【doc】新的乙酰乳酸合成酶抑制剂——磺酰胺类除草剂

【doc】新的乙酰乳酸合成酶抑制剂——磺酰胺类除草剂 新的乙酰乳酸合成酶抑制剂——磺酰胺类 除草剂 擘,磁晚,己国勰,前 ?') 新的乙酰乳酸合成酶抑制剂 一 磺酰胺类除草剂 蓥墨 (东北农业大学) .坩.,,r f 以乙酰乳酸合成酶为靶标开发的超高效除草剂品种中,发现了一类高活性化合物—— 磺酰胺类,其活性和杀草谱均可与磺酰脲类除草剂比拟,并成为除草剂新品种开发的重要领 域之一,陶氏益农公司是此类除草剂的开创者. 化合物结构与活性 磺酰胺是磺酰脲类除草剂合成中的重要中问体,在磺酰脲化学中,通过分子重排, 在衍 生物中获得具有很高除草活性的磺酰胺,其合成途径如(图1). \/ I1V \? / 舞\?N?.\入日岛 R—o0O岛H6,OOCH~S[(aH3,a,(0?椰Hs,0Fa,o6F 图1磺酰胺的合成途径 1.三唑畦啶磺酰睦 在杜邦公司1981年申请的专利化台物(I)基础上,先灵公司进行了较大的结构改造,发 ? I8. \/\lNH占NH<:?【I)(0酰脲类结构) CHs O 图2三唑嘧啶磺酰胺的台成途径 一? ,? 礤入 ? ,,\, 现了典型结构(II)的低用量,无毒的选择性伍舍物.此类化台物虽含有许多乙酰乳酸合成 酶抑制剂所需的结构特性,但却缺少最重要的特性,即未含酸功能团,因而只能是一前除 草剂"它们在植物和土壤中修饰成磺酰脲类化台物后才产生除草效应.进而,改变杂环的桥 头,用NH取代氧,结果获得了具有酸特性的高活性三唑嘧啶酰胺(图2). 陶氏益农公司以化台物(?)为模式结构,合成了一系列烷基,卤和卤代烷基取代的1, 2,三唑[1,6-a]一嘧啶一2-磺酰胺化合物,通过结构与活性相关性研究证明,苯环邻位含吸 电子基和杂环第5,7位含aH时,化合物的活性最高,进而开发出活性与磺酰脲类除草剂 近似的新品种阔草清(flumetsulam)等. 阔草清是通过5-甲基[1,2J4]一三唑[1,5_丑]一嘧啶一2-磺酰氯化物与2,6_二氟苯胺在 毗啶中反应制备(图8).此外,尚有高活性品种me~osulam和cloransulam-me~byl. /\/l\/圳踟 /N\/\ 如 w 2,二氟苯胺 毗啶 ?ID G1, 0HH-H扣 一 5,3.a /\/,, .式 丫,/F 同草清 图3阔草清的合成途径 先灵公司提出了对乙酰乳酸合成酶具有很强抑制作用的化台物模式结构(IV),每公暖 用量10N20克可防除麦田大多数阐叶杂草;拜耳公司创镧了化台物(当X-Ol,Y—H 时,每公顷用量60克能有效防除甜茉田阏叶杂草. -<:\Nw?-<:\Nj\\ (工V) 2.噻唑嘧啶磺酰睦 在瞎唑嘧啶磺酰胺类化合物中,1,2,瞎二唑[2,8-a]嘧啶衍生物是高活性化舍物 (图4),当R一a?s,R:C00C2?5,X,Y—a?aO时,化台物活性最高,每公顷用量1O克 可有效防除稻田稗草,阀叶草及若干莎草科杂草;在碱性条件下,此种化合物水解产生磺酰 脎,嘧啶氨基氰与琉基吡唑,这些产物的形成乃是1,2,4-噻二唑[2,]嘧啶环第1,2 位进行亲核反应的结果;在水解反应中,某些反应过程是化合物的活化反应. ?19? v 她 阳 /N 删-.<.>N B (NB8)\/ l N入Y 图4噻唑嘧啶磺酰胺的台成途径 8.吡唑嘧啶磺酰胺 在毗唑嘧啶磺酰胺中,许多化台物具有良好的除草活性,其模式结构如化台物(vI)o当 R一OH.,R,3=00NHR,R一2,6-二氯,R.和R无取代基时,化台物活性很高,每公 顷用量30克进行苗前土壤处理,可防除大多数阔叶杂草.对禾谷类作物的选择性因土壤 pH而异,在中性和酸性条件下,化台物在土壤中的移动性小,选择性强;而在土壤中残留期 长则是此种化台物的最大缺点. (VI) 王i工,一烷基,取代皖基(随的变化,对乙酰乳酸合成酶抑制作用增强) 降-GN《a0oGlE<00NH<a0N耳aH$RB5;2,6一二氯 4.