新型2-(1-苯氧乙基)-4H-苯并[d][1,3]噁嗪-4-酮衍生物的合成及其除草活性

祖木热提古丽·艾比布力, 张爱东

(1. 新疆昌吉职业技术学院，新疆 昌吉 831199; 2. 华中师范大学 化学学院，湖北 武汉 430079)

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新型2-(1-苯氧乙基)-4H-苯并[d][1,3]噁嗪-4-酮衍生物的合成及其除草活性

祖木热提古丽·艾比布力1, 张爱东2*

(1. 新疆昌吉职业技术学院，新疆 昌吉 831199; 2. 华中师范大学 化学学院，湖北 武汉 430079)

以2-氯丙酸为原料制得2-苯氧基丙酸(4);4依次经酰氯化和环化反应，合成了10个新型的2-(1-苯氧乙基)-4H-苯并[d][1,3]噁嗪-4-酮类化合物(6a～6l)，其结构经1H NMR和MS(EI)表征。采用室内培养皿法研究了6a～6l的除草活性。结果表明：浓度为1 mg·L-1时，6a,6j和6k对油菜根的生长表现出良好的选择性抑制效果，抑制率分别为75.3%, 85.7%和74.2%。

苯并噁嗪-4-酮; 合成; 室内培养皿法; 除草活性; 选择性抑制

苯并噁嗪酮类化合物广泛存在于小麦，玉米和黑麦等禾本科植物以及爵床科、毛莨科和玄参科等植物中[1]。苯并噁嗪酮类衍生物具有良好的杀虫[2]、杀菌[3]、除草[4]、治疗血清素紊乱[5]、抑制肿瘤[6]及消炎[7]等生物活性。如丙炔氟草胺(flumioxazin)和噻二唑草胺(thidiazimin)(Chart 1)等。构效关系研究结果显示，该类化合物分子结构中苯环上的取代基对其生物活性有较大影响[8-9]。

2-苯氧基丙酸和2-(4-氯苯氧基)丙酸类化合物作为植物生长调节剂和除草剂，对双子叶植物有选择性杀灭作用，与2,4-二氯苯氧乙酸类化合物的生物活性接近[10]。

Scheme 1

Chart 1

本文采用活性亚结构拼接法，将苯并噁嗪酮与苯氧丙酸进行拼接，设计并合成了一系列以苯氧丙基为取代基的新型苯并噁嗪酮类化合物(6a～6l, Scheme 1)，其结构经1H NMR和MS(EI)表征。采用室内培养皿法研究了6a～6l的除草活性。结果表明：用药浓度为1 mg·L-1时，6a,6j和6k对油菜根的生长表现出良好的选择性抑制效果，抑制率分别为75.3%, 85.7%和74.2%。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Electro thermal型熔点仪(温度计未校正)；ZF-20D型暗箱式紫外分析仪；Varian VNMR 400/600 MHz型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂，TMS为内标)；Finnigan Trace MS型质谱仪。

所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 2-(4-氯苯氧基)丙酸(4)的合成[11-12]

在反应瓶中加入2-氯丙酸(1)16.2 g(150 mmol)和30%氢氧化钠溶液25 mL，搅拌得2-氯丙酸钠溶液(2)。在三颈圆底烧瓶中加入对氯苯酚12.8 g(100 mmol)和30%氢氧化钠溶液30 mL，搅拌使其溶解，回流条件下滴加2，滴毕(1 h)，反应1 h。冷却至室温，用盐酸调至pH酸性，析出白色沉淀，放置过夜，过滤，滤饼用水洗涤，红外干燥得白色针状固体416.1 g，收率87.5%, m.p.119.1～120.3 ℃。

(2) 2-(4-氯苯氧基)丙酰氯(5)的合成[13]

在三口圆底烧瓶中加入二氯亚砜15～20 mL，氮气保护下，加入44.04 g(20 mmol)，搅拌使其溶解；于65～75 ℃反应6 h。蒸除过量二氯亚砜得棕黄色液体54.24 g，收率95%～98%，不经提纯，直接投入下步反应。

(3)6a～6g的合成(以6g为例)[14-16]

在三口圆底瓶中依次加入邻氨基苯甲酸1.37 g(10 mmol)，无水碳酸钾5.52 g(40 mmol)和无水二氯甲烷100 mL，搅拌使其溶解；于0～5 ℃缓慢滴加53.26 g(15 mmol)的二氯甲烷(10 mL)溶液，滴毕(0.5 h)，滴加三乙胺20 mmol,滴毕，于室温反应4 h。抽滤，滤液用饱和食盐水(30 mL)洗涤，二氯甲烷(2×30 mL)萃取，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，蒸除溶剂后经硅胶柱层析[洗脱剂：V(乙酸乙酯)/V(石油醚)=20/1]纯化得白色固体6g1.1 g。

