含噻吩酰胺基硫脲的合成及除草活性研究*

尹靜慧，劉 英，朱科霖，張雪晴，鄭廣進，郭洋洋

(廣西民族師范學院化學與生物工程學院，廣西 崇左 532200)

近年來低毒、高效的農藥[1]研究受到人們的關注。除草劑已占據往年穩居榜首的殺蟲劑[2]的位置，而殺菌劑也緊隨其后，這趨勢符合近年來國際發展狀況，加大除草劑和殺菌劑的發展，使我國農藥產品更加綠色化、多樣化[3]。而低毒、高效、綠色環保的農藥是當今農藥發展的趨勢，因此，農藥對我國經濟的增長起著至關重要的作用。

由于酰基硫脲[4]類化合物都具有硫脲(-CONHCSNH-)結構，結構中有缺電子的碳原子，也有帶電子的氧原子，故其在生物活性方面隱藏著非常大的潛力，吸引著科學家們廣泛的關注[5]。而且，酰基硫脲類化合物是綠色農藥創制研究的熱點，在化工制藥行業廣泛應用于除草[6]、殺菌[7]、植物生長調節[8]等領域。

為尋找低毒、高效、綠色環保的農藥先導化合物產品，本論文將采用活性拼接原理[9]在以硫脲核心分別引入取代苯甲酰基、噻吩酰胺基合成8個目標化合物。再通過薄層色譜法、熔點測定法檢驗純度，用核磁共振氫譜，質譜等對合成化合物進行進行結構表征。最后采用油菜平皿法[10]測定目標化合物的除草活性。以期得到高活性的除草劑，為新型農藥的研究發展提供參考[11]。

2 合成路線

圖1 目標化合物的合成路線Fig.1 Synthetic route of target compound

2 合 成

2.1 實驗儀器和試劑

儀器：電子天平, 臺式電熱恒溫干燥箱, 循環水式真空泵，熔點儀,光照培養箱，三用紫外分析儀。

試劑：甲醇，硫酸，80%水合聯氨，氯化亞砜，硫氰酸鉀，乙腈，二甲基亞砜，石油醚，乙酸乙酯，由國藥集團化學試劑有限公司提供；5-甲基-2-噻吩甲酸、取代苯甲酸，上海麥克林生化科技有限公司，以上試劑均為分析純。

2.2 中間體的合成

2.2.1 5-甲基-2-噻吩酰肼的合成

在三頸燒瓶中加入30.0 g(0.211 mol)5-甲基-2-噻吩甲酸和50 mL無水甲醇，80 ℃油浴攪拌下緩慢滴加10 mL濃硫酸，回流4.0 h，淬滅反應，調節pH≈8，用二氯甲烷萃取，干燥，70 ℃減壓濃縮即得5-甲基-2-噻吩酸甲酯，將 25 mL 80%的水合肼加入上述產物的甲醇溶液中，120 ℃油浴回流4.0 h。反應完畢后，減壓蒸餾直至無餾分滴出后冷卻即得5-甲基-2-噻吩酰肼，稱重27.449 g，產率88%。反應式如圖2所示。

圖2 5-甲基-2-噻吩酰肼的合成

2.2.2 取代苯甲酰異硫氰酸酯的合成

在三口燒瓶中分別加入0.02 mol 取代苯甲酸、10 mL氯化亞砜，80 ℃油浴回流2.0 h，減壓蒸餾直至無餾分滴出即得取代苯甲酰氯，加入10 mL乙腈，備用。于另燒瓶中加入2.910 g干燥的硫氰酸鉀和40 mL乙腈，室溫攪拌下將取代苯甲酰氯的乙腈溶液滴加至反應瓶中，室溫反應4.0 h，抽濾，得到取代苯甲酰異硫氰酸酯的乙腈溶液。反應式如圖3所示。

圖3 取代苯甲酰異硫氰酸酯的合成

2.3 目標化合物硫脲的合成

室溫攪拌下，將5-甲基-2-噻吩酰肼(0.02 mol)分批加入到取代苯甲酰異硫氰酸酯的乙腈溶液中， 50 ℃攪拌反應10.0 h，揮發大部分溶劑，真空抽濾，分別用乙腈和水洗滌濾餅。烘干，即得目標產物硫脲衍生物。反應式如圖4所示。

圖4 硫脲衍生物的合成Fig.4 Synthesis of thiourea derivatives

3 除草活性

3.1 實驗材料

實驗試劑：DMSO、吐溫-80、2,4-二氯苯氧乙酸，合成化合物。

標靶植物：牛筋草，龍爪茅，鬼針草，青葙。

3.2 油菜平皿法

3.2.1 溶液的配制

(1)溶劑對照：

取5 mL二甲基亞砜和1 mL吐溫-80于250 mL容量瓶中，加蒸餾水定容至刻度線，搖勻，得到溶劑對照。

(2)受試藥液：

分別稱取0.050 g取代苯甲酰基硫脲，加入5 mL DMSO溶解完全后，再加入1 mL吐溫-80，混合均勻，加水配制200 mg/L濃度的受試藥液，再分別稀釋得到100 mg/L和50 mg/L濃度備用。

(3)陽性對照配制：

用2,4-二氯苯氧乙酸為陽性藥對照，同法操作，配制200 mg/L、100 mg/L、50 mg/L三個濃度梯度作為陽性對照，以蒸餾水為空白對照。

3.2.2 種子處理與培養

(1)挑種與催芽：分別挑選若干干燥的受試草種子，用蒸餾水洗滌3次。分別加入80 mL蒸餾水于30 ℃浸泡24 h。抽濾并洗滌三次，選取適量飽滿的種子置于含濾紙的培養皿中，加入蒸餾水使種子保持濕潤，置光照培養箱中培養催芽。

