现在全球三大除草剂中，草甘膦的大面积使用已经导致抗性杂草的发生与发展；百草枯由于剧毒，导致大量中毒死亡事件发生，因而退出市场；作为仅次于草甘膦的世界第二大转基因作物耐受性除草剂草铵膦，获得巨大的发展前景。
草铵膦(glufosinate-ammonium)是一种高效、低毒、广谱触杀型有机磷类除草剂，其有效成分为posphinothricin(简称PPT)，化学式为C5H15N2O4P，化学名称为2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵。属于谷氨酰胺合成酶抑制剂，可导致植物体内氮代谢紊乱、氨的过量积累、叶绿体解体，抑制其光合作用从而使植物死亡。
目前草铵膦的合成方法，概括起来有阿尔布佐夫合成法、高压催化合成法、低温定向合成法、盖布瑞尔-丙二酸二乙酯合成法、斯垂克-泽林斯基合成法、手性合成法等。但目前合成路线存在成本较高、反应条件苛刻、步骤复杂、产生的废料多等问题，限制了工业生产。现对草铵膦的合成工艺进行了改进，探索出一条新的合成路线。
合成路线
本研究在现有文献和专利基础上，综合考虑原料、实验操作及反应条件等方面因素。选用价格低廉的γ-丁内酯为起始原料，与溴素作用，选择性地发生α位单溴取代生成α-溴-γ-丁内酯，然后与氨水进行氨基化反应，加盐酸回流得到α-氨基-γ-丁内酯盐酸盐，氨基保护得到(2-氧代四氢呋喃-3-基)氨基甲酸乙酯，该中间体经氯化开环后和甲基亚磷酸二乙酯进行Arbuzov反应，经酸化水解、氨化得到产物草铵膦。结构经核磁氢谱及高分辨质谱确证。合成路线如下图所示。
实验部分
1 主要仪器与试剂
瑞士Bruker 600 MHz核磁共振仪(CDCl3、DMSO-d6、CD3OD、D2O为溶剂，TMS为内标)；RY-1熔点仪；ZF-20D暗箱式紫外分析仪。γ-丁内酯(化学纯，武汉远成共创科技有限公司)：红磷(化学纯，成都博瑞特化学技术有限公司)；液溴(化学纯，国药集团化学试剂有限公司)；氯甲酸乙酯(化学纯，武汉格奥化学有限公司)；饱和的HCl乙醇溶液为自制；甲基亚磷酸二乙酯(化学纯，湖北巨胜科技有限公司)；所用试剂和溶剂均为试剂级。
2 实验步骤
2.1 α- 溴- γ- 丁内酯(1)的合成
冰浴下，往三口瓶中的50 g γ-丁内酯(0.58 mol)和6.7 g红磷(0.21 mol)的混合物中缓慢滴加33 mL液溴(0.61 mol)，然后升温至70 ℃，继续滴加33 mL液溴(0.61 mol)。滴加完毕后，升温至80 ℃反应3 h。停止加热并冷却至室温，持续吹入空气，将过量的液溴和生成的溴化氢吹走。然后再升温至80 ℃，缓慢滴加10 mL水，等反应缓和后再加入70 mL水，回流4 h。冷却后分层，水层用二氯甲烷萃取，合并有机层，无水硫酸镁干燥。减压蒸去溶剂后得到粗产物，经减压蒸馏精制(沸程为125~127 ℃/1.7kPa)，得淡黄色油状液体85 g，收率88.7%。1H NMR(CDCl3) δ：4.48(m，1H)，4.41(m，2H)，2.84~2.74(m，1H)，2.47(m，1H)。
2.2 α- 氨基-γ-丁内酯盐酸盐(2)的合成
在冰浴条件下，将50 g的溴代产物α-溴-γ-丁内酯(0.3 mol)缓慢滴加到270 mL的氨水(25wt%~28wt%)中，剧烈搅拌，反应48 h后，减压蒸馏除去溶剂，随后加入浓盐酸38 mL，然后在110 ℃下回流1 h，抽滤后烘干得到48.25 g的白色固体，收率69.1%。1H NMR(CH3OD)δ：7.40(s，2H)，4.55(s，1H)，4.46~4.37(m，2H)，2.87~2.61(m，1H)，2.41(dt，1H)。
