一种具有杀虫活性的烟酰肼类化合物及其制备方法与应用
(一)技术领域
本发明涉及一种具有杀虫活性的烟酰肼类化合物,其制备方法,在制备农用化学杀虫剂中的应用,以及作为活性成分与农业上可接受的助剂组成的用于防治昆虫的农药组合物。
(二)背景技术
农业害虫给人类造成巨大的灾害,有效防治农业害虫对农业丰收非常重要。化学杀虫剂的普遍使用在农业、林业、畜牧业、公共卫生以及严重危害人类健康的传染病(如吸血虫病)害虫控制方面有巨大贡献。然而,由于人们对杀虫剂的不当使用和杀虫剂本身固有的缺陷,使害虫抗性持续增长,药剂的防效降低,随着人们对杀虫剂安全性和环境保护的日益重视,需要不断研发高效、低毒、环境友好和低成本的杀虫剂品种。
双酰肼类化合物作为蜕皮激素类似物,具有作用机制独特、选择性好和对非靶标生物安全的特点,被广泛用于害虫的综合防治。如虫酰肼(tebufenozide)、甲氧虫酰肼(methoxyfenozide)、环虫酰肼(chromafenozide)和呋喃虫酰肼(fufenozide)等都属于双酰肼类化合物,在防治鳞翅目害虫上有特效。美国氰胺公司(American Cyanamid Co.)、罗门.哈斯公司(Rohm and Haas Company)、日本化药公司、日本三井化学公司、江苏省农药研究所以及国内外一些学者在该领域报道了大量具有生物活性的化合物,申请了相关专利(例如US 4985461、US 5344958、EP 496342、EP 228564、CN 1313276、US 5075471、JP 06277097、JP 8231529、CN 103539778、CN 1709875、CN 103483313等)。
对双酰肼类化合物基本骨架(VIII)结构改造的早期,研究者主要是对结构A的苯环和结构C的苯环上的取代基进行修饰和优化,通过改变苯环上的取代基达到提高生物活性的目的,比如商品化的虫酰肼、甲氧虫酰肼和氯虫酰肼。随后利用烷基、杂环、苯并杂环等基团替代原有苯环,研究认为结构C为苯环或者取代苯环对于活性影响很大,当为烷基、杂环、苯并杂环等基团时,大部分没有杀虫活性,所以主要研究了烷基、杂环、苯并杂环等基团替代结构A的苯环,发现了部分苯并杂环替代结构A苯环化合物具有很好活性的化合物,如商品化的环虫酰肼和呋喃虫酰肼。国内外学者对B部分双酰肼桥链的改造主要集中在氮原子上取代基的改变,其活性一般低于母体,目前暂无商品化产品。目前,商品化的双酰肼类杀虫剂虫酰肼、环虫酰肼、甲氧虫酰肼和呋喃虫酰肼都具有同一个结构特点:结构C均为3,5-二甲基苯基。生物活性测试认为,双酰肼类杀虫剂起作用的主要有鳞翅目、双翅目和鞘翅目害虫。
本发明选择了鲜有研究的2-取代-3-吡啶杂环替代结构C的苯环,希望找到当结构C为2-取代-3-吡啶杂环时具有较好杀虫活性的新化合物。同时,希望引入2-取代烟酰基使其具有烟碱类杀虫剂对同翅目害虫高效的杀虫特点,拓展杀虫谱,并改善原有化合物内吸活性较差和杀虫作用缓慢的缺点。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种结构新颖的具有杀虫活性的烟酰肼类化合物及其制备方法与应用,本发明烟酰肼类化合物能够拓展原有化合物的杀虫谱和改善原有化合物内吸活性较差和杀虫作用缓慢的缺点,提高杀虫活性,用于害虫防治。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种具有杀虫活性的烟酰肼类化合物,如式(I)所示:
式(I)中,
R1为H、卤素、NH2或NO2;
R2为H、Me或NO2;
R3为H或NO2;
R4为H或Cl;
R5为H或F;
R6为H、卤素、C1-C3烷氧基、卤素取代的C1-C3烷氧基、C1-C3烷硫基、卤素取代的C1-C3烷硫基、取代苯氧基或取代苯硫基,其中,所述取代苯氧基或取代苯硫基的苯环上为单取代或多取代,并且苯环上的取代基各自独立为氢、卤素、氰基、C1-C3烷基、C1-C3烷氧基或卤素取代的C1-C3烷氧基。
在上述基团定义中,所用术语无论是单独使用还是用在复合词中,代表如下取代基:
所述卤素为F、Cl、Br和I;
所述烷氧基可以是直链烷基或者支链烷氧基;所述烷硫基的定义以此类推;
所述卤素取代的烷氧基可以是直链卤素取代的烷氧基或者支链卤素取代的烷氧基,烷基上的氢可以部分或者全部被卤原子取代;所述卤素取代的烷硫基以此类推。
进一步,优选所述R6为H、F、Cl、Br、ClCH2O、CF3O、MeS、EtO、n-PrO、i-PrO、PhO、PhS、4-MePhO、4-MePhO、2-ClPhO。
更进一步,特别优选所述的烟酰肼类化合物为下列之一(下述化合物的具体结构列在表1中):
N-叔丁基-N’-(3-甲苯基甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(4-硝基苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氯-6-氟苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-溴-6-氟苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟-6-碘苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(5-氯-2-氟苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(4-溴-2-氟苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟-4-硝基苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氯苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,5-二氯苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,5-二氯-3-硝基苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-溴苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(5-氯-2-硝基苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