CN110143946B

CN110143946B - 一种喹啉类化合物及其合成方法与应用

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Publication number: CN110143946B
Application number: CN201910554548.3A
Authority: CN
Inventors: 柏连阳; 李祖任; 罗丁峰; 邬腊梅; 彭琼
Original assignee: Hunan Agricultural Biotechnology Research Institute
Current assignee: Hunan Agricultural Biotechnology Research Institute
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: CN110143946A

Abstract

本发明公开了一种喹啉类化合物及其合成方法与应用，其结构是如下：

本发明在传统的喹啉酸结构的基础上，引入了吡唑结构，形成一类新喹啉酸的衍生物。本发明中的喹啉类化合物合成方法简单易行，易于实现批量化生产。本发明的喹啉类化合物除草效果较好，且对具有抗性的杂草有很好的效果。

Description

一种喹啉类化合物及其合成方法与应用

技术领域

本发明属于有机合成和农药技术领域，具体涉及一种喹啉类化合物及其合成方法与应用。

背景技术

二氯喹啉酸化学名称：3,7-二氯-8-喹啉酸，它是防除稻田稗草的特性选择性除草剂，属激素型喹啉酸类除草剂。药剂能被萌发的种子、根、茎和叶部迅速吸收，并迅速向茎和顶部传导，使其中毒死亡，其症状与生长素相似在全球范围，持续广泛施用二氯喹啉酸，稗草对它产生了抗药性。自1993年二氯喹啉酸在我国取得登记来，防治稗草、黑雀麦、狗尾草、马唐等，它还能有效的防除鸭舌草、水芹、田皂角和牵牛类杂草等。已经连续施用了20多年。最近我国主要水稻产区已有稗草对其产生抗药性，且抗药性的程度呈日益严重。

目前，为减缓杂草对其的抗药性，一般配伍其他除草剂共同使用已减缓其抗药性，如专利201811297362.6“一种含二氯喹啉酸的除草组合物及其应用”中，采用了二氯喹啉酸、芳氧苯氧基丙酸酯类和磺酰脲类作为除草组合物，能在一定程度上提高除草效果，也可减慢杂草的抗药性，但是对已经产生抗药性的杂草效果不显著。为彻底解决杂草抗药性的问题，研发新的喹啉类除草剂是最好的途径，但是目前新的喹啉类除草剂种类较少，有的对具有抗药性的杂草效果不佳，有的合成工艺复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种除草效果好，合成工艺简单的喹啉类化合物及其合成方法与应用。

本发明这种喹啉类化合物，其结构式为Ⅰ或Ⅱ中的任意一种：

其中：R₁为甲基、卤素、氰基、硝基、羟基和氢中的任意一种；R₂为C₁-C₈烷基、C₂-C₆烯基、C₃-C₆环烷基、C₁-C₈烷氧基、不同取代基的苯基、不同取代基的苄基、C₂-C₆炔基中的任意一种。

烷基部分单独或者作为基团一部分可以是直链或支链，例如C₄烷基可以是正丁基、叔丁基、异丁基等诸如此类；烯基和炔基的部分可以是直链或支链的形式，并且部分烯基具有(E)或(Z)的构型；环烷基的部分有三、四、五、六等环烷基，环的不同位置的还有取代基，取代基包含有吸电子、供电子及中性原子等；C₁-C₈烷氧基的部分或者作为基团一部分可以是直链或支链。例如有甲氧基、乙氧基、丙氧基或叔丁氧基等，在烷氧基中，有1～2个氧原子；不同取代基的苯基部分包括邻、间、对单取代，基团包括含有吸电子、供电子及中性原子/基团如硝基、甲氧基、氯原子等。还有苯环二取代基团，二取代基团即同时吸电子、供电子及中性原子/基团，也可是不同取代电性的原子/基团；不同取代基的苄基部分包括邻、间、对单取代，基团包括含有吸电子、供电子及中性原子/基团如硝基、甲氧基、氯原子等；还有苄基的苯环二取代基团，二取代基团即同时吸电子、供电子及中性原子/基团，也可是不同取代电性的原子/基团。

