本发明涉及一类具有良好杀虫作用的甲磺酰苯胺类衍生物,它们的制备方法 以及这些化合物的生物活性。
和甲磺酰苯胺类衍生物类似的化合物及其杀虫活性已有一些专利或技术文 献报道,例如具有杀虫活性的苯基甲磺酸酯类化合物,这些化合物具有结构通式 (I),
依据取代基R1、R2、R3、R4和取代基数目m、n的不同而形成不同的专利 化合物,如美国专利US 5,340,837(结构式II);US 6,077,866(结构式III);日本公 开特许JP 8041013A(结构式IV);JP 10182625A(结构式V);JP 10109971A(结构 式VI)等,这些不同的专利化合物对线虫、螨虫和粘虫均具良好的杀虫活性,特 别对鳞翅目害虫普遍有效,而对其它有机生物体和人畜则表现无害或低毒。
本发明在已有专利化合物的基础上,进行先导修饰,保留其分子中的酰基肼 的基本结构,修改磺酸酯结构为磺酰胺或氮原子上有取代基的磺酰胺结构,并 改变取代基的种类和组合,合成得到一类新的甲磺酰苯胺衍生物,如结构式(VII) 所示,
结构式(VII)中:
X为卤素,包括氟、氯、溴或碘,更可取的是氯
R1为C1~C6烷基、C1~C6卤代烷基、C2~C6烯基或C2~C6卤代烯基
R2为氢、C1~C6烷基、C1~C6卤代烷基、C2~C6烯基或C2~C6卤代烯基。
本发明涉及的甲磺酰苯胺衍生物的合成一般需要六步反应。(化合物结构通 式中以X=Cl、R1=C2H5、R2=CH3为例说明)
1、合成中间体4-氯-4’-硝基二苯甲酮
首先,4-硝基苯甲酰氯和氯苯在卤代烷溶剂如二氯乙烷中在无水三氯化铝作用下 进行傅克酰化反应得到中间体(1)即4-卤代-4’-羟基二苯甲酮;
2、合成中间体4-氯-4’-氨基二苯甲酮
在浓盐酸中用氯化亚锡还原硝基物为氨基物,得4-氯-4’-氨基二苯甲酮;
3、合成中间体4-氯-4’-甲磺酰氨基二苯甲酮
再在四氢呋喃、氯仿等溶剂中用吡啶、三乙胺或碳酸钾等作缚酸剂使氨基物和甲 烷磺酰氯反应得到中间体4-氯-4’-甲磺酰氨基二苯甲酮;
4、合成中间体4-氯-N-甲基-4’-甲磺酰氨基二苯甲酮
在丙酮溶剂中在碳酸钾存在下用硫酸二甲酯甲基化得到中间体4-氯-N-甲基 -4’-甲磺酰氨基二苯甲酮;
5、合成中间体N-{4-[(4-氯苯基)-腙基-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰胺
在醇溶剂中前一步得到的中间体和水合肼在少量乙酸催化下缩合得到中间体 N-{4-[(4-氯苯基)-腙基-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰胺;
6、合成目标化合物N-{4-[(丙酰基腙)-(4-氯苯基)-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰胺
最后在THF溶剂中和乙酰氯反应得到具有杀虫活性的目标化合物N’-乙酰基 -4-氯-N-甲基-4’-甲磺酰氨基二苯甲酮腙。
由上述反应过程,改变X、R1、R2对应的各种反应原料,通过类似的反应 和后处理过程就可得到各种不同的甲磺酰苯胺衍生物。
本发明人通过分子设计,改变分子结构中X和取代基R1、R2、R3及其它们 的不同组合,合成出了一系列化合物列于表1。制备所需中间体和最终产物化学 结构都经质谱和核磁共振波谱确证。
表1 化合物编号 取代基 X R1 R2 1 Cl -CH3 -CH3 2 F -CH3 -H 3 F -C2H5 -CH3 4 Cl -C2H5 -CH3 5 F -CH2Cl -CH3 6 Cl -CH2Cl -CH3 7 Cl -OC2H5 -CH3 8 Cl -OCH3 -CH3 9 Cl -CH2Br -CH3 10 Cl -n-C3H7 -CH3 11 F -n-C3H7 -CH3 12 F -i-C3H7 -CH3 13 F -C2H5 -H 14 F -i-C4H9 -CH3 15 Cl -i-C4H9 -CH3 16 Cl -i-C3H7 -CH3 17 F -CH2Br -CH3 18 Cl -CHCl2 -CH3 19 F -CHCl2 -CH3 20 F -OCH3 -CH3 21 F -OC2H5 -CH3 22 F -CH3 -C2H5 23 Cl -CH3 -C2H5 24 F -C2H5 -C2H5 25 Cl -C2H5 -C2H5 26 F -CH2Cl -C2H5 27 Cl -CH2Cl -C2H5 28 F -i-C4H9 -C2H5 29 Cl -i-C4H9 -C2H5 30 F -OCH3 -C2H5 31 Cl -OCH3 -C2H5 32 F -OC2H5 -C2H5 33 Cl -OC2H5 -C2H5 34 F -i-C3H7 -C2H5 35 Cl -i-C3H7 -C2H5 36 F -n-C3H7 -C2H5 37 Cl -n-C3H7 -C2H5