氨基-3-甲苯甲酰基)-2-氯烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-三氟甲氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-甲硫基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-甲氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-乙氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-乙氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(5-氯-2-氟苯甲酰基)-2-乙氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(4-溴-2-氟苯甲酰基)-2-乙氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟-4-硝基苯甲酰基)-2-乙氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-丙氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-丙氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-异丙氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-异丙氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-苯硫基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,5-二氯苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(5-氯-2-硝基苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(3-甲基-2-硝基苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氨基-3-甲苯基甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-(2-氯苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-(4-甲基苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-(4-甲苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,5-二氯苯甲酰基)-2-(4-甲苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(5-氯-2-硝基苯甲酰基)-2-(4-甲苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氨基-3-甲苯甲酰基)-2-(4-甲苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(3-甲苯甲酰基)-2-(4-甲氧基苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-(4-甲氧基苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-(4-甲氧基苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,5-二氯苯甲酰基)-2-(4-甲氧基苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(5-氯-2-硝基苯甲酰基)-2-(4-甲氧基苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(3-甲基-2-硝基苯甲酰基)-2-(4-甲氧基苯氧基)烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-氟烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-氟烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-溴烟酰肼;
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-溴烟酰肼。
表1部分具体的化合物结构
本发明还提供了一种式(I)所示烟酰肼类化合物的制备方法,所述的制备方法为:
将式(II)所示化合物溶于有机溶剂A中,于-5~35℃条件下,滴加式(III)所示化合物溶于有机溶剂A形成的溶液和碱性物质的水溶液,在0.5~10h内两者同时滴加完毕后,保温反应0.5~8h,反应结束后,反应液分层,有机相经水洗、脱溶、重结晶得到式(I)所示的化合物;所述式(II)所示化合物与式(III)所示化合物、碱性物质的摩尔比为1:0.2~2.0:0.2~2.0;
式(II)或式(III)中,
R1为H、卤素、NH2或NO2;
R2为H、Me或NO2;
R3为H或NO2;
R4为H或Cl;
R5为H或F;
R6为H、卤素、C1-C3烷氧基、卤素取代的C1-C3烷氧基、C1-C3烷硫基、卤素取代的C1-C3烷硫基、取代苯氧基或取代苯硫基,其中,所述取代苯氧基或取代苯硫基的苯环上为单取代或多取代,并且苯环上的取代基各自独立为氢、卤素、氰基、C1-C3烷基、C1-C3烷氧基或卤素取代的C1-C3烷氧基。
本发明所述的制备方法中,所述的有机溶剂A可以为1,2-二氯乙烷、氯仿或四氯化碳。所述的碱性物质可以为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾,所述碱性物质的水溶液的浓度可以为5wt%~25wt%。
