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日产化学HPPD类除草分子iptriazopyrid基于2-氯-6-三氟甲基烟酸的合成研究
来源:农药 . 2026 ,65 (02)   发布时间:2026-03-30 09:32
简述
杂环化合物通常具有广谱的生物活性,被广泛应用于作为农药的化合物结构中,特别是在除草剂领域,众多高效品种都含有杂环骨架,其中HPPD抑制剂类除草剂就是典型代表,氟吡草酮、fenquinotrione等已成功上市的该类品种,均借助杂环结构实现了对杂草高效、选择性的控制。

杂环化合物通常具有广谱的生物活性,被广泛应用于作为农药的化合物结构中,特别是在除草剂领域,众多高效品种都含有杂环骨架,其中HPPD抑制剂类除草剂就是典型代表,氟吡草酮、fenquinotrione等已成功上市的该类品种,均借助杂环结构实现了对杂草高效、选择性的控制。而酰胺类杂环化合物由于具有高效的除草活性、超长的持效期以及优秀的环境相容性等优势成为近年来除草剂领域关注的重点方向。


Iptriazopyrid是由日产化学工业株式会社研发的一款创新型唑酰胺类除草剂,其分子式为C15H15F3N6O4S,相对分子质量为432.08, CAS号为1994348-72-9,化学名称为3-((异丙基磺酰基)甲基)-N-(5-甲基-1,3,4-二唑-2-基)-5-(三氟甲基)-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡啶-8-甲酰胺,化学结构式见图1。首次专利报道于2018年,并于2022年获得ISO通用名。


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图1 Iptriazopyrid的结构式


该产品通过抑制植物体内对羟苯基丙酮酸双氧化酶(HPPD),阻断尿黑酸的生物合成途径,进而影响生育酚和质体醌的生成,导致靶标杂草的类胡萝卜素合成受阻。这一作用机制使敏感杂草叶片白化、黄化,光合作用受到严重抑制,最终彻底死亡。Iptriazopyrid对水稻表现出优异的选择性,能高效防除田间已对现有药剂(如五氟磺草胺)产生抗性的稗草、千金子等主要杂草。该药剂因作用机理新颖、除草谱广、环境兼容性良好,有望成为水稻田抗性治理中的重要工具之一。


本文旨在探索其合成方法并验证其除草活性。以巯基乙酸甲酯和2-氯-6-三氟甲基烟酸为起始原料,经11步反应成功制备目标化合物,经核磁氢谱及质谱验证其结构并进行生物活性测试。


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图2 本研究目标化合物的合成路线


实验部分

1.试剂与仪器


主要试剂:巯基乙酸甲酯(99%)、2-氯-6-三氟甲基烟酸(99%),上海毕得医药科技有限公司;草酰氯(98%),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;碳酸钠(99%)、二氯甲烷(99%)、氢氧化钠(99%)、盐酸(36%水溶液)、三乙胺(99%)、二氯乙烷(99%),国药集团化学试剂有限公司。其他试剂和溶剂均为市售分析纯,未经进一步提纯直接使用。


主要仪器:Jeol JNM-ECZ600R-400 MHz型核磁共振仪(TMS为内标),Thermo Vanquish Flex LTQ XL型高分辨液相质谱联用仪,BUCHI Meltingpoint M-565型熔点仪,Agilent 1200系列高效液相色谱,中压快速制备色谱(天津博纳艾杰尔科技有限公司)。


2. 目标物的合成


以巯基乙酸甲酯和2-氯-6-三氟甲基烟酸为起始原料,经11步反应成功制备目标化合物iptriazopyrid,具体合成路线见图2。


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图2 目标化合物的合成路线


2.1 2-(异丙基硫基)乙酸甲酯(2)的合成


向反应瓶中加入巯基乙酸甲酯(中间体1,20.00 g,188.43 mmol)、N,N-二甲基甲酰胺(400 mL),搅拌下加入碳酸钾(31.25 g,226.12 mmol)、溴代异丙烷(23.18 g,188.43 mmol)。室温反应2 h。反应结束后加入乙酸乙酯和水,萃取分液,无水硫酸钠干燥有机相,过滤,旋干,得到透明油状液体21.00 g,收率75.19%。[M+H]+149.06。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d)δ:3.74(s,3H),3.27(s,2H),3.11~3.03(m,1H),1.29(d,6H)。


2.2 2-(异丙基硫基)乙酸(3)的合成


向反应瓶中加入2-(异丙基硫基)乙酸甲酯(中间体2,21.00 g,141.68 mmol)、甲醇(200 mL),加入1 mol/L氢氧化钠水溶液(200 mL)。室温搅拌2 h。反应结束后加入乙酸乙酯和1 mol/L盐酸水溶液,萃取分液,无水硫酸钠干燥有机相,过滤,旋干,得到透明油状液体16.00 g,收率84.15%。[M+H]+135.05。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d)δ:9.89(s,1H),3.30(s,2H),3.11~3.03(m,1H),1.30(d,6H)。


