防除草原毒草的磺酰脲类除草剂的研究开发

Poisonous weeds are of greatly harmful to grassland. They inhibit the growth of other species, destruct the species diversity of the grassland. The disaster of poisonous weeds is restricting the livestock industry and the sustainable development of economy. At present, the development of the herbicide which controll the poisonous weeds are glyphosate and sulfonylurea. Sulfonylurea herbicides are inhibitors of ALS/AHAS, characterized by high herbicidal activity, high degree of selectivity, and excellent environmental safety. In order to further develope the application areas of such good herbicide agent, this project aims to carry out the following research work. (1) To establish bioactivity screening model of poisonous weeds in the laboratory. Thus we can investigated the herbicidal activity in a cost saving and time saving conditions. (2) We will select known commercialized sulfonylurea herbicides, and their herbicidal activity against poisonous weeds will be tested in the laboratory. (3) We will synthesize several series of new sulfonylurea compounds through the molecular design. And investgated their herbicial activity. Their The structure-activity relationship of the sulfonylurea compounds on poisonous weeds will be investigated. We hope to find out several lead compounds of sulfonylurea with higher activity against poisonous weeds. This work will lay the foundation of the further development of China's independent intellectual property rights of controlling grassland poisonous herbicides.

草原毒草是草场的大害，其大量生长不仅会抑制其它物种的生长，破坏草原物种的多样性，而且严重制约着畜牧业及经济的可持续发展。目前针对防除草原毒草所开发的除草剂品种除了广谱灭生性的除草剂草甘膦外，还有磺酰脲类除草剂。磺酰脲是以ALS/AHAS为靶标的一类高效、低毒、高选择性、对环境友好的除草剂品种。为了进一步开发此类商品化除草剂的应用领域及发现新型具有高活性的磺酰脲类先导化合物，本项目拟开展以下研究工作：（1）建立针对草原毒草的实验室生物活性筛选模型，使得化合物的除草活性研究尽可能在节约成本、节省时间的条件下进行；（2）选择已知商品化磺酰脲类除草剂，研究它们防除毒草的除草活性；（3）通过分子设计合成多个系列的新型磺酰脲类化合物，对其进行除草活性研究；并通过计算机辅助，研究对毒草具有活性的磺酰脲类化合物的构效关系。为进一步开发具有我国自主知识产权的防除草原毒草的除草剂品种奠定基础。

本项目对小花棘豆、黄花棘豆、醉马草、变异黄芪、牛心朴子这5种毒草建立了实验室生物活性筛选模型，使得化合物的除草活性研究尽可能在节约成本、节省时间的条件下进行。选择22个商品化磺酰脲类除草剂，其中，甲嘧磺隆、氯嘧磺隆、碘甲磺隆钠盐、单嘧磺隆和单嘧磺酯这5个商品化除草剂对这5种毒草的活性较高，可考虑进一步进行田间试验，拓宽此类除草剂的使用范围。合成了6个系列共132个新型磺酰脲类化合物，通过1H NMR、EI-MS、IR、HRMS、元素分析等手段对化合物的结构进行了表征确证。采用平皿法和盆栽法对目标化合物进行除草活性初筛。降低浓度为25 克/亩后，化合物M-1、M-2、M-8对于变异黄芪的除草活性都仍然能达到A级。化合物A-01、A-02、A-07、A-08、A-31、A-32在250克/亩的剂量下，对小花棘豆的抑制等级可达A级。I和II系列化合物中的大多数，在250克/亩的剂量下，对小花棘豆的抑制等级可达A级。这些结果说明，所设计合成的化合物可作为防除某一种或几种草原毒草的活性先导结构，进行进一步深入研究。利用CoMFA方法对两个活性较高的系列化合物对于小花棘豆的活性进行了三维定量构效关系研究（3D-QSAR），获得了可信度较高的CoMFA模型。研究所得到的模型，对于类似结构的化合物具有较好的除草活性预测能力，可用于指导设计合成此类新化合物。本项目的研究工作是课题组在防除草原毒草方面的有益探索，其研究成果和经验可为后续相关领域的新农药创制提供理论和技术基础。