原标题：近年开发的含氟除草剂的简要介绍

       氟原子和含氟基团深刻地影响着有机和无机分子的结构、反应性和功能。氟原子独特的电子结构，使得它在卤素原子中尤为特殊，它具有最强的电负性和与氢原子相近的原子半径，可以更加方便地取代氢原子而进行化合物分子的微调和修饰，另外，含氟化合物良好的脂溶性和疏水性，可以更好地应用在生物体内。在除草化合物结构中引入氟原子通常会使其物理、化学和生物性质得到改善。据统计，现代除草剂品种中含氟化合物与非含氟化合物的比例约为1∶1。含氟除草剂已经成为主要的研究对象。

       本文就已上市的含氟除草剂中的7个品种及其合成方法做简要介绍。

1  含氟除草剂品种

1.1  嘧氟磺草胺和氟酮磺草胺

       嘧氟磺草胺（pyrimisulfan）和氟酮磺草胺（triafamone）属于含有二氟甲基磺酰胺基团的磺胺嘧啶类除草剂（见图1）。

图1  除草剂嘧氟磺草胺和氟酮磺草胺

       嘧氟磺草胺是由日本组合化学公司发现并开发的一种新型苗前、苗后水稻田除草剂。使用剂量为50～75 g a.i./hm²，该化合物对一年生禾本科杂草、莎草、阔叶和抗磺酰脲类除草剂杂草具有广谱杂草控制作用，对水稻不造成植物毒性伤害，对鱼类、蚤类等水生生物和环境安全。Takumi等总结了N-(嘧啶-2-基羰基苯基)磺酰胺及其衍生物的不同合成路线，并对磺酰基上取代基进行了构效关系研究。结果表明，含CF₂H取代基的磺胺类化合物具有较强的除草活性和广谱性。嘧氟磺草胺的合成方法见图2，以3-(甲氧基甲基)-2-硝基苯乙腈为原料与4,6-二甲氧基-2-甲磺酰基嘧啶反应，所得中间体经由氧化、2步还原、取代反应最终得到嘧氟磺草胺。

图2  嘧氟磺草胺的合成方法

       氟酮磺草胺（triafamone）是拜耳公司发现和开发的一种新型苗前、苗后除草剂，使用剂量为20～50 g a.i./hm²。主要的目标杂草是禾本科杂草、莎草和阔叶杂草，在生物体内无潜在积累作用。氟酮磺草胺和嘧氟磺草胺的作用机理相似，都是抑制乙酰乳酸合成酶。

       氟酮磺草胺的合成方法见图3，由2-氟苯胺和2-(甲硫基)乙酸甲酯通过Gassman反应合成相应的7-氟-3-甲硫基吲哚-2-酮。经还原消除掉甲硫基后，与2-氯-4,6-二甲氧基三嗪经过亲核取代反应得到3-(4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪基)-7-氟吲哚-2-酮。由于二氟甲基磺酰氯在碱性条件下相当不稳定，在N-甲基咪唑作为碱的条件下实现了吲哚酮的二氟甲基磺酰化。吲哚酮经FeSO₄/H₂O₂氧化后进一步生成相应的酮，最终经甲基化生成氟酮磺草胺。

图3  氟酮磺草胺的合成方法

       在氟酮磺草胺和嘧氟磺草胺的合成中都使用了二氟甲基磺酰氯，二氟甲基磺酰氯由氟利昂和苄基硫醇通过2步反应合成（见图4），是一种已经商业化且易得的中间体。

图4  二氟甲基磺酰氯的合成方法

1.2  三嗪氟草胺和茚嗪氟草胺

       三嗪氟草胺（triaziflam，见图5）是日本Idemitsu Kosan公司开发的新型均三嗪类除草剂，主要用于稻田苗前和苗后防除禾本科杂草和阔叶杂草，使用剂量为100～200 g a.i./hm²。三嗪氟草胺2006年上市，可抑制杂草的光合作用、微管形成及纤维素形成，具有全新的除草机制，这个特点有利于延缓杂草抗性的形成。其合成方法见图6，该合成路线的重要原料2-氟异丁酸乙酯由2-羟基异丁酸乙酯与氟化氢反应制得，但该氟化反应过程中易发生消除反应，从而使收率变低。

图5  除草剂三嗪氟草胺和茚嗪氟草胺

图6  三嗪氟草胺的合成方法

       2011年，拜耳公司推出了一种新的活性成分茚嗪氟草胺（indaziflam，见图5），这是一种纤维素生物合成（CBI）的高效抑制剂，为苗前、苗后除草剂，可用于控制柑橘、葡萄、果树、坚果树等固定作物的杂草。如工业种植园，多年生甘蔗，草坪以及高尔夫球场、草皮农场、休闲草皮、观赏植物、非作物区、圣诞树农场及林地，该除草剂对生物体安全。茚嗪氟草胺在防治杂草的施用量和施药谱方面取得了重大突破，但该化合物包含3个手性中心，使得茚嗪氟草胺的合成成为是一个化学难题。

       茚嗪氟草胺的中间体(1R,2S)-2,6-二甲基-2,3-二氢-1H-茚-1-胺由2,6-二甲基-2,3-二氢-1-茚酮作为起始原料，通过还原胺化反应得到（见图7）。