以类似的方法合成6a～6f,6h～6l。

6a: 白色固体，收率60.1%, m.p.99.1～100.9 ℃;1H NMRδ: 1.790(d,J=6.8 Hz, 3H, CH3), 5.166～5.182(m, 1H, CHCH3), 6.973(d,J=7.2 Hz, 2H, ArH), 7.007～7.027(m, 1H, ArH), 7.244～7.283(m,J=15.6 Hz, 2H, ArH), 7.534(d,J=15.2 Hz, 1H, ArH), 7.618～7.638(m, 1H, ArH), 7.790～7.808(m, 1H, ArH), 8.198(d,J=8.0 Hz, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 267.01[M+]。

6b: 白色固体,收率45.1%, m.p.117.9～119.2 ℃;1H NMRδ: 1.788(d,J=7.2 Hz, 3H, CH3), 5.134～5.150(m, 1H, CHCH3), 6.968(d,J=7.2 Hz, 2H, ArH), 6.989～7.010(m, 1H, ArH), 7.264～7.294(m, 2H, ArH), 7.520～7.532(m, 1H, ArH), 7.544～7.553(m, 1H, ArH), 7.661(d,J=8.2 Hz, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 301.01[M+]。

6c: 白色固体,收率62.2%, m.p.100.2～102.1 ℃;1H NMRδ: 1.781(d,J=6.4 Hz, 3H, CH3), 5.156～5.172(m, 1H, CHCH3), 6.961(d,J=7.6 Hz, 2H, ArH), 6.988～7.008(m, 1H, ArH), 7.245～7.285(m, 2H, ArH), 7.547(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 7.740(d,J=10.4 Hz, 1H, ArH), 8.150(s, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 301.00[M+]。

6d: 白色固体,收率57.4%, m.p. 93.7～95.0 ℃;1H NMRδ: 1.788(d,J=7.2 Hz, 3H, CH3), 5.156～5.174(m, 1H, CHCH3), 6.983(d,J=4.8 Hz, 2H, ArH), 6.988～7.007(m, 1H, ArH), 7.251～7.291(m, 2H, ArH), 7.494(d,J=11.2 Hz, 1H, ArH), 7.633(s, 1H, ArH), 8.118(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 300.91[M+]。

6e: 白色固体,收率76.5%, m.p.94.2～96.0 ℃;1H NMRδ: 1.798(d,J=7.2 Hz, 3H, CH3), 2.482(s, 3H, ArCH3), 5.168～5.184(m, 1H, CHCH3), 6.984(d,J=7.6 Hz, 2H, ArH), 7.016～7.036(m, 1H, ArH), 7.258～7.296(m, 2H, ArH), 7.536(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 7.627(d,J=8.0 Hz, 1H, ArH), 8.000(s, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 281.01[M+]。

6f: 白色固体,收率70.2%, m.p.134.2～135.9 ℃;1H NMRδ: 1.783(d,J=6.4 Hz, 3H, CH3), 3.972(d,J=8.4 Hz, 6H, OCH3), 5.132～5.137(m, 1H, CHCH3), 6.970(d,J=8.4 Hz, 2H, ArH), 6.992～7.013(m, 1H, ArH), 7.041～7.047(m, 2H, ArH), 7.282(s, 1H, ArH), 7.499(s, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 327.02[M+]。

6g: 白色固体,收率36.5%, m.p.102.1～103.8 ℃;1H NMRδ: 1.678(d,J=6.0 Hz, 3H, CH3), 4.764～4.782(m, 1H, CHCH3), 6.706(d,J=4.8 Hz, 2H, ArH), 6.808(d, 2H, ArH), 7.097(d,J=14.8 Hz, 1H, ArH), 7.162～7.184(m, 1H, ArH), 7.415～7.568(m, 1H, ArH), 8.005(d,J=9.2 Hz, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 302.01[M+]。

6h: 黄色固体，收率40.5%, m.p.113.5～115.9 ℃;1H NMRδ: 1.632(d,J=4.8 Hz, 3H, CH3), 4.725～4.768(m, 1H, CHO), 6.817(d,J=3.6 Hz, 2H, ArH), 6.918(d,J=6.0 Hz, 2H, ArH), 7.148(d,J=2.8 Hz, 1H, ArH), 7.172～7.227(m, 1H, ArH), 7.398(d,J=4.8 Hz, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 336.04[M+]。

6i: 黄色固体，收率46.5%, m.p.111.6～113.4 ℃;1H NMRδ: 1.780(d,J=6.8 Hz, 3H, CH3), 4.108～4.124(m, 1H, CHO), 6.933(d,J=4.8 Hz, 2H, ArH), 7.212(d,J=2.2 Hz, 2H, ArH), 7.575(d,J=8.8 Hz, 1H, ArH), 7.759(d,J=10.8 Hz, 1H, ArH), 8.162(s, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 335.09[M+]。

