本发明涉及一种1,3,4-噻二唑硫醚衍生物即5-(4-(1,3-二甲基-1H-吡唑))-1,3,4-噻二唑-2-硫醚类衍生物在制备除草剂中的应用。
背景技术：
在过去几十年，杂环化合物拥有广泛和多样的生物活性，特别是1,3,4-噻二唑和吡唑化合物。1,3,4-噻二唑和吡唑是两类含氮或硫的五元杂环化合物。许多文献都报道了1,3,4-噻二唑化合物表现出广泛的生物活性，包括抗结核活性，抗肿瘤活性，杀菌活性，抗炎活性，抗氧化活性，抑制胆碱酯酶活性，杀虫活性等。此外，杂环硫酮类衍生物也展现出优秀的生物活性，比如杀菌活性，除草活性，抗肿瘤活性等。特别地，1,3,4-噻二唑硫酮结构在发明药物方面是一种非常重要的药效结构。另一方面，吡唑环存在于许多合成药物或杀虫剂中。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述问题，本发明目的是提供一种1,3,4-噻二唑硫醚衍生物即5-(4-(1,3-二甲基-1H-吡唑))-1,3,4-噻二唑-2-硫醚类衍生物在制备除草剂中的应用。
所述的一种1,3,4-噻二唑硫醚衍生物在制备除草剂中的应用，其特征在于1,3,4-噻二唑硫醚衍生物的结构通式如式(I)所示：
式(I)中：R为C1～C14烷基、苯基或取代苯基，所述取代苯基的取代基为卤素、甲氧基、氰基或C1～C9烷基。
所述的应用，其特征在于所述的R为下列之一：苯基、对氯苯基、对溴苯基、2-氯苯基、2-氟苯基、3-氯苯基、2,4-二氯苯基、6-氯-3-氯甲基吡啶、2-氯-5-氯甲基噻唑、3,4-二氯苯基、3-氯丙烯、氯乙腈、2,4-二氯苯基、对氰基苯基或对叔丁基苯基。
所述的应用，其特征在于R为苯基或对叔丁基苯基。
所述的应用，其特征在于除草剂在防治小麦(Triticum aestivum)、高粱(Sorghum bicolor)、稗草(Echinochloa crusgalli)、黄瓜(Cucumis sativus)、芸苔(Brassica campestris)、萝卜(Raphanus sativus)的应用。
所述的应用，其特征在于除草剂应用于防治小麦、高粱、稗草、黄瓜、芸苔、萝卜。
所述的应用，其特征在于R为苯基或对叔丁基苯基，应用于抑制小麦、高粱、稗草、黄瓜、芸苔、萝卜的根茎生长。
所述的应用，其特征在于R为苯基、对溴苯基、氰基或对叔丁基苯基，应用于抑制芸苔和萝卜的生长。
所述的应用，其特征在于1,3,4-噻二唑硫醚衍生物在除草剂中的浓度为100ppm。
所述的1,3,4-噻二唑硫醚衍生物的制备方法，其特征在于包括如 下步骤：
1)将乙酰乙酸乙酯、原甲酸三乙酯和乙酸酐加入到三口瓶中，加热到115-125℃反应9-11h，反应完毕后旋蒸掉溶剂得棕色液体，将棕色液体加入到有机溶剂A中，然后在冰浴条件下将甲基肼滴加到上述溶液中，再在室温下搅拌反应2.5-3.5h，反应完毕后，旋掉溶剂得白色固体如式(Ⅱ)所示的1,3-二甲基-1H-吡唑-4甲酸乙酯；
2)将步骤1)得到的式(Ⅱ)所示的1,3-二甲基-1H-吡唑-4甲酸乙酯溶于有机溶剂B中，加入80％的水合肼，加热回流反应7.5-8.5h，反应完毕后旋蒸掉溶剂，冷却析出白色固体如(Ⅲ)所示的1,3-二甲基-1H-吡唑-4甲酰肼；
3)将步骤2)得到的如式(Ⅲ)所示的1,3-二甲基-1H-吡唑-4甲酰肼和无机碱A加入到有机溶剂C中搅拌30min，然后逐滴加入CS2，再室温下搅拌反应15-18h，过滤得如(Ⅳ)所示的2-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-羰基)酰肼-1-二硫代钾；
4)将步骤3)得到的式(Ⅳ)所示的2-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-羰基)酰肼-1-二硫代钾加入到98％的浓硫酸中，室温下搅拌反应4-6h，然后将混合液倒入碎冰中，析出沉淀，过滤，水洗，干燥，乙醇重结晶得白色固体如式(Ⅴ)所示的5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑-2-硫醇；
5)将有机溶剂D、步骤4)得到的式(Ⅴ)所示的5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑-2-硫醇、RCH2Cl和无机碱B混合，微波辅助反应，反应结束后冷却到50℃以下，然后将混合液倒入碎冰 中，析出固体，过滤得目标化合物1,3,4-噻二唑硫醚衍生物；
所述的1,3,4-噻二唑硫醚衍生物的制备方法，其特征在于步骤1)中所述有机溶剂A为甲醇、乙醇、二氯甲烷、四氢呋喃、DMF中的一种或多种，优选乙醇；所述乙酰乙酸乙酯、原甲酸三乙酯和乙酸酐的物质的量之比为1:1～5:1～5；优选1:2:2.5。
