Производные гидантоина, способ их получения, промежуточные соединения, гербицидная композиция на основе производных гидантоина и способ борьбы с сорняками

 

Использование: в качестве гербицидов. Сущность: производные гидантоина первой формулы, приведенной в формуле изобретения, где радикалы имеют соответствующие значения. Получение ведут конденсацией соединения по второй формуле, приведенной в формуле изобретения. Гербицидная композиция содержит в качестве активного ингредиента соединение первой формулы. Способ борьбы с сорняками заключается в обработке сорняков гербицидным составом, содержащим в качестве гербицидного средства эффективное количество производного гидантоина. 5 с. и 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к новым 2-(2,4,5-фенилзамещенным) соединениям гидантоина, их синтезу и промежуточным продуктам, а также к использованию указанных соединений для борьбы с сорняками.

Один из аспектов изобретения относится, в частности, к соединениям формулы (1) где Х₁-Х₂ являются оксо; R₁ означает Н; R₂ означает Н; R₃ означает галоген; R₄ означает фтор; R₅ означает хлор, бром или циано; R₆ означает С_1-4 алкокси, С_2-5 алкинилокси или С_2-5алкоксикарбонил; n-2; m=1 или 2.

Соединения формулы (1) имеют практическую ценность, так как обладают гербицидной активностью.

Соединения формулы (1) можно получать посредством реакции конденсации между амидом и группой R₁₇ cоединения формулы (2)
X где R₁₇ означает C(X₂)OH, C(X₂)OW, COSW, COON=CWW'; CONHSOW, CONHOCH₂COOW; COOCH₂OCOW; COOCHW; или CONHOCH₂ COOH;
X₂ кислород;
W и W₁ независимо друг от друга означают С_1-8 алкил, С_2-8 алкенил, С_2-8 алкинил или фенил, каждый из которых в случае необходимости может быть замещен СN, C_1-4 алкокси-группой или одним или несколькими галогенами.

Описанную реакцию конденсации проводят в условиях, при которых обычно получают соединения гидантоина. Реакции благоприятствует присутствие кислого или щелочного реагента.

Реакцию конденсации можно проводить в кислой или щелочной среде. Иными словами для этой цели пригодна инертная среда типа толуола, где реакция проходит в присутствии такого щелочного агента, как триэтиламин. Температура реакции колеблется от комнатной до 60^оС, предпочтительная температура 60^оС. Конечный продукт выделяют и подвергают очистке в соответствии с известными процессами, например с помощью кристаллизации или экстракции.

Соединения формулы (2) имеют практическую значимость не только как промежуточные продукты при получении соединений формулы (1), но и потому что они сами по себе обладают гербицидной активностью.

Соединения формулы (2) можно получать в реакциях с участием соединения формулы (3)
где R_1-3, R₁₇, n и m имеют вышеуказанные значения, предпочтительно с замещенными фенилизоцианата или азотиоцианата. Эту реакцию можно проводить в инертной среде толуола желательно при температуре окружающей среды. Конечный продукт соединение формулы (2) выделяют из раствора общепринятыми методами очистки, в частности фильтрованием и хроматографией.

Замещенные фенилизоцианаты и изотиоцианаты, используемые в процессе получения соединений формулы (2), хорошо известны. Соединения формулы (3) также известны либо могут быть получены из других известных соединений общепринятыми методами.

Пространственные изомеры формулы (1), в которых n=2, R₁ и R₂означают Н, а (R₃)м представлен 6-ОН, 7-F или 6-F и 7-ОН, а R_4-6 X₁ и Х₂имеют вышеуказанные значения, можно получить посредством обработки соединения формулы (4)
XX₂ где R_4-6 X₁ и Х₂ имеют вышеуказанные значения, триэтиламин-трисгидрофторидом. Соединения формулы (4) либо хорошо известны, либо их получают из известных исходных материалов, используя общепринятые способы.

