呋喃并吡喃衍生物在小麦田间防冻管理中的用途

摘要

本发明提供一种呋喃并吡喃衍生物，其化学结构为式(Ⅰ)其中，R1、R2各自独立的选自‑H、‑CF3、‑F或‑OCH3。本发明通过实验室盆栽抗冻试验和小麦田间防冻管理试验证实所述的呋喃并吡喃衍生物在小麦田间冻害管理中的用途，尤其是冻害预防中的作用。本发明成本低、操作管理简单、防冻效果显著，适合生产推广应用。

权利要求

1.一种呋喃并吡喃衍生物，其化学结构为式(Ⅰ)其中，R1、R2各自独立的选自-H、-CF3、-F或-OCH3。

2.如权利要求1所述的呋喃并吡喃衍生物，优选结构为：

3.如权利要求1所述的呋喃并吡喃衍生物，其特征是：合成路线为：

4.如权利要求1所述的呋喃并吡喃衍生物在小麦田间冻害管理中的用途。

说明书

呋喃并吡喃衍生物在小麦田间防冻管理中的用途

技术领域

[0001] 本发明涉及呋喃并吡喃衍生物在小麦田间防冻管理中的用途。

背景技术

[0002] 小麦是最重要的粮食作物之一，山东是我国小麦生产的重要区域之一，对保障国家粮食生产起着重要的作用。但是近几年来，由于自然灾害发生频繁，尤其是早春冻害(倒春寒)，对山东小麦生产造成了较大的影响。

[0003] 相比冬季冻害，小麦春季冻害更加难以预测。小麦春季冻害一般指倒春寒(Late spring coldness)，指初春(一般指3月)气温回升较快，而在春季后期(一般指4月或5月)气温较正常年份偏低的天气现象。倒春寒对小麦影响很大，可以导致单位穗数、穗粒数明显下降，造成减产甚至绝收。小麦倒春寒冻害主要表现在主茎、大分蘖和幼穗受冻。叶片轻度干枯，外部症状表现不明显。幼穗受冻死亡的顺序为先主茎，后大蘖，冻后小麦出现的分蘖，成穗质量比冬前分蘖差，表现为穗型小，穗粒数少，千粒重下降，一般千粒重减少2～6克。

[0004] 天气情况为不可控因素,为了应对小麦生长关键时期可能产生冻害,考虑到小麦受冻程度与多种因素有关，当下研究中多采用田间防控管理和小麦抗寒品种选育，田间防控管理能够达到一定程度的防冻作用，但是成本过高或者操作繁琐困难等因素的限制并没有得到推广应用，小麦抗寒品种选育收效甚微，经研究发现，小麦品种间对春季冻害的反应差异不明显，只是不同品种受冻后的恢复速度与恢复程度存在明显差异。目前，在生产上主要通过栽培技术措施加以预防和补救，因此小麦田间防冻管理对防治小麦冻害、提高小麦产量具有重要意义。

发明内容

[0005] 为解决现有技术存在的不足，本发明提供一种呋喃并吡喃衍生物，并且试验证明在小麦田间防冻管理中的用途。本发明成本低、操作管理简单、防冻效果显著，适合生产推广应用。其化学结构为式(Ⅰ)：

[0006]

[0007] 其中，R1、R2各自独立的选自-H、-CF3、-F或-OCH3。

[0008] 进一步地，优选结构为：

[0009]

[0010]

[0011] 本发明所述的呋喃并吡喃衍生物采用的合成路线为：

[0012]

[0013] 上述合成路线简要操作描述，如下：

[0014] 在合适的溶剂中，2-乙氧基-4-甲基-3,4-二氢-2H-吡喃与炔丙醇在NIS的作用下发生加成反应生成6-乙氧基-3-碘-4-甲基-2-(丙-2-炔-1-基氧基)四氢-2H-吡喃(中间体1)。采用的溶剂可以是二氯甲烷，DCM，甲苯，二甲苯，环己烷，四氢呋喃，N,N-二甲基甲酰胺，DMSO，优选二氯甲烷。

[0015] 合适的溶剂中，中间体1在催化剂AIBN的作用下发生成环反应，生成6-乙氧基-4-甲基-3-亚甲基-六氢-2H-呋喃并[2,3-b]吡喃(中间体2)；采用的溶剂可以是甲苯，二甲苯，正庚烷，正己烷，环己烷，甲基环己烷，四氢呋喃，N,N-二甲基甲酰胺，DMSO，优选四氢呋喃。

