新类型有效除草剂tetraoxanes的合成和活性

叶 萱

（上海市农药研究所，上海 200032）

新类型有效除草剂tetraoxanes的合成和活性

叶 萱

（上海市农药研究所，上海 200032）

Raphaed C.Cusati等人以酸为催化剂，羰基化合物和过氧化氢反应生成1，1-二氢过氧化物，1，1-二氢过氧化物在相似的反应条件下转化成 1，2，4，5-四氧戊环化合物。经生物活性试验发现一些四氧戊环化合物对杂草有高的防除效果，与草甘膦和咪唑乙烟酸作用相当。其中一个化合物对单子叶植物具有选择性，防效与草甘膦相当。

1，2，4，5-四氧戊环；过氧化物；杂草

1 合 成

1.1 氢过氧化物的合成

可用多种方法把羰基化合物转化为相应的二氢过氧化合物，但所有的方法都要使用酸，常用的为盐酸和氯化铝，可获得高产率的氢过氧化合物。而四氟硼酸、碘和三氟化硼也被成功应用。Raphael C Cusati等人以2种方法合成了二氢过氧化物［4］。

1.1.1 2，2-二氢过氧丙烷（10）的合成

在两口圆底烧瓶（50mL）中，加入溶解于乙腈/二氯甲烷的丙酮（0.5 g，8.6 mmol）溶液（15.0mL，体积比3:1），然后点滴加入30％过氧化氢（8.8mL，86 mmol）和6滴浓HCl。在室温搅拌反应6 h，然后用饱和碳酸氢钠水溶液（25mL）和CH2Cl2（25mL）终止反应。用CH2Cl2（3×50mL）萃取水相，合并有机相，用无水MgSO4干燥，蒸发至干。粗产物10（580 mg，粗产率62％），不经提纯用于合成其他物质。

用相似的方法合成化合物10-13和15-20（表1）。

图1 trioxolanes 1、6、9和tetraoxanes 7、8的结构

1.1.2 1-（二氢过氧甲基）-4-甲氧基苯（21）

在两口圆底烧瓶（50mL）中，加入溶解于乙腈（30mL）的4-甲氧基苯甲醛（2.0 g，14.7 mmol）溶液，然后加入六水三氯化铝（AlCl3•6H2O，0.150 g，1.13 mmol），再点滴加入无水过氧化氢（5.2mL，37.5 mmol）。在室温搅拌反应 6 h，然后用水（30mL）终止反应，用EtOAc（3×30mL）萃取，合并有机相，并用碳酸氢钠溶液（2×30mL）冲洗，用无水MgSO4干燥，减压浓缩。所得化合物21（1.96 g，产率72％），不经提纯用于合成其他物质。

用相似的方法合成化合物14、21和22（表1）。

1.2 Tetraoxanes的合成

按Opsenica等人的方法合成tetraoxanes 23-42，即把二氢过氧化物溶解于二氯甲烷中，冷却到0 ℃，然后慢慢加入羰基化合物，再加入H2SO4/CH3CN。具体如下：

在4 ℃，在两口圆底烧瓶（50mL）中，加入溶解于CH2Cl2（20.0mL）的2，2-二氢过氧丙烷（10）（0.58 g，5.37 mmol）溶液，然后加入丙酮（0.31 g，5.37 mmol），之后点滴加入冷的H2SO4/CH3CN溶液（3.3mL，体积比1︰10）。搅拌反应4 h，加入碳酸氢钠溶液（25mL）和CH2Cl2（25mL）终止反应。用CH2Cl2（3×50mL）萃取水相，合并有机相，用无水MgSO4干燥，蒸发至干。以正己烷-二乙醚（体积比 15︰1）为洗脱液，硅胶柱层析纯化残留物，得到68.0 mg（11％）化合物23。

