Tolpyralate的合成与除草活性研究

孙 冰，秦 博，英君伍，崔东亮，马宏娟，杨辉斌

（沈阳中化农药化工研发有限公司，新农药创制与开发国家重点实验室，沈阳 110021）

Tolpyralate是日本石原产业株式会社开发的HPPD抑制剂类除草剂。该化合物作用于植物体内HPPD靶标，对玉米田中多种禾本科杂草及阔叶杂草均具有良好的防除效果，具有安全、高效、环境友好等特点[1-4]。石原将该产品开发用于谷物和玉米田中苗后防除禾本科杂草和阔叶杂草，如长芒苋（Amaranthus palmeriS.Watson）、高水麻（Amaranthus tuberculatus(Moq.)Sauer）、三裂叶豚草（Ambrosia trifidaL.）、狗尾草（Setaria viridis(L.)Beauv.）等，其有效成分用量为30～50 g/hm2[5]。2016—2017年，tolpyralate先后在日本及美国登记上市。笔者对tolpyralate的合成路线进行了探索，并对其除草活性进行了初步研究。

Tolpyralate ，试 验 代 号SL-573 ，分 子 式C21H28N2O9S，相 对 分 子 质 量484.52，CAS 号：1101132-67-5，化学结构式见图1。化学名称：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。

图1 Tolpyralate 的化学结构式

1 合成路线

目前已报道的tolpyralate的合成路线见图2，以2,6-二氯甲苯为起始原料，经磺酰化、亲核取代、钯催化羰基化、酯化重排及醚化共5步反应制得目标物[6-7]。该合成路线第1步中2,6-二氯甲苯在三氯化铁的作用下经傅克酰基化反应制得2,6-二氯-3-甲磺酰基甲苯，此过程温度较高，操作繁琐；第3步中间体2-甲氧乙氧基-3-甲磺酰基-6-氯代甲苯在钯碳的催化下，与一氧化碳经高温高压反应制得2-甲基-3-甲氧乙氧基-4-甲磺酰基苯甲酸，反应条件苛刻，操作复杂且具有一定危险性。

笔者在研究现有文献的基础上，以2-氟-3-甲基苯胺为起始原料，依次经过亲核取代、傅克酰基化、氧化、亲核取代、酯化重排及醚化共6步反应制得tolpyralate，合成路线见图3。该路线原料易得，操作简便，反应条件安全温和。

在中间体M1的制备中，笔者考察了原料投料比和反应时间对产物收率的影响，相关数据见表1。结果显示，原料M0与甲硫醇钠的投料比（物质的量）及反应时间对产物的收率影响较大。当反应时间相同时，两者的投料比为1∶3时反应效果较好，继续增加投料比对收率无显著影响。投料比为1∶3时室温下反应1 h效果较好，继续增加反应时间对收率无益，故实验中确定原料M0与甲硫醇钠的投料比为1∶3，反应时间为1 h。

图3 Tolpyralate 的改进合成路线

表1 中间体M1 制备中投料比与反应时间对产物收率的影响

在中间体M4的制备中，笔者考察了投料比、反应温度和反应时间对反应转化率（HPLC法）的影响，相关数据见表2。由表2可见，中间体M3与乙二醇单甲醚的投料比（物质的量）、反应温度及反应时间对反应转化率影响较大。当反应温度和时间相同，两者的投料比为1∶3时反应转化率相对较高，继续增加投料比无显著影响。在投料比为1∶3并且反应时间为1 h的条件下，反应温度控制在110℃（甲苯回流）效果较好，温度降低会严重影响转化率甚至原料不发生反应，故实验中确定反应温度为110℃。在投料比为1∶3并且反应温度为110℃的条件下，反应时间控制在3 h效果较好，延长反应时间对转化率无益，故实验中确定反应时间为3 h。

表2 中间体M4 制备中投料比、反应温度和反应时间对反应转化率的影响

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

Avance Ⅲ600型核磁共振仪（TMS为内标），布鲁克科技有限公司；1100系列液质联用仪、1100系列高效液相色谱仪，安捷伦科技有限公司；RY-1型熔点仪，天津分析仪器厂。所用试剂为市售化学纯或分析纯。

