水稻田用芽后除草剂双环磺草酮的合成研究

1 前言

双环磺草酮系日本SDS 生物公司于上世纪90 年代研究开发的双环辛烷类水稻田用新颖的白化型芽后除草剂, 1994 年进行田间试验，2001 年获得登记, 同时开发了多种混剂。

英文名称：benzobicyclon，

化学名称：3-(2- 氯-4-甲基磺酰基苯甲酰基)-2-苯硫基双环[3，2，1]辛-2-烯-4-酮，

代号：SB-500

CAS:156963-66-5

分子式：C22H19ClO4S2

分子量：446.96

结构式如下：

理化性质：浅黄色结晶，无嗅。熔点187. 3℃。水中溶解度0.052mg/L(20℃)。相对密度：1.45(20℃)。毒性：急性经口大鼠(雌、雄)LD50>5000 mg/kg，小鼠(雌、雄)LD50>5000 mg/kg；急性经皮大鼠(雌、雄)LD50>2000 mg／kg。无致畸、致癌、致突变性。鱼毒性：鲤鱼LC50(48h)>10mg/L。鸟毒性：山齿鹑和野鸭LD50>2250mg/kg。每日允许摄入量为0.016mg/kg／d。

作用特点及杀草谱：双环磺草酮具有很强的抑制HPPD 的作用，并使之呈现白化现象。该药剂单剂标准剂量为300 g(a．i．)／ha，混剂标准剂量为200 g(a．i．)／ha，其在水稻与杂草间的选择性极高，对水田杂草鸭舌草、陌上菜类等一年生阔叶杂草；萤蔺、水莎草、牛毛毡等具芒碎米莎草科杂草；水竹草、稻状秕壳草、假稻、匍茎剪股颖、眼子草等难除杂草均有效，特别对具芒碎米莎草科等重要杂草萤蔺具卓越效果。其杀草速度较缓，但从发生前至5 叶期的很长时间内均十分有效，且对高叶龄的花茎伸长期杂草，能完全抑制花芽的形成，从而破坏次年种子的更新。其药效期为6 周以上，甚至达到8 周。

双环磺草酮的合成目前国内尚未见报道，其合成工艺的关键在于中间体双环[3,2,1] 辛烷-2，4- 二酮的制备。我们在查阅文献的基础上确定了如下原药合成工艺，并进行了详细研究。

（1）扩环制备外-3,4- 二氯双环[3,2,1]辛-2- 烯

（2）水解反应制备外-3- 氯双环[3,2,1]辛-3- 烯-2- 醇

（3）氧化反应制备3- 氯双环[3,2,1]辛-3- 烯-2- 酮

（4）亲核取代制备4- 氰基双环[3,2,1]辛-3- 烯-2- 酮

（5）水解制备双环[3,2,1]辛烷-2，4- 二酮

（6）制备烯醇酯

（7）重排反应制备3-[2- 氯-4-(甲基磺酰基)苯甲酰基]双环[3，2，1]辛烷-2,4- 二酮

（8）氯化制备4- 氯-3- (2- 氯-4- 甲基磺酰基苯甲酰基)- 双环[3，2，1]辛-3- 烯-2- 酮

（9）缩合制备双环磺草酮

2 实验部分

2.1 试剂及仪器

降冰片烯、氯仿、二氯甲烷、二甲亚砜、三乙胺、氰化钾、乙腈、亚硫酰氯等均为化学纯试剂，2- 氯-4- 甲基磺酰基苯甲酰氯为自制（以工业品2- 氯-4- 甲基磺酰基苯甲酸酰氯化得到）。气相色谱仪、液相色谱仪等。

2.2 实验步骤

2.2.1 外-3,4-二氯双环[3,2,1]辛-2-烯的合成

在30~40℃下将163.6g 50%浓度的氢氧化钠溶液缓慢加入由50g 2- 降冰片烯（99%）、78.8g 的氯仿、2.1g的苄基三乙基氯化铵、50mL 二氯甲烷所组成的混合液之中，在40℃下搅拌2 小时。将混合物倒入冰水中，然后用二氯甲烷萃取，硫酸钠干燥，蒸发至干，得产物75.8g，收率80.5%。

2.2.2 外-3-氯双环[3,2,1]辛-3-烯-2-醇的合成将75.8g 的外-3,4- 二氯双环[3,2,1] 辛-2- 烯、700mL 水、68.5g 氢氧化钠和0.1g 苄基三甲基氯化铵的混合物回流7 小时。冷却后，用二氯甲烷萃取混合物，用硫酸钠干燥，蒸发去除溶剂，得橙色油状物产物63.7g，收率93.8%。

