环己烯酮类化合物及其制备方法与应用
阅读说明：本技术 环己烯酮类化合物及其制备方法与应用 (Cyclohexenone compounds and preparation method and application thereof ) 是由 孙健 王恒智 刘君良 刘伟堂 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种环己烯酮类化合物及其制备方法与应用,属于农药技术领域。其技术方案为：环己烯酮类化合物结构式如式(I)所示：其中,R-(1)选自H、甲基、乙基、丙基或异丙基；R-(2)选自本发明的化合物不仅具有高的除草活性,而且对作物安全,为除草剂提供了新的原料,适于广泛推广应用。(The invention discloses cyclohexenone compounds and a preparation method and application thereof, and belongs to the technical field of pesticides. The technical scheme is as follows: the structural formula of the cyclohexenone compounds is shown as the formula (I): wherein R is 1 Selected from H, methyl, ethyl, propyl or isopropyl; r 2 Is selected from)
技术领域
本发明涉及农药技术领域，具体涉及一种环己烯酮类化合物及其制备方法与应用。
背景技术
杂草的防治是实现高效农业过程中一个至关重要的环节。尽管市场上的除草剂种类多样，但由于药剂的不合理使用、杂草的抗性、药物的使用寿命以及药物的经济性等问题，导致抗药性杂草越来越普遍，这就需要科学家们不断研究进而开发出新的高效、安全、经济以及具有不同作用机理的除草剂品种。
US5563114公开了如下化合物A-1(专利中编号为4.20)的制备及作为除草剂的用途：
CN105884665 B公开了一种环己烯酮类化合物的制备方法与作为除草剂的用途。化合物B-1(专利中编号为4)，结构如下：
然而，这些已知化合物存在对有害植物的除草活性低、对作物的选择性差，杀草谱窄等问题，并不完全令人满意。且由于市场的不断扩大、杂草的抗药性、药物的使用寿命，药物的经济性等问题，以及人们对环境保护的日益重视，需要科学家们不断研究进而开发出新的高效、安全、经济以及具有不同作用方式的除草剂品种。
本发明所示的环己烯酮类化合物未见公开报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种除草剂活性高、对作物安全的环己烯酮类化合物及其制备方法与应用。
本发明的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种环己烯酮类化合物，其结构式如下：
其中，R1选自H、甲基、乙基、丙基或异丙基；
R2选自
优选地，式(I)结构化合物选自：
第二方面，本发明还提供了上述环己烯酮类化合物的制备方法，反应步骤如下：
R1选自H、甲基、乙基、丙基或异丙基。
反应可以在惰性溶剂中进行，溶剂选自乙腈、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、四氢呋喃、二氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、二氯乙烷、乙酸乙酯中的一种或多种溶剂的混合物；可以加入酸，如冰乙酸等促进反应进行；亦可以加入碱，例如碳酸钾等，促进反应进行。
中间体II的制备，可以参考烯草酮的合成US63300281中的实施例进行。
下表中列出了部分通式(Ⅰ)化合物的结构和物理性质。
表1
部分化合物的1HNMR(CDCl3，300MHz)δ(ppm)数据如下：
化合物1
1HNMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.66(t,J＝1.0Hz,1H),4.35–4.27(m,4H),3.08–2.97(m,2H),2.88(m,1H),2.80–2.67(m,4H),2.50(m,1H),2.31(m,1H),1.87–1.75(m,1H),1.82–1.72(m,2H),1.71(m,1H),1.61–1.54(m,2H),1.47–1.35(m,6H),1.31(t,J＝6.0Hz,3H),1.17(t,J＝7.0Hz,3H)；
化合物2
1HNMR(500MHz,Chloroform-d)δ4.15–4.07(m,4H),3.09–2.97(m,1H),2.94–2.85(m,2H),2.81–2.75(m,2H),2.67–2.59(m,2H),2.55(m,1H),2.47(s,3H),2.22(m,1H),1.82–1.75(m,1H),1.78–1.71(m,2H),1.62(m,1H),1.41–1.36(m,2H),1.33–1.26(m,6H),1.28(t,J＝6.0Hz,3H),1.13(t,J＝7.0Hz,3H)；
化合物3