2.2 2-氟-3-甲基苯甲硫醚（M1）的合成

向反应瓶中加入150 g（8.3 mol）水及97 g（1 mol）浓盐酸，逐滴滴加20 g（160 mmol）2-氟-3-甲基苯胺，使上述苯胺完全成盐后，控内温0～5℃下滴加13.2 g（192 mmol）亚硝酸钠水溶液50 mL，滴加完毕后，内温0～5℃下向其中滴加含33.6 g（479 mmol）20%甲硫醇钠水溶液168 g，滴加完毕后室温下搅拌反应1 h，随后升温至60℃搅拌反应2 h。反应完毕后降至室温，用乙酸乙酯萃取3次（150 mL×3），收集有机相后用饱和氯化钠溶液洗涤1次（150 mL），无水硫酸镁干燥1 h，过滤后减压浓缩脱溶，得到红色液体[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

向反应瓶中加入22.6 g（170 mmol）三氯化铝和100 mL二氯甲烷于0℃下搅拌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，搅拌30 min，最后于0℃下滴加含22.1 g（141 mmol）中间体M1的二氯甲烷溶液100 mL，控内温不超过5℃。于5℃下搅拌2 h，再于室温下搅拌12 h。将反应液倒入300 mL冰水与100 mL浓盐酸的混合液中，于室温下搅拌30 min，静置分层，收集有机相，水相用二氯甲烷萃取2次（100 mL×2），合并有机相，水洗3次（200 mL×3），饱和碳酸氢钠溶液洗涤1次（200 mL），饱和氯化钠溶液洗涤1次（200 mL），无水硫酸镁干燥1 h，过滤，减压浓缩脱溶，得到黑红色固体24.4 g，收率87%。

如今，我国的基本国策中包含了节约用水的相关内容，节约用水是每个人需尽的义务。水资源不合理的使用以及对水资源的保护不够重视等问题会加剧水资源的供需矛盾。在城市用水中，人占有主要地位，因此，要实现节约用水，其根源还是提升人的节水意识。在设计排水系统时，需着重关注人们的节水意识：

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

向反应瓶中加入含24.4 g（123 mmol）中间体M2、4.1 g（12.4 mmol）的钨酸钠二水合物及冰醋酸200 mL，缓慢滴加41 g（308 mmol）30%双氧水。滴完后室温下搅拌3 h，TLC检测原料基本反应完全。0℃搅拌下缓慢滴加30%NaOH溶液500 mL，析出固体，过滤，水洗2次（100 mL×2），自然风干，得到棕黄色固体21.5 g。

将20.8 g（90 mmol）上述棕黄色固体2-甲基-3-氟-4-甲磺酰基苯乙酮加入反应瓶中，再加入二氧六环50 mL于40～45℃下搅拌溶解，加入4 g（100 mmol）氢氧化钠溶液16 mL，搅拌，10 min后分批缓慢加入57.2 g（362 mmol）高锰酸钾混悬液100 mL并控内温小于65℃，后于60～65℃下搅拌反应3 h，反应完毕后冷却至室温，过滤，水洗2次（50 mL×2），减压蒸除溶剂二氧六环，乙酸乙酯洗涤剩余水溶液3次（200 mL×3），用6 M盐酸调节溶液pH=2，过滤，自然风干，得到黄色固体[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

向反应瓶中加入8.9 g（38.4 mmol）中间体M3，二氯甲烷110 mL及3滴DMF，0℃下滴加9.8 g（77 mmol）草酰氯，滴加完毕后室温下搅拌4 h，减压浓缩至干，加入60 mL二氯甲烷溶解待用。向另一反应瓶中加入6.2 g（192 mmol）甲醇，4.7 g（46.1 mmol）三乙胺及110 mL二氯甲烷，0℃搅拌下缓慢滴加上述自制酰氯溶液，滴加完毕后室温下搅拌30 min，水洗3次（150 mL×3），饱和氯化钠洗涤1次（150 mL），无水硫酸镁干燥1 h，过滤，减压脱溶，得到棕黄色固体8.9 g。

