具有杀菌活性的O取代噁二嗪类化合物及其制备方法和用途 【技术领域】
本发明涉及具有杀菌活性的O取代噁二嗪类化合物及其制备方法。
背景技术
噁二嗪类(Oxadiazine)杀虫剂茚虫威(WO92/11249)是美国杜邦(DuPont)公司1992年开发并于2001年登记上市的新型钠通道阻断型杀虫剂。它具有超高效、高选择性、低残留和对人类、环境、作物和非靶标生物安全等特点，是用于害虫的综合防治和抗性治理的理想药剂。
茚虫威(1)的创制起源于1972年Philips-Duphar公司的kobus Wellinga和Rudolph Mulder报道的化合物PH 60-41(2)，它具有阻断钠离子通道的活性化合物，对鳞翅目、鞘翅目害虫具有较好的活性。在此基础上通过改变取代基于1985年发现化合物RH-3421(3)，它对鳞翅类和鞘翅类昆虫有好的杀虫活性，对哺乳动物毒性较低，土壤降解速率也较快，但此类化合物在生物体内的积累及对非靶标生物的毒性等问题却一直未能解决。基于以上特点，研究者们运用生物电子等排、侧链闭环等优化理论，对吡唑啉的结构进行了逐步优化，经过吲唑(4)、缩氨基脲(5)、哒嗪(6)，最终发现了噁二嗪(7)结构，再经过前药设计理论得到了杀虫剂茚虫威(1)。上述1-7的结构式如下：
为了能发现新的高活性噁二嗪类化合物，国内外对式(8)所示化合物及其类似物做了大量的研究。在WO9211249中公布了大量式(8)的杀节肢动物的噁二嗪类化合物，其中X多为NH、NCH3或NCOOR，R1为苯环系；WO9220682公布了将式(8)的氯换成CF3，X为NEt，R1为对三氟甲基苯基的高活性噁二嗪类化合物；WO9516676公布了将式(8)的氯换成CF3，X为NH，R1为对五氟化硫基苯基的活性化合物；CN1663384公布了X为NCOOCH3，R1为苯基或对三氟甲基苯基的高活性化合物。当X为氧时只有唯一的R1为-CH2Ph的化合物在WO9516676中被公布。本发明人在式(8)的基础上也进行了大量结构优化研究，最终研究出O取代噁二嗪类结构通式(I)的化合物具有杀菌活性。
【发明内容】
本发明的目的是提供用化学结构通式(I)表示的具有杀菌活性的O取代噁二嗪类化合物及其制备方法。
本发明用化学结构通式(I)表示：
R1为苯基或具有取代基的苯基。
本发明通式(I)化合物的制备方法包括以下两个反应步骤，催化氢化脱保护和N-酰化反应，第一步反应将A中氮上的苄酯保护基脱除，第二步反应再与双光气反应接上不同的侧链，即可得到通式(I)化合物，反应式如下：
反应式中R1与通式(I)中R1相同。
本发明所述第一步催化氢化脱保护是以(A)和氢气为原料，在溶剂乙酸乙酯或乙酸甲酯、甲醇、乙醇、水存在下，以钯或活性碳负载的钯为催化剂，钯负载量5％-10％(重量百分数)，以乙酸、乙酸钠、磷酸二氢钠为触媒，触媒为原料(A)重量的0.1～1.0倍，反应压力为常压，反应温度为室温至50℃，反应时间20～200小时，反应完毕，滤去催化剂、水洗涤后得到中间体(B)。
本发明所述第二步N-酰化反应是将所得中间体(B)与原料(C)、双光气(D)反应，在溶剂乙酸乙酯或乙酸甲酯、丙酮、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、苯、甲苯存在下，加入解聚剂三乙胺或吡啶，双光气加量为原料(B)摩尔量的1～3倍，反应温度从-10℃至回流，时间1～20小时，反应结束后用氮气排除过量的光气，，即得本发明通式(I)化合物。通式(I)化合物的分离提纯采用重结晶的方法，溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、乙酸乙酯、乙酸甲酯、石油醚、苯、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷中的一种或两种以上的混合物，或采用柱色谱分离的方法。
原料(A)根据丁宁的硕士论文“噁二嗪类杀虫剂的合成及创制研究(大连理工大学，2005)”描述的方法合成得到，原料(C)、(D)直接购买。
本发明部分合成的通式(I)化合物如下：
4a-甲基-2-苯基-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(用代号I-01表示)
4a-甲基-2-(2-甲氧基苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(用代号I-02表示)
4a-甲基-2-(4-甲硫基苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(用代号I-03表示)
4a-甲基-2-(4-甲基苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(用代号I-04表示)
4a-甲基-2-(2-仲丁基苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(用代号I-05表示)
4a-甲基-2-(4-硝基苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(用代号I-06表示)
