作为一类含氮五元杂环化合物，1,2,4-三唑衍生物因具有抗惊厥、杀菌、抗炎、抗结核、除草、杀虫和抗肿瘤等生物活性和药理活性，在医药和农药领域中应用广泛。目前多种已商业化的除草剂、杀虫剂和杀菌剂都包含1,2,4-三唑基团。嘧啶是一种重要的杂环药效团，其衍生物因具有广泛的生物活性而倍受关注，文献报道了这类化合物的多种生物活性，如杀菌、抗真菌、抗炎、杀虫、抗HIV和抗肿瘤等。此外，有数十种农用杀菌剂、杀虫剂和除草剂都是嘧啶衍生物。鉴于1,2,4-三唑和嘧啶都具有很好的生物活性，近年来含1,2,4-三唑的嘧啶衍生物的合成引起了科研工作者的关注。Wu等合成了15个具有中等到良好抗菌活性的5-[4-氨基-5-(取代巯基)-4H-1,2,4-三唑-3-基]-2-甲基嘧啶-4-胺。Khanage等报道了以3,5-二苯基-1H-1,2,4-三唑为原料制备了一系列含1,2,4-三唑的嘧啶衍生物，这些化合物表现出一定的抗菌、抗惊厥和抗癌活性。本课题组曾制备了数十个含氟、砜和1,2,4-三唑的嘧啶化合物并发现了部分化合物具有优异的除草活性。为了进一步优化含1,2,4-三唑的嘧啶化合物结构并探索其生物活性，通过增加烷硫基碳链的长度以提高化合物溶解性，设计合成了43个新型的含1,2,4-三唑的嘧啶化合物，并研究了其除草和杀虫活性。
XT-4型数字显示熔点测定仪(温度未经校正，北京泰克仪器有限公司)；超导核磁共振波谱仪(瑞士BRUKER Avance 400，CDCl3为溶剂，TMS为内标)；傅里叶变换红外光谱仪(美国Nicolet 6700，KBr压片)；高分辨液谱质谱联用仪(美国Sciex TripleTOF6600)。中间体1参照本课题组前期报道文献方法合成；所用试剂和药品均为市售分析纯。
含1,2,4-三唑的啶啶化合物(I-1~I-43)合成路线见图1。
图1 目标化合物Ⅰ-1~Ⅰ-43的合成
（1）中间体2的合成
将中间体1(5 mmol)和原甲酸三乙酯(20mL)加入50mL的三口烧瓶中，再加入催化量的三氟乙酸调节pH值至2~3，混合物加热搅拌回流，待中间体1反应完全除去剩余的原甲酸三乙酯得到棕色固体即为中间体2，无需提纯直接使用。
（2）中间体3的合成
向50mL的三口烧瓶中分别加入中间体2(5 mmol)、取代苯氧乙酰肼(6 mmol)和溶剂乙二醇单甲醚(12mL)，搅拌加热至固体全部溶解后缓慢滴加三氟乙酸调节pH值至4~5，再升温至回流。TLC跟踪反应待原料点消失后，冷却静置约12h，大量固体析出，抽滤，无水乙醚洗涤滤饼数次，干燥即得中间体3，产率60%~76%。
向50mL的单颈烧瓶中，依次加入中间体3(1 mmol)，干燥的吡啶(15 mL)和干燥的三乙胺(1mL)，盖上橡胶塞，将反应瓶置于0℃冰水混合浴，打开搅拌充分溶解，然后用注射器将溶有取代苯甲酰氯(1.5 mmol)的吡啶(2mL)缓慢逐滴加到反应体系中，滴加完毕，冰水浴反应1.5h，撤去冰水浴，室温下继续反应，TLC跟踪，待中间体3消失时即反应结束，加入大量蒸馏水，继续搅拌，会有大量固体析出，待全部固体析出，再静置0.5 h让固体沉降，利用布氏漏斗对反应液减压抽滤，滤饼先用水洗，再用少量无水乙醇洗，烘干即为粗目标产物。通过丙酮/石油醚重结晶得到纯的目标产物Ⅰ。化合物I-1～I-43理化数据和1H NMR数据见表1、2。
表1 化合物l-1～I-43理化数据
表2 化合物l-1～I-43核磁数据
平皿法除草活性测试供试植物：黄瓜(Cucumis sativus)、萝卜(Raphanus sativus)、高粱(Sorghum bicolor)、稗草(Echinochloa crusgalli)；盆栽法除草活性测试供试植物：苘麻(Abutilon theophrasti)、刺苋(Amaranthus spinosus)、藜( Chenopodium album )、马唐( Digitaria sanguinalis )、稗(Echinochloa crusgalli)、狗尾(Setaria viridis)；供试昆虫：蚕豆蚜(Aphis fabae)、棉红蜘蛛(Tetranychus urticae)。
