吡唑酰胺类衍生物的合成及除草活性评价

李晓天，任 达，高 卫，孙素素，陈 来，张金林

（河北农业大学 植物保护学院，河北 保定 071001）

除草剂的使用不仅在作物草害的综合防治中发挥关键作用，还为农产品的稳产增收以及粮食安全保驾护航［1-2］。然而除草剂的不合理使用，使得杂草抗药性越发严重，最终导致农药的施用量越来越多，形成了恶性循环［3-4］。研制新型农药品种不仅可以降低农药的使用量，缓解抗药性，还可能发现新的靶标位点［5-6］。因此，开发新型农药品种对于降低农药使用量以及缓解靶标抗性具有重要意义［7］。

杂环化合物因其含有杂原子，往往展示出有别于全碳芳香环的生物活性，使其在新农药创制领域中扮演着重要角色［8-9］。其中含有2 个氮原子的五元杂环吡唑，作为重要的农药生物活性骨架，展示出了多种不同的功能［10］，例如充当玉米田除草剂苯唑草酮中除草活性药效团［11］，可以通过吡唑的异构化，形成酮式结构，与靶标对羟基苯基丙酮酸双氧化酶（4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase，4-HPPD）中的亚铁离子形成配位键［12］。再者，如琥珀酸脱氢酶抑制剂中的二氟甲基吡唑，作为杀菌活性核心药效团，开发出了多个琥珀酸脱氢酶抑制剂品种［13-14］。同样，吡唑杂环的衍生物也出现在杀虫剂中，例如杀虫剂敌蝇威等。因此，吡唑类衍生物在农药的多个领域都占有重要的地位。

吡唑酰胺类衍生物作为农药活性分子，在杀菌剂、杀虫剂、除草剂中应用广泛，如董存涛等人［15-16］报道了吡唑苄酰胺类化合物对番茄早疫病菌具有优良的抑制活性；而吡唑嘧啶酰胺类衍生物则具有抑制阔叶杂草反枝苋的活性。本研究基于活性基团合理设计的方法，以核心中间体1-甲基-5-氨基吡唑为起始原料，与8 种芳香或杂环羧酸类衍生物进行缩合反应，获得一系列吡唑酰胺类化合物，并利用小杯法测定所得化合物的除草生物活性，以期得到除草活性优良的化合物，为开发新型除草剂奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

所得化合物的NMR 在Bruker Avance-400 MHZ核磁光谱仪上测定（TMS 为内标，氘代氯仿或氘代DMSO 为溶剂）；高分辨率质谱在FTICR-MS Varian 7.0T 仪器上测定；熔点在X-4 双目显微熔点测定仪（河南巩义高科仪器有限责任公司）上测定，结果未校正；本试验所用试剂为化学纯或市售分析纯。供试的3 种植物分别是：马唐（Digitaria sanguinalis）、油菜（Brassica campestris）和反枝苋（Amaranthus retroflexus）。

1.2 合成方法

参考文献［18］的方法，按照图1 的反应路线制备目标化合物5a-5h，称取化合物1（3.4 mmol） 于50 mL 圆底烧瓶中，加入10 mL 二氯甲烷将其溶解，在搅拌的状态下逐滴滴入化合物2（6.8 mmol）， 再滴加2 滴DMF，室温反应1.5 h。反应结束后除去溶剂和多余的草酰氯，得到未提纯的酰氯备用。

图1 目标化合物的合成路线Fig.1 Synthesis route of the target compounds

1.3 除草活性测定

称取10 mg 供试化合物，加入200 μL DMSO溶解，配制成5×104mg/L 母液，稀释至200 mg/L进行除草活性测定。将不加药剂的空白溶液设置为空白对照，以莠去津 (atrazine)作为阳性对照。以农药室内生物测定试验准则为标准，采用小杯法对目标化合物进行除草活性测定。挑选油菜、反枝苋和马唐种子于培养皿中进行催芽，24 ～48 h 后选取饱满初露芽的种子备用，进行3 个平行处理，加入药剂后在恒温培养箱中培养。5 ～ 7 d 后进行调查，分别得出化合物的根长抑制率与茎长抑制率，分析其除草活性，采用Duncan’s 新复极差法进行差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 目标化合物的结构表征