所述的1,3,4-噻二唑硫醚衍生物的制备方法，其特征在于步骤2)中所述水合肼水的用量以水合肼的物质的量计，所述1,3-二甲基-1H-吡唑-4甲酸乙酯和水合肼的物质的量之比为1:1～10，优选为1:9；所述有机溶剂B为甲醇、乙醇、二氯甲烷、四氢呋喃、DMF中的一种或多种，优选乙醇。
所述的1,3,4-噻二唑硫醚衍生物的制备方法，其特征在于步骤3)中所述无机碱A为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸钾中的一种或多种，优选氢氧化钾；有机溶剂C为甲醇、乙醇、二氯甲烷、四氢呋喃、DMF中的一种或多种，优选乙醇；所述1,3-二甲基-1H-吡唑-4甲酰肼、无机碱A和CS2的物质的量之比为1:1～2:1～2；优选为1:1.2:1。
所述的1,3,4-噻二唑硫醚衍生物的制备方法，其特征在于步骤4)中硫酸的体积用量以如式(Ⅳ)所示的2-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-羰基)酰肼-1-二硫代钾的物质的量记为0.1～1mmol/ml，优选为0.2mmol/ml。
所述的1,3,4-噻二唑硫醚衍生物的制备方法，其特征在于步骤5)中所述有机溶剂D为甲醇、乙醇、二氯甲烷、四氢呋喃、DMF中的一种或多种，优选为DMF；有机溶剂D的用量以5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑-2-硫醇的物质的量计为0.1～1mmol/ml，优选为0.2mmol/ml；所述无机碱B为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸钾中的一种或多种，优选为氢氧化钠；所述5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑-2-硫醇、RCH2Cl和无机碱B的物质的量之比为1:1～2:1～2，优选为1:1.1:1.2；微波辅助条件为：150W、90℃、200psi下微波照射15分钟。
其反应过程如下：
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：本发明提供了一种5-(4-(1,3-二甲基-1H-吡唑))-1,3,4-噻二唑-2-硫醚衍生物在制备除草剂中的应用，本发明所述化合物在100μg/mL浓度下化合物(I-1)和(I-14)对小麦(Triticum aestivum)、高粱(Sorghum bicolor)、稗草 (Echinochloa crusgalli)、黄瓜(Cucumis sativus)、油菜(Brassica campestris)、萝卜(Raphanus sativus)都有较好的活性；本发明所述化合物为具有除草活性的新化合物，为新农药的研发提供了基础。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
(1)1,3-二甲基-1H-吡唑-4甲酸乙酯式(Ⅱ)的合成
将乙酰乙酸乙酯(1mol)、原甲酸三乙酯(2mol)和乙酸酐(2.5mol)加入到三口瓶中，加热到120℃反应10h，反应完毕后旋蒸掉溶剂得棕色液体。将棕色液体加入到乙醇(550ml)中，然后在冰浴条件下将甲基肼(1.5mol)滴加到上述溶液中，再在室温下搅拌反应3h，反应完毕后，旋掉溶剂得白色固体(Ⅱ)1,3-二甲基-1H-吡唑-4甲酸乙酯86.1g，收率51.2％。
(2)将上述(Ⅱ)1,3-二甲基-1H-吡唑-4甲酸乙酯(10mmol)溶于乙醇(10ml)中，加入80％的水合肼(90mmol)，加热回流反应8h，反应完毕后旋蒸掉溶剂，冷却析出白色固体(Ⅲ)1,3-二甲基-1H-吡唑-4甲酰肼1.42g，收率92.1％。
(3)将上述(Ⅲ)1,3-二甲基-1H-吡唑-4甲酰肼(65mmol)和KOH(78mmol)加入到乙醇(250ml)中搅拌30min，然后逐滴加入CS2(65mmol)，再室温下搅拌反应16h，过滤得(Ⅳ)2-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-羰基)酰肼-1-二硫代钾1.8g，收率67.7％。
(4)将上述制得的(Ⅳ)2-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-羰基)酰肼-1-二硫代钾(11.8mmol)加入到98％H2SO4(60ml)中，室温下搅拌反应5h，然后将混合液倒入碎冰中，析出沉淀，过滤，水洗，干燥，乙醇重结晶得白色固体(Ⅴ)5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑-2-硫醇，收率43％。
