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 fi

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@ 。

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