本试验共得到8 个目标化合物（表1），所得化合物的结构表征如下：

化合物5a，白色固体，产率85%，m.p.: 138 ～

139 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.93 ～7.87 (m, 2H), 7.81 (s, 1H), 7.46 (s, 1H), 7.18 (t,J= 8.4 Hz, 2H), 6.25 (s, 1H), 3.77 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 166.63 (s), 164.11 (s), 138.24 (s), 129.99 (s), 129.90 (s), 116.21 (s), 115.99 (s), 101.06 (s), 35.85 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C11H10FN3O: 220.0808, found: 220.0879。

化合物5b，白色固体，产率81%，m.p.: 154 ～

155 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.02 (d,J= 7.7 Hz, 2H), 7.96 (s, 1H), 7.80 (d,J= 8.1 Hz, 2H), 7.49 (d,J= 1.9 Hz, 1H), 6.30 (s, 1H), 3.80 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 138.37 (s), 136.21 (s), 134.87 (s), 134.45 (s), 127.94 (s), 126.01 (q,J= 3.7 Hz), 124.79 (s), 122.04 (s), 101.13 (s), 35.89 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C12H10F3N3O: 270.0776, found: 270.0847。

化合物5c，白色固体，产率45%，m.p.: 176 ～

177℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.58 (s, 1H), 7.48 (d,J= 1.6 Hz, 1H), 7.24 (s, 2H), 6.37 (s, 1H), 3.82 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 160.16 (s), 157.60 (d,J= 8.9 Hz), 137.67 (s), 134.97 (s), 123.70 (s), 116.17 (s), 113.84 (s), 99.29 (s), 35.60 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C11H8BrF2N3O: 315.9819, found: 315.9891。

化合物5d，黄色固体，产率57%，m.p.: 190 ～

走遍小镇，也只有一个墓园，透着意外的温馨。石碑一律是洁白纯净的样子，前面摆放着的不仅有装饰性的摆件，还有新鲜不败的花束。这一切的背后，都是因为依然有人深深爱着、惦记着长眠于此的人。

191 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.14 (s, 1H), 7.73 (s, 1H), 7.65 (s, 1H), 7.48 (s, 2H), 6.32 (s, 1H), 3.88 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 163.65 (s), 147.95 (s), 138.08 (s), 135.90 (s), 134.28 (s), 131.57 (s), 130.63 (s), 124.84 (s), 124.80 (s), 99.91 (s), 36.19 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C11H9FN4O3: 265.0659, found: 265.0731。

化合物5e，白色固体，产率68%，m.p.: 158 ～ 159℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.18 (s, 1H), 8.15 (d,J= 7.9 Hz, 1H), 7.71 (d,J= 8.3 Hz, 1H), 7.57 (s, 1H), 7.51 (s, 1H), 6.40 (s, 1H), 3.86 (s, 3H), 2.65 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 166.02 (s), 147.97 (s), 141.85 (s), 137.91 (s), 137.46 (s), 135.53 (s), 128.85 (s), 125.05 (s), 120.82 (s), 99.56 (s), 35.79 (s), 19.10 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C12H12N4O3:

261.0909, found: 261.0982。

化合物5f，黄色固体，产率52%，m.p.: 130 ～

131 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.65 (s, 1H), 7.60 (d,J= 1.0 Hz, 1H), 7.59 (d,J= 1.0 Hz, 1H), 7.47 (d,J= 2.0 Hz, 1H), 7.15 (dd,J= 4.8, 3.9 Hz, 1H), 6.25 (d,J= 1.7 Hz, 1H), 3.78 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 160.70 (s), 138.72 (s), 137.93 (d,J= 4.6 Hz), 136.11 (s), 132.97 (d,J= 7.6 Hz), 130.45 (s), 128.69 (s), 101.29 (s), 36.12 (s). HRMS［M+H］+calcd for C9H9N3OS: 208.0466, found: 208.0539。

化合物5g，黄色固体，产率68%，m.p.: 165 ～ 166 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.39 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 8.28 (dd,J= 8.5, 2.0 Hz, 1H), 8.03 (s, 1H), 8.00 (s, 1H), 7.52 (d,J= 1.7 Hz, 1H), 6.42 (d,J= 1.5 Hz, 1H), 3.88 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 163.66 (s), 149.02 (s), 141.77 (s), 138.08 (s), 135.27 (s), 131.69 (s), 130.47 (s), 124.94 (s), 122.99 (s), 99.49 (s), 36.08 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C11H9ClN4O3: 281.0363, found: 281.0432。