所述喹啉类化合物的制备方法，包括以下步骤：

1)将化合物N与酰氯化试剂溶解于溶剂中，进行反应，得到中间体M；

2)将化合物L或者化合物K与化学碱放入到反应溶剂中，加热回流反应设定时间后，向其中滴加反应溶剂溶解的中间体M，继续搅拌回流反应，反应完毕后，将反应液倒入冰水中，并调节其pH，进行过滤后，得到初级产物(白色固体)；

3)将步骤2)中的初级产物进行提纯后，得到结构式为Ⅰ或Ⅱ喹啉类化合物；

其合成路线如下：

所述步骤1)中，所述的化合物N与酰氯化试剂的摩尔比为1:(5～10)；酰氯化试剂为SOCl₂，POCl₃和(COCl)₂中的一种或多种；化合物N与溶剂的摩尔体积比为1:(10～30)；溶剂为甲苯，乙腈，氯仿中一种或多种；反应时间为8～14h。

所述步骤2)中，化合物L或K与化学碱的摩尔比(1～3):(1～5)，化学碱为氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙和氧化镁中的一种或多种；化合物L或K与反应溶剂的摩尔体积比为(10～15):80mmol/mL；反应溶剂为甲苯、1,4-二氧六环、乙腈和四氢呋喃中的一种；化合物M与反应溶剂的摩尔体积比为10:(70～150)mmol/mL；化合物L或K与中间体M的摩尔比为(1～3):1；设定反应时间为0.5～1h；继续反应时间为12～24h，调节pH至4～5。

所述步骤3)中，提纯的方法为重结晶法或柱层析法中的一种。

所述的喹啉类化合物在除草剂领域的中应用。

本发明的有益效果：本发明在传统的喹啉酸结构的基础上，引入了吡唑结构，形成一类新喹啉酸的衍生物。本发明中的喹啉类化合物合成方法简单易行，易于实现批量化生产。本发明的喹啉类化合物除草效果较好，且对具有抗性的杂草有很好的效果。

附图说明

图1实施例1制备的Ⅰ式喹啉类化合物的氢谱图；

图2实施例1制备的Ⅰ式喹啉类化合物的碳谱图；

图3实施例2制备的Ⅰ式喹啉类化合物的氢谱图；

图4实施例2制备的Ⅰ式喹啉类化合物的碳谱图；

图5实施例3制备的Ⅰ式喹啉类化合物的氢谱图；

图6实施例3制备的Ⅰ式喹啉类化合物的碳谱图；

图7实施例4制备的Ⅱ式喹啉类化合物的氢谱图；

图8实施例4制备的Ⅱ式喹啉类化合物的碳谱图。

具体实施方式

实施例1

将10mmol取代基R₁为Cl原子的化合物N(其结构式如下)与80mmol的酰氯化SOCl₂试剂，溶解于150mL的甲苯溶剂中，进行反应12h后，冷却，减压旋蒸溶剂和多余的SOCl₂，得到取代基R₁为Cl的中间体M(其结构式如下)，待用。

10mmol的取代基R₂为乙基的化合物L(其结构式如下)，17mmol的氢氧化钙，3mmol的氧化钙加入到250mL二口烧瓶中，加入80mL的乙腈加热搅拌回流0.5h后，将溶解在20mL的乙腈溶剂中的10mmol中间体M滴加到反应体系中，继续回流反应12h，反应完毕后，冷却倒入200mL的冰水中，用盐酸调节pH＝4～5，过滤得到白色固体。

将白色固体用氯仿溶解后，向其中加入水进行萃取，取有机相，用无水硫酸镁除水，接着过滤出去水，有机相进行旋干，用氯仿/正己烷进行重结晶，得到结构式为Ⅰ式的喹啉类化合物(其中R₁基为Cl,R₂基为乙基)，产率为60.2％。

