N-取代-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺化合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于农用化学品领域，具体涉及N-取代-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺类化合物的合成和作为杀菌剂和除草剂的应用。
背景技术
磺酰胺类化合物是人类发现的第一个对细菌有选择作用的药物，其可以被系统地应用于细菌感染而引起的各种问题。磺胺类化合物在医药和农药上具有广泛的生物活性，如：杀菌、除草、杀虫、抗癌、抗糖尿病等。近年来对磺酰胺类化合物的研究比较多，先后开发出了磺菌胺(Flusulfamide)、甲磺菌胺(Tolnifanide)等高效低毒的杀菌剂。而目前为止，最有成就的当属磺酰胺类除草剂，该类除草剂为乙酰乳酸合成酶(ALS)抑制剂，目前被成功开发并在世界范围内得到广泛应用的上市品种包括磺草唑胺(metosulam)、唑嘧磺草胺(flumetsulam)、啶磺草胺(pyroxsulam)、氯酯磺草胺(cloransulam-methyl)、双氯磺草胺(diclosulam)、双氟磺草胺(florasulam)等主要品种。在杀菌剂领域，磺酰胺类的产品并不多见，目前市场上应用比较广泛的仅有氰霜唑(Cyazofamid)。2-氧代环十二烷基磺酰胺对多种植物病原菌均有较好的抑制活性，以此为先导，对2-氧代环烷基磺酰胺类化合物进行了深入研究，并开发出了候选杀菌剂品种环己磺菌胺(Chesulfamide)，用于防治番茄灰霉病(Botrytis cinerea)及黄瓜叶斑病(Corynesporacassiicola)。
三唑酮(A)(Triadimefon)，是一种高效、持效期长、内吸性强的三唑类杀菌剂。对锈病和白粉病具有预防、铲除、治疗等作用。对多种作物的病害如玉米圆斑病、麦类云纹病、小麦叶枯病、凤梨黑腐病、玉米丝黑穗病等均有效。三唑酮的杀菌机制原理较为复杂，主要是抑制菌体麦角甾醇的生物合成，进而抑制或干扰菌体附着胞及吸器的发育，菌丝的生长和孢子的形成(郭振飞等，1989)。其结构中含有频呐酮(B)，频呐酮其化学名是3,3-二甲基丁酮，是一种重要农药合成中间体，用于生产农药杀菌剂苄氯三唑醇(C)、三唑酮(A)、三唑醇(D)、烯唑醇(E)等；以及植物生长调节剂多效唑(F)、烯效唑(G)、抑芽唑(H)、甲基抑霉唑等。也用于生产除草剂及医药产品。
发明内容
本发明在上述研究的基础上，合成得到新的N-取代-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺系列化合物，经生物活性测定结果表明所合成的化合物具有良好的杀菌活性和除草活性。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种N-取代-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺系列化合物，具有如下通式(1)所示的结构；
其中：R选自H、烷基、苯基、苯乙基的任意一种。
更优选地，R选自以下基团中的任意一种：
2-F-C6H4-、3-F-C6H4-、4-F-C6H4-、2-Cl-C6H4-、3-Cl-C6H4-、4-Cl-C6H4-、2-Br-C6H4-、3-Br-C6H4-、4-Br-C6H4-、2-OCH3-C6H4-、2-CF3-C6H4-、3-CF3-C6H4-、4-OCF3-C6H4-、4-Cl-2-F-C6H3-、4-Br-2-F-C6H3-、5-CF3-2-F-C6H3-、4-Br-3-F-C6H3-、2-CF3-4-Cl-C6H3-、5-CF3-2-Cl-C6H3-、4-Br-2-NO2-C6H3-、3-Br-4-F-C6H3-、4-Br-3-CH3-C6H3-、2,4,5-F3-C6H2-、2,4,5-Cl3-C6H2-、2,4,6-Br3-C6H2-、2,2,2-F3-C6H2-、CH3(CH2)3-、CH3(CH2)4-、CH3(CH2)5-、C6H5-CH2CH2-、4-NO2-C6H4-CH2CH2-、4-CH3-C6H4-CH2CH2-、4-OCH3-C6H4-CH2CH2-、3-OCH3-C6H4-CH2CH2-、3,4-(OCH3)2-C6H3-CH2CH2-、4-F-C6H4-CH2CH2-、3-F-C6H4-CH2CH2-、2-F-C6H4-CH2CH2-、3-Br-C6H4-CH2CH2-、2-Br-C6H4-CH2-、2-F-C6H4-CH2-、4-F-C6H4-CH2-、4-Cl-C6H4-CH2-、4-CN-C6H4-CH2-、3-CF3-C6H4-CH2-、2,5-二甲氧基-C6H4-CH2-。
