广灭灵

除草剂广灭灵的合成及应用

药学专业侯晓琳

指导教师孙云明

摘要：2-(2-氯苯基)甲基-4,4-二甲基-3-异噁唑酮俗称广灭灵,是一种目前在农业生产上被广泛应用的含氮杂环结构的除草剂。本文简要介绍了该化合物基本特征、除草机理、代谢降解机理、使用安全性评价及其应用现状和前景,对合成必要性和意义进行了较为全面地阐述。通过对比广灭灵的主要合成路线总结出以氯代特戊酰氯、盐酸羟胺、邻氯氯苄为主要原料,运用新的合成工艺条件(溶剂、催化剂、反应时间及温度等)合成广灭灵的方法具有原料易得、操作简便、溶剂回收率高、成本低廉等优点,同时能够高收率、高选择性地得到目标产物,总产率可以达到86.31%,更适合工业化生产。展望了广灭灵在农业生产上的应用前景。

关键词：广灭灵；合成路线；作用机理；安全性

引言广灭灵具有杀草谱宽，除草效果好，可混性好，副作用少，对环境安全等优点，发展前景广阔，合成路线比较短，适合找到工业化生产条件。研究广灭灵的生产合成方法，追求更优的合成工艺具有重大的意义。

1.广灭灵概述

1.1广灭灵的物理化学性质

广灭灵是一种高效、低毒、异噁唑酮类选择性苗前除草剂。是由美国食品机械化学公司（FMC Corporation）于1983 年首先开发[1,2]，1984年申请专利，通用名为Clomazone；商品名称Command 和Cerano 5MEG[3]，其他名称有Dimethane、Command 4E、Fenoxan 和FMC-57020，中文商品名为广灭灵。化学名称为2-（2-氯苯基）甲基-4，4-二甲基-3-异噁唑酮；分子式：C12H14ClNO2；相对分子质量：239.7。

广灭灵化学结构如图1 所示。

物理化学性质：2-（2-氯苯基）甲基-4，4-二甲基-3-异噁唑酮纯品为淡棕色粘稠状液体；相对密度（d20）1.192；闪点41－43℃；沸点275.4℃；蒸汽压19.2MPa(25℃)；乳化性良好；溶解性：水1.1g/L，易溶于丙酮、乙腈、氯仿、环己酮、二氯甲烷、甲苯、庚烷、二甲基甲酰胺等有机溶剂。稳定性：常温下可以稳定储存一年，50℃下可以稳定90天，其水溶液在日光下DT50＞30d，在土壤中DT50 为10~137 天。对碳钢、不锈钢、聚乙烯无腐蚀性；在酸性和碱性介质中（4.50-9.25）稳定。广灭灵降解作用主要取决于微生物，化学特效期至少180 天[4,5]。广灭灵毒理反应特性：雄大鼠急性经口LD50为2077mg 原药/kg，雌大鼠为1369mg 原药/kg；兔急性经皮LC50（4h）为4.8mg/kg；鹌鹑和野鸭急性经口LD50（4h）＞2150mg/kg；虹鳟鱼毒

LC50(96h)19mg/kg；蓝鳃太阳鱼34mg/kg。广灭灵对眼睛有刺激，对皮肤有轻微刺

激，对试验动物无三致作用[5]，对水生生物如藻类、大型植物及枝角目和饶足类动物广灭灵的半数效应EC50为14.5~32.2mg/L，属于低毒除草剂[4,5,6]。广灭灵在国外尤其是美国已经被广泛使用，国内现已有企业生产。目前市场所售的剂型有：48％异噁唑酮乳油（豆草灵）、45％异噁松乳油（豆乐）、45％异噁松可湿性粉剂、36％悬浮剂和35％乙异噁松可湿性粉剂（有效成分乙草胺和广灭灵）。

1.2广灭灵的应用

广灭灵在发达国家的施用已经相当普遍，我国在1986 年至1989年对广灭灵进行试验示范，自1990 年推广使用已经历经17 年，使用技术成熟，具有杀草谱宽，除草效果好，施药时间长，可混性好，对环境安全等优点[12]。