4a-甲基-2-(4-氯苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(用代号I-07表示)
4a-甲基-2-(4-氟苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3v-二甲酸酯(用代号I-08表示)
I-01～I-08化合物的物化性质见表1，IR和1H NMR数据见表2。
表1：I-01～I-08化合物的化学结构与熔点
表2：I-01～I-08化合物的IR和1HNMR数据
生物活性测试表明，本发明通式(I)化合物在500mg/L时对小麦白粉病菌(Erysiphe graminis)有70％～100％抑菌活性。
【具体实施方式】
实施例1：7-氯-2，3，4a，5-四氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-4a-甲酸甲酯(脱苄中间体B)的制备。
在250mL带导气管温度计的三口反应瓶中加入1.6g NaH2PO4和20mL H2O，溶解后，加入0.08g 10％Pd/C，同时加入20mL乙酸乙酯，通入N2，磁力搅拌，加热至35℃。另取100mL三口瓶，加入4.0g(10mmol)2-苄基-4a-甲基-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯和40mL乙酸乙酯及20mL乙酸甲酯。加热搅拌，通入N2，溶解后，约30min，溶液加入到装有Pd/C的反应瓶中，冷却温度至5℃左右，通入氢气，磁力搅拌反应3h。过滤，回收Pd/C，滤液倒入分液漏斗分层，取有机相，水相用15mL乙酸乙酯萃取，合并有机相，饱和食盐水(15mL)洗，无水Na2SO4干燥，脱溶，得淡黄色粘稠液体，密封保存，直接用于下一步反应。
实施例2：4a-甲基-2-苯基-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(化合物I-01)的制备。
向带温度计的100mL三口瓶中加入30mL二氯甲烷与2.67g(10mmol)脱苄中间体B的混合溶液，滴加2.02g(0.02mol)三乙胺，冰盐浴，磁力搅拌，待降温至-5℃时，滴加1.00g(7.1mmol)双光气，快速搅拌，反应15min后，滴加0.56g(6mmol)苯酚，室温反应1h。反应液倒入30mL冰水中，分液漏斗分层，取有机相，水相用15mL二氯甲烷萃取一次，合并有机相，饱和食盐水(20mL)洗涤一次，分层，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩，柱层析(用乙酸乙酯∶石油醚＝1∶9(V/V)的混合液作流动相)，得白色粉末1.40g，即为目标化合物，纯度97％，收率60.9％。
实施例3：4a-甲基-2-(2-甲氧基苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(化合物I-02)的制备。
向带温度计的100mL三口瓶中加入30mL二氯甲烷与2.67g(10mmol)脱苄中间体B的混合溶液，滴加2.02g(0.02mol)三乙胺，冰盐浴，磁力搅拌，待降温至-5℃时，滴加1.00g(7.1mmol)双光气，快速搅拌，反应15min后，滴加0.74g(6mmol)2-甲氧基苯酚，室温反应1h。反应液倒入30mL冰水中，分液漏斗分层，取有机相，水相用15mL二氯甲烷萃取一次，合并有机相，饱和食盐水(20mL)洗涤一次，分层，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩，柱层析(用乙酸乙酯∶石油醚＝1∶9(V/V)的混合液作流动相)，得白色粉末1.37g，即为目标化合物，纯度95％，收率55.0％。
实施例4：4a-甲基-2-(4-甲硫基苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(化合物I-03)的制备。
向带温度计的100mL三口瓶中加入30mL二氯甲烷与2.67g(10mmol)脱苄中间体B的混合溶液，滴加2.02g(0.02mol)三乙胺，冰盐浴，磁力搅拌，待降温至-5℃时，滴加1.00g(7.1mmol)双光气，快速搅拌，反应15min后，滴加0.84g(6mmol)4-甲硫基苯酚，室温反应1h。反应液倒入30mL冰水中，分液漏斗分层，取有机相，水相用15mL二氯甲烷萃取一次，合并有机相，饱和食盐水(20mL)洗涤一次，分层，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩，柱层析(用乙酸乙酯∶石油醚＝1∶9(V/V)的混合液作流动相)，得白色粉末1.32g，即为目标化合物，纯度97％，收率50.8％。
实施例5：4a-甲基-2-(4-甲基苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(化合物I-04)的制备。