1HNMR(500MHz,Chloroform-d)δ4.22–4.13(m,4H),3.43–3.32(m,5H),3.11(d,J＝6.0Hz,1H),2.99–2.87(m,2H),2.76(m,1H),2.32(m,1H),2.22(m,1H),1.89–1.78(m,1H),1.78–1.71(m,2H),1.66(m,1H),1.55–1.45(m,2H),1.33–1.21(m,12H),1.14(t,J＝7.0Hz,3H)；
化合物4
1HNMR(500MHz,Chloroform-d)δ4.34–4.17(m,4H),3.15–3.07(m,5H),2.99(d,J＝6.0Hz,1H),2.91–2.75(m,2H),2.71(m,1H),2.48(m,1H),2.33(m,1H),1.93–1.81(m,5H),1.85–1.77(m,1H),1.69–1.64(m,2H),1.57–1.50(m,6H),1.37(t,J＝6.0Hz,3H),1.24–1.17(m,6H)；
化合物5
1HNMR(500MHz,Chloroform-d)δ4.11–4.02(m,4H),3.37(m,1H),3.29-3.23(m,1H),3.14–3.10(m,1H),3.03(m,1H),2.99(d,J＝6.0Hz,1H),2.89–2.81(m,2H),2.72(m,1H),2.61(m,1H),2.31(m,1H),1.92–1.89(m,1H),1.88–1.82(m,2H),1.79(m,1H),1.71–1.64(m,2H),1.65–1.52(m,9H),1.42–1.36(m,6H),1.17(t,J＝7.0Hz,3H)；
化合物6
1HNMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.75–7.68(m,1H),7.59(t,J＝1.0Hz,1H),7.44–7.38(m,2H),4.95(m,1H),4.41(m,1H),4.33(m,1H),2.93(m,1H),2.87(m,1H),2.81–2.75(m,4H),2.55(m,1H),2.31(m,1H),1.81(m,1H),1.58(m,1H),1.49(d,J＝6.2Hz,3H),1.33(d,J＝5.7Hz,3H),1.26(t,J＝6.0Hz,3H)；
化合物7
1HNMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.41–7.35(m,1H),7.21–7.04(m,2H),4.67(m,1H),4.21–4.15(m,2H),2.91–2.83(m,2H),2.89(d,J＝6.0Hz,1H),2.75(d,J＝1.0Hz,1H),2.67–2.61(m,1H),2.55–2.48(m,1H),2.46(m,1H),2.33(s,3H)2.23(m,1H),1.74(m,1H),1.66(m,1H),1.52(d,J＝6.2Hz,3H),1.39(d,J＝5.7Hz,3H),1.33(t,J＝6.0Hz,3H)；
化合物8
1HNMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.55–7.47(m,1H),7.44–7.38(m,2H),4.88(m,1H),4.51–4.46(m,2H),2.85(m,4H),2.66(d,J＝6.0Hz,1H),2.55–2.47(m,2H),2.41(m,1H),2.32(m,1H),2.26(m,1H),1.78(m,1H),1.71(m,1H),1.55(d,J＝6.2Hz,3H),1.27(d,J＝5.7Hz,3H),1.42–1.36(m,6H)；
化合物9
1HNMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.80–7.77(m,1H),7.43–7.32(m,2H),4.63(m,1H),4.14–4.03(m,2H),2.92(m,1H),2.83–2.68(m,3H),2.79(d,J＝6.0Hz,1H),2.69–2.62(m,2H),2.53(m,1H),2.33(m,1H),2.21(m,1H),1.85–1.73(m,3H),1.63(m,1H),1.55(d,J＝6.2Hz,3H),1.33(d,J＝5.7Hz,3H),1.26(t,J＝6.0Hz,3H),1.17(t,J＝7.4Hz,3H)；
化合物10
1HNMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.70–7.64(m,1H),7.47–7.41(m,2H),4.55(m,1H),4.22–4.13(m,2H),3.13(m,1H),2.99(m,1H),2.86(m,1H),2.79(d,J＝6.0Hz,1H),2.69–2.61(m,2H),2.58(m,1H),2.44(dd,J＝12.4,7.1Hz,1H),2.17(dq,J＝14.3,7.1Hz,1H),1.68(ddd,J＝13.4,7.3,6.2Hz,1H),1.59(m,1H),1.54(d,J＝6.2Hz,3H),1.36–1.27(m,12H)。
在有机分子中，增加碳链的长度，会使整个分子的在电负性、空间结构等方面有较大的差异，从而使整个分子在植物等生物体内的输导性差异很大。生物活性分子的传导性能是不可以预知的，需要大量的创造性劳动才能获得。
同已公开的化合物A-1和B-1相比，本发明通式(Ⅰ)化合物不仅显示高的生物活性，更广的杀草谱，而且显示出意想不到的作物安全性，尤其是对水稻、油菜等作物非常安全。