Соединения формул (1) и (2) обладают способностью регулировать рост растений. К числу последних относятся прорастающие семена, развивающиеся всходы и зрелые растения, в том числе их подземные части. Эти соединения, в частности, могут иметь значение в качестве гербицидов, поскольку они вызывают поражение как однодольных, так и двудольных растений при оценке в разнообразных тестах. Указанные соединения оказывают гербицидное действие при довсходовой и послевсходовой обработке. Наличие гербицидной активности у соединений с формулами (1) и (2) свидетельствует о возможности их применения для борьбы с сорняками (нежелательными видами растений).

Рекомендуется применять соединения с формулами (1) и (2), главным образом для уничтожения двудольных растений, так как они менее активны в отношении однодольных. Их токсичность по отношению к культурным растениям ниже, чем по отношению к сорнякам. Следовательно, они могут представлять особый интерес в качестве избирательных гербицидов для борьбы с сорняками в посевах для посадок, особенно для защиты таких культур, как сахарная свекла, подсолнечник, хлопчатник, соя, кукуруза и пшеница.

Таким образом, изобретение касается также способа борьбы с сорняками в полевых условиях, который состоит в обработке сорных растений или мест их произрастания указанными соединениями в количествах, обеспечивающих гербицидный эффект. При необходимости получения избирательного эффекта при обработке посевов или посадок эти растения применяют в таких количествах, которые достаточны для уничтожения сорняков, но не оказывают существенного неблагоприятного воздействия на данную сельскохозяйственную культуру.

Нормы расхода соединений, применяемых для получения общего или избирательного гербицидного эффекта, изменяют в зависимости от ряда факторов, значение которых общепризнано, в частности вида гербицидного препарата, доминирующего вида растений в насаждениях, сроков, способа и типа обработки, а также природных условий, в том числе погоды, особенностей почвы и т.п. Достаточно высокая эффективность борьбы с сорняками достигается при норме расхода гербицидно-активных соединений согласно изобретению от 001 до 2 кг/га, чаще 0,01-1 кг/га, предпочтительно от 0,01 до 0,25 кг/га. В случае необходимости проводят повторные обработки. При использовании для обработки посевов культурных растений норма расхода обычно не превышает 1 кг/га и чаще составляет от 0,01 до 0,5 кг/га.

В практических условиях при использовании соединений формулы (1) или (2) в качестве гербицидов их можно применять и применяют в составе соответствующих композиций, в состав которых входит достаточное для проявления гербицидного действия количество указанных соединений и инертный носитель, пригодный для сельскохозяйственных целей в том смысле, что он не вызывает токсического загрязнения окружающей среды, в том числе почвы или любой сельскохозяйственной культуры, на которые он наносится, а также не оказывает иного неблагоприятного действия. Такие композиции в форме готовых к употреблению препаратов могут содержать 0,01-99 мас. активного ингредиента, 0-20 мас. пригодного для сельскохозяйственного применения сурфактанта и 1-99,99 мас. инертного носителя. Иногда желательно более высокое соотношение сурфактанта и активного ингредиента, которое достигается непосредственным включением первого в состав композиции или его добавлением при приготовлении рабочей смеси. Готовые к употреблению препараты обычно содержат 0,01-25 мас. активного ингредиента, хотя допускается его более высокое или более низкое содержание в зависимости от назначения препарата и физических свойств активного соединения. Концентраты, предназначенные для разведения непосредственно перед употреблением, обычно содержат 2-90 мас. активного ингредиента, предпочтительно 10-80 мас.

Композиции или препараты на основе соединений согласно изобретению изготовляются в форме дустов, гранул, таблеток, смачиваемых порошков, суспендируемых или эмульгируемых концентратов и т.п. Для их изготовления применяют такие обычные способы, как смешивание активных соединений с инертными носителями и др. В частности, жидкие композиции получают перемешиванием ингредиентов, мелкоструктурные твердые композиции приготовлением в смесителях обычно с измельчением, суспензии диспергированием, а гранулы и таблетки импрегнированием или покрытием (готовых) носителей активным ингредиентом или методом агломерации. Например, дусты можно получать измельчением и смешиванием активного ингредиента с таким твердым инертным носителем, как тальк, глина, кремний и подобные материалы. Гранулированные препараты получают, импрегнируя активное соединение, обычно растворенное в подходящем растворителе, на или в гранулированный носитель типа аттапульгита или вермикулита обычно с размером частиц 0,3-1,5 мм. Смачиваемые порошки, диспергируемые в воде или масле с любой желаемой концентрацией активного ингредиента, можно получать, вводя смачивающие агенты в концентрированные дустообразные композиции. В качестве альтернативы используют микрокапсулы, содержащие препараты согласно изобретению.