本发明化合物交由生测专家进行室内生物活性测定,生物活性测定的对象、 方法和结果:
生测对象:初筛虫靶标为螨类,粘虫,稻飞虱,蚜虫。达到一定生物活性水平(≥ 80%)后再进行复筛。复筛时选择性测试鳞翅目的小菜蛾和二化螟。
生测方法:
[1]螨类:采用叶碟喷雾法(Potter喷雾塔喷雾)。对幼(若)螨进行生物活性测定。
[2]鳞翅目类:采用浸叶饲喂法。对粘虫、小菜蛾和二化螟均用3龄幼虫进行生 物活性测定。
[3]蚜虫类:采用Potter喷雾塔喷雾法。对2龄若蚜进行生物活性测定。
[4]飞虱类:采用Potter喷雾塔喷雾法。对3龄若虫进行生物生活测定。
表2 37个化合物对4种靶标初步筛选结果 编号 筛选浓度(250mg/L) 筛选浓度(500mg/L) 螨类幼螨(%) 若蚜(%) 稻虱若虫(%) 粘虫幼虫(%) 1 100.0 0.0 97.6 100.0 2 3.0 0.0 73.7 100.0 3 100.0 0.0 63.6 100.0 4 100.0 6.7 100.0 100.0 5 100.0 0.0 72.2 100.0 6 100.0 1.7 57.9 100.0 7 100.0 0.0 96.9 100.0 8 100.0 16.7 100.0 100.0 9 52.8 7.5 30.0 100.0 10 100.0 0.0 4.0 100.0 11 30.1 0.0 44.0 100.0 12 100.0 20.0 61.9 100.0 13 89.0 0.0 10.0 100.0 14 100.0 10.0 65.0 100.0 15 100.0 0.0 10.0 100.0 16 100.0 24.0 20.0 100.0 17 14.0 1.7 9.8 46.7 18 68.0 13.3 25.0 100.0 19 22.0 25.0 59.1 100.0 20 75.0 10.0 71.3 100.0 21 22.0 41.7 42.4 100.0 22 6.0 23.3 100.0 100.0 23 100.0 90.2 100.0 100.0 24 18.0 0.0 56.4 100.0 25 42.5 8.3 85.2 93.3 26 35.1 10.0 87.9 80.0 27 24.0 35.0 20.0 100.0 28 68.0 18.3 56.4 66.7 29 36.0 28.3 18.2 100.0 30 32.0 6.7 27.3 80.0 31 48.0 18.3 57.6 100.0 32 76.0 0.0 41.6 100.0 33 70.0 38.3 18.2 100.0 34 56.0 30.0 38.7 40.0 35 46.0 8.3 29.0 60.0 36 8.0 5.0 41.7 93.3 37 64.1 11.7 75.8 66.7
生测结果分析:
初步筛选结果见表2。从表2的生测结果可以看出,在浓度为500mg/L下, 在37个化合物中除了编号为17、28、34、35、37的5个化合物外,对鳞翅目的 粘虫生物活性均≥80%,编号为1、4、7、8、22、23、25、26等8只化合物对 水稻褐飞虱的生物活性在82.1%~100.0%之间;在250mg/L下,编号为1、3、4、 5、6、7、8、10、12、13、14、16、23等13只化合物对棉花红蜘蛛幼(若)螨的 生物活性达到了89.0%以上,编号为23的化合物对蚜虫若蚜的生物活性为 90.2%。
初筛有活性的化合物进一步复筛,部分化合物进行了小菜蛾、二化螟的测试, 生测结果列于表3,表4。
从表3数据可以看出,对蚜虫,编号为23的化合物的生物活性水平在 50mg/L~250mg/L左右;对棉红蜘蛛,编号为1、3、4、5、6、7、8、10、12、 13、14、15、16,23等15只化合物的生物活性水平在50mg/L左右;对稻飞虱, 编号为1、4、7、8、22、23、25、26等8只化合物的生物活性水平在100mg/L 左右;
