5-亚环十二基-2，4-咪唑啉二酮类化合物及其应用 【技术领域】
本发明涉及一种5-亚环十二基-2，4-咪唑啉二酮类化合物、制备方法及作为农用杀菌剂的应用，属农业化学领域。
背景技术
2，4-咪唑啉二酮类杀菌剂是杀菌剂家族中很重要的一员，如异菌脲1(iprodione)是早期开发的2，4-咪唑啉二酮类杀菌剂，属于广谱性触杀型保护性杀菌剂，可防治多种病害，尤其对葡萄孢属、链孢霉属、核盘菌属、伏革菌属引起的病害有较好的效果[1]。异菌脲属于低毒性杀菌剂，对眼睛、皮肤无刺激作用，原药大白鼠经口LD50为3500mg/Kg，急性吸入LC50为13mg/L，对鳟鱼LC50为67mg/L(96h)。其作用机理主要是抑制蛋白激酶，既可抑制真菌孢子萌发及产生，也可抑制菌丝生长，即对病原菌生活史中的各发育阶段均有影响。
1993年Janos等[2]合成了5位取代-2，4-咪唑啉二酮2，通过生物活性测试，具有良好的杀菌活性，尤其当R3为OCH3，R4为OH时，活性最好；2002年Ewa等[3～5]设计并合成了一系列的化合物3和4，通过活性筛选，它们对鸟型结核杆菌有良好的抑制作用，部分化合物在12.5μg/mL时抑制率在90％以上。
近年来发现许多以十二员环为母体的衍生物具备很好的杀菌活性，如α-甲硫基环十二酮肟醚系列及α-磺酰胺基环十二酮系列化合物具有良好的杀菌活性[6～8]。可见以十二员环为母体的衍生物和2，4-咪唑啉二酮类化合物是近来新农药研究开发的热点领域之一。
1.Georges G.，Marc M..1-Carbamoyl-3-(3，5-dichlorophenyl)hydantoin preparation and 1-chlorocarbonyl-3-(3，5-dichlorophenyl)hydantoin as an intermediate in this process.EP 41465，1981.
2.Janos M.，Janos E.，Sandor H.，et al.Preparation and fungicidal activity of 5-substituted hydantoins andtheir 2-thio analogs.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1993，41(1)，148-52.
3.Ewa S.，Katarzyna K.，Anna B.，et al.Antimicrobial activity of 5-arylidene aromatic derivatives ofhydantoin.Farmaco，2002，57(1)，39-44.
4.Ewa S.，Katarzyna K.Antimycobacterial activity of 5-arylidene aromatic derivatives of hydantoin.Farmaco，2002，57(5)，355-362.
5.Ewa S.，Katarzyna K.Antimycobacterial activity of 5-arylidene derivatives of hydantoin.Farmaco，2002，57(11)，909-916.
6.Li X-H，Yang X-L，Ling Y.Synthesis and fungicidal activity of novel 2-oxocycloalkylsulfonylureas.J.Agric.Food Chem.，2005，53(6)，2202-2206.
7.宋彦楠，王道全，王明安.α-甲硫基环十二酮肟醚的合成及杀菌活性.农药学学报，2005，7：210-214.
8.汪晓平，王道全.N-取代-α-氧代环十二烷基磺酰胺的合成及其杀菌活性.高等学校化学学报，1997，18，889-893.
