草铵膦的合成研究进展_毛明珍

农 药

AGROCHEMICALS 第53卷第6期2014年6月Vol. 53, No. 6Jun. 2014

草铵膦的合成研究进展

毛明珍，何琦文，张晓光，苏天铎，魏 乐，张建功，王列平，薛 超，宁斌科

(西安近代化学研究所， 西安 710065)

摘要：草铵膦是一种高效、广谱、低毒的非选择性除草剂，是目前转基因抗性作物理想的除草剂，应用前景非常

广阔。 草铵膦具有2种对映异构体，但只有L -构型具有除草活性。 根据相关文献及专利报道，综述了草铵膦及L -草铵膦的合成研究进展。 关键词：草铵膦；制备方法；手性合成；综述中图分类号：TQ460.3 文献标志码：A 文章编号：1006-0413(2014)06-0391-03

Progress of the Research on Synthetic Methods of Glufosinate-ammonium

MAO Ming-zhen, HE Qi-wen, ZHANG Xiao-guang, SU Tian-duo, WEI Le, ZHANG Jian-gong,

WANG Lie-ping, XUE Chao, NING Bin-ke

(Xi ′an Modern Chemistry Research Institute, Xi ′an 710065, China)

Abstract: Glufosinate is a highly ef ?

cient, broad-spectrum, low toxicity and non-selective herbicide, and is also a good herbicide for transgenic crops with resistance, which has a broad application prospect. Glufosinate consists of two isomers, but only the L-enantiomer has herbicidal activity. According to the relevant literatures and reported patents, the synthetic methods of glufosinate and L-glufosinate were introduced in this paper.Key words: glufosinate; synthetic methods; asymmetric synthesis; overview

草铵膦(glufosinate)是德国赫斯特(Hoechst)公司开发的一种高效、广谱、低毒的非选择性除草剂，有效成分为

phosphinothricin(简称PPT)，化学式为C 5H 12NO 4P ，易溶于水，不易溶于有机溶剂，对光稳定；在pH=5~9的水溶液中易水解。 市售草铵膦是外消旋混合物，只有L -型具有除草活性，靶标酶是谷氨酰胺合成酶(GS)，草铵膦能抑制GS 所有已知的形式，导致植物体内氮代谢紊乱、氨的过量积累、叶绿体解体，从而使光合作用受抑，最终导致植物死亡[1-3]。

草铵膦具有很强的除草活性，几乎能有效防除各种供试杂草，对农作物安全，活性高，杀草谱广，药害小，是目前转基因抗性作物理想的除草剂，应用前景非常广阔，因而受到科研人员的极大关注[3-4]。 关于草铵膦及L -草铵膦合

成报道很多，最近又有很多新颖的合成方法被开发出来，本文对其合成路线进行详细介绍。

1 草铵膦的合成方法

1.1 盖布瑞尔(Gabriel)–丙二酸二乙酯合成法

该路线[5-6]以甲基亚磷酸二乙酯为起始原料，反应条件比较温和，不需要苛刻的反应温度，但要用到1,2-二溴乙

烷、液溴等物质，成本较高，总收率较低(10%~15%)，是一种早期合成草铵膦的方法[5]。 收稿日期：2014-03-20，修返日期：2014-05-06

作者简介：毛明珍(1984—)，男，山西襄汾人，助理研究员，博士，主要从事新农药创制、农药原药及中间体的合成研究。 E-mail ：maomingzhen0303@https://www.360docs.net/doc/4810042384.html, 。

杜春华等[6]对该路线进行了改进，将丙二酸二乙酯的钠盐改造为乙酰氨基丙二酸二乙酯的钠盐，反应步骤减

少，

总收率为25.8%(以甲基亚膦酸二乙酯计)，但该路线每一步的反应时间都较长(10 h 以上)，且温度较高(100 ℃以上)，工艺比较繁琐。

1.2 阿布佐夫(Arbuzov)合成法

该路线[7]以甲基亚磷酸二乙酯和4-溴-2-三氟乙酰氨基-丁酸甲酯为原料合成，反应历程较为简洁，但4-溴-2-毛明珍, 何琦文, 张晓光, 等. 草铵膦的合成研究进展[J]. 农药, 2014, 53(6): 391-393.