本发明另一方面提供的N-取代-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺的制备方法，所述合成路线为：
具体合成方法为：
(1)3,3-二甲基-2-丁酮、三氧化硫·二氧六环加合物、无水碳酸钾为原料，1,2-二氯乙烷为溶剂，在一定条件下制备得到3,3-二甲基-2-氧代丁磺酸钾盐；
(2)在室温下将3,3-二甲基-2-氧代丁磺酸钾盐、无水二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、草酰氯反应生成3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰氯的二氯甲烷溶液，滴加到不同的取代胺、三乙胺、二氯甲烷混合物中，得到通式(1)化合物N-取代-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺。
本发明再一方面提供一种上述N-取代-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺化合物的应用，用作农业杀菌剂。
优选地，对油菜菌核、番茄灰霉、水稻纹枯、水稻稻瘟、禾谷镰刀、辣椒疫霉病原菌真菌、卵菌有抑制作用，用于其病害的防治。
优选地，对柑橘溃疡、金黄色葡萄球菌、白菜软腐、瓜类果斑、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、绿假单胞菌病原细菌有抑制作用，用于其病害的防治。
本发明还提供了上述N-取代-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺化合物的另一个应用，用作农业除草剂。
优选地，对单子叶杂草马唐、稗草和双子叶杂草苘麻、反枝苋的生长有抑制作用，用于其的防治。
本发明的有益效果为：
本发明提供的N-取代-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺化合物对柑橘溃疡、金黄色葡萄球菌、白菜软腐、瓜类果斑、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、绿脓假单胞菌等病原细菌有抑制作用，用于其病害的防治。
本发明提供的N-取代-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺化合物对单子叶杂草马唐、稗草和双子叶杂草苘麻、反枝苋的的生长有抑制作用，用于其的防治。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
以下各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所涉及试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1
式(1)所示的N-取代-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺的制备，以化合物Ⅰ-1为例，具体制备工艺流程如下所示：
具体制备过程为：连接合成反应实验装置，前期通入氮气以赶走反应瓶中的空气，保持氮气通入，向反应装置中通入氮气约5min后，室温下，将干燥的1,2二氯乙烷200mL、25g(0.114mol)3,3-二甲基-2氧代-丁磺酸钾、0.6mL的DMF加入1000mL圆底烧瓶中，搅拌均匀，使原料充分混合均匀后，缓慢滴加10.6mL(0.115mol)草酰氯，在室温下搅拌反应3h；抽滤混合液，将滤液缓慢滴加到已用冰水浴降温的由7.73mL(0.08mol)2-氟苯胺、20.8mL(0.15mol)三乙胺，以及110mL干燥的二氯甲烷组成的反应液中，滴加过程中反应温度控制在0～5℃；滴加完毕，自然升温，反应3h，此时反应液为橙色透明溶液，TLC监测[V(石油醚)：V(乙酸乙酯)＝4：1]反应进程，结果显示反应液中无原料时停止反应，进行后处理操作。
将反应液先后用75mL、3mol/L盐酸，50mL饱和碳酸氢钠，50mL蒸馏水洗涤三次；洗过的反应液用无水Na2SO4干燥3小时，抽滤，滤液用旋转蒸发仪蒸干得粗产物；用丙酮+石油醚重结晶得白色固体。
