N-(4,6-二甲基嘧啶-2-基)-N′-[3-(4-三氟甲基苯基)-5-甲基-异噁唑-4-基]酰基硫脲的合成及其除草活性*

李付博，万福贤，晋淸栋，姜 林

( 1.山东农业大学 a.植物保护学院;b.化学与材料科学学院,山东 泰安 271018)

·研究论文·

N-(4,6-二甲基嘧啶-2-基)-N′-[3-(4-三氟甲基苯基)-5-甲基-异噁唑-4-基]酰基硫脲的合成及其除草活性*

李付博1a，万福贤1b，晋淸栋1a，姜 林1b

( 1.山东农业大学 a.植物保护学院;b.化学与材料科学学院,山东 泰安 271018)

以3-(4-三氟甲基苯基)-5-甲基-4-异噁唑甲酸乙酯和2-氨基-4,6-二甲基嘧啶为原料，经4步反应合成了一个新化合物——N-(4,6-二甲基嘧啶-2-基)-N′-[3-(4-三氟甲基苯基)-5-甲基异噁唑-4-基]酰基硫脲 (5)，其结构经1H NMR，IR，ESI-MS，元素分析和X-射线单晶衍射表征。5属三斜晶系，空间群P-1，晶胞参数a=7.351(6)Å，b=10.373(10)Å，c=14.120(12)Å，α=72.222(14)°，β=85.372(15)°，γ=85.380(14)°，V=1020.1(16)Å3，Z=2，Dc=1.418g·cm-3，μ=0.211mm-1，F(000)=448，R1=0.0882，wR2=0.2297。在5的分子结构中，硫脲基团和嘧啶环几乎是共面的，相邻的分子通过两个分子间氢键形成二维网状结构。初步除草活性试验表明，在用药量为100mg·L-1时,5对马唐和油菜根的抑制率分别为82.8%和84.3%。

酰基硫脲;异噁唑;合成;晶体结构；除草活性

芳酰基硫脲化合物因含有活性基团(-CO-NH-CS-NH-)而具有广谱生物活性，例如抗菌、抗病毒、除草、杀虫和植物生长调节的活性[1-5]，受到了人们的广泛关注。异噁唑是一类重要的杂环，其衍生物显示出广泛的生物活性，包括抗病毒、抗炎、抑菌和除草等活性[6-9]。就除草活性而言，迄今已开发出10余种异噁唑类除草剂[10-11]，如噁草酮、异噁唑草酮和异噁草醚等。由于含异噁唑环的化合物具有对人体低毒、高效等优点，该类化合物的合成与生物活性研究仍然是当今农药研究的一个热点。

本文利用活性结构拼接原理，将酰基硫脲基团连接于异噁唑环上，得到异噁唑酰基硫脲这一主体结构。同时还将一些除草剂分子中的三氟甲基和二甲基嘧啶基引入主体结构，设计并合成了一个新的化合物——N-(4,6-二甲基嘧啶-2-基)-N′-[3-(4-三氟甲基苯基)-5-甲基异噁唑-4-基]酰基硫脲(5，Scheme 1)，其结构经1H NMR，IR，ESI-MS，元素分析和X-射线单晶衍射表征。并对5的除草活性进行了研究，期望得到具有优良除草活性的新化合物。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

WRS-1A型数字熔点仪(温度未校正)；Bruker 400型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂，TMS为内标)；Nicolet 380型傅立叶变换红外光谱仪(KBr 压片);Agilent 1200型液质连用仪；Elementar VarioEL III 型元素分析仪；Bruker Smart APEX II CCD型X-射线单晶衍射仪；GXZ 型智能光照培养箱。

5-甲基-3-(4-三氟甲基苯基)-4-异噁唑甲酸乙酯(1)和5-甲基-3-(4-三氟甲基苯基)-4-异噁唑甲酸(2)参考文献[12]方法制备；其余所用试剂均为分析纯；硫氰化钾于真空烘箱中干燥备用。