噻睦三睦磺磺胺与三螋磺硪睦 在噻唑三唑磺酰胺中,芳环2,6_二取代化台物活性很高,2,3,三取代化台物对乙酰 乳酸台成酶具有较强的抑制作用,N一(2-氯矗6一氟苯基)噻唑[8,2-b'l[1,2,4]三唑一2一磺酰 胺(vii)每公填用量260克对阉叶草具有良好活性,但其在土壤中的残留期过长,半衰期长 达190天. 在一系列1-杂芳基一5一烷基一1,2,三唑衍生物中,化台物(viii)对乙酰乳酸合成酶 抑制作用报强,每公I页用量16克除草效果良好;许多衍生物如化台物(Ix)对禾谷类作物, 甜菜,水稻等具有较好的选择性,但其在土壤中的残留期更长,半衰期近260天,因此,应从 结构活性相关性中筛选新的化合物.'' ? 2? NN ,Y/ 胍 臼? N ?\广人., (IX) 主要品种,高活性化合物与使用 1.作用原理. 磺酰胺类除草剂是典型的乙酰乳酸台成酶抑制剂,是涉及丙酮酸与TPP的混合型抑制 剂,对酶的结台点进行竞争,而对基质或辅园子不产生竞争作用.其通过对乙酰乳 酸合成酶 的抑制,阻碍植物体内支链氨基酸的生物台成,最终导致杂草死亡. 植物根与叶均吸收药剂,在体内周身传导,积累于分生组织,抑制细胞分裂.杂草受害 的典型症状是:叶片中脉失绿,叶脉退色,叶片白化或紫化,节间变短,顶芽死亡,最终全株死 亡;这些药害症状缓慢发生. 不同种植物对磺酰胺类除草剂的敏感性差异很大,抗性作物吸收药剂后迅速进行代谢 降解,此种代谢作用系细胞色素P450单加氧酶所诱导,通过2,4一二氟苯环第4位及嘧啶 环0Ha的羟基化及其后与葡糖进行缀台作用而丧失活性;如阔草清在玉米植株内迅速代 谢,故其半衰期仅口小时,而在杂革反枝苋体内的毕衰期则长达104小时(表1). 表l阔草清在作物与杂草体内的半衰期 植物半衰期(小时)00(克/蜚颤)敏感性 玉米1>280极低 女豆18>280概低 反枝苋i0425高度敏感 苘麻>14422高度敏感 ?抑制生长80%所并剂量 2.高活性化台物与品种 磺酰胺类是新开发的一类高活性除草剂,具有较大的发展前景,其重要品种与高活性化 合物如(表2).预期今后将会不断筛选出新的有前途的亿台物,按现有条件与除草剂化学 水平,21世纪将会开发出每公顷用量小于1克的超高活性品种. 8.使用 在磺酰胺类除草荆中,目前开始推广应用的品种主要是阔草清与me%os%llsm. 适用作物与防除对象:阔草清系1990年开发,1994年开始在美国销售,用于玉米,大豆 和麦类作物;me%os%llsm1991年开发,用于玉米,小麦,大壹等作物.此类除草剂主要防除 苋,藜,地肤,苘麻,卷茎蓼,龙葵等大多数阉叶杂草,对禾本料杂草的防豫作用差.其使用方 法灵活,既可播前混土及苗前?壤处理,也可苗后喷雾;土壤处理时对禾本科杂草的防效优 于箧后应用. ? 2Z? 表2璜酰胺萋除草剂品种与高活性化合物 化合物?品种名称用量'克/公顷)应用作用 f~umstsulam,Brom~strike,Pmide,3O . 048.0玉米,大豆,(1) DE-~8,B—5019,闻草祷小麦,太麦 (2)m~omuhm,Uako,1lip0,DE-~ll20.0,3O.0玉米小麦,大麦 O]oransul~m—methylFirs~te.Firs七? I%oteNAFT5,DEG65.大豆,小麦 (4)a5.0,6O.O玉米,水稻.小麦,大麦 (5)8.0小麦,油菜 t6)16.0 (7)32.O 【8)640 (9)64.O '化合物结构: 丽草滑 t固砷 (1) 慨顾 0l0南N . ,NE (5) (7) 在土壤中状况:磺酰胺类系长残留性除草荆,在土壤中主要通过微生物降解而消失.它 们是弱酸性化合物,因而其吸附作用系pH依赖型.在大多数土壤中,化台物既有中性态, 也有阴离子态;在高pH土壤中,阴离子态比饲较大,降解迅速;随着pH下降:中性态增多, ? 