羟丙基-β-环糊精包合硝磺草酮的研究

除草剂的使用给农业带来了巨大的经济效益和社会效益，除草剂的普遍使用对抑制杂草生长、提高农作物产量、实现农业现代化起到了巨大的影响。三酮类除草剂^[]因其具有杀草谱广、活性强、安全性高和对环境友好等优点, 已成为广泛用于防治阔叶杂草和部分禾本科杂草的除草剂, 但它们的原药都存在水溶性差及热稳定性差的问题, 影响了其使用和药效发挥。

硝磺草酮可防除玉米田内一年生的阔叶杂草，如苍耳、三裂叶豚草、苘麻、苋和蓼等，对禾本科杂草有着较好的防治效果。但是，硝磺草酮原药本身水溶性差，环糊精为中空圆柱形结构，具有外亲水、内疏水的特点，本实验研究的主要内容是运用羟丙基-β-环糊精来包合硝磺草酮，目的是提高硝磺草酮的水溶性。

本实验旨在研究羟丙基-β-环糊精与硝磺草酮的包合物，并通过紫外、红外等表征方法确定包合物的结构。

1) 羟丙基-β-环糊精与硝磺草酮包合物的制备

①　化学方法：将准确称取2 g羟丙基-β-环糊精至锥形瓶中，加入20毫升蒸馏水，60℃下搅拌30 min。将0.001 mol的羟丙基-β-环糊精水溶液20 mL倒入三颈烧瓶中搅拌, 25℃时将10 mL的硝磺草酮 (0.001mol) 丙酮溶液以不同的摩尔比（1：1，1：2，1:3，1：4）缓慢滴加到羟丙基-β-环糊精的溶液中, 滴加后, 室温搅拌4.5 h。搅拌完成后, 将溶液倒入100 mL小烧杯中密封放入3-5℃冰箱放置12 h, 结晶析出，然后减压过滤, 固体用丙酮和蒸馏水洗涤, 真空干燥4 h。称重，测熔点，计算产率。

②　物理方法：将硝磺草酮和羟丙基-β-环糊精以1：7摩尔比添加至研钵中研磨，以获得均匀的混合物。

2) 包合物的结构表征方法

①　紫外光谱法
    准确称取5.00 mg硝磺草酮、5.0 mg羟丙基-β-环糊精、10.0 mg羟丙基-β-环糊精-硝磺草酮包合物加入7 mL丙酮溶解并配成水溶液，用1 cm石英比色皿在200-400 nm波长范围内扫描紫外吸收曲线，分别得到吸光度值。

②　红外光谱法 (FTIR)
    采用KBr压片的方法测试羟丙基-β-环糊精-硝磺草酮包合物，准确称取包合物5 mg，与溴化钾混合均匀，共同研磨，将研磨的粉末置于亚膜机中压制成透明薄片，将压制好的样品置于红外光谱仪中，以2 cm^-1的分辨率在400-4000 cm^-1光谱区域内，以空气为背景进行扫描，得到FT-IR图谱。

3） 包合物的水溶性测定

准确称取包合物7 g放入小烧杯中，倒入10 mL蒸馏水，使其溶解，置入15 mL离心管。以8000r/mim离心除去未溶解的包合物，取上清液，用蒸馏水稀释1000倍。采用紫外可见分光光度法测定硝磺草酮的浓度，计算包合物的溶解度。

1） 硝磺草酮国内、外研究现状：现在的硝磺草酮已经具有134种产品，目前排在第四名，硝磺草酮是一种能够抑制羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶 (HPPD) 的芽前和苗后广谱选择性除草剂, 可有效防治阔叶草和部分禾本科杂草, 药效3-5天。1984年捷利康 (现先正达) 研究开发硝磺草酮原药, 2000年首先在欧洲玉米田登记, 2002年沈阳化工研究院进行硝磺草酮的合成, 并在温室及田间进行了药效和安全性实验。2006年开始在东三省使用, 由于杀谱广、活性强、安全性高、对环境友好等特点, 次年在国内玉米田得到极大的推广。正是因为硝磺草酮原药消解半衰期只有3天左右，且对鸟鱼、蜜蜂、家蚕等低毒，残留少，生态安全远超莠去津，对植株的药害影响优于烟嘧，更加符合于国家低毒、高效、环境安全的发展标准。