[0016] 中间体2中的C＝C双键在臭氧和二甲基硫化物的作用下发生氧化反应生成6-乙氧基-4-甲基-四氢-呋喃并[2,3-b]吡喃-3-酮(中间体3)；

[0017] 中间体3中的羰基在NaBH4的作用下发生还原反应，生成6-乙氧基-4-甲基-六氢-2H-呋喃并[2,3-b]吡喃-3-醇(中间体4)；

[0018] 在无机碱存在下，中间体4中的羟基与相应的酯反应生成对应的最终产物。采用的无机碱可以是氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钾，碳酸钠，碳酸铯，碳酸氢钾，碳酸氢钠，优选碳酸钾。

[0019] 本发明通过实验室盆栽抗冻试验和小麦田间防冻管理试验证实所述的呋喃并吡喃衍生物在小麦田间冻害管理中的用途，尤其是冻害预防中的作用。

具体实施方式

[0020] 中间体1：6-乙氧基-3-碘-4-甲基-2-(丙-2-炔-1-基氧基)四氢-2H-吡喃的合成[0021]

[0022] 将2-乙氧基-4-甲基-3,4-二氢-2H-吡喃(30mmol)和炔丙醇(45mmol)溶于二氯甲烷(50mL)中并冷却至0℃。在30分钟内将N-碘代琥珀酰亚胺(35mmol)分批加入到溶液中，将其升温至室温并再搅拌5小时。所得溶液用盐水(30mL)洗涤，MgSO4干燥并真空浓缩。通过柱色谱法(快速硅胶，10％EtOAc/石油醚)纯化粗制油状物，得到无色油状物6-乙氧基-3-碘-4-甲基-2-(丙-2-炔-1-基氧基)四氢-2H-吡喃(中间体1)和6-乙氧基-2-碘-4-甲基-3-(丙-
2-炔-1-基氧基)四氢-2H-吡喃(中间体1’)，其中中间体1得到1.5g，产率14％。

[0023] 中间体1：1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ:1.08(dd,3H),1.20(t,3H),2.01(m,1H),2.08(m,1H),2.21-2.33(m,2H),3.65(m,2H),4.01(m,1H),4.23(d,1H),4.35(d,1H),4.75(t,1H),5.16d,1H).13C-NMR(125MHz,CDCl3)δ:15.03,17.64,33.39,38.73,41.53,56.12,
64.32,75.03,78.24,98.18,99.16.LC-MS(ESI,pos,ion)m/z:325[M+H].

[0024] 中间体2：6-乙氧基-4-甲基-3-亚甲基-六氢-2H-呋喃并[2,3-b]吡喃的合成[0025]

[0026] 将中间体1(25mmol)，四氢呋喃(25mmol)和AIBN(2.5mmol)溶于苯(50mL)中，并将溶液回流8小时，反应完成后，真空除去溶剂，将粗品经过柱色谱(快速硅胶，10％EtOAc/石油醚)纯化，得到无色油状物6-乙氧基-4-甲基-3-亚甲基-六氢-2H-呋喃并[2,3-b]吡喃(中间体2)，4.11g，产率83％。1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ:0.95(dd,3H),1.20(t,3H),1.54(m,1H),1.76(m,2H),2.38(m,1H),3.29(m,1H),3.53(m,1H),3.99(d,1H),4.09(d,1H),4.69(t,1H),
13
5.03(m,2H),5.43(d,1H). C-NMR(125MHz,CDCl3)δ:15.01,17.77,33.84,36.90,55.19,
62.55,70.46,100.46,107.43,160.32.LC-MS(ESI,pos,ion)m/z:199[M+H].

[0027] 中间体3：6-乙氧基-4-甲基-四氢-呋喃并[2,3-b]吡喃-3-酮的合成

[0028]

[0029] 将中间体2(20mmol)溶于二氯甲烷(20mL)中并将溶液冷却至-78℃。将臭氧通入溶液中2小时，然后用氮气吹扫系统20分钟。加入二甲基硫化物(40mmol)并将溶液搅拌1小时。真空除去溶剂，粗品经过柱色谱(快速硅胶，20％EtOAc/石油醚)纯化，得到白色结晶固体6-乙氧基-4-甲基-四氢-呋喃并[2,3-b]吡喃-3-酮(中间体3)，2.56g，产率64％。1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ:0.95(dd,3H),1.20(t,3H),1.33(m,1H),1.58(m,1H),1.92(m,1H),2.56(m,1H),3.46(m,1H),3.70(m,1H),4.53(m,2H),4.69(t,1H),5.62(d,1H).13C-NMR(125MHz,CDCl3)δ:15.01,17.77,32.06,37.54,60.18,62.55,74.45,100.23,100.57,212.02.LC-MS(ESI,pos,ion)m/z:201[M+H].

