杂草对土壤、水分、养分和光照的直接竞争，成为作物减产的主要原因之一。为了有效控制杂草，提高农业生产效率，化学除草剂仍然是农业生产的主要防治手段。然而，现有作用方式除草剂的重复和不合理使用，导致严重的杂草抗性及环境污染问题。因此，迫切需要创制高效、对环境友好的新型除草剂。天然化合物或生物除草剂可有效降低化学除草剂的使用量。天然产物一般来自植物或植物残体的次级代谢产物，具有结构多样性、毒性低、对环境友好等优点，现已逐渐成为开发具有新作用方式除草剂的重要资源。

　　天然产物4-羟基-3-甲氧基肉桂酸（阿魏酸）是一种低毒、多酚类化合物，主要从植物细胞壁中提取，其具有极高的研究价值，以天然产物阿魏酸为先导的化合物具有多种药理活性，如抗肿瘤、抗炎、抗氧化、抗病毒、抗真菌和除草活性。

　　本实验室前期从感染了瓜果腐霉（Pythium aphanidermatum）的多年生黑麦草上分离、诱变得到了瓜果腐霉菌株PA1。通过分离纯化次生代谢产物，最终得到具有除草活性的阿魏酸，并发现其衍生物阿魏酸乙酯对马唐茎叶鲜重的IC₅₀值为64.26 mg/L。由于阿魏酸结构上具有较强的修饰性，以阿魏酸为除草活性先导进行结构优化具有重要的研究意义。苯氧乙酸类除草剂是一类激素型除草剂，由于其具有高选择性、价格低、低毒等特点，在现代农业中得到广泛应用。该类除草剂主要用于玉米、小麦等禾本科作物田防除双子叶杂草、莎草以及某些恶性杂草。目前，文献已报道10多种产品，例如2,4-二氯苯氧基乙酸（2,4-D）、2-甲基-4-氯苯氧基乙酸（MCPA）、吡氟苯草酯、禾草灵等，未来将会创制更多该类结构的除草剂。

　　试验主要以阿魏酸为先导结构，运用农药分子合理设计的原理，分别将酸基团合理改造成酰胺、在酚羟基基团处合理引入苯氧乙酸结构，从而合理设计、合成一系列新型苯氧乙酸或苯氧乙酰胺基阿魏酸酰胺类似物（图1），并对目标化合物进行除草活性的筛选，以期获得高活性的除草活性候选化合物。

图 1  目标化合物的设计

1  阿魏酸衍生物的合成方法

　　阿魏酸衍生物的合成路线见图2。化合物3由阿魏酸1与Ac₂O在NaH条件下反应，再在CH₂Cl₂中回流获得。化合物3通过缩合反应与R-NH₂反应，将相应的中间体水解以除去保护，得到化合物5，通过亲核取代反应与2-溴丙酸甲酯反应，然后水解得到酸7。最后，通过酯化反应以34%～95%的产率得到化合物8。

图 2  阿魏酸衍生物的合成路线及取代基团

2  阿魏酸衍生物的除草活性测定

　　通过小杯法评价了目标化合物在400 mg/L质量浓度下对马唐和反枝苋的除草活性（表1）。结果表明：化合物8f对马唐根、茎的生长抑制率分别为60%、51%，处理后的马唐表现出根、茎生长速度缓慢、子叶未展开等受害症状，其抑制效果均优于莠去津（30%、22%）及阿魏酸（15%、27%）对马唐的除草活性。

表 1  目标化合物400 mg/L的除草活性     （抑制率/%）

注：每个处理重复3次（平均值±标准差），不同小写字母表示各处理在P=0.05水平上的差异显著。

　　化合物8k对反枝苋根、茎的生长抑制率分别为68%、63%，优于莠去津（49%、22%）、2,4-滴丁酯（66%、24%）及阿魏酸（30%、15%）对反枝苋的除草活性，8k处理后的反枝苋出现无根毛、根膨大等受害症状。

　　8f对马唐根的IC50值为269.442 mg/L，回归方程为y=-8.003＋3.293 x；8a对马唐茎的IC50值为344.835 mg/L，回归方程为y=-5.229＋2.061 x；8k对反枝苋根的IC₅₀值为187.168 mg/L，回归方程为y=-4.892＋2.153 x；对反枝苋茎的IC50值为224.912 mg/L，回归方程为y=-4.675＋1.988 x（表2）。

　　实验室前期从感染了瓜果腐霉（P. aphanidermatum）的多年生黑麦草上分离、诱变得到了瓜果腐霉菌株PA1。通过分离纯化次生代谢产物，最终得到具有除草活性的阿魏酸，基于具有除草活性的天然产物阿魏酸为先导，利用活性基团亚结构拼接原理，设计合成了11个新型的阿魏酸衍生物，采用¹H NMR、¹³C NMR和H RMS确认了其结构。初步除草活性测定结果表明：在400 mg/L质量浓度下，所有目标化合物对标靶杂草均表现出了一定的除草活性，其中化合物8f和8k分别对马唐和反枝苋具有较好的除草活性；其中，8f对马唐根和茎的IC₅₀值为分别为269.442、344.835 mg/L；8k对反枝苋根和茎的IC50值分别为187.168、224.912 mg/L。

表 2  化合物8f、8k对马唐、反枝苋的IC₅₀值及回归方程

初步构效关系表明：当R基团为间氟苯胺和2-噻吩甲胺时，目标化合物除草活性可明显提高。本试验结果为基于阿魏酸为先导的除草剂研究开发提供基础依据。      （来源：《农药》2021年第3期） 

农药快讯, 2021 (8): 16-18.