本发明所述的制备方法中,所述的式(II)所示化合物可按如下方法制备:在有机溶剂B中,式(IV)所示的取代苯甲酸和二(三氯甲基)碳酸酯在DMF的催化作用下,于40~80℃反应2~8h,反应结束后,反应液减压脱溶得到式(V)所示的酰氯;
再于-5~35℃条件下,将所得式(V)所示酰氯溶于有机溶剂B形成的溶液和氢氧化钠的水溶液,滴加到叔丁基肼溶于二氯甲烷的溶液中,在0.5~10h内两者同时滴加完毕后,保温反应0.5~8h,反应结束后,反应液分层,有机相经水洗、脱溶、重结晶得到式(II)所示的化合物;
所述的有机溶剂B为1,2-二氯乙烷;所述式(IV)所示的取代苯甲酸和二(三氯甲基)碳酸酯、DMF的摩尔比为1:0.34~0.67:0.05~0.3;所述式(V)所示酰氯与氢氧化钠、叔丁基肼的摩尔比为1:0.5~1.5:1.0~6.0;
式(IV)或式(V)中,
R1为H、卤素、NH2或NO2;
R2为H、Me或NO2;
R3为H或NO2;
R4为H或Cl;
R5为H或F。
本发明所述的制备方法中,所述的式(III)所示化合物可按如下方法制备:在1,2-二氯乙烷中,式(VII)所示的2-取代烟酸与二(三氯甲基)碳酸酯在DMF的催化作用下,于40~80℃反应2~8h,反应结束后,反应液减压脱溶得到式(III)所示的酰氯;所述式(VII)所示的2-取代烟酸与二(三氯甲基)碳酸酯、DMF的摩尔比为1:0.34~0.67:0.05~0.3;
式(VII)中,R6为H、卤素、C1-C3烷氧基、卤素取代的C1-C3烷氧基、C1-C3烷硫基、卤素取代的C1-C3烷硫基、取代苯氧基或取代苯硫基,其中,所述取代苯氧基或取代苯硫基的苯环上为单取代或多取代,并且苯环上的取代基各自独立为氢、卤素、氰基、C1-C3烷基、C1-C3烷氧基或卤素取代的C1-C3烷氧基。
式(VII)所示的2-取代烟酸化合物可由式(VI)所示2-氯烟酸制得,参考文献(WO 2010080864,2010)和(Chin.J.Org.Chem.2010,30(10),1539);2-氯烟酸(VI)与醇钠的反应参考文献(WO 2010080864),2-氯烟酸(VI)与酚钠的反应参考文献(Chin.J.Org.Chem.2010,30(10),1539和US 20100105906)。
本发明所提供的烟酰肼类化合物可用于制备农用化学杀虫剂。经生物活性测试发现部分化合物具有较高的杀虫活性,可用于对鳞翅目和同翅目害虫的防治,特别用于对鳞翅目害虫的防治。
部分化合物已表现出烟碱类杀虫剂的杀虫特点,对同翅目害虫具有一定的杀虫活性,在浓度为500mg/L时,化合物I-003~I-009、I-019、I-048、I-050、I-053对同翅目害虫苜蓿蚜(Aphis medicaginis)的杀虫活性大于80%,I-026、I-029对苜蓿蚜的杀虫活性大于50%,浓度为50mg/L时,化合物I-004、I-006、I-053对苜蓿蚜的杀虫活性仍大于50%,而在50mg/L时,商品化的双酰肼类杀虫剂虫酰肼对苜宿蚜的杀虫活性为零,在杀虫谱的拓展上已有一定的成效。
大部分化合物对鳞翅目害虫具有很高的杀虫活性,在浓度为50mg/L时,化合物I-003~I-010、I-017~I-021、I-026、I-036和I-048~I-053对鳞翅目害虫粘虫(Mythimna separata)的杀虫活性达到100%;在浓度为12.5mg/L时,化合物I-003~I-006和I-048~I-053对粘虫的杀虫活性仍可以达到80%以上,其中化合物I-004对粘虫的杀虫活性比虫酰肼更高。
测试了在12.5mg/L时,化合物I-003和I-004虫酰肼对粘虫的杀虫特点:结果显示所选化合物比虫酰肼更加速效,有效改善了双酰肼类杀虫剂缓效的缺点。
本发明所提供的烟酰肼类化合物作为活性成分,配以农业上可接受的助剂组成的农药组合物可用于昆虫的防治。所述农业上可接受的助剂如:分散剂木质素磺酸盐、稳定剂1,2-丁二醇、乳化剂烷基苯磺酸盐、溶剂甲醇。
(四)具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明,其目的在于更好地理解本发明的内容以及本发明的实质性特点,因此所举之例不应理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-氯烟酰肼(化合物I-003)的合成:
步骤A:制备N’-叔丁基-2-氟苯甲酰肼
向50mL三口瓶中加入2-氟苯甲酸(1.40g,10mmol)、二(三氯甲基)碳酸酯(1.49g,5mmol)和1,2-二氯乙烷30mL,加热至50℃,加入(0.07g,1mmol)DMF,保温反应5h,减压脱溶,得淡黄色液体,加入20mL1,2-二氯乙烷得2-氟苯甲酰氯溶液,不精制备用。
向另一个50mL三口瓶中加入20%氢氧化钠溶液(2.0g,10mmol),冰水浴冷却至0~5℃,分批加入叔丁基肼盐酸盐(1.24g,10mmol)和二氯甲烷20mL。固体完全溶解后,同时滴加2-氟苯甲酰氯溶液和10%氢氧化钠溶液(4.0g,10mmol),控制滴加速度,使两溶液同时滴加完毕,保持0~5℃反应2h后撤去冰水浴继续反应2h,分层,水洗,有机相脱溶后得浅棕色液体1.76g,纯度96.9%(HPLC),收率为81%(以2-氟苯甲酸计)。
步骤B:制备2-氯烟酰氯
向50mL三口瓶中加入2-氯烟酸(1.57g,10mmol)、二(三氯甲基)碳酸酯(1.49g,5mmol)和1,2-二氯乙烷30mL,加热至50℃,加入(0.07g,1mmol)DMF,保温反应5h,减压脱溶,得淡黄色液体,加入20mL1,2-二氯乙烷得2-氯烟酰氯溶液,不精制备用。
步骤C:制备N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-氯烟酰肼
向50mL三口瓶中加入N’-叔丁基-2-氟苯甲酰肼(1.08g,5mmol)和1,2-二氯乙烷20mL,冰水浴冷却至0~5℃,用蠕动泵同时滴加2-氯烟酰氯溶液(5mmol)和10%的氢氧化钠溶液(5mmol),控制滴加速度,使两溶液同时滴加完毕,保持0~5℃反应2h后撤去冰水浴继续反应2h,分层,水洗,有机相脱溶后得浅棕色固体,用乙醇/水(v/v=1/1)重结晶得白色固体1.52g,纯度98.7%(HPLC),收率为86%.