向带温度计地100mL三口瓶中加入30mL二氯甲烷与2.67g(10mmol)脱苄中间体B的混合溶液，滴加2.02g(0.02mol)三乙胺，冰盐浴，磁力搅拌，待降温至-5℃时，滴加1.00g(7.1mmol)双光气，快速搅拌，反应15min后，滴加0.65g(6mmol)4-甲基苯酚，室温反应1h。反应液倒入30mL冰水中，分液漏斗分层，取有机相，水相用15mL二氯甲烷萃取一次，合并有机相，饱和食盐水(20mL)洗涤一次，分层，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩，柱层析(用乙酸乙酯∶石油醚＝1∶9(V/V)的混合液作流动相)，得白色粉末1.41g，即为目标化合物，纯度98％，收率58.5％。
实施例6：4a-甲基-2-(2-仲丁基苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(化合物I-05)的制备。
向带温度计的100mL三口瓶中加入30mL二氯甲烷与2.67g(10mmol)脱苄中间体B的混合溶液，滴加2.02g(0.02mol)三乙胺，冰盐浴，磁力搅拌，待降温至-5℃时，滴加1.00g(7.1mmol)双光气，快速搅拌，反应15min后，滴加0.90g(6mmol)2-仲丁基苯酚，室温反应1h。反应液倒入30mL冰水中，分液漏斗分层，取有机相，水相用15mL二氯甲烷萃取一次，合并有机相，饱和食盐水(20mL)洗涤一次，分层，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩，柱层析(用乙酸乙酯∶石油醚＝1∶9(V/V)的混合液作流动相)，得白色粉末1.50g，即为目标化合物，纯度97％，收率56.5％。
实施例7：4a-甲基-2-(4-硝基苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(化合物I-06)的制备。
向带温度计的100mL三口瓶中加入30mL二氯甲烷与2.67g(10mmol)脱苄中间体B的混合溶液，滴加2.02g(0.02mol)三乙胺，冰盐浴，磁力搅拌，待降温至-5℃时，滴加1.00g(7.1mmol)双光气，快速搅拌，反应15min后，滴加0.83g(6mmol)4-硝基苯酚，室温反应1h。反应液倒入30mL冰水中，分液漏斗分层，取有机相，水相用15mL二氯甲烷萃取一次，合并有机相，饱和食盐水(20mL)洗涤一次，分层，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩，柱层析(用乙酸乙酯∶石油醚＝1∶9(V/V)的混合液作流动相)，得白色粉末1.34g，即为目标化合物，纯度96％，收率52.1％。
实施例8：4a-甲基-2-(4-氯苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(化合物I-07)的制备。
向带温度计的100mL三口瓶中加入30mL二氯甲烷与2.67g(10mmol)脱苄中间体B的混合溶液，滴加2.02g(0.02mol)三乙胺，冰盐浴，磁力搅拌，待降温至-5℃时，滴加1.00g(7.1mmol)双光气，快速搅拌，反应15min后，滴加0.77g(6mmol)对氯苯酚，室温反应1h。反应液倒入30mL冰水中，分液漏斗分层，取有机相，水相用15mL二氯甲烷萃取一次，合并有机相，饱和食盐水(20mL)洗涤一次，分层，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩，柱层析(用乙酸乙酯∶石油醚＝1∶9(V/V)的混合液作流动相)，得白色粉末1.45g，即为目标化合物，纯度95％，收率57.5％。
实施例9：4a-甲基-2-(4-氟苯基)-7-氯-4a，5-二氢茚并[1，2-e][1，3，4]噁二嗪-2，4a(3H)-二甲酸酯(化合物I-08)的制备。
向带温度计的100mL三口瓶中加入30mL二氯甲烷与2.67g(10mmol)脱苄中间体B的混合溶液，滴加2.02g(0.02mol)三乙胺，冰盐浴，磁力搅拌，待降温至-5℃时，滴加1.00g(7.1mmol)双光气，快速搅拌，反应15min后，滴加0.67g(6mmol)对氟苯酚，室温反应1h。反应液倒入30mL冰水中，分液漏斗分层，取有机相，水相用15mL二氯甲烷萃取一次，合并有机相，饱和食盐水(20mL)洗涤一次，分层，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩，柱层析(用乙酸乙酯∶石油醚＝1∶9(V/V)的混合液作流动相)，得白色粉末1.33g，即为目标化合物，纯度96％，收率55.0％。
应用实施例1：杀菌活性测试
对小麦白粉病(Erysiphe graminis)的杀菌活性评价
方法如下：将待测化合物溶于适宜溶剂如丙酮中，再加入适量Tween80乳化剂，搅拌均匀，加入清水配成预定浓度的农药溶液备用，将配制好的药液均匀喷施于备用的小麦苗上，将药液自然风干后，在药剂处理后24h，将发病小麦叶片上24h内产生的小麦白粉病菌新鲜孢子均匀抖落接种于处理的小麦苗上。每处理不少于3盆，每盆10株。接种后在人工气候温室放置10-15天后调查结果。部分测试结果见表4。
表4：部分如通式(I)所示的本发明化合物对小麦白粉病(Erysiphe graminis)的活性
化合物 I-03 I-07 I-08 活性级别* C B A
*：测试浓度为500mg/L。