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腈吡螨酯(cyenopyrafen)的合成与杀螨活性
2019-07-30 11:56:51 来源:农药快讯信息网 浏览:1097

摘要:腈吡螨酯是由日产化学公司开发的丙烯腈类杀螨剂。以丙酮、草酸二乙酯和对叔丁基苯乙腈等为起始原料经7步反应合成了腈吡螨酯,目标化合物的结构经1H NMR确证。初步生物活性测试结果表明,腈吡螨酯对朱砂叶螨具有优异的活性。

 

螨类,尤其是以植食性为主的农业螨类,在世界各地的农作物上都有发现。其具有个体小、繁殖快、发育历期短、行动范围小、适应性强、突变率高和易产生抗药性等特点,是公认的难防有害生物群落。因此,结构新颖,作用机制独特的新型高效杀螨剂的不断发现是农业生产的需要

 

2000年之后,日产化学、曹达、石原产业等农药公司在大约5年的时间里先后公开了几十篇丙烯腈类化合物的专利。2009年在日本、韩国上市的新型杀螨剂腈吡螨酯(cyenopyrafen),不仅结构新颖,而且作用机制独特。结构中叔丁酯水解后对线粒体呼吸链复合体Ⅱ表现出优异的抑制作用,与现有杀螨剂无交互抗性,并对非靶标生物安全,是较为理想的杀螨剂。

 

腈吡螨酯(商品名Starmite)由日产化学工业株式会社开发,主要用于水果和蔬菜。2013年,腈吡螨酯进入哥伦比亚和厄瓜多尔市场,主要用于观赏植物。2016年,腈吡螨酯销售额接近0.2亿美元。腈吡螨酯IUPAC名(E)-2-(4-tert-butylphenyl)-2-cyano-1-(1,3,4-trimethyl-1H-pyrazol-5-yl)vinyl 2,2-dimethylpropanoate,分子式C24H31N3O2,相对分子质量393.24,CAS登录号560121-52-0。纯品为白色晶体,熔点为93℃94℃(图1)。

 

1  腈吡螨酯的化学结构式

 

本文以丙酮、草酸二乙酯和对叔丁基苯乙腈等为起始原料,经7步反应合成腈唑螨酯(图2)。

 

 

注:a:草酸二乙酯、甲醇钠、甲醇、浓盐酸;b:水合肼、二氯甲烷;c:硫酸二甲酯、二氯甲烷;d:多聚甲醛、浓硫酸、盐酸气、1,4-二氧六环;e:钯碳、氢气、甲苯、氮气;f:甲醇钠、甲苯、甲醇、对叔丁基苯乙腈;g:特戊酰氯、三乙胺、四氢呋喃

2  腈吡螨酯的合成路线

 

1  实验部分

1.1  仪器与试剂

所用试剂为市售化学纯或分析纯。

Mercury 300(Varian)核磁共振仪(氘代氯仿为溶剂,TMS为内标);天津分析仪器厂生产的RY-1型熔点仪;Agilent 1100系列高效液相色谱。

 

1.2  关键中间体的合成步骤

1.2.1  2,4-二酮戊酸甲酯(中间体M-1)的合成

冰盐浴下,将20%甲醇钠溶液300.00 g(1.10 mol)加入到三口瓶中,加入甲醇500 mL,机械搅拌均匀,慢慢滴加丙酮(58.00 g,1.00 mol)和草酸二乙酯(146.50 g,1.00 mol)的混合液,90 min滴完。滴加过程中溶液变浑浊,有大量固体生成,滴加结束升温至35℃反应10 h。反应液过滤,所得固体溶于500 mL冰水混合物,用浓盐酸调节pH值为3~4。用乙酸乙酯(2×500 mL)萃取,有机相用饱和食盐水(2×200 mL)洗涤,无水硫酸镁干燥,减压蒸除溶剂,得100.10 g红色油状物(中间体M-1),收率为69%。

 

1.2.2  3-甲基-1H-吡唑-5-羧酸甲酯(中间体M-2)的合成

反应瓶内加入2,4-二酮戊酸甲酯100.00 g(0.70 mol)和500 mL二氯甲烷,冰水浴中搅拌,将85%水合肼水溶液45.00 g(0.80 mol)滴加到反应瓶中,滴加结束,冰浴保温反应1 h。反应液脱溶后加入500 mL乙酸乙酯溶解,用水(2×200 mL)洗涤,无水硫酸镁干燥,减压蒸除溶剂,得72.03 g红色固体(中间体M-2),收率为74%。

 

1.2.3  1,3-二甲基-1H-吡唑-5-羧酸甲酯(中间体M-3)的合成

3-甲基-1H-氢吡唑-5-羧酸甲酯3.00 g(0.02 mol)溶于30 mL二氯甲烷中,将硫酸二甲酯4.20 g(0.03 mol)滴入反应液内,升温至回流,反应8 h。反应液脱溶,加入50 mL水,用100 mL乙酸乙酯萃取,有机相分别用50 mL饱和碳酸氢钠水溶液洗涤,50 mL饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,脱溶得黄色油状物3.54 g,采用色谱柱提纯得黄色油状物(中间体M-3)2.33 g,收率71%。

 