对本实施例制备的Ⅰ式的喹啉类化合物进行核磁鉴定，其结果如图1(氢谱)和图2(碳谱)所示：

¹HNMR(400MHz，CDCl₃)δ：8.87(d,1H),8.14(d,1H),7.78(d,1H),7.59(1H,d),6.25(1H,s),4.01-4.07(2H,q),2.31(3H,s),1.38-1.42(3H,t)；

¹³CNMR(100MHz，CDCl₃)δ:163.07,153.62,151.33,143.76,138.94,133.69,132.32,132.19,129.55,129.26,128.82,126.54,95.75,48.83,15.24,11.40.

MS：(M+H):351.08

根据氢谱峰与碳谱峰的结果可与本发明的结构式完全符合。

实施例2

将10mmol取代基R₁为硝基的化合物N(其结构式如下)与80mmol的酰氯化POCl₃试剂，溶解于150mL的甲苯溶剂中，进行反应12h后，冷却，减压旋蒸溶剂和多余的SOCl₂，得到取代基R₁为Cl的中间体M(其结构式如下)，待用。

12mmol的取代基R₂为苯基的化合物L(其结构式如下)，17mmol的氢氧化镁，3mmol的氧化镁加入到250mL二口烧瓶中，加入80mL的1,4-二氧六环加热搅拌回流反应1h后，将溶解在20mL的1,4-二氧六环溶剂中的10mmol中间体M滴加到反应体系中，回流反应24h(同过薄层色谱监测原料点消失)后，冷却倒入200mL的冰水中，用硫酸调节pH＝4～5，过滤得到固体。

将固体用氯仿溶解，加水进行萃取，萃取后的有机相用无水硫酸镁除水，接着过滤去除硫酸镁，有机相进行旋干后，用氯仿/正己烷重结晶，得到结构式为Ⅰ式的喹啉类化合物(其中R₁基为NO₂，R₂基为苯基)，产率为46.1％。

对本实施例制备的Ⅰ式的喹啉类化合物进行核磁表征，其氢谱如图3所示，碳谱如图4所示，其结果如下：

¹HNMR(400MHz，CDCl₃)δ：8.80(d,1H),8.15(s,1H),7.81(d,1H),7.64(d,1H),7.52(d,1H),7.62(d,1H),7.60(d,1H),7.58(s,1H),7.31-7.35(t，1H)，7.25-7.27(s，1H),6.46(s，1H),2.39(s,3H)

¹³CNMR(100MHz，CDCl₃)δ：161.275,151.243,149.035,144.076 143.601,137.908,133.837,132.483,131.094,129.830,128.823,127.064,126.572,123.565,96.114,14.578

MS：(M+H):409.08

根据氢谱与碳谱的结果，其与本发明的结构式完全符合。

实施例3

将10mmol取代基R₁为Cl原子的化合物N(其结构式如下)与80mmol的酰氯化SOCl₂试剂，溶解于150mL的四氢呋喃溶剂中，进行反应12h后，冷却，减压旋蒸溶剂和多余的SOCl₂，得到取代基R₁为Cl的中间体M(其结构式如下)，待用。

15mmol取代基为R₂为苄基的化合物L(其结构式如下)，17mmol的氢氧化钙，3mmol的氧化镁加入到250mL二口烧瓶中，加入100mL的乙腈加热搅拌回流反应0.5h后，将溶解在20mL的乙腈溶剂中的10mmol中间体M滴加到反应体系中，回流24h。冷却倒入200mL的冰水中，用硫酸调节pH＝4-5，过滤得到固体。

将固体用氯仿溶解，加水进行萃取，萃取后的有机相用无水硫酸镁除水，接着过滤去除硫酸镁，有机相进行旋干后，用氯仿/正己烷重结晶，得到结构式为Ⅰ式的喹啉类化合物(其中R₁基为Cl，R₂基为苄基)，产率为57.2％。

