《武汉工程大学学报》 2017年02期
108-112
出版日期：2017-05-04
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
N-甲基邻苯酰胺基苯甲酰胺衍生物的合成
鱼尼丁受体（RyR）是一种新颖的杀虫剂作用靶标，天然鱼尼丁由于对哺乳动物高毒，而没有商品化为杀虫剂. 鱼尼丁受体属于G-蛋白偶联受体家族，亦称钙离子通道受体. 机体中钙离子浓度的平衡与机体正常生理活动具有十分密切联系［1］. 钙离子是重要的细胞信号物质之一. 正常情况下，细胞内的钙离子浓度处于动态平衡状态，一旦平衡被打破，机体就会出现代谢紊乱的不正常现象. 因此，从某种意义来说，生物的生命活动与参与生物代谢的各种离子浓度息息相关. 钙离子浓度平衡对于机体的代谢尤为重要，如能选择性地阻断或破坏昆虫体内钙离子的正常代谢，即可开发安全的杀虫剂［2-6］. 邻苯二酰胺类化合物的杀虫活性的发现是从研究除草剂开始的，最早报道的是日本大阪府立大学Tsuda博士［7］. 在1989年，Tsuda博士报道了一些吡嗪二酰胺类化合物具有较好的杀菌及除草的活性［8-11］. 由于该系列化合物新颖的结构，在日本农药界引起了注意. 通过后续的筛选和结构优化，日本农药株式会社发现氟虫双酰胺（图 1）对鳞翅目害虫具有广泛的杀虫活性，对幼虫具有更高活性，对暴食性害虫具有更强的抑制作用，对作物具有更加突出的保护作用，并且与现有的杀虫剂无交互抗性、除家蚕外对害昆虫天敌均无影响，是IMP（有害生物综合治理）非常突出的选择性杀虫剂，作用靶标为鱼尼丁受体. 此外，研究已显示，该杀虫剂相对哺乳动物而言具有很高的安全性，是划时代的新杀虫剂. 美国杜邦公司为了避开日本农药株式会社氟虫双酰胺及其衍生物的专利， 将双酰胺的结构变换为邻甲酰氨基苯甲酰胺的母体结构，开发出了氯虫酰胺（图 1），在各方面评价的基础上进行了产业化. 该化合物和氟虫酰胺相比，不仅具有相似的结构，而且具有相似的作用机制及作用方式，相对哺乳动物而言较安全. 经研究推广认为，该化合物（图 1）是防治鳞翅目等害虫的有效杀虫剂之一［10-15］. 早在2008年上市的农药（Coragen）就是以氯虫酰胺作为活性成分的混合制剂，随着该产品的推广应用，继氯虫酰胺成功上市后，又相继开发出氰虫酰胺、氯氟氰虫酰胺、四氟虫酰胺等，以该化合物为母体的修饰产品，将不断涌现. 本研究以2-氨基苯甲酸甲酯为起始原料设计了一条可行的合成路线，2-氨基苯甲酸甲酯经与硫酸二甲酯N-甲基化后，与不同酰氯进行酰胺化，然后水解制得中间体2-芳酰胺基苯甲酸，最后在DMAP/DCC作用下与相应的芳胺反应得到5个目标化合物，希望得到结构简单的杀虫候选物. 合成路线见图2.1 实验部分1.1 仪器与试剂Varian核磁共振仪 （400?MHz），测定化合物的1H?NMR谱，内标为TMS；RY-1熔点仪 （温度计未校正），测定化合物的熔点；质谱用Finnigan公司Tracems 2000色谱-质谱联用仪测定；元素分析通过德国 Vario公司EL Ⅲ型元素分析仪进行测定. 实验中部分溶剂经脱水干燥处理. 反应过程采用TLC跟踪，检测反应进展情况. 1.2 化合物的合成目标化合物的合成路线见图2.1.2.1 中间体苯甲酸甲酯-2-甲胺 （b）的制备过程 将2-胺基苯甲酸甲酯3?g （0.02?mol）在搅拌条件系和硫酸二甲酯20?mL混合于50?mL烧瓶中，室温搅拌反应过夜，TLC检测反应，在原料点消失后，反应溶液在搅拌条件系加入40 mL 现配的NaOH（1 mol/L）溶液，水相与有机相分层，有机相用乙酸乙酯 （40?mL×2） 萃取，蒸出溶剂后，经柱层析［V（乙酸乙酯）∶V（石油醚） = 2∶5］分离纯化得到1.65?g无色液体，收率：50?%. 1.2.2 中间体2-（N-甲基-芳甲酰胺基）苯甲酸甲酯（c）的合成 在搅拌条件系将926?mg （6?mmol） 的1-甲基-3-乙基-吡唑-5-甲酸（按参考文献［16］介绍的方法合成） 和过量的SOCl2缓慢加入到50?mL三口烧瓶中，回流8?h后，TLC检测反应，在原料点消失后，蒸去过量SOCl2，得到3-乙基-1-甲基-吡唑-5-甲酰氯备用. 