腈吡螨酯（cyenopyrafen）的合成與殺螨活性

程 巖，吳鴻飛，羅艷梅，李 斌

（沈陽(yáng)中化農(nóng)藥化工研發(fā)有限公司，新農(nóng)藥創(chuàng)制與開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng) 110021）

螨類，尤其是以植食性為主的農(nóng)業(yè)螨類，在世界各地的農(nóng)作物上都有發(fā)現(xiàn)。其具有個(gè)體小、繁殖快、發(fā)育歷期短、行動(dòng)范圍小、適應(yīng)性強(qiáng)、突變率高和易產(chǎn)生抗藥性等特點(diǎn)，是公認(rèn)的難防有害生物群落。因此，結(jié)構(gòu)新穎，作用機(jī)制獨(dú)特的新型高效殺螨劑的不斷發(fā)現(xiàn)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要[1]。

2000年之后，日產(chǎn)化學(xué)、曹達(dá)、石原產(chǎn)業(yè)等農(nóng)藥公司在大約5年的時(shí)間里先后公開(kāi)了幾十篇丙烯腈類化合物的專利。2009年在日本、韓國(guó)上市的新型殺螨劑腈吡螨酯（cyenopyrafen），不僅結(jié)構(gòu)新穎，而且作用機(jī)制獨(dú)特。結(jié)構(gòu)中叔丁酯水解后對(duì)線粒體呼吸鏈復(fù)合體II表現(xiàn)出優(yōu)異的抑制作用，與現(xiàn)有殺螨劑無(wú)交互抗性，并對(duì)非靶標(biāo)生物安全，是較為理想的殺螨劑。

腈吡螨酯（商品名Starmite）由日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社開(kāi)發(fā)，主要用于水果和蔬菜。2013年，腈吡螨酯進(jìn)入哥倫比亞和厄瓜多爾市場(chǎng)，主要用于觀賞植物。2016年，腈吡螨酯銷售額接近0.2億美元[2]。腈吡螨酯IUPAC名稱(E)-2-(4-tert-butylphenyl)-2-cyano-1-(1,3,4-trimethyl-1H-pyrazol-5-yl)vinyl 2,2-dimethylpropanoate，分子式C24H31N3O2，相對(duì)分子質(zhì)量393.24，CAS登錄號(hào)560121-52-0。純品為白色晶體，熔點(diǎn)為93～94℃?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1 腈吡螨酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

本文以丙酮、草酸二乙酯和對(duì)叔丁基苯乙腈等為起始原料，經(jīng)7步反應(yīng)合成腈唑螨酯，合成路線見(jiàn)圖2。

圖2 腈吡螨酯的合成路線

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

所用試劑為市售化學(xué)純或分析純。

Mercury 300（Varian）核磁共振儀（氘代氯仿為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)）；天津分析儀器廠生產(chǎn)的RY-1型熔點(diǎn)儀；Agilent 1100系列高效液相色譜。

1.2 關(guān)鍵中間體的合成步驟

1.2.1 2,4-二酮戊酸甲酯（中間體M-1）的合成

冰鹽浴下，將20%甲醇鈉溶液300.00 g（1.10 mol）加入到三口瓶中，加入甲醇500 mL，機(jī)械攪拌均勻，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。滴加過(guò)程中溶液變渾濁，有大量固體生成，滴加結(jié)束升溫至35℃反應(yīng)10 h。反應(yīng)液過(guò)濾，所得固體溶于500 mL冰水混合物，用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值為3～4。用乙酸乙酯（2×500 mL）萃取，有機(jī)相用飽和食鹽水（2×200mL）洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，減壓蒸除溶劑，得100.10 g紅色油狀物（中間體M-1），收率為69%。

1.2.2 3-甲基-1H-吡唑-5-羧酸甲酯（中間體M-2）的合成

反應(yīng)瓶?jī)?nèi)加入2,4-二酮戊酸甲酯100.00 g（0.70mol）和500 mL二氯甲烷，冰水浴中攪拌，將85%水合肼水溶液45.00 g（0.80 mol）滴加到反應(yīng)瓶中，滴加結(jié)束，冰浴保溫反應(yīng)1 h。反應(yīng)液脫溶后加入500 mL乙酸乙酯溶解，用水（2×200 mL）洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，減壓蒸除溶劑，得72.03 g紅色固體（中間體M-2），收率為74%。

1.2.3 1,3-二甲基-1H-吡唑-5-羧酸甲酯（中間體M-3）的合成

將3-甲基-1H-氫吡唑-5-羧酸甲酯3.00 g（0.02 mol）溶于30 mL二氯甲烷中，將硫酸二甲酯4.20 g（0.03 mol）滴入反應(yīng)液內(nèi)，升溫至回流，反應(yīng)8 h。反應(yīng)液脫溶，加入50 mL水，用100 mL乙酸乙酯萃取，有機(jī)相分別用50 mL飽和碳酸氫鈉水溶液洗滌，50 mL飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，脫溶得黃色油狀物3.54 g，采用色譜柱提純得黃色油狀物（中間體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（中間體M-4）的合成

