含噻吩酰胺基硫脲的合成及除草活性研究*

尹静慧，刘 英，朱科霖，张雪晴，郑广进，郭洋洋

(广西民族师范学院化学与生物工程学院，广西 崇左 532200)

近年来低毒、高效的农药[1]研究受到人们的关注。除草剂已占据往年稳居榜首的杀虫剂[2]的位置，而杀菌剂也紧随其后，这趋势符合近年来国际发展状况，加大除草剂和杀菌剂的发展，使我国农药产品更加绿色化、多样化[3]。而低毒、高效、绿色环保的农药是当今农药发展的趋势，因此，农药对我国经济的增长起着至关重要的作用。

由于酰基硫脲[4]类化合物都具有硫脲(-CONHCSNH-)结构，结构中有缺电子的碳原子，也有带电子的氧原子，故其在生物活性方面隐藏着非常大的潜力，吸引着科学家们广泛的关注[5]。而且，酰基硫脲类化合物是绿色农药创制研究的热点，在化工制药行业广泛应用于除草[6]、杀菌[7]、植物生长调节[8]等领域。

为寻找低毒、高效、绿色环保的农药先导化合物产品，本论文将采用活性拼接原理[9]在以硫脲核心分别引入取代苯甲酰基、噻吩酰胺基合成8个目标化合物。再通过薄层色谱法、熔点测定法检验纯度，用核磁共振氢谱，质谱等对合成化合物进行进行结构表征。最后采用油菜平皿法[10]测定目标化合物的除草活性。以期得到高活性的除草剂，为新型农药的研究发展提供参考[11]。

2 合成路线

图1 目标化合物的合成路线Fig.1 Synthetic route of target compound

2 合 成

2.1 实验仪器和试剂

仪器：电子天平, 台式电热恒温干燥箱, 循环水式真空泵，熔点仪,光照培养箱，三用紫外分析仪。

试剂：甲醇，硫酸，80%水合联氨，氯化亚砜，硫氰酸钾，乙腈，二甲基亚砜，石油醚，乙酸乙酯，由国药集团化学试剂有限公司提供；5-甲基-2-噻吩甲酸、取代苯甲酸，上海麦克林生化科技有限公司，以上试剂均为分析纯。

2.2 中间体的合成

2.2.1 5-甲基-2-噻吩酰肼的合成

在三颈烧瓶中加入30.0 g(0.211 mol)5-甲基-2-噻吩甲酸和50 mL无水甲醇，80 ℃油浴搅拌下缓慢滴加10 mL浓硫酸，回流4.0 h，淬灭反应，调节pH≈8，用二氯甲烷萃取，干燥，70 ℃减压浓缩即得5-甲基-2-噻吩酸甲酯，将 25 mL 80%的水合肼加入上述产物的甲醇溶液中，120 ℃油浴回流4.0 h。反应完毕后，减压蒸馏直至无馏分滴出后冷却即得5-甲基-2-噻吩酰肼，称重27.449 g，产率88%。反应式如图2所示。

图2 5-甲基-2-噻吩酰肼的合成

2.2.2 取代苯甲酰异硫氰酸酯的合成

在三口烧瓶中分别加入0.02 mol 取代苯甲酸、10 mL氯化亚砜，80 ℃油浴回流2.0 h，减压蒸馏直至无馏分滴出即得取代苯甲酰氯，加入10 mL乙腈，备用。于另烧瓶中加入2.910 g干燥的硫氰酸钾和40 mL乙腈，室温搅拌下将取代苯甲酰氯的乙腈溶液滴加至反应瓶中，室温反应4.0 h，抽滤，得到取代苯甲酰异硫氰酸酯的乙腈溶液。反应式如图3所示。

图3 取代苯甲酰异硫氰酸酯的合成

2.3 目标化合物硫脲的合成

室温搅拌下，将5-甲基-2-噻吩酰肼(0.02 mol)分批加入到取代苯甲酰异硫氰酸酯的乙腈溶液中， 50 ℃搅拌反应10.0 h，挥发大部分溶剂，真空抽滤，分别用乙腈和水洗涤滤饼。烘干，即得目标产物硫脲衍生物。反应式如图4所示。

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

3 除草活性

3.1 实验材料

实验试剂：DMSO、吐温-80、2,4-二氯苯氧乙酸，合成化合物。

标靶植物：牛筋草，龙爪茅，鬼针草，青葙。

3.2 油菜平皿法

3.2.1 溶液的配制

(1)溶剂对照：

取5 mL二甲基亚砜和1 mL吐温-80于250 mL容量瓶中，加蒸馏水定容至刻度线，摇匀，得到溶剂对照。

(2)受试药液：

分别称取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吐温-80，混合均匀，加水配制200 mg/L浓度的受试药液，再分别稀释得到100 mg/L和50 mg/L浓度备用。

(3)阳性对照配制：

用2,4-二氯苯氧乙酸为阳性药对照，同法操作，配制200 mg/L、100 mg/L、50 mg/L三个浓度梯度作为阳性对照，以蒸馏水为空白对照。

3.2.2 种子处理与培养

(1)挑种与催芽：分别挑选若干干燥的受试草种子，用蒸馏水洗涤3次。分别加入80 mL蒸馏水于30 ℃浸泡24 h。抽滤并洗涤三次，选取适量饱满的种子置于含滤纸的培养皿中，加入蒸馏水使种子保持湿润，置光照培养箱中培养催芽。

(2)接种与培养：培养至种子露白后，分别挑选芽长一致的种子25颗，均匀接种于培养皿中，分别加入受试药液、溶剂对照、阳性对照、空白对照各5 mL，放培养箱中培养7天，观察种子生长情况，每天补加药液0.5～1 mL以保持种子的湿润。培养条件：一段：28 ℃，4级光照12 h；二段：20 ℃，黑暗12 h。

(3)测量：培养7天后测量根长和茎长。

3.2.3 计算

按照下列公式计算根和茎生长抑制率、校正生长抑制率。

校正生长抑制率=目标化合物组抑制率-溶剂对照组抑制率×100%

4 结果与讨论

4.1 化合物的结构数据

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 除草活性结果与分析

表1 受试植物生长抑制率Table 1 Growth inhibition rate of tested plants

实验结果：化合物a和c对牛筋草根的生长抑制效果和阳性药接近，化合物b对牛筋草根有一定的抑制效果；化合物b，c和k对龙爪茅根的抑制效果和阳性药接近；化合物a,b,e,j,i,k对鬼针草根的抑制效果优于阳性药；化合物b对青葙根的抑制活性优于阳性药，所有化合物对四种草茎的抑制效果不及阳性药。初步活性表明，硫脲化合物中苯环的取代位点和取代基团对活性影响明显，以供电子基团取代时对杂草的根抑制效果明显，以单卤或多卤取代时效果较差。

5 结 论

本文合成8个硫脲类化合物，并对所有化合物进行除草活性实验，结果表明，在同浓度水平，化合物N-3-甲基苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲对牛筋草、龙爪茅、鬼针草以及青葙根的抑制效果和阳性药相当，但对四种草茎的抑制效果不明显，为了摸索合成化合物对农田常见杂草的生长抑制效果，其结构有进一步优化的潜力。