2.2.3 3-氯双环[3,2,1]辛-3-烯-2-酮的合成

在回流温度下向10g 外-3- 氯双环[3,2,1]辛-3- 烯-2- 醇和80mL 二甲亚砜溶液中通入空气20 小时，使混合物冷却并倒入冰水中，乙酸乙酯萃取，有机相用硫酸钠干燥并浓缩，得产物9.5g。或者采用如下工艺：将2.0g 外-3,4- 二氯双环[3,2,1] 辛-2- 烯、3.5 克二甲亚砜和1.0g 碳酸氢钠缓慢加热至150℃，搅拌5 小时，冷却后加入水，乙酸乙酯萃取，有机相用硫酸钠干燥并浓缩，得产物1.4g。

2.2.4 4-氰基双环[3,2,1]辛-3-烯-2-酮的合成将0.71g 7.03mmol 三乙胺滴加入1.0g 3- 氯双环[3,2,1] 辛-3- 烯-2- 酮、10mL 二氯甲烷、0.42g 7.03mmol氰化钾、1mL 水和催化量的氯化四丁基铵的混合物中，在室温下搅拌48 小时，倒入冰水中，有机相用硫酸钠干燥并浓缩，得产物0.9g。

2.2.5 双环[3,2,1]辛烷-2，4-二酮的合成

用0.5%氢氧化钾水溶液处理0.02g 4- 氰基双环[3,2,1]辛-3- 烯-2- 酮，并在室温下搅拌2 小时，盐酸酸化，乙酸乙酯萃取，有机相用硫酸钠干燥并浓缩，得产物0.01g。或者采用如下工艺：用21.8g 50%氢氧化钠水溶液处理12.2g 3- 氯双环[3,2,1]辛-3- 烯-2- 酮、0.25g 氰化钾和100mL 甲醇的混合物，回流2 小时，除去溶剂，将残余物吸收在盐酸中，乙酸乙酯萃取，有机相用硫酸钠干燥并浓缩，得米色固体产物9.6g。

2.2.6 烯醇酯的合成

在冰水冷却下向含有10g 双环[3,2,1]辛烷-2，4- 二酮的100mL 二氯甲烷中滴加19g 2- 氯-4- 甲基磺酰基苯甲酰氯的70mL 二氯甲烷溶液，冷却下再搅拌1 小时，二氯甲烷稀释，水洗涤，硫酸钠干燥。减压蒸去溶剂，得到25g 的烯醇酯粗结晶。

2.2.7 重排反应合成3-[2-氯-4-(甲基磺酰基)苯甲酰基]-双环[3，2，1]辛烷-2,4-二酮

上一步得到的未纯化的烯醇酯溶在160mL的乙腈中，加入20mL 三乙胺、4.3mL 丙酮和氰化氢，室温下搅拌一夜，减压浓缩，倒入水中，二氯甲烷萃取，分别用10%盐酸和饱和食盐水洗涤，硫酸钠干燥，减压蒸去溶剂，残渣用乙醚结晶，得到18g 3-[2- 氯-4-(甲基磺酰基)苯甲酰基]- 双环[3，2，1]辛烷-2,4- 二酮，产率71%。

2.2.8 氯化物的合成

1.0g 3-[2- 氯-4-(甲基磺酰基)苯甲酰基]双环[3，2，1]辛烷-2,4- 二酮溶解在10mL 二氯甲烷中，加入0.3mL的亚硫酰氯及催化量的DMF，回流6 小时，减压蒸去溶剂和过量的亚硫酰氯，得到氯化物的二氯甲烷溶液。

2.2.9 双环磺草酮的合成

将上一步得到的溶液冷却，加入0.31g 苯硫酚和0.392g 三乙胺，室温下搅拌2~3 小时，分别用水和盐水洗涤，用硫酸钠干燥并减压脱溶得粗结晶，用丙酮洗涤后得到1.2g 双环磺草酮，产率95.2%。

3 结论

以2- 降冰片烯为原料经扩环、水解、氧化、亲核取代、水解合成关键中间体双环[3,2,1]辛烷-2，4- 二酮，再与2- 氯-4- 甲基磺酰基苯甲酰氯反应得烯醇酯，重排后与亚硫酰氯反应得氯化物，最后与苯硫酚反应得双环磺草酮。该工艺具有原料易得、成本较低、操作简便的特点。

可以采取一锅煮的方式，从外-3,4- 二氯双环[3,2,1]辛-2- 烯经水解、氧化制备3- 氯双环[3,2,1]辛-3- 烯-2- 酮，简化了生产工艺。

从3- 氯双环[3,2,1]辛-3- 烯-2- 酮，经亲核取代、水解一锅煮制备双环[3,2,1]辛烷-2，4- 二酮，简化了生产工艺，有利于工业化生产。

该合成路线的起始原料降冰片烯来自于石油工业，具有成本低廉的特点，使得原药双环磺草酮具有成本优势，有利于该药的推广应用。

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