2002年美国Alfemess等报道了硝磺草酮及其2个代谢产物（AMBA和MNBA）在农产品、及水体中的检测方法。美国之后所研究的都是硝磺草酮与其他产品形成复配产品，用于

图 1硝磺草酮的结构式

2） 羟丙基-β-环糊精国内、外研究现状：羟丙基-β-环糊精是β-环糊精的醚化衍生物，是β-环糊精与1,2-环氧丙烷缩合反应的产物。化学结构式见图2。

羟丙基-β-环糊精用于制药上主要是可提高药物溶解度，调整或控制药物的释放速度，提高药物或助剂的稳定性和药物的生物利用度，降低药物的刺激性、毒副作用、掩盖药物的异味和臭味。除此之外，其还广泛应用于食品、化妆品、农药、化工及其他行业，作为稳定剂、包合剂、乳化剂、定香剂、防腐剂等，起到提高产品质量和档次的作用，是一种高技术生物化工产品。

捷克学者Kopecky等对比分析了包括三种不同平均取代度的羟丙基-β-环糊精在内的多种环糊精及其衍生物的研究，在环糊精空腔内插入具有识别能力的受体，来包合成具有更高使用价值的产物。环糊精作为甲烷水合物生成的促进剂或抑制剂中，环糊精与甲烷水合物联用使天然气水合物生成率增加了68%，诱导时间缩短了1个数量级，由此可见羟丙基-β-环糊精被越来越多学者应用在实际中。

 

图 2羟丙基-β-环糊精的结构式

3）  羟丙基-β-环糊精与硝磺草酮包合物国内、国外研究现状：现在国内外已经有了β-环糊精与硝磺草酮合成的成功案例，β-环糊精与硝磺草酮包合物的结构图见下图3。东北农业大学的张天宇等人在2017年发表了β-环糊精包合硝磺草酮水相包合物的制备与性质研究这篇论文，其中介绍了包合物的制备过程，并对其包合物进行了紫外（UV）、红外（FTIR）、扫描电镜（SEM）等表征方法，研究结果表明β-环糊精-硝磺草酮包合物的形成将改善除草剂原药的理化特性，提高硝磺草酮的溶解性。现如今羟丙基-β-环糊精比β-环糊精有更好的水溶性，而且市场上售卖的硝磺草酮大多以悬浮剂、悬乳剂、可分散油悬浮剂等剂型存在，如果用羟丙基-β-环糊精包合后会加大硝磺草酮溶于水的能力，使其发挥更大的药效。

                                           图 3β-环糊精与硝磺草酮包合物的结构图

1）创新点：羟丙基-β-环糊精具有无毒、无害、无二次污染、对人身体无害等特点，所以我们用羟丙基-β-环糊精包合硝磺草酮，提高水溶性的同时，还保护环境以及人类身体的健康。

2）项目特色：新型环保剂型、减轻环境污染。

1) 技术路线：

2) 拟解决问题：使硝磺草酮成功被环糊精包合，然后提高硝磺草酮的水溶性。

3) 预期成果：发表核心论文1篇；项目研究报告1份。

1） 2022年3月至2022年5月，查文献，确定项目的研究内容，2022年6月初开始撰写申请书，修改申请书。
2） 2022年6月15日，提交大创项目申请书。
3） 2022年6月至8月，进行实验准备工作。
4） 2022年9月至2023年1月，进行实验部分，并在实验期间记录下实验的数据，以便后续工作的顺利进行。
5） 2023年3月至2023年6月，实验数据整理，结果分析和总结，撰写和发表研究论文。
6） 2023年7月至12月，项目总结，撰写研究报告，结题验收。