1—4—叔丁基芐基脲嘧啶類化合物的合成及其除草活性

摘要：以蘋果酸、尿素和20%發煙硫酸為原料，進行縮合反應合成脲嘧啶。在無水碳酸鉀存在下，以N，N-二甲基甲酰胺和丙酮為溶劑，4-叔丁基芐氯與脲嘧啶反應，合成了2個1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶類化合物。目標化合物均通過1H NMR和元素分析確證，生物活性測試表明該類化合物有一定的除草活性，100 μg/mL的1-（4-叔丁基芐氯）脲嘧啶對油菜根長生長抑制具有較好的效果。

關鍵詞：1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶；合成；除草活性

中圖分類號：O626.4；S482.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）23-5754-03

脲嘧啶化合物是一類很重要的具有較高生物活性的物質，在醫藥和農藥領域有著廣泛的應用，如抗病毒藥物司他夫定[1]和齊多夫定[2]，抗腫瘤藥物去氧氟尿苷[3]，除草劑特草定、環草定和除草定等[4]。由于脲嘧啶類化合物能表現出良好的生物活性和多樣性，引起了許多科學家尤其是農藥領域的科研人員的重視，發現了許多具有優異除草活性的化合物[5-14]，特別是在脲嘧啶結構的6-位引入三氟甲基，3-位引入取代芐基，1-位上是氨基或甲基后，化合物的除草活性得到極大的提高，成為一類新型原卟啉原氧化酶（PPO酶）抑制劑，如氟丙嘧草酯[5]和雙苯嘧草酮[6]。為了進一步研究脲嘧啶類化合物結構與活性，本研究在脲嘧啶類化合物脲嘧啶環的1-位引入4-叔丁基芐基，合成了2個1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶類化合物，并研究其除草活性。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Bruker AV300型核磁共振儀（300 MHz，以CDCl3為溶劑，TMS為內標）；Yanaco CHN CORDER MT-3型自動元素分析儀；XT 4A型顯微熔點測定儀（北京科儀電光儀器廠）。試劑均為市售分析純。

1.2 目標化合物的合成

1.2.1 脲嘧啶的合成 250 mL三口燒瓶配置機械攪拌、溫度計，外用冰浴冷卻。燒瓶中加入80 mL 20%發煙硫酸，開動攪拌，溫度控制在0～8 ℃以內慢慢加入20 g（0.33 mol）尿素，放熱，約40 min加完；10 min后，再用40 min慢慢加入20 g（0.15 mol）蘋果酸，加完后再攪拌30 min，放置過夜。用水浴小心加熱，最后于沸水浴上加熱90 min。稍冷，攪拌下慢慢將反應物倒入240 g冰水浴中，冷后濾出結晶，去離子水洗；再用250 mL沸水重結晶，加入1 g活性炭，脫色過濾，冷后濾出晶體質量為11.08 g，產率為66.1%。所得產品為白色針狀晶體，熔點332～335 ℃，文獻[15]的熔點為335 ℃。

1.2.2 目標化合物的合成 在100 mL燒瓶中加入0.56 g（5 mmol）脲嘧啶，0.84 g（6 mmol）無水碳酸鉀，20 mL N，N-二甲基甲酰胺，10 mL丙酮，慢慢加入0.92 g （5 mmol）4-叔丁基芐氯，室溫下攪拌6 h，然后升溫回流反應4 h。脫溶后加入20 mL去離子水，濃鹽酸酸化至pH 3～4。減壓過濾，得到白色固體，然后經柱層析得到1-（4-叔丁基芐基） 脲嘧啶（化合物1）和1，3-二（4-叔丁基芐基）脲嘧啶（化合物2）。

1.3 除草活性測定方法

油菜平皿法：分別在直徑6 cm的2個培養皿中鋪好一張直徑5.6 cm的濾紙，分別各自加入2 mL 濃度為100 μg/mL和10 μg/mL的供試化合物溶液，播種浸種4～6 h的油菜（Brassica napus）種子15粒，（28±1） ℃下黑暗培養65 h后測定胚根長度。通過黑暗條件下化合物對油菜胚根的生長抑制來檢測化合物的除草活性。活性指標：油菜根長生長抑制率。