2.3 2-氯-6-三氟甲基烟酸甲酯(5)的合成


冰浴条件下,向反应瓶中加入2-氯-6-三氟甲基烟酸(中间体4,30.00 g,133.01 mmol)、二氯甲烷(300 mL),搅拌下缓慢加入草酰氯(42.20 g,332.52 mmol)、N,N-二甲基甲酰胺(1 mL)。室温搅拌1 h。反应结束后减压除去溶剂,用二氯甲烷(150 mL)溶解残余物,冰浴条件下,缓慢加入到含三乙胺(26.92 g,266.01 mmol)的甲醇(150 mL)中。室温下搅拌1 h。反应结束后加入二氯甲烷和水,萃取分液,无水硫酸钠干燥有机相,过滤,旋干,得到白色固体30.00 g,熔点126~128℃,收率94.15%。[M+H]+240.00。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d)δ:8.33~8.30(m,1H),7.71(d,1H),4.00(s,3H)。


2.4 2-肼基-6-三氟甲基烟酸甲酯(6)的合成


向反应瓶中加入2-氯-6-三氟甲基烟酸甲酯(中间体5,30.00 g,125.22 mmol)、二烷(300 mL),搅拌下加入80%水合肼(15.67 g,250.44 mmol)。60℃反应4 h。反应结束后加入乙酸乙酯和饱和碳酸钠水溶液,萃取、分液,无水硫酸钠干燥有机相,过滤,旋干,将得到的固体用正己烷洗涤,过滤,烘干,得到白色固体28.00 g,熔点108~109℃,收率95.08%。[M+H]+236.06。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d)δ:8.89(s,1H),8.26~8.23(m,1H),6.96(d,1H),3.91(s,3H),3.79~3.41(m,2H)。


2.5 2-(2-(2-(异丙基硫基)乙酰基)肼基)-6-(三氟甲基)烟酸甲酯(7)的合成


冰浴条件下,向反应瓶中加入2-(异丙基硫基)乙酸(中间体3,15.98 g,119.06 mmol)、二氯甲烷(150 mL),搅拌下缓慢加入草酰氯(30.22 g,238.13 mmol)、N,N-二甲基甲酰胺(0.5 mL)。室温搅拌1 h。反应结束后减压除去溶剂,用二氯甲烷(100 mL)溶解残余物,冰浴条件下,缓慢加入到加入三乙胺(12.05 g,119.06 mmol)和2-肼基-6-三氟甲基烟酸甲酯(中间体6,28.00 g,119.06 mmol)的二氯甲烷(200 mL)溶液中。室温下搅拌1 h。反应结束后加入二氯甲烷和水,萃取分液,无水硫酸钠干燥有机相,过滤,旋干,将析出来的固体用正己烷洗涤,过滤,烘干,得到淡黄色固体35.00 g,熔点114~116℃,收率83.67%。[M+H]+352.09。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d)δ:9.82(d,1H),9.34(d,1H),8.34(d,1H),7.09(d,1H),3.95(s,3H),3.41(s,2H),3.29~3.25(m,1H),1.33(d,6H)。


2.6 3-((异丙基硫基)甲基)-5-(三氟甲基)-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡啶-8-甲酸甲酯(8)的合成


向反应瓶中加入2-(2-(2-(异丙基硫基)乙酰基)肼基)-6-(三氟甲基)烟酸甲酯(中间体7,35.00 g,99.62 mmol)、甲苯(350 mL),搅拌下缓慢加入三氯氧磷(45.82 g,298.85 mmol)。回流反应5 h。反应结束后乙酸乙酯和冰的饱和碳酸钠水溶液,萃取分液,无水硫酸钠干燥有机相,过滤,旋干,将析出来的固体用二异丙基醚洗涤,过滤,烘干,得到淡黄色固体25.00 g,熔点176~178℃,收率75.29%。[M+H]+334.08。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d)δ:7.98~7.92(m,1H),7.42(d,1H),4.28(d,2H),4.03(s,3H),3.04~3.01(m,1H),1.22(d,6H)。


2.7 3-((异丙基硫基)甲基)-5-(三氟甲基)-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡啶-8-甲酸(9)的合成


向反应瓶中加入3-((异丙基硫基)甲基)-5-(三氟甲基)-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡啶-8-甲酸甲酯(中间体8,25.00 g,75.00 mmol)、甲醇(100 mL),加入1 mol/L氢氧化钠水溶液(100 mL)。室温搅拌2 h。反应结束后加入乙酸乙酯和1 mol/L盐酸水溶液,萃取分液,无水硫酸钠干燥有机相,过滤,旋干,得到白色固体20.00 g,熔点187~188℃,收率83.51%。[M+H]+320.07。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d)δ:8.28(d,1H),7.64(d,1H),4.35(s,2H),3.12~3.10(m,1H),1.34(d,6H)。