化合物5h，白色固体，产率72%，m.p.: 174 ～ 175 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.16 (s, 1H), 8.13 (d,J= 7.9 Hz, 1H), 7.68 (d,J= 8.3 Hz, 2H), 7.54 (s, 1H), 7.49 (s, 1H), 6.37 (s, 1H), 3.83 (s, 3H), 2.62 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 165.64 (s), 164.71 (s), 137.39 (s), 135.96 (s), 133.84 (s), 132.50 (s), 132.47 (s), 129.95 (s), 129.20 (s), 128.51 (s), 100.56 (s), 52.42 (s), 35.71 (s). HRMS ［M+H］+calcd for C13H13N3O3: 260.0957, found: 260.1028。

表1 化合物5a-5h 的化学结构Table 1 The structure of compounds 5a-5h

2.2 目标化合物的除草活性测定

由除草活性结果可以得知（表2），在200 mg/L 条件下，化合物5e 对油菜的根长和油菜的茎长抑制率分别为82%和57%，显著优于对照药剂莠去津（P＞0.05）；对反枝苋根长的抑制率为50%，显著优于对照药剂莠去津（P＞0.05）；对马唐根长和茎长的抑制率分别为58%和52%，与对照药剂活性相当；化合物5g 对油菜的根长、反枝苋的根长和马唐的根长抑制率分别为83%、56%和60%，显著优于对照药剂（P＞0.05）。其他6 个化合物并未展现出较好的除草活性。以上表明了化合物5e 和化合物5g 具有较好的除草活性，可以进一步研究。

表2 目标化合物的除草活性（200 mg/L，小杯法，抑制率 %）Table 2 Herbicidal activity of the target compounds (200 mg/L, small cup method, inhibition rate %)

3 讨论与结论

吡唑及其衍生物由于具有广泛且优良的生物活性而在农药生产行业中倍受青睐［18］。吡唑酰胺类化合物更是具有多种生物活性［19-20］。有文献报道［16］，吡唑酰胺类化合物在同等浓度及方法的条件下表现出与本试验化合物5e 和化合物5g 相似的除草活 性。本试验以1-甲基-5-氨基吡唑为原料，三乙胺为缚酸剂，通过活性基团拼接的方法与不同的芳环或杂环中间体进行缩合反应，以45%～85%的产率合成了一系列吡唑酰胺类衍生物。当Ar 为对氟苯基取代时化合物的产率为85%，而当Ar 为噻吩基取代时化合物的产率仅为52%，表明杂环效应可能对化合物的产率有一定影响；化合物5d 和5g 的产率分别为57%和68%，其Ar 分别为4-氟-2-硝基苯基和4-氯-2-硝基苯基，由于氟原子的原子核对外层电子有很强的吸引力，使其原子半径很小，进而屏蔽作用比氯原子要大得多，正是由于外层电子紧密排列，排斥力较大，从而使外来的1 个电子不容易再进入氟的轨道，因此表明原子的电子亲和能可能对化合物的产率造成影响；化合物5e 的产率为68%，与化合物5g 的产率相同，表明苯环取代基上硝基及其他原子取代的位置可能对化合物的产率影响甚微。在制备反应中间体酰氯时，将SOCl2替换为草酰氯，提高了试验的安全和效率；加入DMF进行催化可以大大缩短反应时间；同时在制备酰氯时要严格保持无水条件，并且由于其性质不稳定，需要在合成后尽快投到下一步反应中。

除草生物活性测定的供试植物油菜因其生长周期短以及对待测药剂敏感，所以挑选其作为活性筛选的模式植物［21］，并且将兼顾了生物学分类和田间常见杂草的反枝苋和马唐作为除草生物活性测定的供试植物。本试验生测结果表明，结构的差异对活性有很大的影响。当Ar 为4-氯-2-硝基苯基时即化合物5g 的除草活性明显优于Ar 为4-氟-2-硝基苯基即化合物5d 的除草活性；当Ar 为2-甲基-4-硝基苯基时即化合物5e 对油菜的根长和茎长抑制活性与化合物5g 的相当。综上所述，苯环上硝基取代有利于除草活性的提高，另外苯环取代基上不同原子的取代也会对除草活性造成影响。