稗草小杯法：分別在覆蓋一層玻璃珠的50 mL的2個燒杯中加入一張濾紙片，分別各自加入5 mL 濃度為100 μg/mL和10 μg/mL的供試化合物溶液，播種露白的稗草種子10粒，（28±1） ℃下光照培養65 h后測定地上部分高度。通過光照條件下化合物對稗草地上部分的生長抑制來檢測化合物的除草活性。活性指標：稗草株高生長抑制率。

2 結果與分析

2.1 目標化合物的合成和確認

以蘋果酸、尿素和20%發煙硫酸為原料，進行縮合反應合成脲嘧啶。其反應歷程為：蘋果酸在20%發煙硫酸中脫去水和一氧化碳，生成丙醛酸，丙醛酸異構化為3-羥基丙烯酸，然后與尿素脫水縮合環化生成脲嘧啶。脲嘧啶的氮原子作為親核試劑反應中心與4-叔丁基芐氯發生親核取代反應，脲嘧啶1-位氮原子反應活性大于3-位氮原子反應活性，反應生成1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶。在1-位氮原子上引入給電子基團4-叔丁基芐基后，使3-位氮原子的堿性增強，親核取代反應活性增大，部分1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶同時在3-位氮原子引入4-叔丁基芐基，生成1，3-二（4-叔丁基芐基）脲嘧啶。因此，4-叔丁基芐氯與脲嘧啶反應可以合成2個化合物。

所合成的目標化合物均通過1H NMR，以化合物1為例予以說明，從該化合物的核磁共振氫譜圖中可以看出各個氫的吸收峰。1.313（s， 9H）為叔丁基上3個甲基氫的吸收峰， 4.883（s，2H）為與脲嘧啶1位N相連的亞甲基的吸收峰，5.679， 5.696（d，1H）為脲嘧啶環上5位氫的吸收峰，7.148， 7.175（d，1H）為脲嘧啶環上6位氫的吸收峰，7.210～7.411（m， 4H）為苯環上氫的吸收峰，8.872（s，1H）為脲嘧啶環上NH的吸收峰。

2.2 目標化合物的除草活性分析

1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶類化合物除草活性分析見表1。由表1可知，目標化合物有一定的除草活性。化合物1濃度為100 μg/mL時，對油菜根長抑制率為53.2%，對稗草株高生長抑制率為40.8%；化合物1濃度為10 μg/mL時，對油菜根長抑制率為9.3%，對稗草株高生長抑制率為16.8%。化合物1濃度100 μg/mL時對油菜根長生長抑制和稗草株高生長抑制具有較好的效果，但是當濃度降低到10 μg/mL時對油菜根長生長抑制和稗草株高生長抑制效果較差。化合物2濃度為100 μg/L和10 μg/L時，對油菜根長和稗草株高的生長抑制幾乎無效果。

3 結論

以蘋果酸、尿素和20%發煙硫酸為原料，進行縮合反應得脲嘧啶。在無水碳酸鉀存在下，以N，N-二甲基甲酰胺和丙酮為溶劑，4-叔丁基芐氯與脲嘧啶反應，合成了2個1-（4-叔丁基芐基）脲嘧啶類化合物。生物活性測試表明該類化合物有一定的除草活性，化合物1濃度為100 μg/mL時對油菜根長抑制率為53.2%，對稗草株高生長的抑制率為40.8%。化合物2濃度為100 μg/L和10 μg/L時，對油菜根長和稗草株高的生長抑制幾乎無效果。在芐基脲嘧啶類化合物的芐基上引入叔丁基后，與其他芐基脲嘧啶類化合物的除草活性[14]相比，除草活性有所提高，脲嘧啶類化合物結構的優化還有待進一步研究。

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