对本实施例制备的Ⅰ式的喹啉类化合物进行核磁表征，其氢谱如图5所示，碳谱如图6所示，其结果如下：

¹HNMR(400MHz，CDCl₃)δ：8.88(d，1H),8.15(d,1H),7.79(d,1H),7.60(d,1H),7.24-7.31(m,3H),7.14(d,2H),6.32(s,1H),5.23(s,2H),2.24(s,3H)

¹³CNMR(100MHz，CDCl₃)δ：158.325,149.181,146.621,139.026,135,348,131.821,128.967,127.617,127.390,124.833,124.566,124.090,124.005,122.950,122.115,121.805,91.882,48.297,6.924

MS：(M+H):413.10

根据氢谱与碳谱的结果，其与本发明的结构式完全符合。

实施例4

将10mmol取代基R₁为Cl原子的化合物N(其结构式如下)与100mmol的酰氯化SOCl₂试剂，溶解于240mL的乙腈溶剂中，进行反应12h后，冷却，减压旋蒸溶剂和多余的SOCl₂，得到取代基R₁为Cl的中间体M(其结构式如下)，待用。

30mmol的取代基R₂为3-氯苄基的化合物K(其结构式如下)，17mmol的氢氧化钙，3mmol的氧化钙加入到250mL二口烧瓶中，加入80mL的1,4-二氧六环加热搅拌回流0.5h后，将溶解在20mL的1,4-二氧六环的溶剂中的10mmol中间体M滴加到反应体系中，继续回流反应12h。冷却倒入200mL的冰水中，用盐酸调节pH＝4-5，过滤得到固体。

将固体用氯仿溶解，加水进行萃取，萃取后的有机相用无水硫酸镁除水，接着过滤去除硫酸镁，有机相进行旋干后，用氯仿/正己烷重结晶，得到结构式为Ⅱ式的喹啉类化合物(其中R₁基为Cl,R₂基为3-氯苄基)，产率为61.4％。

对本实施例制备的Ⅱ式的喹啉类化合物进行核磁表征，其氢谱如图7所示，碳谱如图8所示，其结果如下：

¹HNMR(400MHz，CDCl₃)δ：8.74(d,1H),8.16(d,1H),7.82(d,1H),7.61(d,1H),7.18-7.19(m,3H),7.08-7.10(m,1H),6.26(s，1H)，5.23(s,2H)，2.31(s，3H)

¹³CNMR(100MHz，CDCl₃)δ：161.213,151.403,148.332,144.472,143.634,138.685,134.370,133.911,132.520,131.016,129.939,129.867,128.867,127.809,127,600,126.606,125.626,94.587,50.595,14.597

MS：(M+H):468.30

根据氢谱与碳谱的结果，其与本发明的结构式完全符合。

实施例5

采用茎叶喷雾法(NY/T 1155.4-2006)对实施例1-3中的喹啉类化合物进行室内毒力测定试验。

供试药剂：(a)实施例1；(b)实施例2；(c)实施例3；(d)二氯喹啉酸；稀释1倍、10倍、20倍、30倍、40倍五个浓度梯度待用，清水对照；

供试材料：稗草[Echinochloa crusgalli]；千金子[Euphorbia lathyris]；田间收集种子保存。

稗草、千金子种子浸种催芽后点播于装有泥土的截面积0.25m²的塑料盆内，每盆播100粒，温室内培养至靶标杂草草3叶期的进行处理。按上面设计的剂量浓度，用喷雾塔喷施药液，喷液量为每处理50mL，药后保持土壤湿润。每处理重复4次，药后20天称取各处理稗草地上部分鲜重，按以下公式计算各处理的鲜重防效(％)：

