一种吡咯啉酮类的硫衍生物及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学和生物化学应用于农业农药和植物保护、防除农作物杂草的技 术领域，涉及一种吡咯啉酮类的硫衍生物及其制备方法和应用，具体涉及具有除草活性 的链格孢菌的代谢产物细交链格孢菌酮酸（化学名：3_乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯 啉-2-酮）的结构修饰产品及其制备方法和应用。 技术背景
[0002] 细交链孢菌酮酸（Tenuazonicacid，TeA)是从恶性杂草紫莖泽兰的致病菌细交链 格孢菌代谢物中分离得到的毒素，其化学名为2-乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮， 它是细交链格孢菌能够引起多种植物褐斑病的主要致病因子。含有TeA的细交链格孢菌的 代谢物对多数农田杂草具有活性，有潜力作为广谱灭生性除草剂。由于TeA属于四氨酸类 的天然产物，因此，首次提出四氨酸类（tetramicacid)天然产物可能是一类新的光系统 II抑制剂。
[0003] 人工合成的2-乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮以L-异亮氨酸为原料合 成，但是L-异亮氨酸的成本价格很高，且之前的合成侧链均为烃基链。人工合成的2-乙酰 基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮在常温下不稳定，易发生空间结构的变换，造成剂型配 制困难，容易失去活性。
[0004] 基于以上研究，发明人在已经发明并申请了专利的链格孢菌的代谢产物细交链格 孢菌酮酸（化学名3-乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮）基础上进行了分子结构 改造，这也是目前开发新的除草剂的一个快速、有效的方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对现有技术中的存在不足，提供一种生物源化合物的分子修 饰产品及其应用，针对特定的作用靶标对已知具有除草活性的链格孢菌的代谢产物细交链 格孢菌酮酸（化学名：3_乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮）进行5位分子修饰， 引入硫原子，构成具有杀草活性的3-乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮5位含硫类 似物或其生理上相溶的盐，用于除草，杀草效果更明显。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种吡咯啉酮类的硫衍生物或其生理上相溶的盐，所述的吡咯啉酮类的硫衍生物 为3-乙酰基-4-羟基吡咯啉-2-酮类5位硫衍生物，其结构如式（I)所示：
[0008]
[0009] 其中，R= _(CH2)nSCmH2m+1，n为1~7的整数，m为0~5的整数，但不包括n= 2，m= 1 和n= 2，m= 2〇
[0010] 作为进一步优选，n=为1~5的整数，m=为0~4的整数，但不包括n= 2，m= 1 和n= 2，m=2〇
[0011]本发明中R= _(CH2)nSCmH2m+1*-CmH2m+1 包括：H，CH3, -C2H5, -CH2CH2CH3， -ch(ch3)2, -ch2ch2ch2ch3, -ch2ch(ch3)2, -ch(ch3)ch2ch3, -ch2ch2ch2ch2ch3, -ch(ch3)ch2ch2ch3, -ch2ch(ch3)ch2ch3, -ch2ch(ch3)ch2ch3,
[0012] 本发明所述的吡咯啉酮类的硫衍生物优选自：
[0013] 3-乙酰基-4-羟基-5-巯甲基-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(甲基-巯 甲基）_吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(乙基-巯甲基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰 基-4-羟基_5_(丙基-巯甲基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基_5_(丁基-巯甲基）-吡 咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-巯乙基-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(丙 基-巯乙基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5- ( 丁基-巯乙基）-吡咯啉-2-酮； 3-乙酰基-4-羟基-5-巯丙基-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(甲基-巯丙基）-吡 咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基_5_(乙基-巯丙基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟 基-5-(丙基-巯丙基）_吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-( 丁基-巯丙基）-吡咯 啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-巯丁基-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(甲基-巯 丁基）_吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(乙基-巯丁基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰 基-4-羟基-5-(丙基-巯丁基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5- (丁基-巯丁基）-吡 咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-巯戊基-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(甲 基-巯戊基）_吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(乙基-巯戊基）-吡咯啉-2-酮； 3-乙酰基-4-羟基-5-(丙基-巯戊基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5- ( 丁基-巯 戊基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(异丙基-巯甲基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰 基-4-羟基-5-(仲丁基-巯甲基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(异丁基-巯 甲基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(异丙基-巯乙基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰 基-4-羟基-5-(仲丁基-巯乙基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(异丁基-巯 乙基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(异丙基-巯丙基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰 基-4-羟基-5-(仲丁基-巯丙基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(异丁基-巯 丙基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(异丙基-巯丁基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰 基-4-羟基-5-(仲丁基-巯丁基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(异丁基-巯 丁基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(异丙基-巯戊基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰 基-4-羟基-5-(仲丁基-巯戊基）-吡咯啉-2-酮；3-乙酰基-4-羟基-5-(异丁基-巯 戊基）-吡咯啉-2-酮。
[0014] 本发明所述的吡咯啉酮类的硫衍生物的生理上相溶的盐类包括钙、镁、铜、铁、钠 和钾盐。
[0015] 本发明的另一个目的是提供所述的吡咯啉酮类的硫衍生物的制备方法，包括酯 化、乙酰化、环合3个步骤，合成路线为：
[0016]
;其中，R= - (CH2)nSCmH2m+1，n为1~7的整数，m为0~5的整数，但不包括n= 2,m= 1 和n= 2，m= 2。优选的，n=为1~5的整数，m=为0~4的整数，但不包括n= 2，m= 1和n= 2,m= 2。札选自甲基或乙基，RPH为无水甲醇或无水乙醇，RiONa为甲醇钠或乙 醇钠。
[0017] 所述的吡咯啉酮类的硫衍生物的制备方法，具体包括以下3个步骤：
[0018] 步骤1、制备含硫氨基酸甲酯或乙酯盐酸盐：将氯化亚砜，于_5°C~-15°C缓慢滴 加入到无水甲醇或乙醇中，搅拌〇. 5~1. 5小时后，再加入含硫氨基酸，室温下搅拌2. 5~ 3. 5小时后，于65°C~80°C搅拌3. 5~4. 5小时，旋转蒸发除去溶剂，将反应产物溶于乙酸 乙酯和石油醚的混合溶剂中，于〇~5°C获得结晶，得到含硫氨基酸甲酯或乙酯盐酸盐；
[0019] 其中，所述的氯化亚砜与无水甲醇或乙醇的物质的量和体积之比为0. 1~ 0? 15mol:50mL，所述的氯化亚砜与含硫氨基酸的物质的量之比为0? 1~0? 15mol:0?lmol; 所述的乙酸乙酯和石油醚的混合溶剂为乙酸乙酯和石油醚体积比1 :1的混合溶剂。
[0020] 步骤2、制备N-乙酰乙酰含硫氨基酸甲酯或乙酯：取步骤1制得的含硫氨基酸 甲酯或乙酯盐酸盐结晶溶于无水甲醇或乙醇中，先加入甲醇钠或乙醇钠中和除去盐酸，再 于-5°C~-15°C冰水浴下，滴加双乙烯酮，室温搅拌12~18小时，用HC1和NaHC03溶液各 洗涤2次，水洗至中性，MgS04干燥，抽滤，减压脱溶，得到N-乙酰乙酰含硫氨基酸甲酯或乙 醋；