图7  茚嗪氟草胺手性片段的合成方法

       手性2-氟丙酸或其酯的合成从天然乳酸酯开始，经OH/F对映选择性取代得到。1993年报道的第1种方法是在N,N-二甲基甲酰胺中用KF对其甲磺酸酯进行氟化，因反应过程会生成丙烯酸甲酯需要进行繁琐的纯化，导致收率较低（见图8）。

图8  2-氟丙酸酯的合成方法

       后来，Cost-efficient开发了几种具有成本效益的路线，可以得到成吨规模的2-氟丙酸酯。其中一种最有效的方法：使用SO₂F₂或SOCl₂活化OH基团，然后与HF反应，具有极好的原子经济性（见图9）。

图9  Cost-efficient改进的2-氟丙酸酯的合成方法

       在2007年，拜耳还申请了一项关于氟烷基胺试剂的专利，四氟乙基二甲胺（TFEDMA）用于乳酸对映体选择性一步去氧氟化，收率为75%～80%，对映选择性非常高，见图10。

图10  氟烷基胺试剂TFEDMA在手性2-氟丙酸酯合成中的应用

       茚嗪氟草胺的合成路线见图11，异丙醇铝作为路易斯酸加入到反应混合物中，在相对温和的反应条件下，促进了双胍的生成，并最终获得了茚嗪氟草胺，收率高，纯度好。

图11  茚嗪氟草胺的合成方法

1.3  氟氯吡啶酯和氯氟吡啶酯

       氟氯吡啶酯（halauxifen-methyl）和氯氟吡啶酯（florpyrauxifen-benzyl）均为美国陶氏益农公司开发的芳基吡啶酯类化合物（见图12），是植物激素类除草剂，通过与植物体内受体激素结合，刺激细胞过度分裂，阻塞传导组织，导致植物营养耗尽死亡。氟氯吡啶酯主要适用于谷物田，包括大麦、小麦、黑麦等，苗后防除多种阔叶杂草以及恶性杂草，使用剂量为10～20 g a.i./hm²，对哺乳动物安全，急性、慢性毒性低，对水稻安全性高；氯氟吡啶酯主要适用于水稻田，可有效防治千金子、稗草等禾木科和阔叶杂草，为苗前、苗后除草剂，使用剂量为33.3～66.7 g a.i./hm²，该除草剂对环境友好，对其他生物体安全。

图12  除草剂氟氯吡啶酯和氯氟吡啶酯

       氟氯吡啶酯的合成主要有2条路线，路线1以4-氯-2-氟溴苯为原料，经由羟基化、甲基化、硼酸化、Suzuki偶联等反应得到（见图13）。

图13  氟氯吡啶酯的合成路线1

       路线2以2-吡啶甲酸或2-氟-4-氯-3-甲氧基苯甲醛为原料，通过制备锌试剂或关环来构建吡啶环等步骤得到氟氯吡啶酯（见图14）。

图14  氟氯吡啶酯的合成路线2

       氯氟吡啶酯的合成与氟氯吡啶酯类似，以4-氯-2-氟溴苯为原料，经由羟基化、甲基化、硼酸化、Suzuki偶联、水解、酯化等反应得目标产物（见图15）。

图15  氯氟吡啶酯的合成路线

1.4  三氟草嗪

       2014年巴斯夫的除草剂三氟草嗪（trifludimoxazin）（见图16）获得了ISO的批准。三氟草嗪为原卟啉原氧化酶（PPO）抑制剂类除草剂，通过干扰叶绿素生物合成，导致杂草死亡，为苗前、苗后除草剂，使用剂量为100 g a.i./hm²。该产品主要用于谷物、玉米、大豆、花生、柑橘、梨果及其他作物，防除藜、豚草、野生萝卜、黑麦草、猫耳草等禾本科杂草和阔叶杂草；也用于防除一些重要的抗性杂草，如苋属、豚草属等杂草，该除草剂毒性低，对生物体安全性较高。

图16  三氟草嗪结构式

       三氟草嗪的合成路线主要有3条，路线1（见图17）是以间氟苯酚和溴代二氟乙酰二甲胺为起始原料，经亲核取代、苯环硝化、硝基还原、氮原子烷基化、氮原子酰基化、关环等反应得到。

图17  三氟草嗪的合成路线1

       路线2（见图18）以5-氟-2-硝基苯酚为起始原料，经过还原、酰胺化、醚化、硝化、取代、还原、制备氰酸酯、合环8步反应制得目标物。

图18  三氟草嗪的合成路线2

       合成路线3（见图19）是在路线1的基础上对最后1步三嗪环合成反应进行优化，以6-氨基-2,2,7-三氟-4-丙炔基-4H-苯并[1,4]噁嗪-3-酮为中间体，一步合环制备目标物。

图19  三氟草嗪的合成路线3

2  结语

       总体来说，氟原子的特殊理化性质，使得含氟化合物在除草剂产品中占据着非常重要的位置。由于氟原子半径小，又具有较大的电负性，它所形成的C-F键键能要比C-H键键能大得多，明显地增加了有机氟化合物的稳定性和生理活性。另外，含氟有机化合物还具有较高的脂溶性和疏水性，促进其在生物体内吸收与传递速度，使生理作用发生变化。所以很多含氟农药在性能上相对具有用量小、毒性低、药效高等特点，都使得含氟除草剂一直备受关注，也将是未来除草剂发展的重要方向。我们也期望得到更多的这种低毒、高效的除草剂品种，不仅是在节约资源方面，更多的是为人体健康所考虑。所以，含氟除草剂的未来将不可估量。