В составе гербицидов применяют также приемлемые для сельскохозяйственных целей добавки, которые повышают эффективность действия активных ингредиентов, уменьшают пенообразование, спекание и эрозию готовых препаратов.

В качестве сурфантантов при реализации изобретения используют пригодные для сельскохозяйственного применения соединения, которые придают способность композициям эмульгироваться, смачиваться, диспергироваться, растекаться или иным способом изменяют их поверхностные свойства. В качестве примеров сурфактантов можно указать лигнин-сульфонат и лаурил-сульфонат.

Носители определяются как жидкие или твердые материалы, пригодные для разведения концентрированных препаратов до желаемого или необходимого состояния. В дустах или гранулированных препаратах для этой цели используют, например, тальк, каолин или диатомовую землю, для жидких концентратов такие углеводороды, как ксилол, или такие спирты, как изопропанол, а для готовых к употреблению жидких форм воду или дизельное масло.

В состав композиций согласно изобретению могут вводиться другие биологически активные соединения, в частности, обладающие аналогичной или дополнительной по отношению к основному ингредиенту гербицидной активностью, или соединения с антитоксичными, фунгицидными или инсектицидными свойствами.

Типичные гербицидные композиции согласно изобретению иллюстрируются примерами А, Б и В.

П р и м е р А. Изготовление дуста. 10 вес.ч. соединения формулы (1) или (2) и 90 вес.ч. порошкообразного талька смешивают в механическом смесителе-дробилке до гомогенного состояния, получая однородную текучую порошковидную массу с желаемым размером частиц. Такой дуст пригоден для непосредственной обработки участков, заросших сорняками.

П р и м е р Б. Изготовление смачиваемого порошка. 25 вес.ч. соединения формулы (1) или (2) объединяют и измельчают с 25 вес.ч. синтетического мелкозернистого кремния, 2 вес.ч. натрий-лаурилсульфата, 3 вес.ч. лигнинсульфоната натрия и 45 вес.ч. мелко измельченного каолина до получения материала с размером частиц порядка 5 мкм. Образующийся смачиваемый порошок разбавляют водой непосредственно перед приготовлением жидкости для опрыскивания с требуемой концентрацией активного ингредиента.

П р и м е р В. Изготовление эмульгируемого концентрата (ЭК). 13 вес.ч. соединения формулы (1) или (2) смешивают в емкости с 7 вес.ч. токсимула 360А (смесь анионных и неионных сурфактантов, содержащая преимущественно последние), 24 вес.ч. диметилформамида и 36 вес. ч. теннеко 500-100 (смесь с преобладанием алкилированных ароматических соединений типа ксилола и этилбензола) до получения раствора. Конечный ЭК непосредственно перед употреблением разводят водой.

Конечный продукт.

П р и м е р 1. 2-[4-хлор-2-фтор-5-(изопропокси)-фенил]-7-фтор-тетрагидроимидазо(1,5а)-пирид ин-125Н)-диона (Х₁ и Х₂=0; R₁=H; R₂=H; R₄=F; R₆= изопропокси; (R₃₎m=7-F'; R₅=Cl; n=2).

Помешивая раствор 2-[4-хлор-2-фтор-5-(изопропокси)-фенил]-7-окси-тетрагидрои- мидазо(1,5а)-пиридин-1,3-(2Н, 5Н)-диона (1 г, 2,8 ммоль) в 20 мл безводного метиленхлорида при -78^оС, одноразово добавляют в него 1,36 мл диэтиламиносульфотрифторида. Реакционную смесь доводят до комнатной температуры и перемешивают на протяжении 12 ч. После этого реакционную смесь упаривают и подвергают очистке с помощью хроматографии на колонке из силикагеля в системе гексан-этилацетат (1:1). Искомый продукт получают в виде жидкости с Rf 0,42 (на силикагеле в смеси гексана с этилацетатом 1:1).