第三方面，本发明还提供了上述环己烯酮类化合物在除草剂组合物中的应用。
优选地，除草剂组合物中的环己烯酮类化合物的重量百分含量为0.1-99％。
本发明另外的实施方案为防治杂草的方法，该方法包括将除草有效量的除草剂组合物施于所述的杂草或者所述杂草生长的场所或者其生长介质表面上。通常有效的较为适宜的有效量为每公顷10克到5000克，优选有效量为每公顷30克到500克。同时，可在本发明的除草剂组合物中加入一种或者多种其他类别的除草剂，由此可以产生附加的优点和效果。
制备本发明化合物的数种方法详解说明于以下实施例中。原料可以经市场购买到或者可以通过文献中已知的方法或者如详解所示进行制备。本领域技术人员应当理解，也可以利用其它合成路线合成本发明的化合物。尽管在下文中已经对合成路线中的具体原料和条件进行了说明，但是，可以很容易地将其替换为其它类似的原料及条件，这些对本发明制备方法的变型或者变体而产生的诸如化合物的各种异构等都包括在本发明范围内。另外，如下所述制备方法可以按照本发明公开内容、使用本领域技术人员熟知的常规化学方法进行进一步修饰。例如，在反应过程中对适当的基团进行保护等等。
本发明的化合物不仅具有高的除草活性，而且对作物安全，为除草剂提供了新的原料，适于广泛推广应用。
具体实施方式
合成实施例1：化合物3的合成
步骤1：
于500mL三口瓶中加入3-羟基-2-甲基丙酸甲酯(16.0g,100mmol)，邻苯二甲酰羟亚胺(16.3g,100mmol),三苯基膦(28.8g,110mmol)，加入四氢呋喃(200mL)搅拌溶解，降温至0摄氏度以下。逐滴加入DEAD(19.2g,110mmol)的四氢呋喃溶液，滴加完毕后自然升温至室温，搅拌过夜。TLC监测至反应完成，加入水(200mL)用乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，硅胶柱层析得白色固体(22.7g,75mmol)，收率75％。
步骤2：
于500mL三口瓶中加入上一步产物(22.7g,75mmol)，用甲醇(200mL)溶解，加入80％水合肼(24g,375mmol)，搅拌过夜。TLC监测至反应完成，抽滤除去固体，旋干甲醇，用乙酸乙酯溶解后，用水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，硅胶柱层析得浆状物(10.7g,62mmol)，收率82％。
步骤3：
于100mL单口瓶中加入步骤2化合物(3.5g,20mmol)，碳酸氢钠(5.1g,60mmol)，甲醇(50mL)，化合物丁酰基环己酮(5.4g,20mmol,按文献US63300281制备)搅拌过夜。TLC监测，直到原料消失后，抽滤除去固体，旋干甲醇，用乙酸乙酯溶解后，用水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，硅胶柱层析得目标产物(7.8g,18.5mmol)，收率93％。
按上述方法，可以制得本发明的其他化合物。
生测实施例2：除草活性和作物安全性的测定
生物活性评价：
有害植物破坏(即生长控制率)的活性级别标准如下：
5级：生长控制率在85％以上；
4级：生长控制率大于等于60％且小于85％；
3级：生长控制率大于等于40％且小于60％；
2级：生长控制率大于等于20％且小于40％；
1级：生长控制率大于等于5％且小于20％；
0级：生长控制率小于5％。
以上生长控制率为鲜重控制率。
将定量的杂草种子(稗草、千金子)和作物种子(水稻)分别播于直径为8cm的装有土壤的塑料盆中，播后覆土0.5-2cm，镇压、淋水后在温室按常规方法培养。使其在良好的温室环境中生长。待杂草和水稻长至2～3叶期，选取生长均匀一致的试材进行苗后茎叶喷雾处理；分别将供试的本发明化合物用丙酮溶解，然后加入适量吐温80，用一定的水稀释成一定浓度的溶液，用喷雾塔喷施到植物上。施药后在温室中培养21天，21天后统计实验效果，以喷施不含药剂的同等浓度吐温80水溶液的处理为空白对照。所用化合物剂量为20、10、5克/公顷，每个处理重复三次，取平均值。并以已知化合物A-1和化合物B-1作为对照药剂，进行了除草活性和安全性的平行测定。代表性数据列于表2。
表2不同化合物的除草活性和作物安全性(21d)
通过室内活性实验发现，药后21天，本发明的式(Ⅰ)化合物编号1-10在5、10、20克/公顷三个剂量下对稗草、千金子和马唐三种水稻田很难防除的禾本科杂草都表现出很高的生物活性，明显高于对照化合物A-1和对照化合物B-1，尤其是化合物3、化合物4、化合物8和化合物9。同时，式(Ⅰ)化合物编号1-10在5、10、20克/公顷三个剂量下对作物水稻的安全性也显著由于对照化合物A-1和对照化合物B-1。式(Ⅰ)化合物的除草生物活性高，杀草谱广，对水稻等农作物的选择性好，具有很好的开发应用前景。
这是因为，在有机化合物中，不同化学结构的化合物分子在空间立体结构、活性基团、电负性、电荷分布、疏水性等物理、化学性质方面有较大差异。不同结构的化合物的生物活性、除草作用机理，以及在植物表面的吸收和体内传导性能都存在巨大差异。空间立体结构、活性基团、电负性、电荷分布和疏水性等理化性质的差异是造成式(Ⅰ)化合物在对水稻安全性和对稗草、马唐和千金子的除草活性等方面优于对照化合物A-1和对照化合物B-1的一方面原因。
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