【发明内容】
本发明涉及化学结构通式为WH的5-亚环十二基-2，4-咪唑啉二酮类化合物、制备方法及作为农用杀菌剂的用途。
式中R为质子、乙基、苄基，X为质子、氧、羟基等。
目标化合物的路线如下：
以环十二酮为原料，在氢化钠存在下与溴乙烷或溴苄反应生成α-乙基环十二酮和α-苄基环十二酮，它们与亚硝酸钠和盐酸在低温下反应生成α-乙基环十二二酮和α-苄基环十二二酮；2，4-咪唑啉二酮与液溴反应后再直接与亚磷酸三乙酯反应生成2，4-咪唑啉二酮膦酸酯；取代环十二二酮与2，4-咪唑啉二酮膦酸酯甲醇钠作碱并在加热条件下发生Wittig-Horner反应合成得到目标化合物；将上述化合物经硼氢化钠还原也得到目标化合物；将环十二酮和环十二二酮与2-硫代-2，4-咪唑啉二酮经Knoevenagel反应制得目标化合物。
式中R1为质子、羟基，R2为质子、乙基、苄基等。
将通式为WH的化合物溶于溶剂中配制成一定浓度的溶液或制剂进行生物活性测试，结果表明通式为WH的化合物对茄绵疫、油菜菌核、芦笋茎枯、番茄晚疫和番茄灰霉等靶标菌具有良好的杀菌作用。
【具体实施方式】
本发明可用以下实例作进一步的说明，但本发明并不仅限于这些实例。
实例1 α-乙基环十二酮的合成
向250mL的三口瓶中加入2.4g(0.10mol)NaH，20mL甲苯，用冰盐浴冷却至0℃，搅拌下加入9.6g(0.05mol)环十二酮与25mL甲苯的混合液，时间约为30min，滴毕，将体系缓缓升温至回流。8h后，将体系自然冷却至60℃，缓缓滴加5mL(0.065)溴乙烷与20mL甲苯的混合液，时间约为1.5h，滴加完毕后，将体系加热至回流。4h后，原料点基本消失，用冰盐浴冷却至0℃，用10％稀盐酸小心酸化，有大量白色泡沫出现，待缓和后，加入30mL水，分出有机相，水相用30mL乙醚萃取3次，合并有机相，依次用饱和碳酸氢钠、水及饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸镁干燥。过滤，旋蒸除去溶剂，得到黄色油状液体11.7g，硅胶柱层析分离，梯度洗脱，得到无色油状液体8.81g，收率83.9％。
实例2 α-苄基环十二酮的合成
向100mL的三口瓶中加入2.0g(0.08mol)NaH，20mL甲苯，用冰盐浴冷却至0℃，搅拌下滴加7.28g(0.04mol)环十二酮与25mL甲苯的混合液，时间约为30min，滴毕，将体系缓缓升温至回流。缓缓滴加5.18mL(0.045)苄氯与20mL甲苯的混合液，时间约为40min，滴加完毕后，体系继续回流。5h后，原料点基本消失，用冰盐浴冷却至0℃，用10％稀盐酸小心酸化，有大量白色泡沫出现，待缓和后，加入30mL水，分出有机相，水相用30mL乙醚萃取3次，合并有机相，依次用饱和碳酸氢钠、水及饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸镁干燥。过滤，除去溶剂，用无水乙醇重结晶，得到白色固体8.31g，收率76.4％。
实例3 环十二二酮的合成
向100mL单口瓶中加入1.80g(0.010mol)的环十二酮，2.07g(0.030mol)的亚硝酸钠，20mL的THF，10mL的38％HCl，冰浴搅拌。24h后，体系变为黄色，原料基本消失，停止反应，碳酸氢钠中和体系，待缓和后，加入15mL水，分出有机相，乙酸乙酯20mL萃取水相3次，合并有机相，依次用饱和碳酸氢钠、水及饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸镁干燥。过滤，浓缩，硅胶层析柱分离，梯度洗脱，得到黄色液体，真空干燥后得到黄色固体1.58g，m.p.38～40℃，收率80.7％。
实例4 α-乙基环十二二酮的合成
向100mL单口瓶中加入2.10g(0.010mol)乙基环十二酮，2.07g(0.030mol)亚硝酸钠，20mL的THF，10mL的38％HCl，冰浴搅拌。24h后，体系变为黄色，原料基本消失，停止反应，碳酸氢钠中和体系，待缓和后，加入15mL水，分出有机相，乙酸乙酯20mL萃取水相3次，合并有机相，依次用饱和碳酸氢钠、水及饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸镁干燥。过滤，浓缩，硅胶层析柱分离，梯度洗脱，得到黄色液体1.69g，收率75.0％。1H NMR(CDCl3，δ)：3.36-3.25(m，2H)，2.28-2.19(m，2H)，1.79-0.94(m，19H)，0.89-0.86(t，3H)。