随后将脱水的THF 20?mL、三乙胺600?mg （6?mmol）和 （5?mmol） 2-甲氨基苯甲酸甲酯（b） 770 mg搅拌下加入到三口烧瓶中混合均匀，在0?℃搅拌下将3-乙基-1-甲基-吡唑-5-甲酰氯无水THF溶液缓慢滴加入上述反应液中， 随后搅拌反应1.5?h，TLC检测反应，在原料点消失后，用水30 mL加入到上述反应液中，水层用乙酸乙酯（30 mL×3） 萃取，减压旋蒸脱溶，经柱层析分离［V（乙酸乙酯）∶V（石油醚）= 2∶3］，得到1.13?g固体，mp. ：75?℃～77?℃，MS?m/z：302（M+H）+. 1.2.3 中间体2-（N-甲基-吡唑甲酰胺基）苯甲酸（c）的合成 在50 mL三口烧瓶中加入10 mL的CH3OH，0.55?g （13.2?mmol） 一水LiOH加20 mL的去离子水溶解及 2-（N-甲基-2-甲基-4-乙基吡唑甲酰胺基）苯甲酸甲酯1?g （3.3 mmol）混合均匀，25?℃搅拌反应8?h，TLC检测反应，在原料点消失后，用稀盐酸将溶液4 mol/L调至 pH?5左右，用乙酸乙酯 （20 mL×2） 萃取，减压旋蒸脱溶，得到0.83?g白色固体，mp. ：153?℃～155?℃. MS m/z ：288?（M+H）+. 1.2.4 N-（2-吡啶基）-2-（N-甲基-4-乙基-2-甲基吡唑甲酰胺基）苯甲酰胺（1d）的合成 将250?mg （0.87?mmol） 2-（N-甲基-2-吡啶甲酰胺基）苯甲酸溶解在10?mL无水二氯甲烷中，然后加入50?mL单口烧瓶中，在冰水浴条件下搅拌，将188?mg （0.9 mmol） DCC和25?mg （0.2 mmol） DMAP溶解于10?mL CH2Cl2溶液中，然后缓慢滴加入上述反应液中，室温搅拌30 min后，将78?mg （0.83 mmol） 2-氨基吡啶无水CH2Cl2溶液加入反应液中，25?℃搅拌反应6?h，TLC检测反应，在原料点消失后，减压脱溶，经柱层析分离［V（乙酸乙酯）∶V（石油醚） = 1∶1］得到了136 mg胶状固体，产率为45% ， 1H NMR （400?MHz ， CDCl3） δ： 9.43 （s， 1H）， 7.26～7.72 （8H）， 7.03 （s， 1H）， 3.76 （s， 3H）， 3.48 （s， 3H）， 2.37 （m， 2H）， 0.98 （m， 3H） ； MS?m/z：364?（M+H）+. Ana1. found C?66.42， H?5.76， N?18.44， calcd for C20H21N5O2 C 66.10， H 5.82， N 19.27. 1.2.5 化合物2e~5e参照1e的方法合成 2e~5e的相关表征数据见表1. 2 结果与讨论2.1 合成方法讨论在合成2-氨基苯甲酸甲酯氨基上N-甲基化操作过程中，按照文献进行了3种方法尝试：1）先将原料溶解在DMF中形成悬浊液或将NaH在THF中回流4?h使其成为盐，然后加入足量的CH3I，最终形成甲基化产物，明显问题是产率低（<40?%）. 2）先将对邻氨基苯甲酸甲酯的氨基与芳酰氯反应进行酰胺化后，由于氨基N上的反应活性降低，其明显缺点为：反应时间较长，反应过程中需要补加CH3I，成本较高. 3） 将原料与硫酸二甲酯按一定比例在常温下搅拌反应4?h得到产物，反应时间短，处理简单，收率高，因此，在该研究中采用以上方法3. 2.2 目标化合物的结构确证讨论 1HNMR谱解析：在目标化合物1e～5e的1H?NMR图谱中，所有化合物化学位移δ3～4之间的一个单峰解析为N-甲基取代酰胺中的甲基质子（-CONCH3-） 共振峰，化学位移δ9附近出现的单峰为酰胺质子（-CONH-）的共振峰；结合质谱及元素分析结果，确认化合物为设计的目标化合物. 3 结 语本研究以邻氨基苯甲酸甲酯为原料，经4步反应成功合成了未见报道的5个新的 N-甲基取代苯甲酰胺基苯甲酰胺基苯甲酰胺，其化学结构经过1H NMR及MS及元素分析表征. 下一步将研究以上化合物杀虫活性，希望得到结构简单、合成步骤少、具有产业化前景的杀虫先导化合物.