(5)将DMF(5ML)、5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑-2-硫醇(1mmol)、氯苄(1.1mmol)和NaOH(1.2mmol)混合加入到10ml的额定压力瓶中，微波辅助反应(150W，90℃，200psi，15min)，反应结束后冷却到50℃以下，然后将混合液倒入碎冰中，析出固体，过滤得目标化合物(I-1)所示2-(苄硫基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑，收率77.3％。
2-(苄硫基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.106-108℃,yield 77.3％，1H NMR(500MHz,CDCl3)ppm 7.82(s,1H,pyrazole H),7.46(d,J＝7.14Hz,2H,Ar-H),7.38-7.30(m,3H,Ar-H),4.50(s,2H,-CH2-),3.91(s,3H,N-CH3),2.53(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:303(M+1)+.
实施例2
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的2-氯氯苄，其他操作同实施例1，获得2-((2-氯苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-2)，产率59.5％。
2-((2-氯苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.105-106℃，yield 59.5％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.83(s,1H,pyrazole H),7.60(d,J＝6.50Hz,1H,Ar-H),7.41(d,J＝6.92Hz,1H,Ar-H),7.30-7.25(m,1H,Ar-H),4.72(s,2H,-CH2-),3.90(s,3H,N-CH3),2.50(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:338(M+1)+.
实施例3
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的4-氯氯苄，其他操作同实施例1，获得2-((4-氯苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-3)，产率75.4％。
2-((4-氯苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.82-84℃，yield 75.4％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.83(s,1H,pyrazole H),7.40(d,J＝7.42Hz,2H,Ar-H),7.31-7.29(m,2H,Ar-H),4.55(s,2H,-CH2-),3.91(s,3H,N-CH3),2.50(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:338(M+1)+.
实施例4
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的4-腈基氯苄，其他操作同实施例1，获得2-((4-腈基苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-4)，产率75.4％。
2-((4-腈基苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.46-147℃，yield 75.4％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.83(s,1H,pyrazole H),7.64-7.58(m,4H,Ar-H),4.60(s,2H,-CH2-),3.90(s,3H,N-CH3),2.49(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:328(M+1)+.
