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磺酰脲类除草剂由于用量少、选择性高、对哺乳动物毒性低等优点得到广泛的使用。然而,一些磺酰脲类除草剂在环境中残留时间过长,给农业生产带来危害。为了寻找残效期短、对环境更加友好的新型磺酰脲类除草剂,本论文以本课题组研发的商品化除草剂品种单嘧磺酯为研究基础,保持嘧啶环为单取代,设计并合成了4个系列66个苯环5位取代的新型磺酰脲类化合物以及29个新型磺酰胺类化合物。所有磺酰脲化合物的结构经元素分析、1H NMR确证,部分化合物通过IR及MS进行了结构表征。
在合成过程中,对重要中间体化合物1的反应条件进行了优化,提高了产率。在新型磺酰脲苯环5位引入Schiff碱基的合成中,应用微波及超声波等绿色化学合成手段,对反应条件进行了优化,大大缩短了反应时间并提高了产率。
用油菜根长法和盆栽法进行了除草活性的测试。结果表明,苯环5位引入酰胺基团的第1系列和引入Schiff碱基的第Ⅲ系列磺酰脲类化合物均表现出较好的除草活性和选择性,在25克/亩的剂量下,对双子叶作物油菜和反枝苋茎叶喷施的除草活性可达100%。化合物Ⅰ-1和Ⅰ-2(结构式如下图所示)在1克/亩的剂量下的除草活性仍能达到90%以上,与商品化除草剂甲磺隆的活性相当。此外,对中间体磺酰胺化合物进行了防治蔬菜病害的活体微量筛选实验,结果表明,部分化合物,如2a、2d、2e、4n、5b、5f等具有较好的生物活性,有些与商品化对照药的活性相当。
模拟不同土壤的酸碱环境,在pH值为5、7、9的缓冲溶液体系中,根据除草活性的筛选结果,对具有代表性的高活性化合物进行了初步的水解实验。结果表明苯环5位有取代基的磺酰脲类化合物比苯环5位不含取代基的对照药甲磺隆和单嘧磺酯的水解速度快。对于相同化合物,在酸性条件下的水解速度大于中性和碱性条件下的水解速度。对于相同的缓冲溶液体系,化合物的水解速度随苯环5位取代基体积的减小而加快。化合物Ⅰ-1、Ⅰ-7和Ⅰ-9(结构式如下图所示)是活性高、又能够快速降解的新型磺酰脲类化合物。
利用比较分子力场(CoMFA)的方法对第Ⅱ系列化合物及进行水解性能研究的化合物分别进行了3D-QSAR研究,得到三维等值线图,解释了化合物除草活性与结构之间的关系以及水解性能与结构之间的关系,对于进一步设计此类新型超高效且可控降解、对环境友好的磺酰脲类除草剂提供指导。