П р и м е р 2. Тетрагидро-2-[4-хлор-2-фтор-5-(изопропокси)-фенил-6-окси-1Н-пи- ррол-(1,2-с)имидазол-1,3-(2Н)-дион.

Раствор 1,4 г (3,74 ммоль) метилового эфира 1-[4-хлор-2-фтор-5-(изопропокси)-фенил-амино] -4-оксипирролидин-2-карбокси- льной кислоты в 15 мл диоксанана и 20 мл 2 н.соляной кислоты подвергают перегонке в обратном токе в течение 1,5 ч, а затем упаривают под вакуумом при 60^оС/20 мм рт.ст. Остаток собирают 100 мл метиленхлорида и отфильтровывают. Сироп, образующийся после упаривания на ротационной сушилке подсушенного над Na₂SO₄ фильтрата, подвергают хроматографированию на колонке из силикагеля. Путем элюции в этилацетате получают искомое соединение в виде вязкой маслянистой жидкости с показателем Rf на силикагеле в этилацетате, равным 0,57.

Соединения, данные о которых приводятся в табл.1, синтезируют в соответствии с процедурой, описанной в примере 2.

Пространственные изомеры.

П р и м е р 3. 1-Метилэтиловый эфир 2-хлор-4-фтор-5-[гексагидро-1,3-диоксои- мидазо-(1,5а)-7-фтор-6-оксипиридин-2(3Н)-ил]-бензойной кислоты и 1-метилэтиловый эфир 2-хлор-4-фтор-5-[гексагидро-1,3-диоксо-имидазо-(1,5а)-6-фтор-7-оксипиридин-2 (3Н)ил]-бензойной кислоты (соединения формул 1а и 1в, в которых Х1 и Х₂представлены кислородом, R₄ означает F, R₅ означает Cl, a R₆ означает изопропоксикарбонил).

Гетерогенную смесь 2,7 г (0,007 моль) 1-метилэтилового эфира с 1,2 мл 2-хлор-4-фтор-5-[гексагидро-1,3-диоксо-имидазо- (1,5а)-6,7-эпоксипиридин-2(3Н)-ил] -бензойной кислоты (0,0074 моль) триэтиламин-трис-оксифторида перемешивают в атмосфере азота в течение 16 ч при 110^оС. После этого реакционную смесь темно-коричневого цвета охлаждают до комнатной температуры, разводят метиленхлоридом (200 мл), отмывают 10%-ным раствором NaHCO₃ (100 мл) и двумя порциями воды по 100 мл каждая, подсушивают над Na₂SO₄ и упаривают под вакуумом. Образующуюся сырую смесь искомых соединений разделяют посредством хроматографии с использованием в качестве подвижной фазы смеси гексана с этилацетатом. Сначала элюируют 1-метилэтиловый эфир 2-хлор-4-фтор-5-[гексагидро-1,3-диоксиимидазо-(1,5а)-7-фтор-6-оксипиридин-2( 3Н)-кислоты при соотношении гексана и этилацетата 3:2. Это соединение имеет Rf=0,38 (на силикагеле в смеси этилацетата с гексаном 2:1). Продолжая элюцию с колонки силикагеля в системе гексанэтилацетат (1:2), получают пространственное изомерное соединение с температурой плавления 134^оС.

Промежуточные продукты.

П р и м е р 4. Метиловый эфир 1-[(4-хлор-2-фтор-5-изопропоксифенил)амино/карбо- нил]-(2R)-4-оксопирролидин-2-карбоксиль-ной кислоты.