实施例2
N-叔丁基-N’-(2,5-二氯-3-硝基苯甲酰基)-2-氯烟酰肼(化合物I-013)的合成
步骤A:制备N’-叔丁基-2,5二氯-3-硝基苯甲酰肼
向50mL三口瓶中加入2,5二氯-3-硝基苯甲酸(2.36g,10mmol)、二(三氯甲基)碳酸酯(1.78g,6mmol)和1,2-二氯乙烷30mL,加热至70℃,滴加5mL DMF(0.22g,3mmol)的1,2-二氯乙烷溶液,30min滴加完毕后保温反应5h,减压脱溶,得淡黄色液体,加入1,2-二氯乙烷得2,5二氯-3-硝基苯甲酰氯溶液,不精制备用。
向另一个50mL三口瓶中加入20%氢氧化钠溶液(2.0g,10mmol),冰水浴冷却至0~5℃,分批加入叔丁基肼盐酸盐(1.24g,10mmol)和氯仿20mL。固体完全溶解后,同时滴加2,5二氯-3-硝基苯甲酰氯溶液和10%氢氧化钠溶液(4.0g,10mmol),控制滴加速度,使 两溶液同时滴加完毕,保持0~5℃反应2h后撤去冰水浴继续反应6h,分层,水洗,有机相脱溶后得浅棕色固体,用环己烷/异丙醇(v/v=1/1)重结晶得白色固体2.62g,纯度96.7%(HPLC),收率为83%。
步骤B:制备2-氯烟酰氯
制备方法同实施例1。
步骤C:制备N-叔丁基-N’-(2,5-二氯-3-硝基苯甲酰基)-2-氯烟酰肼
向50mL三口瓶中加入N’-叔丁基-2,5二氯-3-硝基苯甲酰肼(1.58g,5mmol)和二氯甲烷20mL,冰水浴冷却至0~5℃,同时滴加2-氯烟酰氯溶液(5mmol)和10%氢氧化钠溶液(5mmol),控制滴加速度,使两溶液同时滴加完毕,保持0~5℃反应2h后撤去冰水浴继续反应2h,分层,水洗,有机相脱溶后得浅棕色固体,用环己烷/异丙醇(v/v=1/1)重结晶得白色固体1.71g,纯度99.5%(HPLC),收率76%。
实施例3
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-乙氧基烟酰肼(化合物I-020)的合成
步骤A:制备N’-叔丁基-2-氟苯甲酰肼
制备方法同实施例1。
步骤B:制备2-乙氧基烟酰氯
向50mL三口瓶中加入2-乙氧基烟酸(1.67g,10mmol,根据WO 2010080864的方法制得)、二(三氯甲基)碳酸酯(1.49g,5mmol)和1,2-二氯乙烷30mL,加热至50℃,加入(0.07g,1mmol)DMF,保温反应5h,减压脱溶,得棕色液体,加入20mL1,2-二氯乙烷得2-乙氧基烟酰氯溶液,不精制备用。
步骤C:N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-乙氧基烟酰肼
向50mL三口瓶中加入N’-叔丁基-2-氟苯甲酰肼(1.08g,5mmol)和1,2-二氯乙烷20mL,冰水浴冷却至0~5℃,同时滴加2-乙氧基烟酰氯溶液(5mmol)和10%氢氧化钠溶液(5mmol),控制滴加速度,使两溶液同时滴加完毕,保持0~5℃反应2h后撤去冰水浴,加热至30~35℃反应4h,分层,水洗,有机相脱溶后得浅棕色固体,先后用乙醇/水(v/v=1/1)、环己烷/异丙醇(v/v=1/1)重结晶两次得白色固体1.46g,纯度99.1%(HPLC),收率为81%。
实施例4
N-叔丁基-N’-(3-甲基-2-硝基苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼(化合物I-034)的合成
步骤A:制备N’-叔丁基-3-甲基-2-硝基苯甲酰肼
向50mL三口瓶中加入3-甲基-2-硝基苯甲酸(1.81g,10mmol)、二(三氯甲基)碳酸酯(1.78g,0.6mmol)和1,2-二氯乙烷30mL,加热至50℃,滴加5mL DMF(0.22g,3mmol)的1,2-二氯乙烷溶液,2h滴加完毕后保温反应5h,减压脱溶,得浅黄色固体,加入20mL1,2-二氯乙烷得3-甲基-2-硝基-苯甲酰氯溶液,不精制备用。
向另一个100mL三口瓶中加入20%氢氧化钠溶液(2.0g,10mmol),冰水浴冷却至0~5℃,加入叔丁基肼盐酸盐(1.24g,10mmol)和二氯甲烷20mL。固体完全溶解后,同时滴加3-甲基-2-硝基苯甲酰氯溶液溶液和10%氢氧化钠溶液(4.0g,10mmol),控制滴加速度,使两溶液同时滴加完毕,保持0~5℃反应2h后撤去冰水浴继续反应2h,分层,水洗,有 机相脱溶后用乙醇/水(v/v=1/1)重结晶得淡黄色固体1.92g,纯度97.1%(HPLC),收率为74%(以3-甲基-2-硝基苯甲酸计)。
步骤B:制备2-苯氧基烟酰氯
向50mL三口瓶中加入2-苯氧基烟酸(2.15g,10mmol,根据文献Chin.J.Org.Chem.2010,30(10),1539的方法制得)、二(三氯甲基)碳酸酯(1.49g,5mmol)和1,2-二氯乙烷30mL,加热至50℃,加入(0.07g,1mmol)DMF,保温反应5h,减压脱溶,得浅黄色固体,加入20mL1,2-二氯乙烷得2-苯氧基烟酰氯溶液,不精制备用。
步骤C:制备N-叔丁基-N’-(3-甲基-2-硝基苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼
向50mL三口瓶中加入N’-叔丁基-2-硝基-3-甲苯基甲酰肼(1.29g,5mmol)和四氯化碳20mL,冰水浴冷却至0~5℃,同时滴加2-苯氧基烟酰氯溶液(5mmol)和10%碳酸钠溶液(5mmol),控制滴加速度,使两溶液同时滴加完毕,保持0~5℃反应2h后撤去冰水浴,加热至30~35℃反应2h,分层,水洗,有机相脱溶后得浅棕色固体,用乙醇/水(v/v=1/1)重结晶得白色固体2.19g,纯度98.3%(HPLC),收率为96%。
实施例5
N-叔丁基-N’-(2-氨基-3-甲苯基甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼(化合物I-035)的合成
取N-叔丁基-N’-(3-甲基-2-硝基苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼(0.90g,2mol)、5%钯碳0.09g和甲醇30mL加入到100mL高压釜中。用氢气置换釜内空气3次后通入氢气使釜内压力达到0.4MPa,室温下搅拌反应。随着反应的进行,氢气逐渐被消耗,温度略有升高,釜内压力下降,补充氢气直至不再吸收。反应结束后,将反应液过滤,滤饼用甲醇(10mL×2)洗涤两次,回收催化剂,合并滤液,减压脱溶,得米白色固体0.81g,含量为97.9%(HPLC),收率为95%。
实施例6
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-(4-甲苯氧基)烟酰肼(化合物I-038)的合成