將1,3-二甲基-1H-吡唑-5-羧酸甲酯5.00 g（0.03mol）溶于50 mL 1,4-二氧六環(huán)，攪拌，將多聚甲醛5.80 g（0.20 mol）投入反應(yīng)液，緩慢滴加濃硫酸5.00 g（0.03 mol），滴畢升溫至90℃，通鹽酸氣攪拌反應(yīng)8 h。降溫至室溫，向反應(yīng)液加入100 mL水，用150 mL乙酸乙酯萃取，有機(jī)相分別用飽和碳酸氫鈉水溶液（2×100 mL）、飽和食鹽水（2×100 mL）洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，脫溶得黃色油狀物（中間體M-4）3.29g，收率51%。

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

將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，將三乙胺1.00 g（0.01 mol）滴入反應(yīng)液內(nèi)，加入5%鈀碳0.30 g（0.000 2mol），用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)體系內(nèi)氣體，常溫常壓通氮?dú)?，攪拌反?yīng)5 h。反應(yīng)液過(guò)濾，用50 mL乙酸乙酯洗滌濾餅，濾液中加入50 mL乙酸乙酯萃取，有機(jī)相分別用50 mL飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，脫溶得黃色油狀物，經(jīng)色譜柱提純得黃色油狀物（中間體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-羥基丙烯腈（中間體M-6）的合成

向反應(yīng)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）、對(duì)叔丁基苯乙腈0.99 g（0.006 mol），脫水1 h?；亓鳁l件下，緩慢滴加甲醇鈉甲醇溶液，脫甲醇反應(yīng)，溶液逐漸變?yōu)樽攸S色，并有黃色固體生成。5 h后，將反應(yīng)液加入冰水（50 mL）中，用乙酸乙酯（10 mL）萃取2次，水相用鹽酸酸化至pH值為1～2，再用乙酸乙酯（50 mL×3）萃取，合并有機(jī)相，分別用少量碳酸氫鈉水溶液和水洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，減壓脫溶得黃色固體（中間體M-6）1.27 g，收率81%。

1.2.7 腈吡螨酯的合成

將3-(1,3,4-三甲基-1H-吡唑-5-基)-2-(4-叔丁基苯基)-3-羥基丙烯腈2.02 g（0.006 mol）溶于20 mL無(wú)水二氯甲烷中，冰浴降溫，加入2,2-二甲基丙酸0.76g（0.006 mol）、4-二甲氨基吡啶1.52 g（0.007 mol），將二環(huán)己基碳二亞胺0.85 g（0.007 mol）溶于10 mL無(wú)水二氯甲烷，滴加到反應(yīng)容器內(nèi)，滴畢升溫至室溫反應(yīng)30 min。反應(yīng)液過(guò)濾，所得濾液脫溶，加入100 mL乙酸乙酯、50 mL水，有機(jī)相分別用飽和碳酸氫鈉水溶液、飽和氯化鈉水溶液洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，濃縮得黃色油狀物，經(jīng)柱色譜提純得目標(biāo)物腈吡螨酯白色固體0.73 g。HPLC歸一質(zhì)量分?jǐn)?shù)99%，收率28%，熔點(diǎn)93～94℃。

2 殺螨活性的測(cè)定

2.1 對(duì)朱砂葉螨成螨活性的測(cè)定

根據(jù)待測(cè)化合物的溶解性，腈吡螨酯原藥用丙酮或二甲亞砜溶解，然后用1‰吐溫80溶液配制成所需濃度的待測(cè)液50 mL，丙酮或二甲亞砜在溶液中的含量不超過(guò)10%。

取2片真葉菜豆苗，接種朱砂葉螨成螨并調(diào)查基數(shù)后，用手持噴霧器進(jìn)行整株噴霧處理，每處理3次重復(fù)，處理后置于標(biāo)準(zhǔn)觀察室，72 h后調(diào)查存活螨數(shù)，計(jì)算死亡率。結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 腈吡螨酯的殺螨活性

2.2 殺卵活性的測(cè)定

稱取一定量腈吡螨酯，用丙酮制成母液，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)用含有0.1%吐溫80的靜置自來(lái)水稀釋成系列濃度。取2片真葉盆栽菜豆苗，去除1片真葉，然后將健康朱砂葉螨雌成螨10頭接種到葉片上，24 h后去除成螨，調(diào)查卵數(shù)并進(jìn)行噴霧處理。5 d后待空白對(duì)照卵全部孵化，調(diào)查各處理未孵化卵數(shù)，計(jì)算孵化抑制率。結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 腈吡螨酯的殺螨卵活性

3 結(jié)果與討論

本文以丙酮、草酸二乙酯和對(duì)叔丁基苯乙腈等為起始原料經(jīng)7步反應(yīng)合成目標(biāo)化合物腈吡螨酯，目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR確證。初步生物活性測(cè)試結(jié)果表明，腈吡螨酯對(duì)朱砂葉螨具有優(yōu)異的活性。本文對(duì)腈吡螨酯類似化合物的研究具有重要意義。