氟啶蟲酰胺衍生物的設(shè)計(jì)合成與生物活性

楊子輝*，田 昊

(山東金華海生物開發(fā)有限公司，山東濟(jì)南 251400)

吡啶酰胺類化合物具有殺蟲、殺菌和除草等廣譜生物活性，在殺菌和殺蟲領(lǐng)域均已經(jīng)有相關(guān)品種上市[1-2]。巴斯夫 2002年首次登記的琥珀酸脫氫酶抑制劑(SDHI)類殺菌劑啶酰菌胺(boscalid)即為廣譜、內(nèi)吸性殺菌劑，它可以防治果蔬和其他作物的由子囊菌和半知菌引起的病害，該類殺菌劑在2011年的銷售額為5.81億美元[3-5]。

氟啶蟲酰胺(flonicamid)是日本石原產(chǎn)業(yè)在參考三氟甲基吡啶結(jié)構(gòu)的殺菌劑和除草劑的基礎(chǔ)上開發(fā)的新型吡啶酰胺類殺蟲劑[6]，通過阻礙害蟲吮吸作用而發(fā)揮效果。害蟲攝入藥劑后很快停止吮吸，最后饑餓而死。氟啶蟲酰胺主要用于非農(nóng)作物、棉花、水果和蔬菜，對各種刺吸式口器害蟲有效，具有良好的內(nèi)吸和滲透作用[7]，可從植物根部向莖部、葉部傳導(dǎo)。氟啶蟲酰胺2005年在美國上市用于花卉，2007年在中國、日本、意大利上市，用于水果和蔬菜，2011年在加拿大登記， 2011年全球市場銷售額約為4 000萬美元。2013年在中國的化合物專利到期，目前國內(nèi)已有多家農(nóng)化企業(yè)登記該品種原藥和復(fù)配制劑[8]。

河北艾林科技有限公司 2017年設(shè)計(jì)合成的煙酰胺類化合物G1701(C)在4.0 mg/L對瓜蚜具有較好的抑制活性，達(dá)94%，優(yōu)于啶蟲脒，其5%乳油具有速效和與其他殺蟲劑無交互抗性的特點(diǎn)[9]。

為獲得具有殺蟲活性的吡啶酰胺類化合物，筆者以石原產(chǎn)業(yè)的商品化殺蟲劑氟啶蟲酰胺為先導(dǎo)，通過變換吡啶環(huán)上羧基的位置，設(shè)計(jì)了氟啶蟲酰胺衍生物。本文對其設(shè)計(jì)合成與殺蟲活性進(jìn)行報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 儀器

ZF-2型三用紫外儀(上海安亭電子儀器廠)；RE-52C型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長城科工貿(mào)有限公司)；RY-1G 型熔點(diǎn)儀(天津天光光學(xué)儀器有限公司)；核磁共振儀(BRUKER，400 MHz，CDCl3溶劑，TMS 內(nèi)標(biāo))；Agilent 1100 Series型高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)(EI，美國Agilent公司)；薄層層析硅膠板(煙臺江友硅膠開發(fā)有限公司)。

1.2 試劑

5-三氟甲基吡啶-3-羧酸(上海畢得醫(yī)藥科技有限公司)；5-三氟甲基吡啶-2-羧酸(上海畢得醫(yī)藥科技有限公司)；EDCI (Adamas-beta，上海泰坦科技有限公司)；HObt (Adamas-beta，上海泰坦科技有限公司)；三乙胺(華倫化工)；其他溶劑和試劑均為市售分析純或化學(xué)純。

