双酰胺类杀虫剂是近年来杀虫剂领域的研究热点,它作用于昆虫的鱼尼丁受体,具有作用机制新颖、高效、与传统农药无交互抗性的特点[1-4]。1989年,Tsuda等[5-6]在研究除草剂的过程中合成了一系列邻苯二甲酰胺类化合物,在综合改造的基础上开发了氟虫双酰胺 (图式1,化合物A);之后,杜邦公司以该化合物为先导,通过酰胺翻转等策略,成功得到了氯虫苯甲酰胺 (化合物B);同时在开发过程中还得到了溴氰虫酰胺 (化合物C),其弥补了氯虫苯甲酰胺对刺吸式口器昆虫活性差的缺点[7-9]。Li等[10]以氯虫苯甲酰胺为先导化合物,通过对其结构中的苯环取代基和吡唑取代基进行结构修饰,于2008年发现了具有高杀虫活性的化合物四氯虫酰胺 (化合物D)。
为了开发具有更高活性的化合物,笔者在课题组已有工作的基础上[11-12],运用活性亚结构拼接法,将单氟甲氧基引入邻甲酰氨基苯甲酰胺中,得到15个未见文献报道的含单氟甲氧基的吡唑邻甲酰氨基苯甲酰胺类化合物 (合成路线见图式2),并对其杀虫活性进行了初步研究。
1 实验部分 1.1 仪器与试剂
Bruker AVANC Ⅲ 500MHz核磁共振仪 (以CDCl3和DMSO-d6为溶剂,TMS为内标);X-4型数字显示熔点测定仪 (温度计未校正),上海精密科学仪器有限公司;LCQ-Advantage 质谱仪 (ESI-MS);LOOYE ZX98-1 旋转蒸发仪,上海上自仪转速表仪表电机有限公司。
柱层析用硅胶为H型 (200~300 目,粒经0.045~0.075 mm),青岛海洋化工厂;所用试剂和溶剂均为分析纯。化合物2、3、4、5和6参照文献[13-15]方法合成。对照药剂99%阿维菌素 (abamectin) 原药,浙江海正化工股份有限公司。
1.2 化合物的合成 1.2.1 化合物7的合成以7a的合成为例:在50 mL单口烧瓶A中加入2-(3-氯吡啶-2-基)-5-单氟甲氧基吡唑-3-甲酸 (6)1.28 g (5 mmol) 及8.5 mmol三乙胺或吡啶,用20 mL乙腈溶解,在冰浴下缓慢滴加含0.74 g (6.5 mmol) CH3SO2Cl的乙腈溶液 (V (CH3SO2Cl) : V (乙腈) = 1 : 5),反应10 min。在100 mL三口烧瓶B中加入0.93 g 2-氨基-3-甲基-5-氯苯甲酸及17 mmol三乙胺或吡啶,用20 mL乙腈溶解,在冰浴下缓慢滴加含0.74 g (6.5 mmol) CH3SO2Cl的乙腈溶液 (V (CH3SO2Cl) : V (乙腈) = 1 : 5),反应10 min。将三口烧瓶A中的混合液缓慢滴入B中,常温过夜反应。抽滤得到黄色固体7a,不经处理,直接用于下一步反应。
1.2.2 目标化合物8的合成以8a的合成为例:称取0.2 g (0.5 mmol)化合物7a,用5 mL四氢呋喃溶解,滴加1 mL 质量分数为40%的甲胺溶液,室温下搅拌10 min,以V (石油醚) : V (乙酸乙酯) = 1 : 1的混合溶液为溶剂进行柱层析分离,得到白色粉末8a。同法合成其余目标化合物。其熔点及收率见表1。
1.3 杀虫活性测定
参照《国家南方农药创制中心生测标准程序》进行[16]。准确称取一定质量的供试化合物和阿维菌素原药 (精确至0.000 1 g),分别用含1%吐温-80的DMF溶解,配制成质量分数为1%的化合物母液,然后用蒸馏水稀释成系列质量浓度,备用。
粘虫Oriental armyworm和苜蓿蚜Aphis craccivora Koch均由国家南方农药创制中心浙江中心饲养并提供。
1.3.1 对粘虫的杀虫活性测定采用浸叶法[17]。将适量玉米叶在配制好的药液中浸润后自然阴干,放入垫有滤纸的培养皿中,接入粘虫3龄中期幼虫10头/皿,置于24~27 ℃观察室内培养,3 d后调查结果。以毛笔触动虫体,无反应视为死虫。测试质量浓度分别100、20 和4 mg/L。以4 mg/L的阿维菌素药液为药剂对照;以含有溶剂的无菌水为空白对照 (CK)。
1.3.2 对苜蓿蚜的杀虫活性测定采用喷雾法[17]。分别将接有苜蓿蚜的蚕豆叶片于Potter喷雾塔下进行喷雾处理,置于20~22 ℃观察室内培养,48 h后调查结果。以毛笔触动虫体,无反应视为死虫。测试质量浓度分别100、20 和4 mg/L。以4 mg/L的阿维菌素药液为药剂对照;以含有溶剂的无菌水为空白对照 (CK)。
2 结果与讨论 2.1 化合物的合成及波谱数据在合成化合物1和2时,对反应条件进行了优化。结果表明:在进行肼基化反应时,乙醇的用量为刚好没过化合物,且当化合物1和水合肼 (80%) 物质的量之比为1.0:12.5时,产率最高 (96.1%);在合成化合物7时,发现邻氨基苯甲酸上的基团吸电子性越强,产率越高。
以目标化合物8a的核磁共振氢谱为例对其结构进行解析:与吡唑环相连的酰胺上活泼氢的化学位移出现在δ 9.95处,为单峰;在δ 6.18处的双峰为与苯环相连的酰胺上的活泼氢;吡啶环上氢为多重峰,在 δ 7.37~8.46之间;苯环上的氢在 δ 7.22~7.26之间;吡唑环碳上的氢以单峰形式出现在δ 6.70处;CFH2中的2个氢由于受到F的影响出现了裂分,J=55 Hz,出现在 δ 5.91处;与NH相连的甲基上的活泼氢以双峰形式出现在 δ 2.95处;苯环上的甲基活泼氢以单峰形式出现在δ 2.20处。
2.2 杀虫活性
测试结果 (表3) 表明:目标化合物对供试粘虫和苜宿芽均有一定的杀虫活性,其中对粘虫的活性更好。在100 mg/L下,所有化合物对粘虫的致死率均为100%,部分化合物对苜蓿蚜的致死率达80%以上,2个化合物达100%。当测试质量浓度降为4 mg/L时,化合物8a、8d、8g、8k和8n对粘虫的致死率仍为100%,但所有化合物对苜蓿蚜均没有表现出活性。
初步的结构与活性关系分析发现,目标化合物的杀虫活性与苯环上取代基的类型有一定关系,当苯环的5位有卤原子时的活性大于无卤原子的,具体表现为:I > Cl > H,具有进一步研究的价值。
3 结论以2,3-二氯吡啶为起始原料,通过肼基化、环合,氧化、取代、水解、环合和胺解反应,合成了15个文献未见报道的含单氟甲氧基的双酰胺类化合物,初步的生物活性测试结果显示,所有目标化合物在100 mg/L下对粘虫的致死率均为100%,即使在4 mg/L下,化合物8a、8d、8g、8k和8n对粘虫的致死率仍为100%,有进一步研究的价值。
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