实例5 α-苄基环十二二酮的合成
向100mL单口瓶中加入4.08g(0.015mol)的α-苄基环十二酮，3.10g(0.045mol)的亚硝酸钠，45mL的THF，15mL的38％HCl，冰浴搅拌。150h后，体系变为浅黄色，停止反应，碳酸氢钠中和体系，待缓和后，加入20mL水，分出有机相，乙酸乙酯40mL萃取水相3次，合并有机相，依次用饱和碳酸氢钠、水及饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸镁干燥。过滤，浓缩，硅胶层析柱分离，梯度洗脱，得到黄色液体α-苄基环十二二酮1.10g，收率33.3％，1H NMR(CDCl3，δ)：7.33-7.25(m，5H)，3.34-3.00(m，1H)，2.94-2.87(m，2H)，2.28-2.21(m，2H)，1.74-1.10(m，16H)；得到α-苄基环十二二酮单肟白色固体1.59g，m.p.95～96℃，收率45.8％，1H NMR(CDCl3，δ)：8.08(s，1H)，7.28-7.14(m，5H)，3.93-3.84(m，1H)，3.09-3.02(m，1H)，2.84-2.76(m，1H)，2.68-2.53(m，2H)，1.76-1.70(m，1H)，1.61-1.48(m，3H)，1.36-0.85(m，12H)；Anal.calcd.for C19H27NO2：C 75.71，H 9.03，N 4.65，found C 75.70，H 9.09，N 4.63。
实例6 2，4-咪唑啉二酮膦酸二乙酯的合成
向250mL的三口瓶中加入10.0g(0.10mol)，100mL的冰醋酸，油浴加热至100℃，缓缓滴入6.5mL(0.12mol)的液溴，15min滴加完毕，体系颜色变浅后打开瓶塞，使体系维持在100℃约40min以除去生成的HBr气体，然后使用冰水迅速降低温度至20℃，水浴加热使体系维持在45～50℃，滴加24mL(0.14mol)的亚磷酸三乙酯，30min滴加完毕后常温搅拌。2h后停止反应，旋蒸除去溶剂醋酸，加入乙醚放置有白色固体析出，用乙醇重结晶，抽虑，干燥，得到纯的白色固体18.32g，m.p.161～163℃，收率77.6％。1H NMR(DMSO-d6，δ)：10.93(s，1H)，8.43(s，1H)，4.80-4.75(d，1H，2JPH＝14.9Hz)，4.05-4.15(m，4H)，1.27-1.23(t，6H，3J＝7.0Hz)。
实例7 5-亚环十二基-2，4-咪唑啉二酮WH-1的合成
向50mL单口瓶中加入0.36g(2mmol)环十二酮，0.52g(2.2mmol)的2，4-咪唑啉二酮膦酸酯，0.2g乙醇钠，15mL的DMSO，常温搅拌。6h后，原料基本消失，停止反应，稀盐酸中和体系，再加入20mL水，用乙酸乙酯30mL萃取3次，合并有机相，依次用饱和碳酸氢钠、水及饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸镁干燥，过虑，浓缩，硅胶柱层析分离，得到白色固体0.35g，m.p.195～197℃，收率66.3％。
实例8 Trans-和cis-5-(2-氧代亚环十二基)-2，4-咪唑啉二酮WH-2，WH-3的合成
向50mL的单口瓶中加入0.98g(5mmol)的环十二二酮，1.42g(6mmol)的2，4-咪唑啉二酮膦酸酯，0.60g的甲醇钠，30mL的DMSO，80℃搅拌。20h后，停止反应，加入稀盐酸中和体系，缓和后加入15mL水，乙酸乙酯30mL萃取水相3次，合并有机相，依次用饱和碳酸氢钠、水及饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸镁干燥。过滤，浓缩，加入乙醇静置，有0.48g Trans-异构体黄色固体析出。母液浓缩，硅胶柱层析分离，又得到Trans-异构体黄色固体0.083g，cis-异构体白色固体0.34g。共得到黄色固体0.56g，m.p.190～192℃，收率40.2％，白色固体0.34g，m.p.198～200℃，收率24.3％。