1．2 5的合成

在烧瓶中加入21.64g(6mmol)和氯化亚砜15mL,搅拌下回流反应5h。减压蒸除过量的氯化亚砜得淡黄色固体3-(4-三氟甲基苯基)-5-甲基-4-异噁唑甲酰氯(3，无需纯化即可用于下一步反应[13])。加入无水乙腈12mL，搅拌使其溶解；滴加硫氰化钾0.68g(7mmol)的无水乙腈(6mL)溶液，滴毕，于室温反应15min；回流反应3h。冷却至室温，过滤，滤液为取代异噁唑酰基异硫氰酸酯(4)。

在反应瓶中加入2-氨基-4,6-二甲基嘧啶0.65g(5mmol)，四丁基溴化铵(TBAB)0.10g和无水乙腈10mL，搅拌使其溶解；于室温缓慢滴加4，滴毕，置超声波清洗器中，于60℃超声辐射1.5h(250W)。室温放置过夜，过滤，滤饼用少量乙腈洗涤，60%乙醇重结晶得白色粉末5，产率75%，m．p．162℃～163℃；1H NMRδ:2.50(s,6H,ArCH3),2.72(s,3H,CH3),6.94(s,1H,ArH),7.92～7.88(m,4H,ArH),11.56(s,1H,NH),13.27(s,1H,NH)；IRν:3372,3114,1715,1609,1283cm-1；Anal.calcd for C19H16N5O2SF3:C 52.41，H 3.70，N 16.08;found C 52.25，H 3.61，N 16.20；ESI-MSm/z:436.6{[M+H]+}。

1．3 晶体结构测定

将5单晶(0.21mm×0.16mm×0.12mm)置X-射线衍射仪上，于298(2)K下用石墨单色化的MoKa(λ=0.71073Å)射线，以ω/2θ方式扫描，在1.52°≤θ≤25.04°内共收集衍射点5038个，其中I>2σ(I)的独立可观察点3560个(Rint=0.0279)。强度数据经验吸收校正，由直接法和Fourier合成法求解结构，全部非氢原子的坐标及各向异性参数用SHELXL-97程序以全矩阵最小二乘法对F2进行精修[14]。

1．4 除草活性测试

采用平皿法测定5的除草活性[15]：供试植物为马唐(D.ciliaris)，稗草(E.crusgalli)，油菜(B.canapus)和小藜(C.serotinum)。将5溶解于二甲基甲酰胺0.5mL中，加入吐温80(0.4mg)，并用适量蒸馏水稀释，配制c为(100，50,10)mg·L-1药液待用。

各选15粒发芽一致的供试植物种子摆放于垫有2张滤纸,直径为9cm培养皿内，加入药液9mL，并以不含药剂的蒸馏水为空白对照。将培养皿置于培养箱中，于271℃培养72h，测量各处理的根长(L)。每个样品重复处理三次，取其根长平均值，计算抑制率[抑制率(%)=(L空白-L药液)/L空白×100%]。

2 结果与讨论

2．1 晶体结构

5的晶体结构图和二维堆积图分别见图1和图2，主要键长和键角列于表1，氢键键长和键角列于表2。晶体结构解析表明，5属三斜晶系，空间群P-1，晶胞参数a=7.351(6)Å，b=10.373(10)Å，c=14.120(12)Å，α=72.222(14)°，β=85.372(15)°，γ=85.380(14)°，V=1020.1(16)Å3，Z=2，Dc=1.418g·cm-3，μ=0.211mm-1，F(000)=448，R1=0.0882，wR2=0.2297，△ρmax和△ρmin分别为0.446e·Å-3和-0.310e·Å-3。

从图1可见，5中存在苯环、异噁唑环、嘧啶环和硫脲基4个平面，各平面内原子的平均偏差依次为0.0125Å，0.0075Å，0.0080Å和0.0320Å。N(2)-C(13)和N(3)-C(14)键的键长分别为1.369(4)Å和1.393(4)Å，比经典的C=N键(1.300Å)长，但比经典的C-N键(1.470Å)短得多，表现出一定程度的离域性质，说明硫脲基与嘧啶环形成了共轭体系。另一方面，C(9)-C(12)键长[1.478(4)Å]明显短于经典的C-C键长(1.540Å)，可推知酰基脲桥中的羰基与异恶唑环存在共轭作用。

