1—4—叔丁基苄基脲嘧啶类化合物的合成及其除草活性

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摘要：以苹果酸、尿素和20%发烟硫酸为原料，进行缩合反应合成脲嘧啶。在无水碳酸钾存在下，以N，N-二甲基甲酰胺和丙酮为溶剂，4-叔丁基苄氯与脲嘧啶反应，合成了2个1-（4-叔丁基苄基）脲嘧啶类化合物。目标化合物均通过1H NMR和元素分析确证，生物活性测试表明该类化合物有一定的除草活性，100 μg/mL的1-（4-叔丁基苄氯）脲嘧啶对油菜根长生长抑制具有较好的效果。

关键词：1-（4-叔丁基苄基）脲嘧啶；合成；除草活性

中图分类号：O626.4；S482.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）23-5754-03

脲嘧啶化合物是一类很重要的具有较高生物活性的物质，在医药和农药领域有着广泛的应用，如抗病毒药物司他夫定[1]和齐多夫定[2]，抗肿瘤药物去氧氟尿苷[3]，除草剂特草定、环草定和除草定等[4]。由于脲嘧啶类化合物能表现出良好的生物活性和多样性，引起了许多科学家尤其是农药领域的科研人员的重视，发现了许多具有优异除草活性的化合物[5-14]，特别是在脲嘧啶结构的6-位引入三氟甲基，3-位引入取代苄基，1-位上是氨基或甲基后，化合物的除草活性得到极大的提高，成为一类新型原卟啉原氧化酶（PPO酶）抑制剂，如氟丙嘧草酯[5]和双苯嘧草酮[6]。为了进一步研究脲嘧啶类化合物结构与活性，本研究在脲嘧啶类化合物脲嘧啶环的1-位引入4-叔丁基苄基，合成了2个1-（4-叔丁基苄基）脲嘧啶类化合物，并研究其除草活性。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

Bruker AV300型核磁共振仪（300 MHz，以CDCl3为溶剂，TMS为内标）；Yanaco CHN CORDER MT-3型自动元素分析仪；XT 4A型显微熔点测定仪（北京科仪电光仪器厂）。试剂均为市售分析纯。

1.2 目标化合物的合成

1.2.1 脲嘧啶的合成 250 mL三口烧瓶配置机械搅拌、温度计，外用冰浴冷却。烧瓶中加入80 mL 20%发烟硫酸，开动搅拌，温度控制在0～8 ℃以内慢慢加入20 g（0.33 mol）尿素，放热，约40 min加完；10 min后，再用40 min慢慢加入20 g（0.15 mol）苹果酸，加完后再搅拌30 min，放置过夜。用水浴小心加热，最后于沸水浴上加热90 min。稍冷，搅拌下慢慢将反应物倒入240 g冰水浴中，冷后滤出结晶，去离子水洗；再用250 mL沸水重结晶，加入1 g活性炭，脱色过滤，冷后滤出晶体质量为11.08 g，产率为66.1%。所得产品为白色针状晶体，熔点332～335 ℃，文献[15]的熔点为335 ℃。

1.2.2 目标化合物的合成 在100 mL烧瓶中加入0.56 g（5 mmol）脲嘧啶，0.84 g（6 mmol）无水碳酸钾，20 mL N，N-二甲基甲酰胺，10 mL丙酮，慢慢加入0.92 g （5 mmol）4-叔丁基苄氯，室温下搅拌6 h，然后升温回流反应4 h。脱溶后加入20 mL去离子水，浓盐酸酸化至pH 3～4。减压过滤，得到白色固体，然后经柱层析得到1-（4-叔丁基苄基） 脲嘧啶（化合物1）和1，3-二（4-叔丁基苄基）脲嘧啶（化合物2）。

1.3 除草活性测定方法

油菜平皿法：分别在直径6 cm的2个培养皿中铺好一张直径5.6 cm的滤纸，分别各自加入2 mL 浓度为100 μg/mL和10 μg/mL的供试化合物溶液，播种浸种4～6 h的油菜（Brassica napus）种子15粒，（28±1） ℃下黑暗培养65 h后测定胚根长度。通过黑暗条件下化合物对油菜胚根的生长抑制来检测化合物的除草活性。活性指标：油菜根长生长抑制率。