6j: 黄色固体，收率49.1%, m.p.128.6～129.7 ℃;1H NMRδ: 1.780(d,J=6.8 Hz, 3H, CH3), 5.104～5.121(m, 1H, CHO), 6.931(d,J=4.4 Hz, 2H, ArH), 7.228(d,J=7.2 Hz, 2H, ArH), 7.497～7.532(m, 1H, ArH), 7.625(s, 1H, ArH), 8.127(d,J=4.8 Hz, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 335.03[M+]。

6k: 黄色固体，收率53.3%, m.p.151.4～152.1 ℃;1H NMRδ: 1.778(d,J=6.4 Hz, 3H, CH3), 2.476(s, 3H, ArCH3), 5.110～5.116(m, 1H, CHO), 6.944(d,J=8.8 Hz, 2H, ArH), 7.208 (d,J=7.2 Hz, 2H, ArH), 7.512(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 7.625(d,J=8.0 Hz, 1H, ArH), 7.991(s, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 315.08[M+]。

6l: 黄色固体，收率51.1%, m.p.146.3～147.8 ℃;1H NMRδ: 1.778(d,J=6.8 Hz, 3H,CH3), 3.975(s, 3H, OCH3), 3.989(s, 3H, OCH3), 5.085～5.102(m, 1H, CHO), 6.934(d,J=8.8 Hz, 2H, ArH), 7.037(s, 1H, ArH), 7.212(d,J=7.2 Hz, 2H, ArH), 7.505(s, 1H, ArH); MS(EI)m/z: 361.11 [M+]。

1.3 除草活性测试[17-18]

采用室内培养皿法测定化合物对单子叶植物(稗草)和双子叶植物(油菜)根/茎生长的抑制活性。化合物浓度分别为100 mg·L-1, 10 mg·L-1和1 mg·L-1；以蒸馏水为空白组，除草剂2,4-D为对照组。

2 结果与讨论

2.1 合成

合成5的过程中，应注意酸性气体HCl和SO2的及时吸收。5的反应活性较高，遇水易水解，放置时间不宜过长。合成6时，我们尝试采用一锅法进行反应，体系放热剧烈，因此滴加原料时，需在冰盐浴中进行，且严格控制滴加速度。为提高噁嗪酮收率，我们一方面采用酰氯稍过量的方式以补充体系中水解的酰氯，另一方面加入适量无水碳酸钾吸收体系中的水分子。

2.2 除草活性

表1为6a～6l的除草活性。由表1可见，浓度为100 mg·L-1时，6对稗草和油菜的根和茎的生长均表现出一定的抑制活性，当浓度下降至10 mg·L-1时，大部分化合物对稗草生长的抑制作用明显下降，对油菜的根表现出选择性抑制，浓度为1 mg·L-1时，6a,6j和6k对油菜根的生长表现出良好的选择性抑制效果，抑制率分别为75.3%, 85.7%和74.2%。

表1 6a～6j对稗草和油菜根茎生长的抑制活性Table 1 The inhibition rates of 6a～6j against the growth of root and stalk of barnyardgrass and oilseed rape

*2-(4-苯氧基)丙酸。

图1 用不同浓度6j室内培养7 d后对双子叶植物根的抑制情况*

3 结论

设计并合成了一系列结构新颖的2-[(1-苯氧基)乙基]-4H-苯并[d][1,3]噁嗪-4-酮类化合物(6a～6l),并对目标化合物的除草活性进行了初步研究。结果表明：浓度为1 mg·L-1时，6a,6j和6k对油菜根的生长表现出良好的选择性抑制效果，抑制率分别为75.3%, 85.7%和74.2%，与2,4-二氯苯氧乙酸接近。6a～6j可作为先导化合物作进一步研究。

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SynthesisandHerbicidalActivitiesof2-(1-Phenoxyethyl)-4H-benzo[d][1,3]oxazin-4-ones

ZUMURETIGULI·Aibibuli1, ZHANG Ai-dong2*

(1. Changji Vocational and Technical College, Changji 831199, China;2. College of Chemistry, Central China Normal University, Wuhan 430079, China)

2-Phenoxypropionic acid(4) was prepared by the reaction from 2-chloropropanoic acid. Ten novel 2-(1-phenoxyethyl)-4H-benz[d][1,3]oxazin-4-ones(6a～6l) were synthesizedviathe reaction of acylation and cyclization from4. The structures were characterized by1H NMR and MS(EI). The herbicidal activities of6a～6lwere tested by the culture dish method. The results showed that6a,6jand6kpossessed a promising selective inhibition against the growth of oilseed rape root at concentration of 1 mg·L-1, with inhibition rate of 75.3%, 85.7% and 74.2%, respectively.

benzoxazine; synthesis; culture dish method; herbicidal activity; selective inhibition

2017-04-17;

2017-10-16

国家自然科学基金资助项目(20972056)

祖木热提古丽·艾比布力(1985-)，女，维吾尔族，新疆昌吉人，硕士研究生，主要从事农药及药物中间体合成的研究。 E-mail: zumrat0101@163.com

张爱东，教授，博士生导师, E-mail: adzhang@mail.ccnu.edu.cn

O626.4

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.12.17090