依次将8.9 g（36.2 mmol）上述棕黄色固体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）乙二醇单甲醚及4.4 g（109 mmol）氢氧化钠投入反应瓶中，加热回流搅拌反应3 h。反应完毕后冷却至室温，向体系中加入200 mL水，搅拌，分层后收集水相，用乙酸乙酯洗涤2次（150 mL×2），水相再用浓盐酸酸化至pH=2，用乙酸乙酯200 mL萃取，收集有机相用饱和氯化钠溶液100 mL洗涤，无水硫酸镁干燥1 h，减压脱溶，得到粗品橙黄色固体10.3 g，收率96%。粗品用41 mL混合溶剂（石油醚＋乙酸乙酯，体积比为1∶2）重结晶，得到类白色固体[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-羟基-1H-吡唑（M5）的合成

依次将4.9 g（17.1 mmol）中间体M4、30 mL二氯甲烷、6.5 g（51.3 mmol）DMF 3滴及草酰氯加入反应瓶中，室温下搅拌至无气泡产生，减压脱溶，用二氯甲烷30 mL溶解待用。将2.9 g（25.6 mmol）1-乙基-5-羟基-1H-吡唑、100 mL二氯甲烷及3.5 g（34.2 mmol）三乙胺投入反应瓶中，0℃搅拌下滴加上述酰氯，滴加完毕后室温下搅拌1 h，停止反应，柱层析（石油醚＋乙酸乙酯，体积比为1∶1）得到淡黄色油状物2 g。

将2 g（5.2 mmol）上述油状物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二氯甲烷投入反应瓶中，滴入3滴丙酮氰醇，室温下搅拌12 h，用10%氢氧化钠溶液萃取反应液（50 mL×3），收集水相，浓盐酸调节pH=2，乙酸乙酯萃取（50 mL×3），饱和氯化钠50 mL洗涤，无水硫酸镁干燥30 min，过滤，减压脱溶，得到黄色黏稠物[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

将0.8 g（2.0 mmol）中间体M5溶解于30 mL 2-丁酮中，加入1.1 g（8.0 mmol）碳酸钾及0.3 g（TBAB，0.9 mmol）四丁基溴化铵。室温搅拌10 min后，加入1.1g（8.0 mmol）1-氯代乙基甲基碳酸酯，加热回流搅拌24 h，停止反应冷却至室温，柱层析（石油醚＋乙酸乙酯，体积比为3∶2），得到类白色固体[6]0.3 g，收率31%。产品纯度（HPLC峰面积归一）96.9%，熔点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 生物活性测定

3.1 室内除草活性筛选试验材料与方法

将杂草（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））种子分别播于直径为7 cm的装有营养土的纸杯中，播后覆土1 cm，镇压、淋水后在温室按常规方法培养，待杂草2～3叶期后茎叶喷雾处理。

原药用丙酮溶解后，用1‰的吐温80静置自来水配制所需浓度的待测液。按试验设计剂量，在履带式作物喷雾机（英国Engineer Research Ltd.设计生产）上进行喷雾处理（喷雾压力1.95 kg/cm2，喷液量500 L/hm2，履带速度1.48 km/h）。试验设3次重复。试材处理后置于操作大厅自然阴干，放于温室内按常规方法管理，观察并记录杂草对药剂的反应情况，处理后定期目测供试药剂对杂草的防除效果，用0～100%来表示，以“0”代表无防效，“100%”代表完全杀死。

3.2 实验结果

对百日草、苘麻、金色狗尾草和稗草进行室内活性筛选（表3），tolpyralate在150 g/hm2有效剂量下对百日草和苘麻的防效均达到98%。

表3 Tolpyralate 除草活性数据

4 结果与讨论

笔者简要阐述了tolpyralate的合成，并对其除草活性进行试验研究。在文献报道tolpyralate的合成路线中，中间体m1须原料在三氯化铁的作用下经傅克酰基化反应制得，反应温度较高，操作繁琐；中间体m3须中间体m2在钯碳的催化下，与一氧化碳经高温高压反应制得，反应条件苛刻，操作复杂且具有一定危险性。笔者所提tolpyralate的合成以2-氟-3-甲基苯胺为起始原料，经过6步反应制得目标物。该路线中反应条件温和，安全可控，操作简便。目标产物结构通过1H NMR及HRMS得到确证。除草活性测试结果表明，tolpyralate对百日草、苘麻、金色狗尾草和稗草均具有优异的除草活性，在有效成分为150 g/hm2剂量下对百日草和苘麻的防效可达到98%。