2.8 3-((异丙基硫基)甲基)-N-(5-甲基-1,3,4-二唑-2-基)-5-(三氟甲基)-[1,2,4]三唑[4,3-a]吡啶-8-羧酰胺(10)的合成


向反应瓶中加入3-((异丙基硫基)甲基)-5-(三氟甲基)-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡啶-8-甲酸(中间体9,20.00 g,62.64 mmol)、5-甲基-1,3,4-二唑-2-胺(7.45 g,75.16 mmol)、4-二甲基氨基吡啶(7.65 g,62.64 mmol)、吡啶(400 mL),搅拌下缓慢加入氯化亚砜(11.18 g,93.95 mmol)。室温搅拌2 h。反应结束后加入乙酸乙酯和1 mol/L盐酸水溶液,萃取分液,无水硫酸钠干燥有机相,过滤,旋干,将得到的固体用二异丙基醚洗涤,过滤,烘干,得到淡黄色固体10.00 g,熔点152~154℃,收率39.87%。[M+H]+401.10。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d)δ:8.43(d,1H),7.65(d,1H),4.37(s,2H),3.12~3.10(m,1H),2.58(s,3H),1.34(d,6H)。


2.9 Iptriazopyrid的合成


向反应瓶中加入3-(异丙基硫基)甲基)-N-(5-甲基-1,3,4-二唑-2-基)-5-(三氟甲基)-[1,2,4]三唑[4,3-a]吡啶-8-羧酰胺(中间体10,10.00 g,24.98 mmol)、二水合钨酸钠(0.82 g,2.5 mmol)、甲醇(100 mL),50℃反应2 h。反应结束后加入乙酸乙酯和饱和硫代硫酸钠水溶液,萃取分液,无水硫酸钠干燥有机相,过滤,旋干,将得到的固体用二异丙基醚洗涤,过滤,烘干,得到白色固体5.00 g,熔点181~183℃,收率46.30%。[M+H]+433.09。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d)δ:8.51(d,1H),7.73(d,1H),5.03(s,2H),3.81~3.78(m,1H),2.59(s,3H),1.51(d,6H)。熔点和核磁与文献报道基本一致。


3. 生物活性测定


3.1 供试靶标


杂草:稗草Echinochloa crusgalli、狗尾草Setaria viridis、马唐Digitaria sanguinalis、反枝苋Amaranthus retroflexus、灰菜Chenopodium album、苘麻Abutilon theophrasti、千金子Leptochloa chinensis。


作物:水稻Oryza sativa。


3.2 试验方法


将阔叶杂草(苋菜、灰菜、苘麻)和禾本科杂草(稗草、狗尾草、马唐、千金子)以及作物(水稻)种子分别播于直径为7 cm的装有营养土的纸杯中,播后覆土1 cm,镇压、淋水后在温室按常规方法培养。出苗后进行定植并施肥,每盆选留生长较为一致的幼苗在温室中继续培养。禾本科杂草长至1.5叶期、阔叶杂草2叶期后茎叶喷雾处理。按试验设计剂量,用Airbrush喷雾机进行处理。试材处理后置于操作大厅,待药液自然风干后,放于温室内按常规方法管理,处理后定期目测供试靶标对供试药剂的反映情况。空白对照:丙酮/甲醇/水(体积比1∶1∶2,含l‰吐温80)处理。活性评价标准:防效用0%~100%来表示,以“0%”代表无防效,“100%”代表完全杀死。


结果与分析

Iptriazopyrid的除草活性和作物安全性的测定结果见表1。


表1 生物活性及安全性数据(%)


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该化合物展现出优异的广谱除草活性和极高的作物安全性。在300、150g a.i./hm2剂量下,对所有供试禾本科和阔叶杂草防效达90%~100%,其中150g a.i./hm2剂量下,对除狗尾草外的靶标均实现完全防除。低剂量75g a.i./hm2下,iptriazopyrid对稗草、马唐、千金子、灰菜、苋菜、苘麻仍保持不低于90%的防效,特别是对ALS除草剂(如五氟磺草胺)产生抗性的稗草及千金子表现出极高的活性(100%)。尤为重要的是,在≤150g a.i./hm2剂量下对水稻均未表现出任何药害,安全性较高,显示出“杀草不伤稻”的卓越选择性,综合表现为一款高效、安全且适用窗口宽的水稻田优秀除草剂。


讨论与结论

本研究以巯基乙酸甲酯和2-氯-6-三氟甲基烟酸为起始原料,经11步反应成功合成了目标化合物iptriazopyrid,总收率良好,其结构经核磁共振氢谱与质谱确证。


室内生物活性测定结果表明,iptriazopyrid在75 g a.i./hm2剂量下对稗草、苋菜和千金子等主要水稻田杂草防效优异,防效均达100%;在150 g a.i./hm2剂量的剂量下对水稻表现出完全的安全性,无明显药害发生,显示出卓越的选择性除草潜力。与现有HPPD抑制剂类除草剂相比,iptriazopyrid不仅具备高活性和广谱性,更在对作物的安全性方面表现突出,尤其适用于抗性杂草治理。综上所述,iptriazopyrid具有开发为水稻田高效安全除草剂的良好前景,后续可进一步开展田间药效试验及作用靶标深入研究。