在5的分子中，嘧啶环氮原子与亚氨基N-H形成六元环状的分子内氢键[N(2)-H(2)┈N(4)]，该氢键使硫脲基和嘧啶环几乎共平面，平面夹角为3.4°，这有利于两部分共轭体系的形成，该氢键的形成还增加了分子的稳定性[13]。此外，硫脲基的硫原子与相邻分子的N-H 或C-H键形成2个分子间氢键[N(3)-H(3)┈S(1)和C (11)-H(11A)┈S(1)]，相邻的分子通过这2个氢键形成二 维网状结构(图2)[15]。

表1 5的主要键长和键角Table1 Selected bond lengths and bond angles of 5

表2 5的氢键键长和键角Table2 Hydrogen bond lengths and bond angles of 5

#1-x+1,-y,-z+1;#2x-1,y,z

图 1 5的晶体结构Figure 1 Crystal structure of 5

图 2 5的二维堆积图Figure 2 Two-dimensional packing diagram of 5

2．2 除草活性

5的除草活性见表3。从表3可以看出，在用药量为100mg·L-1时，5对D.ciliaris和B.napus具有较高的除草活性，对其根长的抑制率分别为82.8%和84.3%；在较低的用药量(50mg·L-1)时，其对B.napus也显示出中等活性(抑制率73.9%)，而对E.crusgalli和C.serotinum的抑制活性有所降低。

表3 5 对供试植物根长的抑制率Table3 Inhibition rate of 5 to the roots of tested plants

3 结论

以3-(4-三氟甲基苯基)-5-甲基-4-异噁唑甲酸乙酯和2-氨基-4,6-二甲基嘧啶为原料，经4步反应合成了一个新化合物——N-(4,6-二甲基嘧啶-2-基)-N′-[3-(4-三氟甲基苯基)-5-甲基异噁唑-4-基]酰基硫脲(5)。初步除草活性试验表明，在用药量为100mg·L-1时,5对马唐和油菜根的抑制率分别为82.8%和84.3%，表现出较好的抑制活性。

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SynthesisandHerbicidalActivitiesofN-(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)-N′-[3-(4-trifluoromethylphenyl)-5-methyl-isoxazol-4-yl]acylThiourea

LI Fu-bo1a，WAN Fu-xian1b，JIN Qing-dong1a，JIANG Lin1b

(a.College of Plant Protection;b.College of Chemistry and Material Science,1.Shandong Agricultural University,Tai′an 271018,China)

A novel compound,N-(4,6-Dimethylpyrimidin-2-yl)-N′-[3-(4-trifluoromethylphenyl)-5-methyl-isoxazol-4-yl]acyl thiourea (5),was synthesized by a four-step reaction from ethyl 3-(4-trifluoromethylphenyl)-5-methyl-4-isoxazole carboxylic acid ester and 2-amino-4,6-dimethylpyrimidine.The structure was characterized by1H NMR,IR,ESI-MS,elemental analysis and X-ray single-crystal diffraction.5belongs to triclinic system,space groupP-1witha=7.351(6)Å，b=10.373(10)Å，c=14.120(12)Å，α=72.222(14)°，β=85.372(15)°，γ=85.380(14)°，V=1020.1(16)Å3，Z=2，Dc=1.418g·cm-3，μ=0.211mm-1，F(000)=448，R1=0.0882，wR2=0.2297.In the crystal,the thiourea moiety and pyrimindine ring are almost coplanar,and two intermolecular hydrogen bonds strengthen the integration of the 2D network.Preliminary biological activities test indicated that5(at 100mg·L-1)exhibited good inhibitory activity againstD.ciliarisandB.napu,inhibition rate were 82.8% and 84.3%,respectively.

acyl thiourea；isoxazole；synthesis；crystal structure；herbicidal activity

2013-05-02；

2014-05-12

李付博(1988-)，男，汉族，山东聊城人，硕士研究生，主要从事农药的合成研究。

姜林，教授，Tel.0538-8249248，E-mail:jiangl@sdau.edu.cn

O626．24

A

1005-1511(2014)04-0471-04