中间体和目标产物的合成见图1。中间体1和原甲酸三乙酯在三氟乙酸催化下反应生成中间体2。中间体2无需纯化直接和取代苯氧乙酰肼在三氟乙酸催化下反应先是得到中间体关环产物3-1，而3-1在水的作用下再开环生成中间体3。中间体3嘧啶环上的NH2和1,2,4-三唑上的N形成氢键，因此酰氯更容易和1,2,4-三唑中的NH发生反应而生成目标化合物Ⅰ。考虑到酰氯比较活泼，中间体3与酰氯反应会比较剧烈，反应需在0℃的冰浴中进行，并加入三乙胺作为缚酸剂。由于中间体3溶解性不好，因此对溶剂进行了筛选，0℃下在乙酸乙酯、乙醇、乙腈中溶解性较差，在二氯甲烷、二氯亚砜溶解性一般，在N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、吡啶中溶解性较好。经过筛选得到最优条件为0℃冰水浴中，吡啶作溶剂，三乙胺作缚酸剂。所用到的试剂吡啶、三乙胺都要用活化分子筛干燥处理。注意逐滴加入酰氯，避免局部反应剧烈而产生副产物。
目标化合物Ⅰ在质量浓度为10、100 mg/L时对供试植物黄瓜、萝卜(代表双子叶植物)和高粱、稗草(代表单子叶植物)的茎长和根长的抑制率结果见表3、4。
表3 化合物l-1～I-43 对黄瓜、萝卜的抑制率
表4 化合物l-1～I-43 对高粱、稗草的抑制率
表3、4中的测试数据结果表明：当质量浓度为100 mg/L时，与对照药剂唑嘧磺草胺相比，化合物Ⅰ-22和Ⅰ-42对黄瓜的茎和根的抑制率更高；化合物Ⅰ-21、Ⅰ-22、Ⅰ-42、Ⅰ-43对萝卜的茎和根的抑制效果更好；化合物Ⅰ-11和Ⅰ-39对高粱的茎和根的抑制率更高；同时化合物Ⅰ-8和Ⅰ-18对稗草的茎和根的抑制效果更明显。此外，在100 mg/L下，Ⅰ-21、Ⅰ-38、Ⅰ-39对萝卜的根的抑制率>90%；Ⅰ-1、Ⅰ-12、Ⅰ-26对高粱的根的抑制率>90%；Ⅰ-1、Ⅰ-10、Ⅰ-20对高粱的茎的抑制率>90%。当质量浓度为10mg/L时，化合物Ⅰ-42对黄瓜和萝卜的茎和根的抑制效果好于商品药唑嘧磺草胺；而化合物Ⅰ-21对萝卜的茎和根的抑制率高于唑嘧磺草胺。总体上来说，随着质量浓度降低，化合物Ⅰ对供试植物的茎和根的抑制率也下降。当化合物苯环有2个氯原子或者有多个氟原子时对种子根茎生长的抑制效果会更好。随着硫烷基的碳链变长，化合物对植物种子根茎生长的抑制效果会有一定的提高。（2）盆栽法
根据平皿法除草活性测试结果，挑选了9个化合物对供试植物稗草、马唐、狗尾草(代表双子叶植物)、苘麻、刺苋和藜(代表双子叶植物)进行盆栽法除草活性测试。由表5结果可知：在质量浓度500mg/L下，经苗后茎叶喷雾处理，化合物Ⅰ-7、Ⅰ-16、Ⅰ-30对标靶杂草稗草的抑制率>60%；化合物Ⅰ-17、Ⅰ-19、Ⅰ-42对稗草的抑制率≥70%；化合物Ⅰ-42对马唐和狗尾草的抑制率分别为69%和76%。在相同质量浓度下，经苗前土壤封闭处理，所有化合物对6种杂草的抑制活性都比较低。
表5 化合物对6种杂草的除草活性
3. 杀虫活性
杀虫活性测定结果(见表6)表明：在500mg/L质量浓度下，虽然9个化合物对蚜虫和红蜘蛛的致死率都低于对照药剂三唑锡，但是化合物Ⅰ-7、Ⅰ-8、Ⅰ-16、Ⅰ-19、Ⅰ-30对蚜虫的致死率分别为81.76%、88.95% 、78.84% 、81.86%、77.82%，具有良好的杀蚜虫活性。
表6 化合物对蚜虫和红蜘蛛的杀虫活性
本文设计合成了43个新型含1,2,4-三唑的嘧啶化合物，其结构经1H NMR和HR-MS确证。生物活性测试结果表明：目标化合物Ⅰ-42具有良好的除草活性，化合物Ⅰ-7、Ⅰ-8、Ⅰ-16、Ⅰ-19、Ⅰ-30具有较好的杀虫活性。本文不仅合成了一系列含1,2,4-三唑的嘧啶类衍生物，而且发现了几个具有较高除草和杀虫活性的化合物，值得进一步结构优化研究。