N—邻苯二甲酰谷氨酰胺的合成、表征与除草活性研究
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摘 要：本试验合成了4个N-邻苯二甲酰谷氨酰胺，并采用傅立叶变换红外、1H NMR和13C NMR对化合物的结构进行了表征。采用琼脂混药法研究了4个N-邻苯二甲酰谷氨酰胺对稗草和反枝苋的除草活性。结果表明：4个化合物均具有一定的除草活性，当浓度为1 mg/ml时，化合物5-[（4-氯苯基）氨基]-2-（1，3-二羰基异二氢吲哚-2-基）-5-氧代戊酸（a）、2-（1，3-二羰基异二氢吲哚-2-基）-5-氧代-5-（对甲苯基氨基）戊酸（b）和4-[4-羧基-4-（1，3-二羰基异二氢吲哚-2-基）丁酰胺基]苯甲酸（d）对稗草与反枝苋的胚根可以达到100%的抑制率。
中图分类号：S482.4+6文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）09-0091-04
大量的除草剂已应用于作物的生产，例如：小麦、玉米、大豆和大米。理想的除草剂要求具有低剂量、高活性、广谱性、低持久性和对植物以及动物足够安全等特点。然而，现在很少有除草剂能满足这些要求[1]。酰胺类除草剂具有高除草活性、高选择性、推广使用剂量下对作物安全、在植物体内或土壤中易降解等特点，因此得到了广泛的应用[2， 3]。
邻苯二甲酰亚胺作为一种重要的有机中间体，广泛地应用于化学制品、药物、除草剂以及杀虫剂[4]。研究表明，一些取代的邻苯二甲酰亚胺化合物表现出一定的除草活性并且对很多重要的作物具有足够的安全性[1， 5]。Ma等（2013）[6]合成了一系列邻苯二甲酰亚胺衍生物，其中一些化合物对油菜和稗草具有中等或者较好的除草活性。另外，N-苯基-3，4，5，6-四氢邻苯二甲酰亚胺类似物已经作为一种除草剂被报道[7]。为了寻找一种更有效的除草剂，本试验设计合成了4个邻苯二甲酰亚胺衍生物并测定了他们的除草活性。
1 材料与方法
1.1 仪器与材料
WRS-1B型数字熔点测定仪（上海精科仪器有限公司）；Nicolet IR200傅里叶（FT-IR）光谱仪（赛默飞世尔科技有限公司）；HP 1000GS-B型全智能人工气候植物箱（武汉瑞华仪器设备有限公司）。所用试剂均为市售AR级，经过常规处理。稗草[Echinochloa crusgalli （L.） Beauv.]和反枝苋（Amaranthus retroflexus）由青岛农业大学农学与植物保护学院提供。
1.2 N-邻苯二甲酰谷氨酸酐的合成
方法一：14.8 g邻苯二甲酸酐和14.8 g谷氨酸在研钵中充分研磨混合，并转入三口烧瓶中，在140℃下加热搅拌至混合物呈无色油状液体，继续搅拌20 min。然后降温至105℃，加入18 ml 乙酸酐，在105℃下继续搅拌加热直至成为澄清液体。最后，在搅拌下加入50 ml 二甲苯，冷却至0℃后静置过夜。将析出的白色固体过滤，并用无水乙醇洗涤以除去残留的二甲苯[8]，真空干燥得N-邻苯二甲酰谷氨酸酐产品。
方法二：14.8 g谷氨酸和14.8 g邻苯二甲酸酐分散在55 ml干燥的吡啶中，回流至溶液透明。在减压条件下蒸出吡啶，加入40 ml 乙酸酐，回流10～15 min。减压浓缩溶液，冷却后加入乙醚，继续搅拌2 h，析出大量固体，过滤并用乙醚洗涤滤饼[9]，干燥得N-邻苯二甲酰谷氨酸酐产品。
1.3 N-邻苯二甲酰谷氨酰胺的合成
在100 ml 三口烧瓶中加入0.02 mol N-邻苯二甲酰谷氨酸酐，0.02 mol含氨基化合物（分别为对氯苯胺、对甲基苯胺、对氨基苯酚、对氨基苯甲酸）和50 ml 氯仿，在50℃下，搅拌反应1 h，过滤，用水洗涤滤饼，干燥得产品。
1.4 除草活性试验