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第53卷

农 药 AGROCHEMICALS 三氟乙酰氨基丁酸甲酯制备较为繁琐，成本较高，而且需要氨基的保护与脱保护，使制备成本进一步增加。

1.3 高压催化合成法

该路线[11]以甲基亚磷酸二乙酯为原料，与丙烯醛反应后得到缩醛产物，再经氰化物、氯化铵等反应得到α-氨基腈类化合物，然后水解得到草铵膦[9]。 工艺收率稳定在30%左右(以甲基亚磷酸二乙酯计)，

条件温和，是目前产业化大生产所采用的路线，但要用到剧毒的氰化物，对环境上的要求较高，而且反应中会产生大量的氯化铵，难以与产品草铵膦分离，纯化工艺繁琐。

该路线[8]以甲基乙烯基次膦酸甲酯和乙酰胺为原料，在150~200 kg/cm 2

压力下，

用八羰基二钴作催化剂、二氧六环为溶剂进行反应，目标产品收率大于80%，但反应需要使用一氧化碳和氢气，且要在15~20 MPa 的高压下反应，对设备要求高，不适合工业化生产，另外一氧化碳为剧毒气体，不易控制。

1.4 布赫勒-贝格斯(Bucherer -

Bergs)法合成

该路线[9]以甲基亚磷酸二乙酯为原料，得到β-次膦酸酯取代的醛或者缩醛，然后与氰化钾(钠)、碳酸铵经过Bucherer -Bergs 反应，

得到β-次膦酸酯取代乙内酰脲结构，再经过开环、酸化、铵化得到草铵膦，文献报道收率86.2%(以β-次磷酸酯取代的缩醛计)。

其中乙内酰脲结构在碱性溶液中开环，需要回流30 h ，工艺较为繁琐。

1.5 内博(Neber)重排法合成

该路线[10]以甲基亚磷酸二乙酯为原料，与丁烯腈发生加成反应，然后利用Neber 重排，在经水解反应制得草铵膦，该路线避免了剧毒氰化物的使用以及使用氨基酸衍生物时对氨基的保护与脱保护的反应。

1.6 斯垂克(Strecker)法合成

李以名等[12]以甲基二氯化磷与异丁醇为起始原料，得到比较稳定的甲基次膦酸异丁酯，再与1,1-二乙酰氧基-2-丙烯在紫外光照射下经过自由基反应得到3,3-(二乙酰氧基)丙基甲基次膦酸异丁酯，然后经Strecker 反应，进一步水解铵化得到目标产物草铵膦，文献报道总收率61.7%(以甲基二氯化磷计)。

2 L -草铵膦的合成方法

2.1 低温定向合成法

低温定向合成方法[13]以甘氨酸酯为原料，先合成一种氢化吡嗪类化合物，在-80 ℃的低温下，正丁基锂夺去活性氢离子，使氢化吡嗪阴离子化，进一步同β-氯乙基甲基次膦酸酯定向合成中间体，再经水解得到高纯度的L -型草铵膦，ee 值>90%，收率85%以上。 但氢化吡嗪的阴离子

化过程需-80 ℃的低温，不易于工业生产。 另外，此步骤中所用到的强锂试剂(n -BuLi)也比较贵重。

2.2 以谷氨酸或蛋氨酸为原料合成

第6期

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该路线[15]从谷氨酸或者蛋氨酸出发，经酯化后热消除得到乙烯基甘氨酸的衍生物，在2-乙基过己酸叔丁酯催化作用下，与膦酸酯发生区域选择性加成，生成L -型草铵膦的衍生物，再经水解得到L -型草铵膦，ee 值超过99%。 该路线中热消除这一步需要500 ℃高温，且产率很低，不适合工业化生产。

2.3 不对称催化氢化法

该路线[14]

以谷氨酸或蛋氨酸为原料，成内酯后经过氯化氢开环，生成中间体(S )-2-甲氧羰基胺基-4-氯-丁酸甲酯，与甲基亚磷酸二乙酯反应得到草铵膦衍生物，最终得到L -型草铵膦，总收率42.3%，ee 值为93.5%。

Zeiss [16]

利用铑-双磷催化剂[Rh -(R ,R )-norphos]不对

称催化氢化合成了L -型草铵膦，首先合成了底物A ，以Rh -(R ,R )-norphos 为催化剂，

对C=C 键进行不对称催化加氢反应，进一步水解，得到L -型草铵膦，ee 值达到90.8%(文献中其余催化剂未列出)。 Minowa 等[17]