Охлажденный до -65^оС раствор 1,15 г (0,0058 моль) трихлор-метил-хлорформата в 30 мл сухого СН₂Сl₂ по каплям добавляют к 1,65 г (0,021 моль) диметилсульфоксида при непрерывном перемешивании. После полного смешивания реакционную смесь перемешивают в течение еще 5 мин при -70^оС, а затем обрабатывают (при той же температуре) 2,03 г (0,054 моль) 1-[(4-хлор-2-фтор-5-изопропоксифенил)амино/карбонил] -цис-4-окси-D-пролин/мет иловэфиром в 50 мл сухой СН₂Сl₂. После добавления всего пролин-метилового эфира реакционную смесь на 15 мин оставляют при -65^оС, а затем обрабатывают 3,6 мл (0,026 моль) триэтиламина. После этого реакционную смесь извлекают из смеси сухого льда с ацетоном, дают нагреться до 17^оС (50 мин) и добавляют в нее 75 мл воды. Органический слой отделяют, промывают двумя порциями воды по 120 мл каждая и подсушивают над Na₂SO₄. Образующийся сироп темно-коричневого цвета (после упаривания на роторной сушилке для удаления метиленхлорида) подвергают хроматографии на колонке из силикагеля. Для элюции используют смесь диэтилэфира с гексаном в соотношении 1:1, получая искомый продукт в виде вязкой жидкости светло-желтого цвета с показателем Rf=0,35 на силикагеле в диэтилэфире.

П р и м е р 5. Метиловый эфир 1-[(4-хлор-2-фтор-5-изопропокси-фенил)-амино/кар-бонил]-(2R)-4-цис-ацетоксип иррокарбоксильной кислоты.

3,75 г (0,01 моль) 1-[(4-хлор-2-фтор-5-изопропокси-фенил)амино/карбонил] -цис--4-окси-D-пролин-м етилэфира разводят в смеси из 5 мл уксусного ангидрида и 5 мл пиридина. Смесь оставляют на 20 ч при комнатной температуре, после чего реакционную смесь упаривают под вакуумом (60^оС/20 мм рт.ст.). Остаток собирают СН₂Сl₂ и последовательно промывают 50 мл 5%-ной H₂SO₄, 50 мл воды, 30 мл насыщенного раствора NaHCO₃ и снова 75 мл воды. Вязкая маслянистая жидкость, остающаяся после упаривания на роторной сушилке метиленхлорида из подсушенного над Na₂SO₄ материала, полностью отвердевает при охлаждении до -20^оС в течение ночи. Полученное вещество имеет температуру плавления 92^оС при растирании в смеси диэтилэфира с гексаном в соотношении 1:9.

П р и м е р 6. Метиловый эфир 1-[/(4-хлор-2-фтор-5-изопропокси)фенил/аминокарбо- нил] -(2S)-4-транс-оксипирролидин-2-карбо- ксильной кислоты.

6,91 г (30,12 ммоль) тонко измельченного 4-хлор-2-фтор-5-изопропоксифенил-изоцианата в виде одной навески добавляют в раствор 4,37 г (30,10 ммоль) транс-4-окси-L-пролин-метилэфира в 20 мл безводного толуола при непрерывном помешивании. Реакционную смесь продолжают перемешивать при комнатной температуре на протяжении 12 ч, после чего фильтруют при пониженном давлении. Сырой продукт подвергают кристаллизации из смеси этилацетата с гексаном, получая кристаллы белого цвета с температурой плавления 136-138^оС.

П р и м е р 7. Метиловый эфир 1-[(4-хлор-2-фтор-5-изопропокси)фенил/аминокарбо- нил] -(2S)-4-цис-фтор-пирролидин-2-карбо- ксильной кислоты.

В раствор 1,2 мл (10,4 ммоль) диэтиламиносульфотрифторита в 20 мл безводного метиленхлорида при температуре -78^оС и непрерывном перемешивании добавляют охлажденный раствор 1 г (2,6 ммоль) метилового эфира 1-[4-хлор-2-фтор-5-изопропокси)фенил/аминокарбонил]-(2S)-4-трансокси- пирролидин-2-карбоксильной кислоты. После этого реакционную смесь перемешивают на протяжении еще 2 ч при -78^оС, а затем доводят ее температуру до комнатной и перемешивают еще 12 ч при постоянной температуре. Реакционную смесь упаривают и подвергают очистке с помощью хроматографии на колонке из силикагеля в системе гексан-этилацетат при их соотношении 3:1. Искомый продукт получают в жидкой форме. В системе гесан-этилацетат (3:1) он имеет Rf=0,13.