步骤A:制备N’-叔丁基-2,6-二氟苯甲酰肼
向50mL三口瓶中加入2,6-二氟苯甲酸(1.58g,10mmol)、二(三氯甲基)碳酸酯(1.49g,5mmol)和1,2-二氯乙烷30mL,加热至50℃,加入(0.07g,1mmol)DMF,保温反应5h,减压脱溶,得淡黄色液体,加入20mL1,2-二氯乙烷得2,6-二氟苯甲酰氯溶液,不精制备用。
向另一个50mL三口瓶中加入20%氢氧化钠溶液(2.0g,10mmol),冰水浴冷却至0~5℃,分批加入叔丁基肼盐酸盐(1.24g,10mmol)和二氯甲烷20mL。固体完全溶解后,同时滴加2,6-二氟苯甲酰氯溶液和10%氢氧化钠溶液(4.0g,10mmol),控制滴加速度,使两溶液同时滴加完毕,保持0~5℃反应2h后撤去冰水浴继续反应4h,分层,水洗,有机相脱溶后得浅棕色固体1.88g,纯度96.5%(HPLC),收率为80%(以2,6-二氟苯甲酸计)。
步骤B:制备2-(4-甲苯氧基)烟酰氯
向50mL三口瓶中加入2-(4-甲苯氧基)烟酸(2.15g,10mmol,根据文献Chin.J.Org.Chem.2010,30(10),1539的方法制得)、二(三氯甲基)碳酸酯(1.49g,5mmol)和1,2-二氯乙烷30mL,加热至50℃,加入(0.07g,1mmol)DMF,保温反应5h,减压脱溶,得浅黄色固体,加入20mL1,2-二氯乙烷得2-(4-甲苯氧基)烟酰氯溶液,不精制备用。
步骤C:制备N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-(4-甲苯氧基)烟酰肼
向50mL三口瓶中加入N’-叔丁基-2,6-二氟苯甲酰肼(1.18g,5mmol)和1,2-二氯乙烷20mL,冰水浴冷却至0~5℃,同时滴加2-(4-甲苯氧基)烟酰氯溶液(5mmol)和25%氢氧化钾溶液(5mmol),控制滴加速度,使两溶液同时滴加完毕,保持0~5℃反应2h后撤去冰水浴,20~25℃反应3h,分层,水洗,有机相脱溶后得浅棕色固体,用乙醇/水(v/v=1/1)重结晶得白色固体1.59g,纯度99.3%(HPLC),收率为72%。
根据实施例1~6的制备方法采用不同原料制备得到的部分化合物的物化性质和结构鉴定数据如下:
N-叔丁基-N’-(3-甲苯基甲酰基)-2-氯烟酰肼(化合物I-001)
white solid;yield=85%;m.p.168-169℃;1HNMR(500MHz,DMSO)δ:10.78(s,1H),8.33(dd,J=4.8,1.9Hz,1H),7.68(s,1H),7.35-7.23(m,4H),7.18(d,J=7.6Hz,1H),2.28(s,3H),1.52(s,9H);IR(KBr)ν:3265,2984,2931,1688,1648,1580,1517,1390,1287,1193,1070,808,721,636cm-1;HRMS calcd for C18H20ClN3O2345.1244,found345.1248.
N-叔丁基-N’-(4-硝基苯甲酰基)-2-氯烟酰肼(化合物I-002)
white solid;yield=87%;m.p.215-217℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:11.20(s,1H),8.35(dd,J=4.8,1.9Hz,1H),8.28-8.25(m,2H),7.71-7.64(m,3H),7.37-7.32(m,1H),1.53(s,9H);IR(KBr)ν:3224,3106,2975,1695,1521,1362,1278,1213,1078,1011,910,870,818,738,696cm-1;HRMS calcd for C17H17ClN4O4376.0938,found376.0924.
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-氯烟酰肼(化合物I-003)
white solid;yield=86%;m.p.190-191℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:10.91(s,1H),8.42(dd,J=4.8,1.9Hz,1H),7.71(d,J=6.6Hz,1H),7.53-7.46(m,1H),7.40(dd,J=7.5,4.8Hz,1H),7.25-7.16(m,2H),6.94(td,J=7.4,1.7Hz,1H),1.52(d,J=6.7Hz,9H);IR(KBr)ν:3195,2984,1698,1645,1528,1456,1395,1300,1221,1070,912,809,766,668cm-1;HRMS calcd for C17H17ClFN3O2[M+H]+350.1066,found350.1076.
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-氯烟酰肼(化合物I-004)
white solid;yield=67%;m.p.263-265℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ11.18(s,1H),8.43(dd,J=4.8,1.9Hz,1H),7.72(dd,J=7.5,1.9Hz,1H),7.54–7.48(m,1H),7.42(dd,J=7.5,4.9Hz,1H),7.10(t,J=8.1Hz,2H),1.52(s,9H).;IR(KBr)ν:3255,2986,1709,1638,1583,1467,1389,1277,1063,1002,909,783,648cm-1;HRMS calcd for C17H16ClF2N3O2367.0993,found349.0999.
N-叔丁基-N’-(2,5-二氯苯甲酰基)-2-氯烟酰肼(化合物I-012)
white solid;yield=81%;m.p.261-263℃;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ:8.41(d,J=3.5Hz,1H),8.14(s,1H),7.86(d,J=7.2Hz,1H),7.33-7.26(m,3H),6.85(d,J=2.0Hz,1H),1.64(s,9H).IR(KBr)ν:3171,3053,2981,1701,1639,1578,1462,1391,1293,1197,1096,1069,922,806,756,644cm-1;HRMS calcd for C17H16Cl3N3O2399.0308,found399.0314.