圖1 目標(biāo)化合物A的合成路線

1.3 化合物合成

1.3.1 目標(biāo)化合物A1的合成

5-三氟甲基吡啶-3-羧酸(0.191 g, 1.0 mmmol)和叔丁基肼鹽酸鹽(0.124 g, 1.0 mmol)溶解于25 mL二氯甲烷中，加入Et3N (0.202 g, 2.0 mmol)，隨后加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(EDCI,0.287 mg, 1.5 mmol)、1-羥基苯并三唑(HOBt, 0.20 g,1.5 mmol), 25oC反應(yīng)3 h，TLC檢測反應(yīng)完全。反應(yīng)液以水洗滌(20 mL×2)，飽和食鹽水洗滌(20 mL×1)，無水硫酸鈉干燥，脫溶，粗品柱層析得無色液體，收率：78%。1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ: 8.87 (d,J=2.0 Hz, 1H, pyridine), 8.65 (s, 1H, pyridine), 8.54 (d,J=2.0 Hz，1H, pyridine), 6.80 (s, 1H, NH), 2.20 (s, 1H,pyridine), 1.25 (s, 9H, C(CH3)3)。

1.3.2 目標(biāo)化合物A2的合成

參考 1.3.1的合成方法，2,5-二氫吡咯鹽酸鹽(0.105 g, 1.0 mmol)為后加入的物質(zhì)，25 ℃反應(yīng)2 h，得黃色液體，收率：76%。1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ: 9.03 (d, J=2.0 Hz，1H, pyridine), 8.75 (s, 1H,pyridine), 8.28 (d, J=2.0 Hz，1H, pyridine), 5.80-5.75(m, 2H, CH=CH), 3.68-3.62 (m, 4H, CH3)。

1.3.3 目標(biāo)化合物A3的合成

參考1.3.1的合成方法，25oC反應(yīng)2 h，得白色固體，m.p.31～33 ℃，收率：70%。1H NMR (500 MHz,CDCl3) δ: 8.89 (d, J=2.0 Hz，1H, pyridine), 8.72 (s, 1H,pyrindine), 8.39 (d, J=2.0 Hz, 1H, pyridine), 3.34-3.37(m, 2H, NHCH2), 3.26-3.29(m, 2H, NHCH3), 1.49 (s,9H, OCH3)。

1.3.4 目標(biāo)化合物A4的合成

參考1.3.1的合成方法，25 ℃反應(yīng)1.5 h，得黃色液體，收率：82%。1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ:9.00 (d, J=2.0 Hz, 1H, pyridine), 8.68 (s, 1H,pyrindine), 8.39 (d, J=2.0 Hz，1H, pyridine), 4.33 (s,2H, CH2)。

1.3.5 目標(biāo)化合物A5的合成

5-三氟甲基吡啶-2-羧酸(0.191, 1.0 mmol)和叔丁基肼鹽酸鹽(0.124 g, 1.0 mmol)溶解在25 mL二氯甲烷中，加入Et3N (0.202 g, 2.0 mmol)，隨后加入EDCI (0.287 mg, 1.5 mmol)，HOBt (0.20 g, 1.5 mmol)，25 ℃反應(yīng)2.5 h，TLC檢測反應(yīng)完全。反應(yīng)液以水洗滌(20 mL×2)，飽和食鹽水洗滌(20 mL×1)，無水硫酸鈉干燥，脫溶，得到深黃色固體，m.p.22～25 ℃，收率：72%。1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ: 8.50(d, 1H,J=1.2 Hz, pyridine), 7.80 (dd, 1H, J1=6.0 Hz, J2=1.2 Hz, pyridine), 7.50 (d, 1H, J=6.0 Hz, pyridine), 1.30 (s,9H, C(CH3)3)。

1.3.6 目標(biāo)化合物A6的合成

參考 1.3.5的合成方法，2,5-二氫吡咯鹽酸鹽(0.105 g, 1.0 mmol)后加入反應(yīng)液中，25 ℃反應(yīng)2 h，得到黃色液體，收率：82%。1H NMR (500 MHz,CDCl3) δ: 8.53 (d, J=2.0 Hz，1H, pyridine), 7.83 (dd, 1H,J1=6.0 Hz, J2=1.2 Hz, pyridine), 7.56 (d, 1H, J=6.0 Hz,pyridine), 5.82-5.73 (m, 2H, CH=CH), 3.70-3.62 (m,4H, CH2)。