П р и м е р 8. Метиловый эфир 1-[(4-хлор-2-фтор-5-изопропокси)фенил/амино)карбо- нил] -(2R)-4-цис-оксипирролидин-2-карбо- ксильной кислоты.

К раствору 4,2 г (0,029 моль) метилового эфира цис-4-окси-D-пролина в 50 мл сухого толуола при непрерывном помешивании по каплям добавляют 6,7 г (0,029 моль) 4-хлор-2-фтор-5-изопропоксифенил-изоцианата, разведенного в 250 мл сухого толуола (без охлаждения). После завершения экзотермической реакции (28^оС) реакционную смесь на протяжении 4 ч перемешивают при комнатной температуре, а затем подсушивают. Остаток подвергают хроматографированию на колонке из силикагеля. Посредством элюции этилацетатом получают искомое соединение в виде сиропа желтоватого цвета (показатель Rf на силикагеле в этилацетате равен 0,33), которое характеризуется приемлемыми спектральными свойствами.

Предлагаемые соединения обладают высокой гербицидной активностью.

Используют эффективные количества активных ингредиентов, 50 г активного ингредиента на 1а. Представители ди- и монодольных сорняков, указанных ниже, обрабатывают в предвсходовый и послевсходовый периоды (см. табл.2). Активность определяют и берут среднюю для моно- и дидольных.

Двудольные: Abutilon theophrasti, Capsella bursa pastoris, Cassia obtusifolia, Chenopodium album, Datura stramonium, Galium aparine, Polygonum pensylvanicum, Portulaca oleracia, Senecio vulgaris, Sida spinosa, Solanum nigrum, Stellaria media, Xanthium.

Однодольные: Agropyron repens, Cyperus rotundus, Alopecures myosuroides, Apera spica-venti, Avena fatua, Brachiaria plantaginea, Bromus tectorum, Digitaria sangvinalis, Echinochloa crus-galli, Panicim dichotomiflorum, Poa annua, Setaria faberi, Sorghum halepense.

Формула изобретения

1. Производные гидантоина общей формулы I

где X₁ и X₂ оксо,
R₁ и R₂ водород;
R₃ галоген;
R₄ фтор;
R₅ хлор, CN или Br;
n 2;
m 1 или 2,
R₆ C₁-C₄-алкокси, C₂-C₅-алкинилокси или C₂-C₅-алкоксикарбонил.

2. Производные гидантоина общей формулы I по п.1, где R₁ и R₂ водород;
R₃ галоген;
R₄ фтор;
R₅ хлор, бром или циан;
R₆ C₁-C₄-алкокси;
X₁ и X₂ оксогруппа;
n 2;
m 1 или 2.

3. Производные гидантоина формулы I по п.2, где R₃ 7-F;
R₅ хлор;
R₆ изопропил;
n 2;
m 1.

4. Соединение формулы II

где R₁ R₆, X₁, n и m имеют указанные значения;
R₁₇ C(X₂)OH;
C(X₂)OW;
COSW;
COON = CWWʹ ;
CONHSO₂W;
CONHOCH₂COOW;
COOCH₂OCOW;
COOCHW; или CONHOCH₂COOH;
X₂ кислород;
W и Wʹ независимо C₁-C₈-алкил, C₂-C₈-алкенил, C₂-C₈-алкинил или фенил, каждый из которых, в случае необходимости, замещенные CN, C₁-C₄-алкокси или один или более галогеном,
в качестве промежуточных для получения соединений формулы I по п.1.

5. Способ получения производных гидантоина формулы I по п.1, отличающийся тем, что проводят конденсацию соединения II по п.4.

6. Гербицидная композиция, включающая активный ингредиент и сельскохозяйственно приемлемый носитель, отличающаяся тем, что в качестве активного ингредиента используют производное гидантоина общей формулы I

где R₁ R₆, X₁, X₂, m и n имеют указанные значения,
в эффективном количестве.

7. Способ борьбы с сорняками, включающий обработку сорняков или место их произрастания гербицидным средством, отличающийся тем, что в качестве гербицидного средства используют эффективное количество производного гидантоина общей формулы I по пп.1 3.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2