用相似的方法合成化合物24-42和15-20（表1）。以IR和NMR谱分析确定了所有tetraoxanes的结构。用质谱法确定了化合物的分子式。

用以上方法合成了 4个系列的 tetraoxanes（图2）。4个类型 tetraoxanes的特征：（1）仅以非环酮衍生而来（23-27）；（2）从环酮得到（28-34）；（3）从环酮和芳醛得到（35-38）；（4）从2个芳醛得到（39-42）。

此合成tetraoxanes的产率低，为10％-42％，且经多次尝试改进没有取得成功，但合成化合物的量足以用于生物活性评估。

2 生物活性

2.1 对黄瓜和高粱胚根和芽生长的影响

在初步筛选试验中，tetraoxanes 23-42以及阳性对照除草剂草甘膦和咪唑乙烟酸对黄瓜和高粱种子的发芽没有影响。浓度为1.0 mM时，化合物29、33、35、36、39、40对高粱根和芽的生长抑制作用高于草甘膦和咪唑乙烟酸；在此浓度，除化合物27以外所有的 tetraoxanes对根生长的抑制率高于80％；浓度为0.5～0.25 mM时，一些化合物的活性高于草甘膦和咪唑乙烟酸，化合物29对根和芽的抑制活性（73％和76％）与2个商业除草剂相当。

所有tetraoxanes对黄瓜的抑制活性要低于对高粱的。浓度为1.0 mM时，化合物29、30、32、33、35、36、37、41和 42的活性高于草甘膦和咪唑乙烟酸；在浓度为0.125 mM时，大多数化合物的活性高于商业除草剂。

从此试验可知化合物29、30、31、32、33、35 和36活性最高，于是对这些化合物对杂草的活性进行了评估。

2.2 对杂草的活性

在温室内测试了以上 7个化合物对 Sorghum arundinaceum、白苞猩猩草（Euphorbia heterophylla）、珊状臂形草（Brachiaria brizantha）和鬼针草（Bidens pilosa）的活性。在浓度为0.25 mM时，这几个化合物对Sorghum arundinaceum没有抑制作用，而化合物29和35等促进芽的生长（82％和36.2％）。在高浓度（1.0 mM），大部分化合物对植物的发育有一定的抑制作用。化合物36的抑制活性最强，对根和芽生长的抑制率分别为95.5％和92.9％，相当于芽后除草剂咪唑乙烟酸（分别为90.9％93.1％）的作用。化合物30和31对根和芽生长的抑制作用（45.2％～66.6％）低于化合物36，与草甘膦（52％～55％）的相当。化合物32、33和 35除了抑制次生根的生长外，还使根坏死，35使叶片变红。这些症状是化合物对植物造成的胁迫所形成的。

表1 氢过氧化物10-22和tetraoxanes 23-42的制备

对于白苞猩猩草，咪唑乙烟酸彻底抑制种子发芽，草甘膦在浓度为0.25 mM和1.0 mM时对根生长的抑制率分别为68.2％和86.5％，对芽的抑制率分别为86.7％和93.7％。浓度为1.0 mM时，化合物29、30、32和 35对根和地上部分生长的抑制作用相当于草甘膦，化合物32彻底抑制了根的生长，化合物33和35对根的抑制作用与32相似，但也抑制次生根的生长；浓度为0.25 mM时，化合物35对根和芽生长抑制率约为76％，化合物32对芽的抑制率为76.1％。这些症状是由于化合物抑制细胞分裂前期微管的形成，近而抑制胚根的生长和次生根的形成所致。

对于珊状臂形草，咪唑乙烟酸彻底抑制种子发芽，草甘膦在浓度为1.0 mM时对根和芽生长的抑制率为97％，浓度为0.25 mM时对根和芽生长的抑制率分别为72.4％和56.7％。浓度为0.25 mM时，化合物 31和 36的活性最高，对根生长抑制率高于50％。较高的浓度，化合物29、30、33和36对芽和根生长抑制率为91.5％～99.1％，与草甘膦的相当。Tetraoxanes对珊状臂形草根和芽生长的抑制作用相当于草甘膦，受影响的植物叶片变黄。