实施例5
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的2-氟氯苄，其他操作同实施例1，获得2-((2-氟苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-5)，产率87.5％。
2-((2-氟苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.107-109℃，yield 87.5％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.84(s,1H,pyrazole H),7.53(t,J＝7.50,7.50Hz,Ar-H),7.34-7.25(m,1H,Ar-H),7.10(dd,J＝16.96,8.61Hz,2H,Ar-H),4.63(s,2H,-CH2-),3.91(s,3H,N-CH3),2.51(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:321(M+1)+.
实施例6
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的2,4-二氯氯苄，其他操作同实施例1，获得2-((2,4-二氯苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-6)，产率73.9％。
2-((2,4-二氯苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.100-101℃，yield 73.9％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.82(s,1H,pyrazole H),7.56(d,J＝8.28Hz,1H,Ar-H),7.41(s,1H,Ar-H),7.19(d,J＝8.14Hz,1H,Ar-H),4.65(s,2H,-CH2-),3.89(s,3H,N-CH3),2.48(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:372(M+1)+.
实施例7
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的3-氯氯苄，其他操作同实施例1，获得2-((3-氯苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-7)，产率81.3％。
2-((3-氯苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.94-96℃，yield 81.3％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.83(s,1H,pyrazole H),7.46(s,1H,Ar-H),7.38-7.31(m,1H,Ar-H),7.30-7.23(m,2H,Ar-H),4.56(s,2H,-CH2-),3.91(s,3H,N-CH3),2.50(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:338(M+1)+.
实施例8
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的3,4-二氯氯苄，其他操作同实施例1，获得2-((3,4-二氯苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-8)，产率81.1％。
2-((3,4-二氯苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.108-111℃，yield 81.1％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.84(s,1H,pyrazole H),7.57(s,1H,Ar-H),7.41(d,J＝8.26Hz,1H,Ar-H),7.33(d,J＝8.12Hz,1H,Ar-H),4.53(s,2H,-CH2-),3.92(s,3H,N-CH3),2.51(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:372(M+1)+.
实施例9
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的4-溴氯苄，其他操作同实施例1，获得2-((4-溴苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-9)，产率84.2％。
2-((4-溴苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.98-99℃，yield 84.2％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.72(s,1H,pyrazole H),7.36(d,J＝7.05Hz,2H,Ar-H),7.23(d,J＝7.18Hz,2H,Ar-H),4.42(s,2H,-CH2-),3.80(s,3H,N-CH3),2.39(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:382(M+1)+.
实施例10
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的2-氯-5-氯甲基噻唑，其他操作同实施例1，获得2-(((2-氯噻唑-5-基)甲基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-10)，产率38.9％。
2-(((2-氯噻唑-5-基)甲基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.155-156℃，yield 38.9％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.87(s,1H,pyrazole H),7.53(s,1H,Thiazole-H),4.72(s,2H,-CH2-),3.93(s,3H,N-CH3),2.52(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:345(M+1)+.
实施例11
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的氯乙腈，其他操作同实施例1，获得2-((5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑-2-基)巯基)乙腈(I-11)，产率18.6％。
2-((5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑-2-基)巯基)乙腈m.p.162-164℃，yeild 18.6％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.83(s,1H,pyrazole H)4.14(s,2H,-CH2-),3.88(s,3H,N-CH3),2.48(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:252(M+1)+.
实施例12
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的6-氯-3-氯甲基吡啶，其他操作同实施例1，获得2-(((6-氯吡啶-3-基)甲基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-12)，产率39.6％。
2-(((6-氯吡啶-3-基)甲基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.110-112℃，yield 39.6％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 8.46(s,1H,Py-H),7.82(s,2H,pyrazole H and Py-H),7.29(d,J＝12.23Hz,1H,Py-H),4.54(s,2H,-CH2-),3.90(s,3H,N-CH3),2.48(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:339(M+1)+.