以类似的底物B 进行了不对称催化氢化的研究，以[Rh((S ,S )-Et -DUPHOSTM)(cod)]OTf 为催化剂时，

目标产物L -型草铵膦ee

值为 2.4 不对称的氰基加成法

Minowa 等[18]

在专利WO2008035687中报道了一种合

成L -型草铵膦的新方法，以β-次膦酸酯基醛为起始原料，与胺反应生成亚胺类化合物C ，在脲类催化剂作用下发生不对称的氰基加成反应，得到S -氨基腈类化合物，

进一步水解得到目标产物L -草铵膦，ee 值最高为94%。

2.5 迈克尔加成法

Minowa 等[19]

报道了以甲基乙烯基磷酸甲酯和S -2-

羟基-3-蒎酮的甘氨酸乙酯衍生物为底物，在-78 ℃低温下反应，构建了草铵膦分子的手性中心，进一步水解得到L -草铵膦，ee 值最高为79%。

3 展望

目前世界上三大除草剂品种是草甘膦、草铵膦和百草枯，相对于百草枯和草甘膦，草铵膦具有优异的除草性能及较小的药害副作用，随着抗草铵膦转基因作物的快速发

展，草铵膦在未来一段时间内市场需求巨大，前景非常广阔。 目前我国已有9家草铵膦企业登记，正式工业化并打开市场的企业只有浙江永农和河北威远，且由于技术壁垒，生产工艺没有较大规模的突破，产能都在数百吨；对L -草铵膦的生产至今未见报道[20]。 各个科研机构及企业需加快草铵膦的开发，提高生产技术，尤其是L -草铵膦的工艺开发，突破技术壁垒，满足未来市场的需要。

(下转第431页)

毛明珍，等：草铵膦的合成研究进展95.6%。 底物中间体的合成[16]

如下。

第6期431

量下生长安全，≥240 μg a.i./kg药量下药害明显；甘蓝、西红柿、糯玉米和甜玉米在≤60 μg a.i./kg药量下生长安全，≥120 μg a.i./kg药量下药害明显；糯稻和粳稻对甲磺草胺最敏感，在≤30 μg a.i./kg药量下生长安全，≥60 μg a.i./kg 药量处理药害明显。

根据甲磺草胺在我国甘蔗田土壤残留检测结果，甲磺草胺以1.5倍量施药的土壤原始沉积量为0.938~1.483 mg/kg，半衰期为37.6~105 d。以此计算，常量使用的原始沉积量约为0.6~1.0 mg/kg，以原始沉积量1.0 mg/kg、半衰期105 d计，施药1年后甲磺草胺土壤残留量约92 μg a.i./kg，2年后土壤残留量约7.5 μg a.i./kg。目前甘蔗在我国一般采用“1年新植1年宿根”的种植模式，如在新植蔗苗期施用甲磺草胺，宿根蔗收获后(约2年时间)可以安全种植以上供试16种不同作物；如在宿根蔗苗期施药，收获后(约1年时间)可以安全种植作物有向日葵、豇豆、大豆、木薯、花生、饲料玉米、棉花、白萝卜、黄瓜和西瓜，糯稻和粳稻比较敏感，不宜种植。因此，为了避免甲磺草胺残留药害，保障后茬作物种植安全，应科学合理使用甲磺草胺，并根据施用后间隔期长短合理选择后茬作物。

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责任编辑：李新

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责任编：赵平

(上接第393页)

郭成林，等：甲磺草胺对后茬作物室内安全性评价

印度RCF公司第4季度净利润上涨30%

印度Rashtriya农化品和肥料公司(RCF)发布报告称，截至2014年3月31日，该公司2013/14财年第4季度净利润为2 567万美元，上涨30%。

第4季度净收益为3.26亿美元，相比去年同期的3.58亿美元有所下降。

2013/14财年RCF总体净利润达4 250万美元，与2012/13财年4 778万美元相比下降了11%。 2013/14财年公司的总收益额达11.2亿美元，去年同期则为11.5亿美元。

RCF董事长兼总经理R G Rajan说：“尽管国内天然气的使用、补贴的延迟、原材料价格不断变化、外汇波动等因素影响化肥行业，但公司营业有所改善。”

RCF孟买分公司是目前印度主要的化肥生产商，运营位于马哈拉施特拉邦Trombay和Thal的2个工厂，具有250万t尿素和60万t复合肥料的生产能力。