[0021] 其中，所述的含硫氨基酸甲酯或乙酯盐酸盐和无水甲醇的物质的量和体积之比 为0. 1~0. 15mol:50mL，所述的含硫氨基酸甲酯或乙酯盐酸盐和甲醇钠或乙醇钠的物质 的量之比为lmol:lmol;所述的含硫氨基酸甲酯或乙酯盐酸盐和双乙烯酮的物质的量之比 为0? 1~0? 15mol:0? 15mol;所述的HC1的浓度为lmol/L，所述的NaHC03溶液的浓度为 0.5mol/L;甲醇钠采用新制甲醇钠或新制乙醇钠；当采用含硫氨基酸甲酯盐酸盐时，优选 溶于无水甲醇中，加入新制的甲醇钠中和除去盐酸；当采用含硫氨基酸乙酯盐酸盐时，优选 溶于无水乙醇中，加入新制的乙醇钠中和除去盐酸。
[0022]步骤3、取步骤2制得的N-乙酰乙酰含硫氨基酸甲酯或乙酯溶于甲醇或乙醇中，加 入甲醇钠或乙醇钠，回流2. 5~3. 5小时，减压脱溶；加水，用HC1酸化至pH2,于酸溶液中 结晶得到吡咯啉酮类的硫衍生物；
[0023] 其中，所述的N-乙酰乙酰含硫氨基酸甲酯或乙酯和甲醇物质的量和体积之比为 0. 1~0. 15mol:30mL;所述的N-乙酰乙酰含硫氨基酸甲酯或乙酯和甲醇钠的物质的量之 比为0? 1~0? 15mol:0? 95mol;所述的N-乙酰乙酰含硫氨基酸甲酯或乙酯和水的物质的量 和体积之比为〇? 1~〇? 15mol:50mL;所述的HC1的浓度为3mol/L。当采用N-乙酰乙酰含 硫氨基酸甲酯时，溶剂采用甲醇；当采用N-乙酰乙酰含硫氨基酸乙酯时，溶剂采用乙醇。 [0024]所述的含硫氨基酸的结构式如式（II)所示：
[0025]
[0026] 其中，R= _(CH2)nSCmH2m+1，n为1~7的整数，m为0~5的整数，但不包括n= 2,m= 1和n= 2,m= 2。优选的，n=为1~5的整数，m=为0~4的整数，但不包括n = 2，m= 1 和n= 2，m=2〇
[0027] 本发明所述的含硫氨基酸具体包括：L_半胱氨酸、2-氨基-3_(甲基-巯甲基）丙 酸、氨基-3_(乙基-疏甲基）丙酸、2-氨基_3_ (丙基-疏甲基）丙酸、2-氨基_3_ ( 丁 基-巯甲基）丙酸、2-氨基_3_(巯乙基）丙酸、2-氨基_3_(丙基-巯乙基）丙酸、2-氨 基_3_( 丁基-巯乙基）丙酸、2-氨基_3_(巯丙基）丙酸、2-氨基_3_(甲基-巯丙基）丙 酸、氨基-3_(乙基-疏丙基）丙酸、2-氨基_3_ (丙基-疏丙基）丙酸、2-氨基_3_ ( 丁 基-巯丙基）丙酸、2-氨基_3_(巯丁基）丙酸、2-氨基_3_(甲基-巯丁基）丙酸、2-氨 基-3-(乙基-巯丁基）丙酸、2-氨基-3-(丙基-巯丁基）丙酸、2-氨基-3-( 丁基-巯丁 基）丙酸、2-氨基-3-(疏戊基）丙酸、2-氨基-3-(甲基-疏戊基）丙酸、2-氨基-3-(乙 基-巯戊基）丙酸、2-氨基_3_(丙基-巯戊基）丙酸、2-氨基_3_( 丁基-巯戊基）丙酸、 2-氨基-3_(异丙基-疏甲基）丙酸、2-氨基_3_(仲丁基-疏甲基）丙酸、2-氨基_3_(异 丁基-巯甲基）丙酸、2-氨基_3_(异丙基-巯乙基）丙酸、2-氨基_3_(仲丁基-巯乙 基）丙酸、2-氨基_3_(异丁基-疏乙基）丙酸、2-氨基_3_(异丙基-疏丙基）丙酸、2-氨 基_3_(仲丁基-疏丙基）丙酸、2-氨基_3_(异丁基-疏丙基）丙酸、2-氨基_3_(异丙 基-巯丁基）丙酸、2-氨基_3_(仲丁基-巯丁基）丙酸、2-氨基_3_(异丁基-巯丁基） 丙酸、2-氨基-3-(异丙基-疏戊基）丙酸、2-氨基-3-(仲丁基-疏戊基）丙酸、2-氨 基-3-(异丁基-巯戊基）丙酸。
[0028] 本发明的另一个目的是提供所述的吡咯啉酮类的硫衍生物或其生理上相溶的盐 类在防除杂草上的应用，优选在防除阔叶杂草、禾本科杂草和莎草科杂草上的应用，进一步 优选在防除3叶期的阔叶杂草、禾本科杂草和莎草科杂草上的应用。
[0029] 上述的除草活性物质吡咯啉酮类的硫衍生物或其生理上相溶的盐类能够防除的 杂草的主要种类：包括阔叶杂草如反枝苋、水花生、刺苋、锦葵、苘麻、酸模叶寥、羊蹄、扛板 归、水寥、齿果酸模、铁苋菜、潷草、白苏、鼬瓣花、宝盖草、荠苧、婆婆纳、波斯婆婆纳、鸭跖 草、火柴头、打碗花、马蹄筋、牵牛、稻槎菜、苍耳、小飞蓬、鳢肠、苦苣菜、马兰、黄鹌菜、续断 菊、刺儿菜、一年蓬、豚草、天明精、紫茎泽兰、三叶草、蛇莓、乌敛莓、爬山虎、小藜、酢浆草、 车前、鸭舌草、泽漆、繁缕、牛繁缕、麦瓶草、麦蓝菜、播娘蒿、荠菜、遏蓝菜、碎米荠、猪殃殃、 麦仁珠，禾本科杂草如马唐、牛筋草、稗草、千金子、狗尾草、大狗尾、早熟禾、野燕麦、看麦 娘、日本看麦娘、茼草、硬草、棒头草，莎草科杂草如碎米莎草、异型莎草、水虱草等，表明本 发明所述的吡咯啉酮类的硫衍生物或其生理上相溶的盐类具有广谱性。
[0030] 本发明所述的吡咯啉酮类的硫衍生物或其生理上相溶的盐类对杂草的植物毒性 特征为：对杂草幼苗作茎叶处理时，处理24小时后引起杂草明显的受害症状，接触药液处 的茎和叶萎蔫、干枯，直至全株死亡。对成长植株，可以引起茎、叶出现褐色病斑，并坏死；在 强光照的条件下，杀草效果更明显。
[0031] 杀草方法步骤是：配制成0.5_2mg/ml浓度的药液，在杂草3叶期左右，用 0. 5-lmg/ml浓度的药液直接喷雾药液到杂草茎叶上，随杂草的株龄增大，增加使用浓度，直 至用2mg/ml高浓度的药液。这一系列化合物杀草