对于双子叶杂草鬼针草，tetraoxanes的作用可与草甘膦媲美，咪唑乙烟酸100％地抑制种子发芽。所有化合物包括草甘膦在高浓度（1.0 mM）时活性高，草甘膦对芽和根的抑制率分别为 94.3％和98.2％。一般，化合物31、33和36对芽的抑制率高于50％，活性最高的化合物29对芽和根的抑制率分别为89.2％和90％，相当于草甘膦。

图2 4个系列的tetraoxanes的合成路线

3 结 论

以市场上结构简单的酮和醛为原料，在酸性条件下，以过氧化氢催化，经2步反应可以合成新类别tetraoxanes。经生测试验发现其中7个化合物具有植物毒性活性，其作用可与商业除草剂媲美。

化合物36的活性高于草甘膦和咪唑乙烟酸，而且对单子叶杂草具有一定的选择性，是一个值得关注和进一步研究的化合物。

对于此类物质，还需要合成更多新的化合物来研究确定这类物质是否有可能开发为新的除草剂。

［1］DUKE SO， VAUGHN KC， CROOM EM， et al. Artemisinin， a constituent of annual wormwood（Artemisia annus）， is a selective phytotoxin［J］. Weed Sci， 1987， 35: 499-505.

［2］DREW MGB， METCALFE J， DASCOMBE MJ， et al. Identification and stability of the artemisinin pharmacophore:studies of the reductive decomposition of deoxyartemisinins and deoxyarteethers and the implications for the mode of antimalaria action［J］. J Mol Struct Theochem， 2007， 82: 34-46.

［3］BARBOSA LCA， PEREIRA UA， TEIXEIRA RR， et al. Synthesis and phytotoxic activity of ozonides［J］. J Agric Food Chem， 2008， 56: 9434 -9440.

［4］RAPHAEL C CUSATI， LUIZ CA BARBOSA， CELIA RA MALTHA，et al. Tetraoxanes as a new class of efficient herbicides comparable with commercial products. Pest Management Science， 2015， 71（7）: 1037-1048.

The Synthesis and Bioactivities of Tetraoxanes as A New Class of Efficient Herbicides

YE Xuan
（Shanghai Pesticide Research Institute， Shanghai 200032， China）

Several 1，2，4，5-tetraoxanes were synthesised by reacting carbonyl compounds with hydrogen peroxide under acid catalysis， affording 1，1，-dihydroperoxides that were further converted into target products under similar reaction conditions.The bioactivity assays showed that some tetraoxanes were highly effective against the weeds， with activity comparable with that of glyphosate or imazethapyr. One of the tetraoxanes was selective to monocotyledonous species with 92.9％～97.5％ inhibition，which is comparable with the effect of glyphosate.

1，2，4，5-tetraoxanes；peroxides； weeds

2016-03-20。

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2016.03.04

TQ450

A

1009-6485（2016）03-0018-04

青蒿素1（图1）是从中草药青蒿（Artemisia annua L）提取而来，其半合成类似物具有强的抑制植物生长的作用，已成功用于防治疟原虫［1］。其中类似物青蒿酯2和蒿甲醚3活性高于青蒿素1，而脱氧青蒿素4没有活性，而化合物的活性取决于结构中的过氧化物部分［2］。

Raphael C Cusati等人也研究发现一些臭氧化合物具有抗疟作用，于是他们开始开发含有结构5和6的具有植物毒性的臭氧化合物（1，2，4-trioxolanes）［3］（图1），但最后其他研究团队开发了一些此类新物质，并商业化用于防治疟疾。此后Raphael C Cusati等人又开发含有过氧桥键的新的除草剂，并合成了一系列的 1，2，4，5-tetraoxanes，它们的基本结构为7（图1），研究并首次报道了它们的除草活性。

叶萱，女，工程师。Tel: 021-64387891-201。