22? , 凰人 被吸附量相应增加,降解缓慢,残留期延长.阔草清适用于pH5.9N8.0,有机质含量<5 的土壤,半衰期通常为1N8个月,对大多数后荐作物安全,按推荐用量的倍量(140克/公顷) 应用时,12个月后土壤中残留量为0~24ppb,18个月后为5ppb,这样的残留量仅伤害棉 花,甜菜和油菜;正常用量使用后,次年不伤害大豆,玉米,苜蓿,豌豆,花生,马铃薯及麦类作 物.melosulam在土壤中的残留期比闼草清短,半衰期20天,对后荐作物的安全性提高. 混用:磺酰胺类是防除阔叶杂草的除草荆,对禾本料杂草防效差,故宜与氟乐灵,乙草胺, 甲草胺,异丙甲草胺等混用;苗后喷雾时与拿捕净,稳杀得,禾草克等混用,不影响防除阔叶 杂草的效果,但降低对禾本科杂草的作用,因此,应用磺酰胺类除草剂3天后,再用防除禾本 科杂草的除草剂为宜. - -' 参考文献 【1]苏少泉,宋顺祖主编,1999,'中国农田杂草化学防治》999~214.中国农业出版社,]997年七月第一版. [2]weed目cienceSocietyofAm自Ti船,t994.丑d帕i舳Ha~:lbool~.e坩nf扎 【3]Alber~Pereival,1991.Newte加cli0HerbicidalSulPhon~mldBs.P.s商31:599~~89. [4】Johna.Dingwal1.1999.Key0hemie~lInputstoNewHerblcidemInb盯medhte%Pro.e鼬jgBnd MecbanlsticInvestigatlon~,p时tt.41:959,267. 【5】W.A.Kleschicketa1..1992,DE~99.aNewAcetolac~ateSynth~eInhibitingHerblcideWith ~ulticrcp selectivity.J.如.?d0弛40:1083~1085. 【6]R.G.Lehmann.eta1..t992,DegrtionofaSulfonamideHezbicide艄aFunctlonofSolI8.Tp七ion, W硎肋0..32:197,205. [r】D—S.?reta1.,1993.MetabolismefFlumetsul~m(DE-,199)inWheat.Oo:rn.andBarley.~estc. Bivcm_西.45:l76~192. 【9]D.D.Fontalnee七a1..1991,SoilAdsorptionNutr~l?dAnionicForm~ofaSLllfo~amideHerbicidv. Flumetsu]am,J.删打n.0删.20:符9,762. [9]B.Lehmanneta1..1993SoilDegradationofFlumetsul~m琦tDifferentTemperatLlZ~gSintheLab.m toryandField.脓.33:187—d95. '-脚',唧't0,0,0,0,0,譬0,'',却',,,0',唧0,',',0, (上接第46页) 外激素的醛部分而得到的生物同排体保留了原来的生物活性 的实际应用中效果良好. X—CHO,ON ???,?骨 在防治鳞翅目和鞘翅目昆虫 ,\/\x X—o?0,ON 四,结论 本文论述了生物同排性的定义,用途以及在新农药开发中成功的侧子.作为一种实际 的化学示构方法,这可能是解释和预知物质化学和生物相似性的唯一相近的方法.尽管有 人认为生物同排性只是QSAR谱的一部分,但是,生物同排性这种简易和定性化的概念在 以某种农药化合物开始的新农药开发中是非常有用的.不用计算机辅助农药学家们就可以 将自己的化学设计用简易的方法进行并按照设计的需要将化学结构进行多种改变.在未来 的新农药开发中,生物同排性会被农药专家们更广泛地应用. ?23?