上述取代胺的取代基分别由3-F-C6H4-、4-F-C6H4-、2-Cl-C6H4-、3-Cl-C6H4-、4-Cl-C6H4-、2-Br-C6H4-、3-Br-C6H4-、4-Br-C6H4-、2-OCH3-C6H4-、2-CF3-C6H4-、3-CF3-C6H4-、4-OCF3-C6H4-、4-Cl-2-F-C6H3-、4-Br-2-F-C6H3-、5-CF3-2-F-C6H3-、4-Br-3-F-C6H3-、2-CF3-4-Cl-C6H3-、5-CF3-2-Cl-C6H3-、4-Br-2-NO2-C6H3-、3-Br-4-F-C6H3-、4-Br-3-CH3-C6H3-、2,4,5-F3-C6H2-、2,4,5-Cl3-C6H2-、2,4,6-Br3-C6H2-、2,2,2-F3-C6H2-、CH3(CH2)3-、CH3(CH2)4-、CH3(CH2)5-、C6H5-CH2CH2-、4-NO2-C6H4-CH2CH2-、4-CH3-C6H4-CH2CH2-、4-OCH3-C6H4-CH2CH2-、3-OCH3-C6H4-CH2CH2-、3,4-(OCH3)2-C6H3-CH2CH2-、4-F-C6H4-CH2CH2-、3-F-C6H4-CH2CH2-、2-F-C6H4-CH2CH2-、3-Br-C6H4-CH2CH2-、2-Br-C6H4-CH2-、2-F-C6H4-CH2-、4-F-C6H4-CH2-、4-Cl-C6H4-CH2-、4-CN-C6H4-CH2-、3-CF3-C6H4-CH2-、2,5-二甲氧基-C6H4-CH2-取代，合成化合物Ⅰ-2～Ⅰ-31。
实施例1制备得到的化合物I-1～I-47的理化数据如下表1所示；它们的1H NMR和MS数据如表1所示。
表1化合物I-1～I-47的理化数据
表2化合物I-1～I-47的1H NMR和MS数据
实施例2
下面就以本发明提供的化合物为例，对这些化合物的杀菌活性进行具体验证。
(一)化合物I-1～I-47对多种植物病原菌的杀菌活性测定
采用菌丝生长速率法测定化合物对多种植物病原菌的杀菌活性，具体方法如下：
将样品化合物分别称重后用丙酮溶解，定容制备成浓度为5000μg/mL试验用试剂，放低温冷藏箱里面，供活性测定使用；无菌状态下，取0.33mL的浓度为5000μg/mL的药剂与33mL融化(60±5℃)的PDA培养基混合均匀，制成浓度为50μg/mL的含毒培养基33mL，然后均匀的将33mL的含毒培养基均匀的倒入3个直径为9cm的培养皿中，每皿11mL；采用啶酰菌胺、多菌灵腐霉利、异菌脲作为对照药剂，设置丙酮溶剂为空白对照，普筛浓度为50μg/mL，待皿中含毒培养基冷凝后，分别接入培养好的直径为0.5cm的病原菌菌块，置于26℃培养箱中培养；待其空白对照中的菌落充分生长后，以十字交叉法测量各处理的菌落直径，取其平均值；以校正后的空白对照和处理的菌落平均直径计算抑制率，采用菌丝生长速率法测定各化合物对核盘菌的抑制活性。经接种培养后，测量菌落直径，按计算式计算抑制率，并计算相应化合物的EC50值，每种化合物和对照药剂均设3次重复。经计算，化合物I-1～I-47对多种植物病原菌的杀菌活性如下表3所示。
表3化合物I-1～I-47对多种植物病原菌的杀菌活性
注：“-”表示化合物对该病原菌没有抑制活性，“/”代表未进行此项试验。
由表3可以看出，本系列化合物对多种植物病原真菌、卵菌均有一定的杀菌效果，表现出广谱性。但不同化合物对于同一植物病原菌的表现出的活性效果差别较大，总体来说N-(2-(三氟甲基)-4氯苯基)-3,3-二甲基-2氧代丁磺酰胺和N-苯乙基-3,3-二甲基-2氧代丁磺酰胺(即I-18和I-25)表现出的杀菌效果较好。I-18、I-25的杀菌活性在番茄灰霉和核盘上的效果与啶酰菌胺相当。稍弱于多菌灵、腐霉利与异菌脲。I-25对番茄灰霉菌的抑制率达到了93.35％，本系列对核盘菌防效达80％以上的共有12个化合物，其中防效90％以上的有5个，分别是I-16、I-17、I-18、I-19、I-25。本系列化合物对水稻稻瘟病菌、禾谷镰刀菌、水稻纹枯病菌以及辣椒疫霉病菌没有表现出优异的活性。本试验证明了本系列化合物的广谱杀菌活性，但作为广谱杀菌剂仍有提升活性的必要。
(二)化合物I-1～I-47对核盘病菌的杀菌活性测定
采用菌丝生长速率法测定化合物对核盘病菌的杀菌活性，具体方法如下：
将样品化合物分别称重后用丙酮溶解，定容制备成浓度为5000μg/mL试验用试剂，然后采用成倍稀释的方法，分别配置浓度为5000、1250、312.5、78.125、19.5μg/mL的药液，放低温冷藏箱里面，供活性测定使用；无菌状态下，取330μL浓度为5000μg/mL的药剂与33mL融化(60±5℃)的PDA培养基混合均匀，制成浓度为50μg/mL的含毒培养基33mL，然后均匀的将33mL的含毒培养基均匀的倒入3个直径为9cm的培养皿中，每皿11mL；依次类推，配制浓度为50、12.5、3.125、0.78125、0.195μg/mL共五个梯度的含毒培养基。