实施例13
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的3-氯丙烯，其他操作同实施例1，获得2-(丙烯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑(I-13)，产率34.4％。
2-(丙烯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.197-200℃，yield 34.4％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.85(s,1H,pyrazole H),6.10-5.99(m,1H,-CH＝),5.38(d,J＝17.01Hz,1H,＝CH2),5.23(d,J＝9.90Hz,1H,＝CH2),3.99(d,J＝6.89Hz,2H,-CH2-),3.92(s,3H,N-CH3),2.52(s,3H,pyrazole CH3)；MS(ESI),m/z:253(M+1)+.
实施例14
将实施例1步骤(5)中氯苄换成1.1mol的4-叔丁基氯苄，其他操作同实施例1，获得2-((4-叔丁基苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑 -4-基)-1,3,4-噻二唑(I-14)，产率41.0％。
2-((4-叔丁基苄基)巯基)-5-(1,3-二甲基-1H-吡唑-4-基)-1,3,4-噻二唑m.p.104-108℃，yield 41.0％，1H NMR(400MHz,CDCl3)ppm 7.84(s,1H,pyrazole H),7.38(s,4H,Ar-H),4.58(s,2H,-CH2-),3.91(s,3H,N-CH3),2.50(s,3H,pyrazole CH3),1.33(s,9H,-C(CH3)3)；MS(ESI),m/z:359(M+1)+.
实施例15除草活性测试
试验对象：小麦(Triticum aestivum)、高粱(Sorghum bicolor)、稗草(Echinochloa crusgalli)、黄瓜(Cucumis sativus)、油菜(Brassica campestris)、萝卜(Raphanus sativus)。
药剂准备：取实施例1-14制备的(I-1)-(I-14)化合物各5mg，加0.5ml丙酮溶解后再加0.05ml 10％土温80，最后加50ml水充分溶解，获得100ppm样品药剂。因100ppm为100mg/L所以加水量＝5mg*1000/100mg＝50ml，因有机溶剂最终含量≤1％所以加丙酮的量＝50ml*1％＝0.5ml(溶解)，因吐温最终含量为0.1％所以50ml水里应有吐温0.05ml，即：应加10％吐温0.05ml。
实验方法：用分析天平(0.0001g)称取一定质量的原药，加入含1％吐温-80乳化剂的DMF进行溶解，配制成1.0％-5.0％母液，然后用蒸馏水稀释备用。
培养皿法(普筛)：供试靶标为萝卜、黄瓜、油菜、小麦、高粱和 稗草，其中小麦、高粱和萝卜种子预先进行催芽，取均匀一致的露白种子进行试验，将上述靶标放入铺双层滤纸的内径9cm培养皿，加入浓度100mg/L的各新化合物溶液9ml；浸药均匀后分别编号标记，置于人工气候箱中培养，设置温度28℃；光照3000Lux，光照时间为16h光照，8h黑暗，RH 75％，7天后观察结果。
除草活性测试结果如表1所示。
表1 100ppm下各化合物的除草活性(％防效)
从表中可以看出所有吡唑衍生物对双子叶植物都有很好的活性，例如黄瓜、芸苔和萝卜。相反地，除了(I-1)和(I-14)，这些化合物对单子叶植物都没有活性。在这些化合物中，(I-1)、(I-9)、(I-13)和(I-14)对芸苔和萝卜都分别有超过80％的抑制率。化合物(I-1)和(I-14)对小麦(Triticum aestivum)、高粱(Sorghum bicolor)、稗草(Echinochloa crusgalli)、黄瓜(Cucumis sativus)、芸苔(Brassica campestris)、萝卜(Raphanus sativus)的根茎都有很好的活性。