从表4数据可以看出,对粘虫,编号为7,9,10,11,15,16,18等7个 化合物的生物活性水平在5mg/L左右,其余化合物的生物活性在20mg/L以上; 对小菜蛾的复筛结果显示,编号7,10,11等3个化合物活性较好,在浓度为 100mg/L下生物活性在72.7%以上,浓度为50mg/L下生物活性在39.1%~77.3% 之间;对二化螟活性较低,100mg/L下生物活性在23.8%以下。
表3部分化合物对蚜虫、红蜘蛛、稻飞虱的复筛生测结果 编号 蚜虫 红蜘蛛mg/L 稻飞虱mg/L 250mg/L 50mg/L 10mg/L 250mg/L 50mg/L 10mg/L 500mg/L 100mg/L 20mg/L 1 100.0 55.6 2.0 97.6 30.0 10.0 2 73.7 34.3 20.0 3 100.0 93.0 9.0 4 100.0 70.8 4.0 100.0 68.6 20.0 5 100.0 70.1 0.0 6 100.0 47.7 0.0 7 100.0 92.3 1.0 96.9 16.7 10.0 编号 蚜虫 红蜘蛛mg/L 稻飞虱mg/L 250mg/L 50mg/L 10mg/L 250mg/L 50mg/L 10mg/L 500mg/L 100mg/L 20mg/L 8 100.0 59.6 3.0 100.0 41.9 6.7 10 100.0 31.0 0.0 12 100.0 64.8 1.0 13 89.0 5.0 2.0 14 100.0 29.2 0.0 15 100.0 91.2 9.0 16 100.0 90.0 5.0 22 100.0 74.5 25.0 23 90.2 25.0 0.0 100.0 4.0 4.0 100.0 75.0 12.5 25 85.2 7.5 0.0 26 87.9 25.0 7.5
表4部分化合物对粘虫、小菜蛾的复筛生测结果 编号 粘虫 小菜蛾 二化螟 500mg/L 100mg/L 20mg/L 5mg/L 1mg/L 100mg/L 50mg/L 100mg/L 1 100.0 100.0 60.0 0.0 14.3 2 100.0 93.3 20.0 4.8 3 100.0 100.0 86.7 0.0 0.0 4 100.0 86.7 0.0 19.0 5 100.0 86.7 0.0 0.0 6 100.0 100.0 66.7 0.0 0.0 7 100.0 93.3 93.3 46.7 0.0 100.0 36.4 15.0 8 100.0 100.0 80.0 20.0 0.0 9.5 编号 粘虫 小菜蛾 二化螟 500mg/L 100mg/L 20mg/L 5mg/L 1mg/L 100mg/L 50mg/L 100mg/L 9 100.0 100.0 73.3 46.7 0.0 45.0 4.3 0.0 10 100.0 100.0 100.0 66.7 0.0 100.0 77.3 15.0 11 100.0 80.0 93.3 73.3 0.0 82.6 76.5 9.5 12 100.0 100.0 53.3 0.0 9.5 13 100.0 46.7 0.0 0.0 14 100.0 80.0 33.3 0.0 4.8 15 100.0 100.0 73.3 33.3 0.0 0.0 16 100.0 100.0 93.3 53.3 0.0 20.0 18 100.0 100.0 93.3 100.0 0.0 64.7 8.7 19 100.0 100.0 33.3 20 100.0 60.0 0.0 21 100.0 60.0 0.0 22 100.0 20.0 0.0 23 100.0 86.7 13.3 24 100.0 86.7 0.0 25 93.3 66.7 60.0 26 80.0 26.7 0.0 27 100.0 46.7 20.0 29 100.0 60.0 0.0 30 80.0 53.3 0.0 31 100.0 93.3 21.4 32 100.0 100.0 26.7 33 100.0 100.0 40.0 36 93.3 73.3 20.0