采用多菌灵、啶酰菌胺、腐霉利以及异菌脲为对照药剂，设置丙酮溶剂为空白对照，普筛浓度为50μg/mL，梯度浓度为50、12.5、3.125、0.78、0.195μg/mL；待皿中含毒培养基冷凝后，分别接入培养好的直径为0.5cm的病原菌菌块；置于26℃培养箱中培养，待其空白对照中的菌落充分生长后，以十字交叉法测量各处理的菌落直径，取其平均值。以校正后的空白对照和处理的菌落平均直径计算抑制率，采用菌丝生长速率法测定各化合物对灰霉病菌的抑制活性。
经接种培养后，测量菌落直径，按下式计算抑制率，并计算相应化合物的EC50值，每种化合物和对照药剂均设3次重复。
表4化合物对核盘病菌的毒力
由表4可以看出，本系列化合物的活性表现较好，其中5个化合物的EC50值低于对照药剂啶酰菌胺(0.46μg/mL)、多菌灵(1.10μg/mL)和异菌脲(1.39μg/mL)。化合物I-8、I-17、I-18、I-19、I-24对核盘病菌的活性表现特别优异，其EC50值低于1.0μg/mL，分别为0.27、0.31、0.35、＜0.2和0.97μg/mL。本次试验再次证明了本系列化合物的优异杀菌活性。
(三)化合物I-1～I-47对多种植物病原菌的杀细菌活性测定
通过96孔细胞培养板法(比浊法)测定目标化合物对7种细菌的杀菌活性。首先要活化菌株，将在超低温(-80℃)环境下的保存在25％灭菌甘油中细菌，采用划线法在LB平板培养基进行活化，放置在黑暗环境中，温度控制在28℃下培养3d，等待产生单菌落，将其转入100mL的LB液体培养基中，密封后放入振荡摇床，控制温度在28℃，转速为180r/min条件下振荡培养48-72h(不同细菌培养时间不同)，使活化的菌种进入稳定生长期，即可进行下一步试验。
取10mL进入稳定生长期的细菌菌液加入至100mL的LB液体培养基中，摇晃，使其混合均匀；使用多通道移液器，按照每孔196μL的细菌菌液量加入到96孔板里中。再向细胞培养板每孔中加入4μL浓度为5000μg/mL的目标化合物溶液，使药液与孔内已有的带菌LB液体培养基均匀混合，配制成目标化合物在每孔中的浓度为100μg/mL；以磺胺嘧啶和硫酸链霉素为对照药剂、DMSO作为溶剂对照、LB液体培养基为空白对照、只含有菌液的培养基为生长对照，每种化合物和对照均设3次重复；用封口膜封严，在28℃、180r/min环境中振荡培养2d，直至空白对照孔内的菌液进入稳定生长期，即可开始调查；用紫外分光光度计，通过检测细胞培养板每孔中溶液的吸光度来评价化合物的杀菌效果，检测利用下面的公式计算抑制率：
校正OD值＝含菌培养基OD值－无菌培养基OD值
表5化合物I-1～I-47的杀细菌活性测定
注：“-”表示化合物对该病原菌没有抑制活性
由表5可以看出，本系列化合物多种植物病原细菌均有一定的杀菌效果，但不同化合物对于同一植物病原菌的表现出的活性效果差别较大,总体来N-(2-氯苯基)-3,3-二甲基-2-氧代丁磺酰胺(即I-4)表现出的杀细菌效果较好。其对白菜软腐病原细菌的抑制率达90.88％。
(四)化合物I-1～I-47对多种杂草的除草活性测定
参照农药室内生物测定试验准则(农业部农药检定所，2008)，将新化合物I-1～I-31分别配制成浓度为1000mg/L的丙酮溶液，吸取0.5mL药液加入铺有滤纸的6cm培养皿中，待丙酮挥发干后，加入5mL、0.05％吐温80水溶液，稀释得到100mg/L的水溶液，然后将刚刚萌发的种子整齐地排列在培养皿中，放在23～26℃的环境中培养，以0.05％吐温80水溶液为空白对照，每处理3个重复；3～6天后，分别测量单子叶杂草稗草、马唐(以等浓度乙草胺为对照药剂)和双子叶杂草反枝苋、苘麻(以等浓度莠去津为对照药剂)的芽长及根长，计算除草活性，公式如下：
抑制率(％)＝(空白对照长度-处理长度)/空白对照长度×100％
经计算，化合物I-1～I-47的除草活性如下表6所示。
表6化合物化合物I-1～I-47除草活性
注：“-”表示化合物对该杂草的生长没有抑制效果，“/”代表未进行此项试验
由表6可以看出，本系列化合物对双子叶杂草(苘麻、反枝苋)的生长抑制率要明显优于对单子叶杂草(马唐、稗草)的抑制率。本系列化合物对双子叶杂草防效明显，多个化合物的生长抑制率高于80％，个别化合物达到95％以上；对单子叶杂草防效稍差，但有个别化合物防效达到95％以上有进一步研究的价值
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。
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