除草活性试验根据文献[10， 11]所述的方法进行测定。将受体植物种子经0.2%次氯酸钠溶液浸泡15 min后，用自来水冲洗数次并置流水下浸泡吸水5 h，而后用蒸馏水洗涤数次，均匀摆放在带盖方盘内的吸水纸上，滴加蒸馏水至种子不漂浮，然后放入人工气候箱，等待受体植物的胚根长至3～5 mm；配制含有试验样品浓度分别为0.5和1 mg/ml 的0.5%琼脂凝胶，以不含药液的溶剂为空白对照。用镊子在已冷却的琼脂表面插5个小孔，取胚根长度相近的受体植物种子垂直插入小孔内，每杯5粒，重复3次，放入人工气候箱培养。条件：14 h光照（25℃）和10 h黑暗（20℃）自动循环，相对湿度为60%。3天后用电子游标卡尺测量受体植物幼苗胚根和胚轴长度。生长量和抑制率分别按下式计算。
生长量（mm）=处理后的胚根（胚轴）长-处理前的胚根（胚轴）长
抑制率（%）=对照生长量-处理生长量对照生长量×100
2 结果与讨论
2.1 N-邻苯二甲酰谷氨酸酐合成方法探讨
本文采用两种方法合成N-邻苯二甲酰谷氨酸酐。方法一真空干燥得12.44 品，收率47.7%，熔点197.0～201.0℃，IR （KBr，cm-1）：3449， 2958， 2934， 1816， 1783， 1712， 1622。方法二干燥得17.20 品，收率66.0%，熔点202.8～203.2℃。方法二的收率明显高于方法一。
方法一采用热固法。反应过程中由于反应物混合不均匀，导致副产物焦谷氨酸的量增大，从而影响了目标产物的收率。方法二采用吡啶法。吡啶可以使反应物充分混合，减少副产物的量，从而提高N-邻苯二甲酰谷氨酸酐的收率。
2.2 N-邻苯二甲酰谷氨酰胺的结构表征
2.3 N-邻苯二甲酰谷氨酰胺的除草活性
从表1可以看出，化合物a、b、c和d均具有一定除草活性。当样品浓度为0.5 mg/ml时，化合物a、d对稗草、反枝苋具有相对较高的除草活性，对两种杂草胚根和胚轴的抑制率为43.30%～68.76%。当浓度为1 mg/ml 时，化合物a、b和d对稗草与反枝苋的胚根可以达到100%的抑制；化合物c对胚轴的抑制效果最差。从4个化合物对稗草与反枝苋的抑制率可以看出，这4个化合物对单子叶与双子叶植物的抑制没有选择性，对胚根与胚轴也没有选择性。从总体情况来看，苯环对位为供电性羟基的化合物（c）活性最差，对位为强吸电性羧基的化合物（d）活性最好，氯取代的化合物（a）活性高于甲基取代的化合物（b）活性，说明苯环对位上取代基吸电性越强，活性越好。
3 结论
本试验合成了4个N-邻苯二甲酰谷氨酰胺，并采用IR、1H NMR和13C NMR对化合物的结构进行了表征。琼脂混药法结果表明：4个化合物对稗草和反枝苋均具有一定除草活性，当浓度为1 mg/ml时，化合物5-[（4-氯苯基）氨基]-2-（1，3-二羰基异二氢吲哚-2-基）-5-氧代戊酸（a）、2-（1，3-二羰基异二氢吲哚-2-基）-5-氧代-5-（对甲苯基氨基）戊酸（b）和4-[4-羧基-4-（1，3-二羰基异二氢吲哚-2-基）丁酰胺基]苯甲酸（d）对稗草与反枝苋的胚根可以达到100%的抑制率。这4个化合物对单子叶与双子叶植物的抑制没有选择性，对胚根与胚轴也没有选择性。以此作为先导化合物，进行进一步的结构修饰，有望得到活性更高的广谱性除草剂。
参 考 文 献：
[1] Natsume B， Hikido M， Kawaguchi S. Phthalimides and herbicide containing the same as active component：EP， 1097923[P]. 2001-09-05.
[2] 江忠萍， 谷文喆. 酰胺类除草剂研究进展[J]. 山东农药信息， 2010， 3： 27-28.
[3] 苏少泉. 酰胺类除草剂评述[J]. 农药， 2002， 11： 1-5.