N-叔丁基-N’-(2,5-二氯-3-硝基苯甲酰基)-2-氯烟酰肼(化合物I-013)
White solid;yield=76%;m.p.209-211℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:11.25(s,1H),8.48(dd,J=4.8,1.9Hz,1H),8.39(d,J=2.4Hz,1H),7.78(dd,J=7.5,1.7Hz,1H),7.50(dd,J=7.5,4.8Hz,1H),6.90(s,1H),1.54(s,9H);IR(KBr)ν:3287,3068,2979,1703,1650,1543,1456,1367,1261,1130,1066,947,886,819,760,682cm-1;HRMS calcd for C17H15Cl3N4O4[M+H]+445.0232,found445.0217.
N-叔丁基-N’-(5-氯-2-硝基苯甲酰基)-2-氯烟酰肼(化合物I-015)
white solid;yield=89%;m.p.236-237℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:11.35(s,1H),8.52(dd,J=4.8,1.9Hz,1H),8.11(d,J=8.7Hz,1H),7.81(dd,J=8.7,2.3Hz,1H),7.74(d,J=6.3Hz,1H),7.54-7.46(m,1H),5.92(s,1H),1.55(s,9H);IR(KBr)ν:3176,3059,2982,1709,1640,1532,1457,1393,1262,1194,1067,920,852,802,716cm-1;HRMS calcd for C17H16Cl2N4O4 410.0549,found410.0537.
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-乙氧基烟酰肼(化合物I-020)
white solid;yield=81%;m.p.135-137℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ10.49(s,1H),8.14(dd,J=5.0,1.9Hz,1H),7.51–7.49(m,2H),7.24–7.15(m,1H),7.16(td,J=7.5,0.8Hz,1H),6.91(dd,J=7.2,5.1Hz,1H),6.78(td,J=7.5,1.5Hz,1H),4.39–4.35(m,1H),4.27-4.23(m,1H),1.50(s,9H),1.33(t,J=7.0Hz,3H);IR(KBr)ν:3286,2989,2925,1669,1583,1521,1437,1370,1306,1258,1220,1151,1092,1029,912,873,814,770,624cm-1;HRMS calcd for C19H22FN3O3[M+H]+360.1718,found360.1726.
N-叔丁基-N’-(2,5-二氯苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼(化合物I-032)
white solid;yield=84%;m.p.150-151℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:10.96(s,1H),8.16(dd,J=4.9,1.7Hz,1H),7.71(dd,J=7.3,1.8Hz,1H),7.58-7.52(m,2H),7.40(t,J=7.9Hz,2H),7.18(ddd,J=12.2,11.1,6.1Hz,4H),6.40(s,1H),1.53(s,9H);IR(KBr)ν:3294,3061,2981,2926,1672,1582,1489,1420,1371,1249,1193,1099,895,817,767,623cm-1;HRMS calcd for C23H21Cl2N3O3457.0960,found457.0954.
N-叔丁基-N’-(5-氯-2-硝基苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼(化合物I-033)
white solid;yield=89%;m.p.238-240℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:11.17(s,1H),8.21(dd,J=4.9,1.8Hz,1H),8.14(d,J=8.7Hz,1H),7.81(dd,J=8.8,2.3Hz,1H),7.72(dd,J=7.3,1.5Hz,1H),7.40(t,J=7.9Hz,2H),7.23-7.12(m,4H),5.98(s,1H),1.53(s,9H);IR(KBr)ν:3252,3110,2984,1698,1647,1532,1486,1392,1241,1193,1103,893,750,714,691,643cm-1;HRMS calcd for C23H21ClN4O5468.1200,found468.1212.
N-叔丁基-N’-(3-甲基-2-硝基苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼(化合物I-034)
white solid;yield=96%;m.p.202-204℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:11.17(s,1H),8.12(dd,J=4.9,1.9Hz,1H),7.63(d,J=6.7Hz,1H),7.59(d,J=7.5Hz,1H),7.50(t,J=7.7Hz,1H),7.42(t,J=7.9Hz,2H),7.21(t,J=7.3Hz,3H),7.08(dd,J=7.2,5.0Hz,1H),6.52(s,1H),2.29(s,3H),1.51(s,9H);IR(KBr)ν:3175,3094,2975,2928,1694,1584,1534,1419,1362,1256,1226,1198,1029,882,820,747,683cm-1;HRMS calcd for C24H24N4O5[M+H]+449.1819,found449.1832.
N-叔丁基-N’-(2-氨基-3-甲苯甲酰基)-2-苯氧基烟酰肼(化合物I-035)
white solid;yield=95%;m.p.185-188℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:10.48(s,1H),8.01(d,J=4.7Hz,1H),7.68(d,J=7.7Hz,1H),7.45-7.37(m,2H),7.24-7.13(m,3H),7.08-6.99(m,2H),6.85(d,J=8.0Hz,1H),6.39(t,J=7.6Hz,1H),5.91(s,2H),2.04(s,3H),1.51(s,9H);IR(KBr)ν:3395,3283,2927,1643,1585,1507,1425,1385,1246,1199,1078,898,747,671cm-1;HRMS calcd for C24H26N4O3419.2078,found419.2081.