(2)接種與培養：培養至種子露白后，分別挑選芽長一致的種子25顆，均勻接種于培養皿中，分別加入受試藥液、溶劑對照、陽性對照、空白對照各5 mL，放培養箱中培養7天，觀察種子生長情況，每天補加藥液0.5～1 mL以保持種子的濕潤。培養條件：一段：28 ℃，4級光照12 h；二段：20 ℃，黑暗12 h。

(3)測量：培養7天后測量根長和莖長。

3.2.3 計算

按照下列公式計算根和莖生長抑制率、校正生長抑制率。

校正生長抑制率=目標化合物組抑制率-溶劑對照組抑制率×100%

4 結果與討論

4.1 化合物的結構數據

化合物a(N-4-甲基苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.84(s, 1H), 13.56(s, 1H), 12.72(d,J=84.5 Hz, 1H), 7.82(dd,J=23.8, 7.9 Hz, 2H), 7.53(d,J=3.5 Hz, 1H), 7.31(dd,J=12.5, 8.1 Hz, 2H), 6.89(d,J=2.9 Hz, 1H), 2.50(d,J=11.8 Hz, 3H), 2.36(d,J=9.8 Hz, 3H);LC-MS:(m/z)334.07[M+H]+。

化合物b(N-3-甲基苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 12.23(s, 1H), 11.66(s, 1H), 11.01(s, 1H), 7.83(s, 1H), 7.79～7.67(m, 2H), 7.51～7.38(m, 2H), 6.92(s, 1H), 2.50(s, 3H), 2.39(s, 3H);LC-MS:(m/z)334.07[M+H]+。

化合物c(N-4-氯苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.83(s, 1H), 13.55(s, 2H), 7.97～7.87(m, 1H), 7.59(dd,J=20.3, 8.1 Hz, 1H), 7.53(d,J=3.4 Hz, 2H), 6.90(t,J=6.8 Hz, 2H), 2.51(s, 3H);LC-MS:(m/z)354.01[M+H]+。

化合物e(N-4-溴苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.80(d,J=47.1 Hz, 1H), 13.57(s, 1H), 13.20(s, 1H), 7.86(t,J=9.5 Hz, 2H), 7.79～7.68(m, 2H), 7.53(d,J=3.5 Hz, 1H), 6.89(d,J=2.8 Hz, 1H), 2.53(s, 3H)。

化合物g(N-2-氯苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 10.53(s, 1H), 10.37(s, 1H), 7.71(d,J=3.4 Hz, 1H), 7.56(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.55～7.49(m, 2H), 7.47(t,J=7.3 Hz, 1H), 6.91(d,J=3.0 Hz, 1H), 2.50(s, 3H)。

化合物i(N-2-氟-4-溴苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.84(s, 1H), 13.57(s, 1H), 13.45(s, 1H), 7.80(dt,J=16.6, 8.3 Hz, 1H), 7.70(d,J=10.3 Hz, 1H), 7.54(t,J=5.1 Hz, 2H), 6.89(d,J=2.2 Hz, 1H), 2.50(d,J=13.0 Hz, 3H)。

化合物j(N-3-溴-2-氯苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.84(s, 1H), 13.77(s, 1H), 13.56(s, 1H), 8.02-7.89(m, 1H), 7.75～7.65(m, 1H), 7.53(d,J=3.5 Hz, 1H), 7.48～7.33(m, 1H), 6.89(d,J=2.7 Hz, 1H), 2.50(s, 3H)。

化合物k(N-3-氯苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲)：1H NMR(600 MHz, DMSO) δ 13.84(s, 1H), 13.70(s, 1H), 13.56(s, 1H), 7.61(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.53(d,J=3.5 Hz, 1H), 7.42(t,J=7.4 Hz, 1H), 7.37(d,J=7.4 Hz, 1H), 7.33(t,J=7.5 Hz, 1H), 6.89(d,J=2.9 Hz, 1H), 2.48(s, 3H)。

4.2 除草活性結果與分析

表1 受試植物生長抑制率Table 1 Growth inhibition rate of tested plants

實驗結果：化合物a和c對牛筋草根的生長抑制效果和陽性藥接近，化合物b對牛筋草根有一定的抑制效果；化合物b，c和k對龍爪茅根的抑制效果和陽性藥接近；化合物a,b,e,j,i,k對鬼針草根的抑制效果優于陽性藥；化合物b對青葙根的抑制活性優于陽性藥，所有化合物對四種草莖的抑制效果不及陽性藥。初步活性表明，硫脲化合物中苯環的取代位點和取代基團對活性影響明顯，以供電子基團取代時對雜草的根抑制效果明顯，以單鹵或多鹵取代時效果較差。

5 結 論

本文合成8個硫脲類化合物，并對所有化合物進行除草活性實驗，結果表明，在同濃度水平，化合物N-3-甲基苯甲酰基-N’-(5-甲基-2-噻吩酰胺基)硫脲對牛筋草、龍爪茅、鬼針草以及青葙根的抑制效果和陽性藥相當，但對四種草莖的抑制效果不明顯，為了摸索合成化合物對農田常見雜草的生長抑制效果，其結構有進一步優化的潛力。