稗草小杯法：分别在覆盖一层玻璃珠的50 mL的2个烧杯中加入一张滤纸片，分别各自加入5 mL 浓度为100 μg/mL和10 μg/mL的供试化合物溶液，播种露白的稗草种子10粒，（28±1） ℃下光照培养65 h后测定地上部分高度。通过光照条件下化合物对稗草地上部分的生长抑制来检测化合物的除草活性。活性指标：稗草株高生长抑制率。

2 结果与分析

2.1 目标化合物的合成和确认

以苹果酸、尿素和20%发烟硫酸为原料，进行缩合反应合成脲嘧啶。其反应历程为：苹果酸在20%发烟硫酸中脱去水和一氧化碳，生成丙醛酸，丙醛酸异构化为3-羟基丙烯酸，然后与尿素脱水缩合环化生成脲嘧啶。脲嘧啶的氮原子作为亲核试剂反应中心与4-叔丁基苄氯发生亲核取代反应，脲嘧啶1-位氮原子反应活性大于3-位氮原子反应活性，反应生成1-（4-叔丁基苄基）脲嘧啶。在1-位氮原子上引入给电子基团4-叔丁基苄基后，使3-位氮原子的碱性增强，亲核取代反应活性增大，部分1-（4-叔丁基苄基）脲嘧啶同时在3-位氮原子引入4-叔丁基苄基，生成1，3-二（4-叔丁基苄基）脲嘧啶。因此，4-叔丁基苄氯与脲嘧啶反应可以合成2个化合物。

所合成的目标化合物均通过1H NMR，以化合物1为例予以说明，从该化合物的核磁共振氢谱图中可以看出各个氢的吸收峰。1.313（s， 9H）为叔丁基上3个甲基氢的吸收峰， 4.883（s，2H）为与脲嘧啶1位N相连的亚甲基的吸收峰，5.679， 5.696（d，1H）为脲嘧啶环上5位氢的吸收峰，7.148， 7.175（d，1H）为脲嘧啶环上6位氢的吸收峰，7.210～7.411（m， 4H）为苯环上氢的吸收峰，8.872（s，1H）为脲嘧啶环上NH的吸收峰。

2.2 目标化合物的除草活性分析

1-（4-叔丁基苄基）脲嘧啶类化合物除草活性分析见表1。由表1可知，目标化合物有一定的除草活性。化合物1浓度为100 μg/mL时，对油菜根长抑制率为53.2%，对稗草株高生长抑制率为40.8%；化合物1浓度为10 μg/mL时，对油菜根长抑制率为9.3%，对稗草株高生长抑制率为16.8%。化合物1浓度100 μg/mL时对油菜根长生长抑制和稗草株高生长抑制具有较好的效果，但是当浓度降低到10 μg/mL时对油菜根长生长抑制和稗草株高生长抑制效果较差。化合物2浓度为100 μg/L和10 μg/L时，对油菜根长和稗草株高的生长抑制几乎无效果。

3 结论

以苹果酸、尿素和20%发烟硫酸为原料，进行缩合反应得脲嘧啶。在无水碳酸钾存在下，以N，N-二甲基甲酰胺和丙酮为溶剂，4-叔丁基苄氯与脲嘧啶反应，合成了2个1-（4-叔丁基苄基）脲嘧啶类化合物。生物活性测试表明该类化合物有一定的除草活性，化合物1浓度为100 μg/mL时对油菜根长抑制率为53.2%，对稗草株高生长的抑制率为40.8%。化合物2浓度为100 μg/L和10 μg/L时，对油菜根长和稗草株高的生长抑制几乎无效果。在苄基脲嘧啶类化合物的苄基上引入叔丁基后，与其他苄基脲嘧啶类化合物的除草活性[14]相比，除草活性有所提高，脲嘧啶类化合物结构的优化还有待进一步研究。

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