一种乙酰乳酸合成酶抑制剂及其在除草剂中的应用

摘要

本发明公开了一种乙酰乳酸合成酶抑制剂，其结构式为式（Ⅰ）

说明书

技术领域

本发明涉及农业种质资源及其防控，尤其涉及一种乙酰乳酸合成酶抑制剂及其在除草剂中的应用。

背景技术

乙酰乳酸合成酶（Acetolactate Synthase，ALS）是催化支链氨基酸—缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸生物合成过程中第一阶段的关键酶，它能够在缬氨酸和亮氨酸的合成中催化2个分子的丙酮酸生成α-乙酰乳酸和CO₂，在异亮氨酸的合成中催化1个分子的丙酮酸与1个分子的α－丁酮酸生成2-乙醛基-2-羟基丁酸和CO₂。ALS抑制剂类除草剂通过抑制植物体内ALS酶的活性来阻断支链氨基酸的生物合成，进而影响蛋白质的合成并抑制细胞分裂，从而导致植物组织失绿、黄化，使植物的生长发育受到抑制而逐渐死亡，最终达到化学除草的目的。目前在全球范围内应用比较广泛的ALS抑制剂类除草剂主要有磺酰脲类(sulfony-lureas，SU)、咪唑啉酮类(imidazolinones，IMI)、磺酰胺羰基三唑啉酮类(sulfonylaminocarbonyl>

随着乙酰乳酸合成酶抑制剂类的除草剂的广泛应用，对ALS抑制剂类除草剂产生抗性的杂草种类迅速增加，截至目前，全球已有44个国家的共计159种（97种双子叶和62种单子叶）杂草对ALS抑制剂类除草剂产生了抗性，其中中国共报道了14例。新结构类型的乙酰乳酸合成酶抑制剂的开发是除草剂领域的一项重要工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种化合物，其结构式为式（Ⅰ）

。

进一步地，式（Ⅰ）表示的化合物的盐或其溶剂化合物。

本发明的另一目的在于提供一种所述化合物式（Ⅰ）的合成路线为

其中，化合物5即为本发明所述的化合物式（Ⅰ）。

进一步地，上述合成路线中各步骤的合成方法如下：

(1)将2-三氟甲基苯酚、N-碘代琥珀酰亚胺、和DMF溶于合适溶剂中，加热反应2小时，经过滤、洗涤、干燥、结晶，生成化合物2；

(2)将化合物2与三氯氧磷在DMF中混合，在微波条件下加热反应足够时间，向体系加入水，经萃取、干燥、浓缩，柱色谱分离得到化合物3；

(3)将化合物3溶于甲苯，体系中加入双(吡啶基-2-甲基)胺，再加入催化剂和三乙胺，加热反应4小时，经水洗、分液、干燥、浓缩，最后柱色谱分离得到化合物4。

(4)化合物4和相对应的硼酸在DMF中催化偶联，经后处理得到化合物5。

进一步地，所述步骤(1)中的反应溶剂为二氯甲烷、乙腈及四氢呋喃等合适的溶剂，优选二氯甲烷。

进一步地，所述步骤(1)中的反应温度为60℃-100℃，优选80℃。

进一步地，所述步骤(2)中的加热温度为80℃-150℃，优选130℃。

进一步地，所述步骤(2)中的反应时间为0.5小时-2小时，优选1小时。

进一步地，所述步骤(3)中的加热温度为40℃-80℃，优选50℃。

试验例中证实本发明所述的化合物式（Ⅰ）具有乙酰乳酸合成酶抑制剂作用，可以用作除草剂，本发明所述的化合物式（Ⅰ）还具有杀虫作用。

本发明的另一目的在于提供一种所述化合物式（Ⅰ）作为除草剂在农业中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种所述化合物式（Ⅰ）作为杀虫剂在农业中的应用。

具体实施方式

实施例1：化合物式（Ⅰ）的合成

1.14-碘代-2-三氟甲基苯酚的合成

将2-三氟甲基苯酚(10 mmol)溶于20 ml二氯甲烷，向其中加入2 ml DMF，搅拌10分钟，然后向其中加入N-碘代琥珀酰亚胺(12 mmol),体系温度升至80℃左右，反应2小时，体系降至室温，过滤，除去不溶物，剩余溶液用2%的稀盐酸水溶液洗涤两遍，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤后，自然挥发溶剂结晶，得到2.5g类白色4-碘代-2-三氟甲基苯酚晶体，产率87%。¹H-NMR>3)>13C-NMR(75MHz,>3)>

1.21-氯-4-碘代-2-三氟甲基苯的合成

将1.1得到的4-碘代-2-三氟甲基苯酚(10 mmol)溶于20 ml DMF中，然后加入三氯氧磷(10.5 mmol),将体系置于微波环境下，加热至130℃，反应1小时。反应完成后，体系降至室温，向其中加入30 ml水，搅拌10分钟，再加入30 ml二氯甲烷萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压蒸除溶剂，残余物用石油醚作为洗脱剂，快速柱色谱分离，得到2.1 g淡黄色1-氯-4-碘代-2-三氟甲基苯的固体粉末，产率69%。¹H-NMR>3)>13C-NMR(75 MHz,>3)>

1.34-氯-N,N-双(吡啶基-2-甲基)-3-三氟甲基苯胺的合成

将反应1.2得到的1-氯-4-碘代-2-三氟甲基苯(10 mmol)溶于20 ml 甲苯中，体系中依次加入双(吡啶基-2-甲基)胺(12mmol)，乙酸钯(0.5 mmol),2,2’-二(二苯基磷基)-1,1’-联萘(12 mmol),3 ml三乙胺，搅拌10分钟后，加入10 ml碳酸铯(10 mmol)水溶液，加热至50℃反应4小时，反应结束后，向体系中加入20 ml 水，搅拌20分钟，分液，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩，快速柱色谱分离，得到3.3 g黄色4-氯-N,N-双(吡啶基-2-甲基)-3-三氟甲基苯胺粉末，产率87.5%。¹H-NMR>3)>13C-NMR(75MHz,>3)>