N-叔丁基-N’-(2-氟苯甲酰基)-2-(4-甲苯氧基)烟酰肼(化合物I-037)
white solid;yield=81%;m.p.171-172℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ10.75(s,1H),8.08(dd,J=4.9,1.9Hz,1H),7.66(dd,J=7.3,1.9Hz,1H),7.53–7.48(m,1H),7.26–7.18(m,4H),7.06(dd,J=7.4,4.9Hz,3H),6.93(td,J=7.4,1.7Hz,1H),2.31(s,3H),1.52(s,9H);IR(KBr)ν:3593,3274,2979,2925,1793,1686,1640,1585,1517,1379,1295,1240,1192,1099,1024,896,820,770,627cm-1;HRMS calcd for C24H24FN3O3421.0993,found349.0999.
N-叔丁基-N’-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-(4-甲苯氧基)烟酰肼(化合物I-038)
white solid;yield=72%;m.p.203-205℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ11.03(s,1H),8.09(dd,J=4.9,1.9Hz,1H),7.67(dd,J=7.3,1.9Hz,1H),7.55-7.49(m,1H),7.17(d,J=8.1Hz,2H),7.18-7.10(m,2H),7.07(dd,J=7.3,5.0Hz,1H),7.03(d,J=8.4Hz,2H),2.30(s,3H),1.51(s,9H);IR(KBr)ν:3636,3264,2983,1693,1631,1585,1518,1374,1242,1194,1097,1008,896,766,617cm-1;HRMS calcd for C24H23F2N3O3440.1780,found440.1768.
N-叔丁基-N’-(2,5-二氯苯甲酰基)-2-(4-甲苯氧基)烟酰肼(化合物I-039)
white solid;yield=83%;m.p.185-187℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:10.93(s,1H),8.13(dd,J=4.8,1.4Hz,1H),7.69(dd,J=7.3,1.7Hz,1H),7.57-7.51(m,2H),7.19(d,J=8.3Hz,2H),7.13(dd,J=7.3,5.0Hz,1H),7.05(d,J=7.9Hz,2H),6.38(s,1H),2.31(s,3H),1.53(s,9H);IR(KBr)ν:3274,2925,2857,1667,1586,1509,1423,1372,1253,1198,1098,896,818,641cm-1;HRMS calcd for C24H23Cl2N3O3471.1116,found471.1124.
N-叔丁基-N’-(5-氯-2-硝基苯甲酰基)-2-(4-甲苯氧基)烟酰肼(化合物I-040)
white solid;yield=86%;m.p.195-197℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:11.15(s,1H),8.19(d,J=3.5Hz,1H),8.14(d,J=8.7Hz,1H),7.81(dd,J=8.7,2.2Hz,1H),7.70(d,J=7.0Hz,1H),7.24-7.13(m,3H),7.06(s,2H),5.97(s,1H),2.31(s,3H),1.54(s,9H);IR(KBr)ν:3324,3127,2982,2925,1691,1648,1570,1533,1418,1360,1253,1197,1108,896,847,756cm-1;HRMS calcd for C24H23ClN4O5482.1357,found482.1372.
N-叔丁基-N’-(2-氨基-3-甲苯甲酰基)-2-(4-甲基苯氧基)烟酰肼(化合物I-041)
white solid;yield=55%;m.p.175-177℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:10.45(s,1H),7.98(dd,J=4.7,1.6Hz,1H),7.66(d,J=6.6Hz,1H),7.20(d,J=8.0Hz,2H),7.06(d,J=6.9Hz,3H),7.02-6.95(m,1H),6.85(d,J=7.7Hz,1H),6.39(t,J=7.5Hz,1H),5.91(s,2H),2.32(s,3H),2.04(s,3H),1.51(s,9H);IR(KBr)ν:3497,3395,3283,2973,1647,1585,1507,1423,1385,1246,1193,1078,893,747,606cm-1;HRMS calcd for C25H28N4O3432.2161,found432.2173.
N-叔丁基-N’-(3-甲苯甲酰基)-2-(4-甲氧基苯氧基)烟酰肼(化合物I-042)
white solid;yield=82%;m.p.228-230℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:10.67(s,1H),7.96(dd,J=4.9,1.8Hz,1H),7.63(d,J=7.0Hz,1H),7.33(d,J=7.5Hz,1H),7.31-7.26(m,2H),7.24(d,J=7.5Hz,1H),7.11(d,J=8.4Hz,2H),6.99-6.95(m,3H),3.77(s,3H),2.29(s,3H),1.52(s,9H);IR(KBr)ν:3273,3075,2981,2933,2844,1667,1585,1509,1419,1377,1294,1237,1195,1028,853,809,649cm-1;HRMS calcd for C25H27N3O4433.2002,found433.2008.
N-叔丁基-N’-(2,5-二氯苯甲酰基)-2-(4-甲氧基苯氧基)烟酰肼(化合物I-045)
white solid;yield=77%;m.p.199-202℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:10.94(s,1H),8.12(dd,J=4.8,1.3Hz,1H),7.67(dd,J=7.3,1.4Hz,1H),7.59-7.50(m,2H),7.16-7.05(m,3H),6.95(d,J=8.9Hz,2H),6.38(s,1H),3.76(s,3H),1.53(s,9H);IR(KBr)ν:3272,3065,2975,2928,1668,1588,1508,1421,1373,1292,1242,1195,1097,1030,897,850,780,642cm-1;HRMScalcd for C24H23Cl2N3O4487.1066,found487.1080.