2.3 (2-氧代四氢呋喃-3-基)氨基甲酸乙酯(3)的合成
在冰浴条件下，取α-氨基-γ-丁内酯盐酸盐10 g(0.07 mol)，加入60 mL四氢呋喃和120 mL水混合，往其中加入17.6 g碳酸氢钠(0.21 mol)，再将9.1 g(0.084 mol)的氯甲酸乙酯缓慢滴加进去反应0.5 h后，恢复至室温后继续反应2 h，减压蒸馏除去溶剂，调节pH值至酸性，用二氯甲烷萃取，随后减压蒸馏旋走溶剂，降温后有固体析出，抽滤得到无色油状液体6.77 g，收率为90%。1H NMR(CDCl3)δ：5.20(s，1H)，4.47~4.12(m，5H)，2.79(s，1H)，2.27~2.15(m，1H)，1.60(s，2H)，0.87(s，1H)。
2.4 4-氯-2-乙氧羰基氨基丁酸乙酯(4)的合成
取10 g(0.057 mol)的(2-氧代四氢呋喃-3-基)氨基甲酸乙酯，加入到200 mL的耐压瓶中，随后将150 mL的饱和HCl乙醇溶液加入其中，升温至65 ℃反应12 h后，旋蒸掉其中的乙醇溶剂，加入少量的水，再用乙酸乙酯萃取，旋掉溶剂后，得到无色油状液体8.12 g，收率在60%以上。1H NMR (CDCl3) δ：5.29 (s，1H)，4.47 (s，1H)，4.27 ~4.18 (m，2H)，4.13(d，2H)，3.60(t，2H)，2.34(s，1H)，2.16(s，1H)，1.32~1.23(m，6H)。
2.5 4-乙氧基-4-甲基膦酰基-2-乙氧羰基氨基丁酸乙酯(5)的合成
称取10.0 g(0.042 mol)的4-氯-2-乙氧羰基氨基丁酸乙酯与11.5 g(0.084 mol)的甲基亚磷酸二乙酯加入到150 mL无水甲苯中混合后，在氮气保护下，回流反应12 h。减压蒸馏，回收甲苯和甲基亚磷酸二乙酯，加入适量乙酸乙酯后，用饱和的氯化钠溶液洗涤3次，用无水Na2SO4干燥，减压蒸馏去除溶剂，得到9.6 g油状液体，收率为75.8%。1H NMR(DMSO-d6) δ:7.49(s，1H)，4.17~3.97(m，6H)，2.14~1.91(m，2H)，1.65~1.07(m，13H)。
2.6 草铵膦铵盐(6)的合成
称取10.0 g(0.032 mol) 4-乙氧基-4-甲基膦酰基-2-乙氧羰基氨基丁酸乙酯加入到100 mL 6 mol/L HCl溶液中，回流12 h。再用氨水调pH值9，继续回流8 h，减压蒸馏后，用甲醇重结晶，得到白色草铵膦晶体5.2 g，收率为80.9%。1H NMR (D2O) δ：4.00 (t，1H)，2.20~2.06(m，2H)，1.89~1.67(m，2H)，1.39(d，3H)。
结论
本研究对目前已报道的多条草铵膦合成路线进行了考察，将研究重点放到了α-氨基-γ-丁内酯盐酸盐的合成上，采用了低廉的溴素作为溴源，经改良的减压蒸馏方法得到α-溴-γ-丁内酯，然后经氨基化反应，酸化得到关键中间体α-氨基-γ-丁内酯盐酸盐。本工艺大大降低了成本，反应条件温和，适合工业化生产。
来源: 农药 作者：陈长安，吴承慧，陈云峰，贾丽慧
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最后编辑时间为: 2020-03-24 00:57 Tuesday
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