 7.80(dt,J=16.6, 8.3 Hz, 1H), 7.70(d,J=10.3 Hz, 1H), 7.54(t,J=5.1 Hz, 2H), 6.89(d,J=2.2 Hz, 1H), 2.50(d,J=13.0 Hz, 3H)。

化合物j(N-3-溴-2-氯苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.84(s, 1H), 13.77(s, 1H), 13.56(s, 1H), 8.02-7.89(m, 1H), 7.75～7.65(m, 1H), 7.53(d,J=3.5 Hz, 1H), 7.48～7.33(m, 1H), 6.89(d,J=2.7 Hz, 1H), 2.50(s, 3H)。

化合物k(N-3-氯苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.84(s, 1H), 13.70(s, 1H), 13.56(s, 1H), 7.61(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.53(d,J=3.5 Hz, 1H), 7.42(t,J=7.4 Hz, 1H), 7.37(d,J=7.4 Hz, 1H), 7.33(t,J=7.5 Hz, 1H), 6.89(d,J=2.9 Hz, 1H), 2.48(s, 3H)。

4.2 除草活性結(jié)果與分析

表1 受試植物生長(zhǎng)抑制率Table 1 Growth inhibition rate of tested plants

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：化合物a和c對(duì)牛筋草根的生長(zhǎng)抑制效果和陽性藥接近，化合物b對(duì)牛筋草根有一定的抑制效果；化合物b，c和k對(duì)龍爪茅根的抑制效果和陽性藥接近；化合物a,b,e,j,i,k對(duì)鬼針草根的抑制效果優(yōu)于陽性藥；化合物b對(duì)青葙根的抑制活性優(yōu)于陽性藥，所有化合物對(duì)四種草莖的抑制效果不及陽性藥。初步活性表明，硫脲化合物中苯環(huán)的取代位點(diǎn)和取代基團(tuán)對(duì)活性影響明顯，以供電子基團(tuán)取代時(shí)對(duì)雜草的根抑制效果明顯，以單鹵或多鹵取代時(shí)效果較差。

5 結(jié) 論

本文合成8個(gè)硫脲類化合物，并對(duì)所有化合物進(jìn)行除草活性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，在同濃度水平，化合物N-3-甲基苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲對(duì)牛筋草、龍爪茅、鬼針草以及青葙根的抑制效果和陽性藥相當(dāng)，但對(duì)四種草莖的抑制效果不明顯，為了摸索合成化合物對(duì)農(nóng)田常見雜草的生長(zhǎng)抑制效果，其結(jié)構(gòu)有進(jìn)一步優(yōu)化的潛力。