1.44-(4-氟代噻吩-2-基)-N,N-双(吡啶基-2-甲基)-3-三氟甲基苯胺的合成

将1.3得到的4-氯-N,N-双(吡啶基-2-甲基)-3-三氟甲基苯胺(10 mmol)溶于30 ml N,N-二甲基甲酰胺中，体系鼓氩气20 min，排空体系中的空气，然后加入四三苯基膦钯，升温至60℃，继续搅拌半小时，向其中加入4-氟代噻吩-2-硼酸(12 mmol)，再加入10 ml碳酸钠(1 g)水溶液，升温至90℃，搅拌5小时，整个过程保持通入氩气，然后降温，减压蒸除溶剂，固体快速通过色谱柱，得到4.1 g 4-(4-氟代噻吩-2-基)-N,N-双(吡啶基-2-甲基)-3-三氟甲基苯胺类白色固体，产率92.5%。¹H-NMR>3)>13C-NMR(75 MHz,>3)>

试验例1：乙酰乳酸合成酶（ALS）活力测定

乙酰乳酸合成酶活力测定相关方法参考FAN Z J, QIAN C F, LI Z M, et al.Specific activity determination of acetolactate synthase from maize(Zea maysL.).In:Han W N, Zhen G Y. eds.The Proceedings of the 18th Asia-Pacific WeedScience Society Conference, Beijing: Standards Press of China, 515-522, May28-June 2, 2001，具体操作步骤如下：

1、试剂配制

磷酸缓冲液：0.1mol/L pH7.0的K₂HPO₄-KH₂PO₄；

酶提取液：含1mmol/L丙酮酸钠，0.5mmol/L>2，0.5mmol/L>

酶溶解液：含20mmol/L丙酮酸钠，0.5mmol/L>2的0.1mol/L>

酶反应液：含20mmol/L丙酮酸钠，0.5mmol/L>2，0.5mmol/L>

5%甲萘酚：溶于2.5mol/L NaOH溶液；

0.5%肌酸；3mol/L硫酸；饱和硫酸铵溶液。

2、乙酰乳酸合成酶的提取

将3～4轮叶期猪殃殃地上部分1g剪碎放入预冷玻璃研钵中，加入4mL酶提取液（含1mmol/L丙酮酸钠，0.5mmol/L>2，0.5mmol/L>4)₂SO₄晶体至50%饱和度，沉淀2h后，于25000g、4℃下离心30min，弃上清液，沉淀溶于6mL酶溶解液（含20mmol/L丙酮酸钠，0.5mmol/L>2的0.1mol/L>

3、离体条件下乙酰乳酸合成酶活力测定

在10mL具塞试管中加入0.9mL酶反应液（含20mmol/L丙酮酸钠，0.5mmol/L>2，0.5mmol/L>2SO₄终止反应，60℃水浴脱羧15min。加入1mL>50值，数据用DPS软件处理。

4、离体条件下乙酰乳酸合成酶活力测定结果

待测化合物IC₅₀（μg/L）苯磺隆0.70化合物式（Ⅰ）0.45

由上表可知，本发明所述的化合物式（Ⅰ）具有乙酰乳酸合成酶抑制活性，可以作为乙酰乳酸合成酶抑制类型的除草剂用于农业领域的杂草防治。本发明所述的化合物式（Ⅰ）对不同种植物的敏感性尚需进一步研究。

试验例2：杀虫活性测试

本发明所述的化合物式（Ⅰ）对小菜蛾和桃蚜进行了杀虫活性测试试验。具体如下：

（1）待测化合物的配制

将待测化合物（本发明所述的化合物式（Ⅰ）或阳性对照唑虫酰胺）用体积比为1:1的丙酮和甲醇混合液溶解后，用含有0.1%（wt）吐温水溶液稀释至所需浓度。

（2）对小菜蛾的杀虫活性

将甘蓝叶片用打孔器打成直径2cm的叶碟，airbrush喷雾处理的压力为10psi（约合0.7kg/cm²），每叶碟正反面喷雾，喷液量为0.5ml。阴干后每处理放入10条2龄试虫，每处理3次重复。处理后放入25℃，相对湿度60-70%观察室内培养，72小时后调查存活虫数，计算死亡率。

（3）对桃蚜的杀虫活性

取直径6cm的培养皿，皿底覆盖一层滤纸，并滴加适量自来水保湿，从培养桃蚜的甘蓝植株上剪取大小适宜（直径约3cm）且长有15-30条蚜虫的甘蓝叶片，去除有翅蚜虫及叶片正面的蚜虫，叶背向上置于培养皿内。airbrush喷雾处理的压力为10psi（约合0.7kg/cm²），每叶碟正反面喷雾，喷液量为0.5ml。每处理重复3次。处理后放入25℃，相对湿度60-70%观察室内培养，48小时后调查存活虫数，计算死亡率。

（4）测试结果

待测化合物和唑虫酰胺药液浓度为600mg/L时，对小菜蛾和桃蚜的杀虫活性见下表：

由上表可知，本发明所述的化合物式（Ⅰ）具有杀虫活性。乙酰乳酸合成酶在植物、藻类、大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、酵母、真菌，不涉及人和动物，所以可推断本发明所述的化合物式（Ⅰ）具有的杀虫活性与乙酰乳酸合成酶抑制活性无关，杀虫活性的作用机理尚需进一步研究。