[0030] 中间体4：6-乙氧基-4-甲基-六氢-2H-呋喃并[2,3-b]吡喃-3-醇的合成[0031]

[0032] 用乙醇(50mL)溶解中间体3(15mmol)，在0℃下加入NaBH4(25mmol)，保持温度反应2小时，然后加入二乙醇胺盐酸盐(15mmol)，室温下搅拌反应过夜，过滤，滤饼用乙酸乙酯(20mL)洗涤，减压浓缩滤液，得到无色油状物6-乙氧基-4-甲基-六氢-2H-呋喃并[2,3-b]吡喃-3-醇(中间体4)，2.56g，产率85％。1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ:0.92(dd,3H),1.20(t,3H),
1.33(m,1H),1.58(m,1H),1.85(m,1H),2.24(m,1H),2.38(d,1H),3.46(m,1H),3.70(m,1H),
3.85(m,1H),4.01(dd,1H),4.26(dd,1H),4.69(t,1H),5.45(d,1H).13C-NMR(125MHz,CDCl3)δ:15.01,17.66,32.84,38.59,52.37,62.55,68.19,74.67,100.23,101.30.LC-MS(ESI,pos,ion)m/z:203[M+H].

[0033] 实施例1：2,5-二氧代吡咯烷-1-基-(6-乙氧基-4-甲基-六氢-2H-呋喃[2,3-b]并吡喃-3-基)碳酸酯的合成

[0034]

[0035] 将PPh3(10mmol)和乙酸(13mmol)溶解在THF(50mL)中，然后加入中间体4(10mmol)并剧烈搅拌混合物，再加入双(2,5-二氧代吡咯烷-1-基)碳酸酯(11mmol)并继续搅拌6小时。真空除去溶剂，将粗制化合物溶于乙醇(50mL)中，向其中加入K2CO3(20mmol)。将混合物在室温下搅拌过夜。过滤混合物并蒸发溶剂，然后通过柱色谱(快速硅胶，20％EtOAc/石油醚)纯化，得到白色固体2,5-二氧代吡咯烷-1-基-(6-乙氧基-4-甲基-六氢-2H-呋喃[2,3-1
b]并吡喃-3-基)碳酸酯，1.92g，产率56％。H-NMR(400MHz,CDCl3)δ:0.92(dd,3H),1.22(t,
3H),1.35(m,1H),1.58(m,1H),2.24(m,1H),2.44(m,1H),2.80(s,4H),3.45(m,1H),3.70(m,
1H),4.11(dd,1H),4.36(dd,1H),4.69(t,1H),4.92(m,1H),5.50(d,1H).13C-NMR(125MHz,CDCl3)δ:15.01,17.66,25.44,33.65,38.59,47.95,62.55,66.93,77.04,100.23,102.08,
151.71,169.28.LC-MS(ESI,pos,ion)m/z:344[M+H].

[0036] 实施例2：3-氟-2,5-二氧代吡咯烷-1-基-(6-乙氧基-4-甲基-六氢-2H-呋喃[2,3-b]并吡喃-3-基)碳酸酯的合成

[0037]

[0038] 将PPh3(10mmol)和乙酸(13mmol)溶解在THF(50mL)中，然后加入中间体4(10mmol)并剧烈搅拌混合物，再加入双(3-氟-2,5-二氧代吡咯烷-1-基)碳酸酯(11mmol)并继续搅拌6小时。真空除去溶剂，将粗制化合物溶于乙醇(50mL)中，向其中加入K2CO3(20mmol)。将混合物在室温下搅拌过夜。过滤混合物并蒸发溶剂，然后通过柱色谱(快速硅胶，20％EtOAc/石油醚)纯化，得到白色固体3-氟-2,5-二氧代吡咯烷-1-基-(6-乙氧基-4-甲基-六氢-2H-呋喃[2,3-b]并吡喃-3-基)碳酸酯，2.38g，产率66％。LC-MS(ESI,pos,ion)m/z:362[M+H].[0039] 实施例3：3-甲氧基-2,5-二氧代吡咯烷-1-基-(6-乙氧基-4-甲基-六氢-2H-呋喃[2,3-b]并吡喃-3-基)碳酸酯的合成

[0040]

[0041] 将PPh3(10mmol)和乙酸(13mmol)溶解在THF(50mL)中，然后加入中间体4(10mmol)并剧烈搅拌混合物，再加入双(3-甲氧基-2,5-二氧代吡咯烷-1-基)碳酸酯(11mmol)并继续搅拌6小时。真空除去溶剂，将粗制化合物溶于乙醇(50mL)中，向其中加入K2CO3(20mmol)。将混合物在室温下搅拌过夜。过滤混合物并蒸发溶剂，然后通过柱色谱(快速硅胶，20％EtOAc/石油醚)纯化，得到白色固体3-甲氧基-2,5-二氧代吡咯烷-1-基-(6-乙氧基-4-甲基-六氢-2H-呋喃[2,3-b]并吡喃-3-基)碳酸酯，2.17g，产率58％。LC-MS(ESI,pos,ion)m/z:374[M+H].