1.2.4  4-氯甲基-1,3-二甲基-1H-吡唑-5-羧酸甲酯(中间体M-4)的合成

1,3-二甲基-1H-吡唑-5-羧酸甲酯5.00 g(0.03 mol)溶于50 mL 1,4-二氧六环,搅拌,将多聚甲醛5.80 g(0.20 mol)投入反应液,缓慢滴加浓硫酸5.00 g(0.03 mol),滴毕升温至90 ℃,通盐酸气搅拌反应8 h。降温至室温,向反应液加入100 mL水,用150 mL乙酸乙酯萃取,有机相分别用饱和碳酸氢钠水溶液(2×100 mL)、饱和食盐水(2×100 mL)洗涤,无水硫酸镁干燥,脱溶得黄色油状物(中间体M-4)3.29 g,收率51%。

 

1.2.5  1,3,4-三甲基-1H-吡唑-5-羧酸甲酯(中间体M-5)的合成

4-氯甲基-1,3-二甲基-1H-吡唑-5-羧酸甲酯2.00 g(0.01 mol)溶于20 mL甲苯,将三乙胺1.00 g(0.01 mol)滴入反应液内,加入5%钯碳0.30 g(0.0002 mol),用氮气置换反应体系内气体,常温常压通氮气,搅拌反应5 h。反应液过滤,用50 mL乙酸乙酯洗涤滤饼,滤液中加入50 mL乙酸乙酯萃取,有机相分别用50 mL饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,脱溶得黄色油状物,经色谱柱提纯得黄色油状物(中间体M-5)1.53 g,收率92%。

 

1.2.6  3-(1,3,4-三甲基-1H-吡唑-5-基)-2-(4-叔丁基苯基)-3-羟基丙烯腈(中间体M-6)的合成

向反应瓶中加入正庚烷20 mL、1,3,4-三甲基-1H-吡唑-5-甲酸甲酯0.85 g(0.005 mol)、对叔丁基苯乙腈0.99 g(0.006 mol),脱水1 h。回流条件下,缓慢滴加甲醇钠甲醇溶液,脱甲醇反应,溶液逐渐变为棕黄色,并有黄色固体生成。5 h后,将反应液加入冰水(50 mL)中,用乙酸乙酯(10 mL)萃取2次,水相用盐酸酸化至pH值为1~2,再用乙酸乙酯(50 mL×3)萃取,合并有机相,分别用少量碳酸氢钠水溶液和水洗涤,无水硫酸镁干燥,减压脱溶得黄色固体(中间体M-6)1.27 g,收率81%。

 

1.2.7  腈吡螨酯的合成

3-(1,3,4-三甲基-1H-吡唑-5-基)-2-(4-叔丁基苯基)-3-羟基丙烯腈2.02 g(0.006 mol)溶于20 mL无水二氯甲烷中,冰浴降温,加入2,2-二甲基丙酸0.76 g(0.006 mol)、4-二甲氨基吡啶1.52 g(0.007 mol),将二环己基碳二亚胺0.85 g(0.007 mol)溶于10 mL无水二氯甲烷,滴加到反应容器内,滴毕升温至室温反应30 min。反应液过滤,所得滤液脱溶,加入100 mL乙酸乙酯、50 mL水,有机相分别用饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化钠水溶液洗涤,无水硫酸镁干燥,浓缩得黄色油状物,经柱色谱提纯得目标物腈吡螨酯白色固体0.73 g。HPLC归一质量分数99%,收率28%,熔点93~94 ℃。

 

1H NMR(300 MHz,CDCl3δ1.17(s,9H,C(CH3)3)、1.34(s,9H,C(CH3)3)、2.10(s,3H,CH3)、2.21(s,3H,CH3)、3.91(s,3H,NCH3)、7.47(q,4H,Ph-H)。

 

2  杀螨活性的测定

2.1  对朱砂叶螨成螨活性的测定

根据待测化合物的溶解性,腈吡螨酯原药用丙酮或二甲亚砜溶解,然后用1‰吐温80溶液配制成所需浓度的待测液50 mL,丙酮或二甲亚砜在溶液中的含量不超过10%。

 

2片真叶菜豆苗,接种朱砂叶螨成螨并调查基数后,用手持喷雾器进行整株喷雾处理,每处理3次重复,处理后置于标准观察室,72 h后调查存活螨数,计算死亡率(表1)。

 

1  腈吡螨酯的杀螨活性

 

2.2  杀卵活性的测定

称取一定量腈吡螨酯,用丙酮制成母液,按试验设计用含有0.1%吐温80的静置自来水稀释成系列浓度。取2片真叶盆栽菜豆苗,去除1片真叶,然后将健康朱砂叶螨雌成螨10头接种到叶片上,24 h后去除成螨,调查卵数并进行喷雾处理。5 d后待空白对照卵全部孵化,调查各处理未孵化卵数,计算孵化抑制率(表2)。

 

2 腈吡螨酯的杀螨卵

 

3  结果与讨论

本文以丙酮、草酸二乙酯和对叔丁基苯乙腈等为起始原料经7步反应合成目标化合物腈吡螨酯,目标化合物的结构经1H NMR确证。初步生物活性测试结果表明,腈吡螨酯对朱砂叶螨具有优异的活性。本文对腈吡螨酯类似化合物的研究具有重要意义。


来源:程岩, 吴鸿飞, 罗艳梅, 李斌. 现代农药, 2019, (3): 9-11

作者单位介绍:沈阳中化农药化工研发有限公司,新农药创制与开发国家重点实验室

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