N-甲基丙烯酰基-N'-芳酰氨基硫脲的合成與除草活性研究

鄭廣進，蔡杰慧，張海全

(廣西民族師范學院 廣西高校桂西南特色植物資源化學重點實驗室培育基地，廣西 崇左 532200)

酰氨基硫脲類化合物因具有良好的抑菌[1-4]、除草[5-6]、抗氧化[7]、抗腫瘤[8]及植物生長調節[9]等活性而備受研究者的關注。甲基丙烯酰基具有典型的α,β-不飽和羰基結構，其能夠與生物體內某些蛋白或核酸的親核基團(如蛋白上的巰基)發生邁克爾加成反應[10]，這種加成反應在生物體內會表現為某種生物效應，可能是有益的藥理活性[11]，也可能是不利的毒副作用。本文根據活性基團拼接原理設計并合成了5個含甲基丙烯酰基的酰氨基硫脲類化合物，并進行了初步的除草活性研究。目標化合物的合成路線如圖1所示。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

Spectrum 65型傅里葉紅外光譜儀(美國Perkin Elmer公司)；BRUKER 600MHz核磁共振波譜儀(德國BRUKER)。所用試劑均為市售分析純，乙腈用前經無水處理；甲基丙烯酰基異硫氰酸酯中間體按文獻[5]合成。

圖1 目標化合物的合成路線Fig.1 The synthesis routine of target compound

1.2 取代苯甲酸甲酯的合成

在干燥的三口燒瓶中加入10 mmol的取代苯甲酸和50 mL無水甲醇，置水浴鍋中并裝好回流冷凝管和尾氣吸收裝置，量取10 mL氯化亞砜置滴液漏斗中，攪拌下緩慢滴加氯化亞砜(約3滴/秒)，待氯化亞砜滴畢后緩慢升溫至65℃，保溫反應4 h。反應結束后旋蒸除去多余的甲醇和氯化亞砜，將剩于物轉移至燒杯中，邊攪拌邊分批加入飽和碳酸氫鈉溶液直至無氣泡產生，分出有機相，水相用氯仿萃取(3×10 mL)，合并有機相與萃取液，用無水氯化鈣干燥至澄清，旋蒸除去氯仿即得取代苯甲酸甲酯。

2a：淺黃色油狀物，產率：80.21%；2b：無色油狀物，產率：67.21%；2c：白色固體，mp:33～35℃，產率：70.34%；2d：白色固體，mp:46～48℃，產率：76.25%；2e：淺黃色固體，mp:93～95℃，產率：78.12%。

1.3 取代苯甲酰肼的合成

在圓底燒瓶中加入上述所制得的取代苯甲酸甲酯，按n酯∶n肼=1∶2的比例加入80%的水合肼，再加入5 mL無水乙醇，回流反應，TLC監測直至反應結束。冷卻至室溫，有固體析出，抽濾，石油醚洗滌，減壓干燥即得取代苯甲酰肼。

3a：白色固體，mp:111～113℃，產率：87.44%；3b：白色固體，mp:120～123℃，產率：87.81%；3c：白色固體，mp:115～117℃，產率：80.54%；3d：白色固體，mp:135～139℃，產率：86.34%；3e：淺黃色固體，mp:210～213℃，產率：65.47%。

1.4 目標化合物的合成

于燒瓶中圓底中加入1.98 g(20 mmol)自制的甲基丙烯酰基異硫氰酸酯、15 mmol取代苯甲酰肼和10 mL乙腈，常溫反應，TLC監測直至反應結束。冷卻，抽濾，依次用5 mL乙腈和10 mL水洗滌，烘干即得目標化合物。

4a：白色粉狀固體，產率50.47%，mp:216.5℃-217.1℃；4b：淡黃色粉狀固體，產率：60.51%，mp:196.3-197.7℃；4c：淡黃色粉狀固體，產率：67.85%，mp:143.6～144.5℃；4d：淡黃色粉狀固體，產率：57.86%，mp:164.5～166.1℃；4e：黃色粉狀固體，產率：56.87%，mp:199.2～201.3℃。

1.5 除草活性測試

采用油菜平皿法測試目標化合物在100 mg/L濃度下對雙子葉雜草鬼針草、反枝莧和單子葉雜草稗草、龍爪茅的除草活性，具體操作按文獻[12]進行。

培養7天后，按公式(1)計算雜草生長抑制率。

2 結果與討論

2.1 化合物結構表征

由于目標化合物4a～4e都具有三個NH，為了便于區分，筆者對三個NH進行了標記，如圖2所示，其核磁共振氫譜數據見表1。

圖2 目標化合物的結構通式Fig.2 The general formula of structural of the target compound

表1 目標化合物的核磁共振氫譜Tab.1 1H NMR data of the target compound

由于NH(c)受到對取代苯甲酰基強吸電子作用的影響，其化學位移處于三者中的最低場。同理，NH(a)受到甲基丙烯酰基吸電子作用的影響，但甲基丙烯酰基的吸電子強度不如取代苯甲酰基強，其化學位移向高場轉移。而由于NH(b)沒有類似的上述吸電子基團的影響，其化學位移向更高場轉移。綜上所述，目標化合物的δNH(c)>δNH(a)>δNH(b)。

2.2 除草活性

初步的除草活性數據(表2)表明，化合物4a～4e在100 mg/L下對鬼針草和反枝莧均表現出較好的除草活性，而對稗草和龍爪茅無明顯的抑制作用。其中，化合物4e除草活性較強，對反枝莧根和鬼針草根的抑制率均強于其他幾個化合物，說明在芳環上引入強吸電子基團可以增強該類化合物的除草活性。從表中可以看出，該類化合物對雙子葉雜草的抑制作用大于對單子葉雜草的抑制作用。

表2 目標化合物的除草活性 (抑制率/%)Tab.2 Herbicidal activity of the target compound (inhibition ratio/%)

3 結論

以取代苯甲酸為原料經酯化、肼解、加成反應合成了5個N-甲基丙烯酰基-N'-芳酰氨基硫脲。所合成5個目標化合物均具有一定的除草活性，在100 mg/L下對鬼針草根和反枝莧根的抑制率分別達到70%和80%以上。總體上看，該類化合物對雙子葉雜草的抑制作用大于對單子葉雜草的抑制作用。初步構效關系數據表明在該類化合物的芳環上引入強吸電子基團可以增強其除草活性。