[0042] 实施例4～实施例8：

[0043] 合成方法同实施例1，合成产物如下表：

[0044]

[0045]

[0046]

[0047] 试验例1：实验室盆栽抗冻试验

[0048] 一、试验方法

[0049] 在塑料盆(直径18cm×高20cm)中播种小麦品种为济麦22种子，带种子发芽后，正常培养条件：每天14h照光，生长温度为25/15℃(光/黑暗)，光照度为240μmol m-2s-1，相对湿度60～75％。在小麦植株生长至6叶一心时，进行幼穗观察，发现此时小麦幼穗发育处于药隔形成初期，对应于田间小麦植株处于孕穗初期，此发育阶段小麦植株所遭受的冻害，属于春季冻害。

[0050] 将处于药隔形成初期的小麦植株，随机分为施药组和对照组，施药组小麦植株喷施本发明化合物溶液(本发明化合物0.1g/L、吐温40浓度为0.6g/L的水溶液)，喷施标准以溶液自叶片自然即将流下为准，1d后移至低温培养箱进行连续3d的–1℃春季冻害胁迫处理；对照组小麦植株喷施蒸馏水，1d后同样移入低温培养箱进行连续3d的–1℃春季冻害胁迫处理。在冻害胁迫3d后，采用正常培养条件继续培养3d，统计小麦幼穗冻害情况并计算幼穗冻死率(％)和抗冻率(％)。抗冻率(％)＝(对照组幼穗冻死率-施药组幼穗冻死率)/(100-对照组幼穗冻死率)×100

[0051] 二、实验结果

[0052] 实验室盆栽抗冻试验结果，见下表：

[0053]

[0054]

[0055] 测定结果表明，小麦植株遭受–1℃春季冻害胁迫3d后，本发明化合物溶液具有降低小麦幼穗冻死率，提高抗冻率的作用，表明本发明化合物溶液能增强小麦植株对春季冻害的抵抗力。

[0056] 试验例2：小麦田间防冻管理试验

[0057] 一、试验方法

[0058] 1、实验基地

[0059] 山东农业大学实验基地(泰安，山东农业大学中心校区附近)。

[0060] 2、小麦品种

[0061] 济麦22

[0062] 3、冻害分级标准

[0063] 0级无冻穗；

[0064] 1级幼穗冻死20％以下；

[0065] 3级幼穗冻死20％～50％；

[0066] 5级幼穗冻死50％～80％；

[0067] 7级幼秘冻死80％以上；

[0068] 9级幼穗全部冻死。

[0069] 4、施药时间

[0070] 据气象部门天气预报获悉2018年4月5日后山东、河南等地将普遍性强降温，降温幅度在10℃以上，如此一来小麦将面临倒春寒冻害。本田间试验给药时间为2018年4月3日13：30～16:30之间。

[0071] 5、分组与施药

[0072] 试验分为施药组和对照组，施药组喷施本发明化合物溶液(本发明化合物0.1g/L、吐温40浓度为0.6g/L的水溶液)，对照组喷施不含本发明化合物的吐温溶液，喷施标准以溶液自叶片自然即将流下为准。每个处理重复四次，每个小区面积为25m2。采取5点取样法，观察小麦幼穗的冻害情况。

[0073] 6、数据分析方法

[0074] 幼穗冻害指数(％)＝[∑(各级病株数×相对级数值)/(总株数×9)]×100抗冻率(％)＝(对照组幼穗冻害指数-施药组幼穗冻害指数)/(100-对照组幼穗冻害指数)×100[0075] 增产率(％)＝(施药组平均产量-对照组平均产量)/对照组平均产量×100[0076] 二、实验结果

[0077] 小麦田间防冻管理试验结果，见下表：

[0078] 组别 幼穗冻害指数(％) 抗冻率(％) 增产率(％)对照组 63.8 - -
实施例2 41.1 62.7 41.2
实施例3 45.8 77.3 43.9

[0079] 据报道，2018年4月5-7日河南、山西、陕西、山东、安徽等地遭受强降温天气，降温幅度达15℃左右。本实验基地气温监测结果为最低气温达到-1℃，地面最低温度-4℃。此时小麦生长正处于拔节后期至孕穗期，此次倒春寒势必会造成小麦减产。

[0080] 上述结果表明，倒春寒到来之前提前喷施本发明实施例2或实施例3的施药组幼穗冻害指数较对照组有大幅度的降低，与对照组相比表现出了很好的抗冻能力，待到成熟后对产量进行评定，发现施药组较对照组增产率大于40％。本实验说明在寒流到来之前，对田间小麦进行本发明化合物的喷施有助于小麦抗冻，有助于增加产量，是操作简便、易于推广的小麦田间防冻管理措施。

[0081] 显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其他多种形式的修改、替换或变更。