E＝100×(C-T)/C

式中：E为鲜重防效；C为对照杂草地上部分鲜重；T为处理杂草地上部分鲜重。

如表1和2所示，室内毒力测定结果表明，此喹啉类化合物对稗草和千金子的毒力较高，相对二氯喹啉酸有更高的防除效果。

表1喹啉类新化合物对稗草的毒力测定结果

表2喹啉类新化合物对千金子毒力测定结果

实验例6田间试验

实施例1，实施例2，实施例3，对照药剂二氯喹啉酸应用于农田防治一年生和多年生杂草:实施例1,2，3按200g.a.i/ha加水稀释喷雾，药后30天对总草株数的株防效为90.76％、86.22％和92.79％；鲜重防效，分别为83.39％，87.85％、和89.64％，对照药剂二氯喹啉酸按200g.a.i/ha加水稀释喷雾，株数防效和鲜重防效为78.53％和76.63％。说明喹啉类新化合物对水稻田一年生和多年生杂草防治效果明显，对相比二氯喹啉酸防效高，不但具备开发成除草剂的潜力，而且具有低成本和环保的优点。

实验例7田间防除抗性稗草试验

实施例1，实施例2，实施例3，对照药剂二氯喹啉酸应用于水稻田抗性稗草防治：实施例1,2，3按200g.a.i/ha加水稀释喷雾，药后30天对总草株数的株防效为86.47％、89.46％和90.41％；鲜重防效，分别为84.57％，86.40％、和84.90％，对照药剂二氯喹啉酸按200g.a.i/ha加水稀释喷雾，株数防效和鲜重防效为35.11％和36.00％。说明喹啉类新化合物对水稻田一年生和多年生杂草防治效果明显，对相比二氯喹啉酸防效高，不但具备开发成除草剂的潜力，而且具有低成本和环保的优点。说明对水稻田抗性稗草防效为明显，比对照二氯喹啉酸防除效果好。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种喹啉类化合物，其结构式为Ⅰ或Ⅱ中的任意一种：

其中：通式Ⅰ中，R₁为氯；R₂为乙基、苄基中的一种；通式Ⅱ中，R₁为氯，R₂为3-Cl-苄基。

2.一种根据权利要求1所述喹啉类化合物的制备方法，包括以下步骤：

1）将化合物N与酰氯化试剂溶解于溶剂中，进行反应，得到中间体M；

2）将化合物L或者化合物K与化学碱放入到反应溶剂中，加热回流反应设定时间后，向其中滴加反应溶剂溶解的中间体M，继续搅拌回流反应，反应完毕后，将反应液倒入冰水中，并调节其pH，进行过滤后，得到白色固体状的初级产物；

3）将步骤2）中的初级产物进行提纯后，得到结构式为Ⅰ或Ⅱ喹啉类化合物；

其合成路线如下：

。

3.根据权利要求2所述的喹啉类化合物的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，所述的化合物N与酰氯化试剂的摩尔比为1:(5~10)；酰氯化试剂为SOCl₂，POCl₃和(COCl)₂中的一种或多种。

4.根据权利要求2或3所述的喹啉类化合物的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，化合物N与溶剂的摩尔体积比为1:(10~30)；溶剂为甲苯，乙腈，氯仿中一种或多种；反应时间为8~14h。

5.根据权利要求2所述的喹啉类化合物的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，化合物L或K与化学碱的摩尔比(1~3):(1~5)，化学碱为氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙和氧化镁中的一种或多种。

6.根据权利要求2或5所述的喹啉类化合物的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，化合物L或K与反应溶剂的摩尔体积比为(10~15) mmol/80mL；反应溶剂为甲苯、1,4-二氧六环、乙腈和四氢呋喃中的一种。

7.根据权利要求2所述的喹啉类化合物的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，化合物M与反应溶剂的摩尔体积比为10 mmol/(70~150)mL；化合物L或K与中间体M的摩尔比为(1~3):1。

8.根据权利要求2或7所述的喹啉类化合物的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，设定反应时间为0.5~1h；继续反应时间为12~24h，调节pH至4~5。

9.根据权利要求2所述的喹啉类化合物的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中，提纯的方法为重结晶法或柱层析法中的一种。

10.根据权利要求1所述的喹啉类化合物作为除草剂的应用。