同法制得WH-4和WH-5及WH-6和WH-7两对Trans-和cis-异构体。
实例9 Trans-和cis-5-(2-羟基亚环十二基)-2，4-咪唑啉二酮WH-8，WH-9的合成
向50mL的单口瓶中加入0.56g(2mmol)Trans-5-(2-氧代亚环十二基)-2，4-咪唑啉二酮，20mL甲醇，常温搅拌，原料不溶解，分两次加入0.11g(3mmol)硼氢化钠，体系变为澄清。20min后，体系变为浑浊，有白色固体生成。1h后，停止反应，抽虑，用水洗涤3次，干燥得到Trans-异构体白色固体0.51g，m.p.215～217℃，收率89.8％。同法由0.28g cis-5-(2-氧代亚环十二基)-2，4-咪唑啉二酮制得cis-异构体白色固体0.21g，m.p.202～204℃，收率75.0％。
实例9 5-亚环十二基-2-硫-2，4-咪唑啉二酮WH-10的合成
向50mL单口瓶中加入0.23g(2mmol)2-硫-2，4-咪唑啉二酮，0.4g(2.2mmol)环十二酮，0.2mL(3mmol)乙醇胺，20mL乙醇，缓缓加热回流。30h后，原料点基本消失，停止反应，析出0.11g未知物，抽虑，将母液浓缩，硅胶柱层析分离，得到黄色固体0.243g，m.p.210～212，收率43.4％。
实例10 5-(1-羟基-2-氧代环十二基)-2-硫-2，4-咪唑啉二酮WH-11的合成
向50mL地单口瓶中加入0.23g(2.0mmol)2-硫-2，4-咪唑啉二酮，0.43g(2.2mmol)环十二二酮，20mLTHF，0.41mL(3.0mmol)三乙胺，缓缓加热回流，TLC监测反应。40h后，原料点变淡，将体系冷却至室温，停止反应，浓缩，硅胶柱层析分离，得到黄色固体0.29g，m.p.114～116，收率47.0％。
系列化合物的物理常数及元素分析数据列于表1中，IR和1H NMR数据列于表2中。
实例11 化合物WH溶液的配制
化合物WH及对照样品母液的配制：用万分之一电子天平分别称取11种新化合物、百菌清50±1mg，分别用5mL丙酮溶解制备成10000μg/mL的母液；称取50mg多菌灵原药加入一滴盐酸后用5mL蒸馏水溶解制备成10000μg/mL的母液。
浓度的设定：在无菌操作条件下，把配制好的10000μg/mL母液用培养基稀释成50μg/mL的含毒培养基平板，试验设不含药剂处理的空白对照，各处理重复3次。
实例12 WH系列化合物的生物活性测定
本试验按照中华人民共和国农业行业标准(NY/T 1156.2-2006)，采用菌丝生长速率法进行测定。将培养好的各种病原菌，在无菌操作条件下用直径7mm的灭菌打孔器，自菌落边缘切取菌饼，用接种器将菌饼接种于含药平板中央，菌丝面向下，盖上皿盖，置于25℃培养箱中培养。
根据空白对照培养皿中菌落的生长情况调查病原菌菌丝生长情况，待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，采用下面公式计算菌落增长直径，取其平均值。测定结果用下列方法计算，以空白对照菌落增长直径和药剂处理的菌落增长直径计算各药剂处理对各种病原菌的菌丝生长抑制率，结果见表3。
表1 WH-1～WH-11系列化合物的物理常数及元素分析数据
表2 WH-1～WH-11系列化合物的IR及1H NMR数据
表3 WH-1～WH-11对茄绵疫、油菜菌核、芦笋茎枯、番茄晚疫及灰霉的生物活性(抑制率)
表3的结果显示，WH-1，WH-3和WH-4对茄绵疫，WH-4，WH-6，WH-8和WH-9对油菜菌核，WH-4，WH-5，WH-6，WH-9和WH-11对芦笋茎枯，WH-5对番茄灰霉的抑制率大于75％，其中WH-4和WH-5对芦笋茎枯的抑制率达到97.9％和92.3％，与对照药剂多菌灵和百菌清相当，特别是WH-4对茄绵疫、油菜菌核以及芦笋茎枯均有较高的抑制活性。