1.3.7 目標(biāo)化合物A7的合成

參考1.3.5的合成方法，25 ℃反應(yīng)1.5 h，得到黃色固體，m.p.26～28 ℃，收率：76%。1H NMR (500 MHz,CDCl3) δ: 8.63 (d, 1H, J=1.2 Hz, pyridine), 7.90 (dd, 1H,J1=6.0 Hz, J2=1.2 Hz, pyridine), 7.53 (d, 1H,J=6.0 Hz,pyridine), 3.38-3.35 (m, 2H, NHCH2), 3.25-3.28 (m,2H, NHCH2), 1.49 (s, 9H, OCH3)。

1.3.8 目標(biāo)化合物A8的合成

參考1.3.5的合成方法，25 ℃反應(yīng)2 h，得到棕色液體，收率：82%。1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ:8.45 (d, 1H, J=1.2 Hz, pyridine), 7.83 (dd, 1H, J1=6.0 Hz,J2=1.2 Hz, pyridine), 7.56 (d, 1H, J=6.0 Hz, pyridine),4.30 (s, 2H, CH2)。

1.3.9 目標(biāo)化合物A9的合成

參考1.3.5的合成方法，25 ℃反應(yīng)2 h，得到棕色液體，收率：81%。1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ:8.30 (d, 1H, J=1.2 Hz, pyridine), 7.89 (dd, 1H, J1=6.0 Hz, J2=1.2 Hz, pyridine), 7.58 (d, 1H, J=6.0 Hz,pyridine), 4.80 (s, 2H, CH2)。

1.3.10 目標(biāo)化合物A10的合成

參考1.3.5的合成方法，25 ℃反應(yīng)3 h，得到黃色液體，收率：82%。1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ:8.68 (d, 1H, J=1.2 Hz, pyridine), 7.93 (dd, 1H, J1=6.0 Hz,J2=1.2 Hz, pyridine), 7.59 (d, 1H, J=6.0 Hz, pyridine),7.33-7.15 (m, 4H, phenyl), 4.60 (s, 2H, CH2), 1.40 (s,9H, (CH3)3).

1.4 對化合物A進(jìn)行殺蟲活性測試[10]

1.4.1 化合物配制

用分析天平(0.000 1 g)稱取一定質(zhì)量的目標(biāo)化合物，用含1%吐溫-80乳化劑的DMF溶解配制成1%母液，然后用蒸餾水稀釋備用。

1.4.2 試驗(yàn)方法

噴霧法：試驗(yàn)對象為苜蓿蚜，分別將接種苜蓿蚜的蠶豆葉片置于 Potter噴霧塔下噴霧處理，處理后將蠶豆葉片置于20～22 ℃觀察室內(nèi)培養(yǎng)，48 h后調(diào)查結(jié)果。以毛筆觸動(dòng)蟲體，無反應(yīng)視為死蟲。試驗(yàn)濃度500 mg/L。

表1 化合物A對苜蓿蚜的抑制率

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

目標(biāo)化合物由含三氟甲基的吡啶甲酸和胺縮合反應(yīng)制備，以二氯甲烷作溶劑，EDCI做縮合劑，三乙胺做堿，原料反應(yīng)完全，后處理以重結(jié)晶方式得目標(biāo)A系列化合物。化合物合成方法簡便，廢水較少，收率較高，相比酰氯與胺合成酰胺的方法，是比較綠色環(huán)保的合成方法。

2.2 表征和活性

以目標(biāo)化合物A10為例，氫譜中化學(xué)位移4.60示為芐基的亞甲基上的2個(gè)氫，1.40示為芐基的叔丁基的9個(gè)氫，芳香區(qū)中7.93裂分為dd峰，示為吡啶環(huán)上的氫。

A系列化合物在500 mg/L濃度下對苜蓿蚜有一定的致死活性；其中化合物A2和A9對苜蓿蚜的致死率達(dá)30%，但與氟啶蟲酰胺商品藥相比，仍有一定差距。該系列化合物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化正在進(jìn)行中。

該類化合物仍需要進(jìn)一步優(yōu)化，對開發(fā)氟啶蟲酰胺有一定指導(dǎo)意義。