腈吡螨酯（cyenopyrafen）的合成与杀螨活性

 

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）。
 

 

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
 

 

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
 

将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
 

将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
 

将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
 

将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，CDCl3）δ：1.17（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％。

 

取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）。

 

 

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）。

 

 

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。