N-叔丁基-N’-(5-氯-2-硝基苯甲酰基)-2-(4-甲氧基苯氧基)烟酰肼(化合物I-046)
white solid;yield=79%;m.p.211-213℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:11.15(s,1H),8.17(dd,J=4.9,1.7Hz,1H),8.13(d,J=8.7Hz,1H),7.81(dd,J=8.7,2.2Hz,1H),7.68(d,J=6.9Hz,1H),7.18-7.06(m,3H),6.95(d,J=8.9Hz,2H),5.95(s,1H),3.76(s,3H),1.54(s,9H);3204,2989,2834,1700,1642,1576,1531,1462,1386,1341,1241,1198,1103,1032,924,849,775,656cm-1;HRMS calcd for C24H23ClN4O6498.1306,found498.1312.
N-叔丁基-N’-(3-甲基-2-硝基苯甲酰基)-2-(4-甲氧基苯氧基)烟酰肼(化合物I-047)
white solid;yield=89%;m.p.209-210℃;1H NMR(500MHz,DMSO)δ:11.15(s,1H),8.08(dd,J=4.9,1.9Hz,1H),7.59(d,J=7.6Hz,2H),7.49(t,J=7.7Hz,1H),7.15(s,2H),7.07-7.01(m,1H),6.96(d,J=8.9Hz,2H),6.48(s,1H),3.77(s,3H),2.29(s,3H),1.51(s,9H);IR(KBr)ν:3191,2925,2852,1687,1642,1584,1532,1420,1375,1298,1237,1190,1093,1030,850,780,671cm-1;HRMS calcd for C25H26N4O6478.1852found478.1857.
实施例7
利用本发明提供的烟酰肼类化合物(I-001~I-053)进行杀虫活性测试:用分析天平(0.0001g)称取一定质量的烟酰肼类化合物,用含1wt%吐温-80乳化剂的DMF溶解配制 成2.5wt%母液,然后用蒸馏水稀释备用。
测试对象和测试方法如下:
1).供试靶标为鳞翅目夜蛾科害虫粘虫(Mythimna separata):采用浸叶法,即将适量玉米叶在配好的药液中充分浸润后自然阴干,放入垫有滤纸的培养皿中,接粘虫4龄初期幼虫10头/皿,置于24~27℃观察室内培养,5d后调查结果。以毛笔触动虫体,无反应视为死虫。
2).供试靶标为真螨目叶螨科害虫朱砂叶螨(Tetranychus cinnabarinu):采用Potter喷雾法,即将蚕豆叶片打成叶碟,背面朝上放在小块棉花上,置于塑料培养皿内,加少量水,接朱砂叶螨成螨。待成螨于叶片上稳定后,将叶碟置于Potter喷雾塔下定量(2.5mL)喷雾处理(压力为5lb/in2,沉降量为4.35mg/cm2),自然晾干后置于24~26℃,14h光照的观察室内培养,2d后调查结果。以毛笔触动虫体,无反应视为死虫。
3).供试靶标为同翅目蚜科害虫苜蓿蚜(Aphis medicaginis):采用Potter喷雾法,即将蚕豆叶片打成叶碟,背面朝上放在小块棉花上,置于塑料培养皿内,加少量水,接苜蓿蚜若蚜混合种群。待试虫在叶片上稳定后,将叶碟置于Potter喷雾塔下定量(2.5mL)喷雾处理(压力为5lb/in2,沉降量为4.35mg/cm2),自然晾干后置于20~22℃观察室内培养,2d后调查结果。以毛笔触动虫体,无反应视为死虫。
4).供试靶标为同翅目飞虱科害虫水稻褐飞虱(Nilaparvata lugens):采用Potter喷雾法。即将4~6根2叶1心的水稻幼苗(长约3~4cm)用白石英沙固定于Φ7cm的培养皿内,水稻褐飞虱3龄中期若虫用CO2麻醉后,每皿接30~40头,置于Potter喷雾塔下定量(2.5mL)喷雾处理(压力为5lb/in2,沉降量为4.35mg/cm2),喷雾后用透明塑料杯罩住,置于25~27℃,14h光照的观察室内培养,2d后调查结果。以毛笔轻触虫体,无反应视为死虫。
表2烟酰肼类化合物(I-001~I-053)对上述四种害虫的杀虫活性:
注:a表中死亡率等级:A级表示死亡率为100%~90%,B级表示死亡率为90%~80%,C级表示死亡率为80%~50%,D级表示死亡率为50%~0%。
表3部分具有较好杀虫活性烟酰肼类化合物对粘虫的生物活性测试结果:
注:a:表中死亡率等级:A级表示死亡率为100%~90%,B级表示死亡率为90%~80%,
C级表示死亡率为80%~50%,D级表示死亡率为50%~0%。
实施例8
利用本发明提供的烟酰肼类化合物I-003和I-004进行杀虫作用特点测试:用分析天平(0.0001g)称取一定质量的将烟酰肼类化合物,用含1wt%吐温-80乳化剂的DMF溶解配制成2.5wt%母液,然后用蒸馏水稀释至12.5mg/L备用。
测试对象和测试方法如下:供试靶标为粘虫(Mythimna separata):采用浸叶法,即将适量玉米叶在配好的药液中充分浸润后自然阴干,放入垫有滤纸的培养皿中,接粘虫4龄初期幼虫10头/皿,置于24~27℃观察室内培养,在1d、2d、3d、4d、5d后调查结果。以毛笔触动虫体,无反应视为死虫。
表4烟酰肼类化合物(I-003、I-004)对粘虫的杀虫特点测试结果:
注:a:表中死亡率等级:A级表示死亡率为100%~90%,B级表示死亡率为90%~80%,C级表示死亡率为80%~50%,D级表示死亡率为50%~0%。