广灭灵适用的作物主要是大豆田防除阔叶杂草和禾本科杂草，也可以用于木薯、玉米、油菜、烟草、甘蔗、马铃薯、花生、水稻、棉花、黄瓜、南瓜、西瓜、西葫芦、辣椒、豌豆等。目前西红柿、小白菜、花菜、椰菜、甜菜、罂粟和水稻等作物田的研究也获得突破性进展[7,8,9,10,11]。广灭灵的防止对象有稗草、看麦娘、马唐、牛筋草、狗尾草、金狗尾草、苘麻、狼把草、鬼针草、豚草、荠菜、藜、小藜、柳叶刺藜、酸模叶蓼、节蓼、卷茎蓼、红蓼、萹蓄、鸭跖草、马齿苋、苍耳、水棘针、香薷、龙葵等一年生杂草。对多年生阔叶杂草刺儿菜、大刺儿菜（大蓟）、苣荬菜、问荆等，使用高药量有好的防治效果，用低药量有较强的抑制作用[12]。

1.2.1 广灭灵在大豆等作物田中的应用

广灭灵主要应用在抑制大豆田杂草，其效果非常显著，因此被大豆主产区黑龙江、吉林、内蒙古等省份广泛使用。广灭灵在大豆苗前苗后均可使用。在苗前使用，可以被杂草根、幼芽吸收，向上传导，经木质部扩散到叶部，抑制敏感植物的叶绿素和胡萝卜素合成并在短期死亡。大豆、甘蔗、马铃薯、花生、烟草等作物具有选择性，作物吸收后经过特殊代谢作用，将广灭灵转变成无毒的降解物。广灭灵在苗后使用可以被植物的茎叶吸收，传导性差，抑制敏感植物的叶绿素和胡萝卜素的合成，茎叶变白，从而杀死杂草[12]。

1.3 广灭灵生理学机理

1.3.1 广灭灵除草机制

一般而言，广灭灵的除草机理是通过抑制敏感植物中叶绿素和类胡萝卜素的生物合成，而类胡萝卜素是作为化学缓冲剂来保护叶绿素与叶绿体不遭受光氧化作用，类胡萝卜素合成的抑制，必然造成叶绿素进行光氧化作用，进而导致植物变白、变黄或失去绿色，并且选择性地抑制杂草中双萜和三萜的合成[13]。研究结果表明，广灭灵破坏棉花子叶白色质体亚显微结构，细胞内呈现不规则的质体膜，并有形态各异的基质泡，暴露于光下其破坏能力更强；广灭灵能减缓棉花脱植基叶绿素向叶绿素转化，影响叶绿醇合成，抑制类胡萝卜素合成的同时，造成倍半萜烯半棉酚和二聚倍半萜烯棉子酚的大量积累，在焦磷酸法尼基酯形成后，抑制萜类化合物的合成[14]。目前认为，广灭灵通过植物根和幼苗吸收，木质部传导，在抗性作物体内通过氧化、羟基化与缀合作用而丧失活性；对敏感植物通过抑制类异戊二烯合成途径中甲羟戊酸与龙牛儿基二磷之间一种或多种酶的活性，阻碍叶绿素的生成与质体素的积累，产生白化现象[15]。

1.3.2 广灭灵代谢降解机制

广灭灵代谢包括在作物体内代谢、微生物降解作用和土壤中的降解行为。Shaaban 研究广灭灵在大豆体内的代谢得到5-酮基广灭灵、5-羟基广灭灵、2-氯苯甲醇、5’-羟基广灭灵和羟甲基广灭灵（MetaboliteA,C,E,F,G）共计五种代谢产物，图2中粗黑箭头代表的N-脱烷基化是广灭灵在大豆中代谢的主要过程，而其中的2-氯苯甲醇（MetaboliteC）为主要代谢产物[16]。