合成例一、N-{4-[(丙酰基腙)-(4-氯苯基)-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰胺(化合物 10、实验代号ZJ2228)的合成
1、中间体4-氯-4’-硝基二苯甲酮的合成
将18.5g 4-硝基苯甲酰氯(0.1mol)投入250ml干燥的三口烧瓶中,三口烧瓶 事先安装好温度计和球型冷管,加入80ml干燥过的1,2-二氯乙烷搅拌溶解,再 加入15ml氯苯,搅拌混合均匀并加微热至内温40~45度。称量16g无水三氯化 铝(0.12mol),分8次投入反应瓶,1小时内加完,继续保温反应1小时。冷却, 反应混合物倾入300ml冰水中,1,2-二氯乙烷抽提三次,合并有机相,水洗后无 水硫酸钠干燥过夜,减压脱去溶剂后剩余物用80ml乙醇重结晶得22.5g淡黄色 固体。
2、中间体4-氯-4’-氨基二苯甲酮的合成
将22.5g 4-氯-4’-硝基二苯甲酮(86.2mmol)分散在200ml浓盐酸里,加入 60g氯化亚锡(31.6mmol),缓慢加热至回流,反应2小时溶液变清。冷却后析出 大量白色固体,缓慢到入加冰的浓NaOH溶液中搅拌分解,析出大量絮状固体, 过滤干燥得白色粉末状固体18.3g,收率约为91.5%。
3、中间体4-氯-4’-甲磺酰氨基二苯甲酮的合成
将18.3g 4-氯-4’-氨基二苯甲酮(79.2mmol)溶解于60ml干燥过的四氢呋 喃中加入稍过量的三乙胺作缚酸剂,缓慢滴加9.3g甲烷磺酰氯(81.5mmol),反应 混合物经处理再由乙醇重结晶得到23.3g淡黄色固体为4-氯-4’-甲磺酰氨基二 苯甲酮;
4、合成中间体4-氯-N-甲基-4’-甲磺酰氨基二苯甲酮
将23.3g 4-氯-4’-甲磺酰氨基二苯甲酮(75.5mmol)在丙酮溶剂中在碳酸钾 存在下用硫酸二甲酯甲基化,几乎定量得到淡黄色的中间体4-氯-N-甲基-4’- 甲磺酰氨基二苯甲酮23.8g;
5、合成中间体N-{4-[(4-氯苯基)-腙基-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰胺
将23.8g 4-氯-N-甲基-4’-甲磺酰氨基二苯甲酮(73.7mmol)分散在60ml乙 醇溶剂中,加入10ml 85%水合肼,在少量乙酸催化下回流反应6小时,冷却后 析出固体,过滤、洗涤、干燥得到白色粉末状固体18.6g,为N-{4-[(4-氯苯基)- 腙基-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰胺;
6、合成目标化合物N-{4-[(丙酰基腙)-(4-氯苯基)-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰胺
将0.5g N-{4-[(4-氯苯基)-腙基-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰胺(1.5mmol) 溶解于10mlTHF溶剂中,加入适量三乙胺,再加入0.1ml丙酰氯,室温下搅拌 反应3小时。过滤出去三乙胺盐酸盐,剩余物浓缩后经过乙醇重结晶得到0.27g 淡黄色粉末状目的物N-{4-[(丙酰基腙)-(4-氯苯基)-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰 胺。
合成例二、产品N-{4-[(二氯乙酰基腙)-(4-氯苯基)-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰胺 的合成(化合物18、实验代号ZJ2242)
将0.5g N-{4-[(4-氯苯基)-腙基-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰胺(1.5mmol) 溶解于10mlTHF溶剂中,加入适量三乙胺,再加入0.1ml二氯乙酰氯,室温下 搅拌反应3小时。过滤出去三乙胺盐酸盐,剩余物浓缩后经过乙醇重结晶得到约 0.3g粉末状目的物N-{4-[(二氯乙酰基腙)-(4-氯苯基)-甲基]-苯基}-N-甲基-甲磺酰 胺。
综上所述,本发明中的甲磺酰苯胺类化合物分子结构新颖,合成原料易得, 合成方法并不复杂,生物活性测定表明多数化合物表现出良好的杀虫、杀螨活性, 其中对鳞翅目害虫的杀虫生物活性尤为突出,具有进一步研究的价值,有望开发 成为新型农用杀虫剂。