CN100503585C - 第二代新烟碱类杀虫剂jt-l001及其化学合成方法 - Google Patents
第二代新烟碱类杀虫剂jt-l001及其化学合成方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种第二代新烟碱类杀虫剂JT-L001，即式(I)化合物N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒及其化学合成方法。本专利公开的化合物不仅比第一代新烟碱类杀虫剂效果好，而且对刺吸式口器害虫和咀嚼式口器害虫都具有较好的触杀、胃毒和内吸活性，其具有高效、低毒、安全和环境相容性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机化合物，具体涉及一种可以用做杀虫剂的化合物N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒及其化学合成方法。
背景技术
新烟碱类化合物是一类新型的、引人注目的、具有优异生物活性的化学杀虫剂。自1991年拜耳公司开发了吡虫啉(imidacloprid)之后，又有1995年日本武田公司的烯啶虫胺(nitenpyram)、1996年日本曹达公司的啶虫脒(acetamiprid)、1998年诺华公司(现先正达)开发的噻虫嗪(thiamethoxam)、2000年拜耳公司开发的噻虫啉(thiacloprid)、2002年武田/拜耳开发的噻虫胺(clothianidin)和日本三井化学开发的呋虫胺(dinotefuran)。目前这些品种已在世界很多国家商品化上市，其中仅吡虫啉、啶虫咪已在我国投入工业化生产，成为了我国棉化、水稻、蔬菜及各种果树防治刺吸式口器害虫的首选杀虫剂，目前主要防治对象有：飞虱(稻褐飞虱、灰飞虱、白背飞虱)、蚜虫类、稻叶蝉、梨木虱、蓟马类都取得了非常良好的防治效果。以吡虫啉为代表的氯代烟碱类第一代杀虫剂和以噻虫嗪为代表的硫代烟碱类第二代新烟碱类杀虫剂，其作用机制相同，作用靶点为乙酰胆碱受体，干扰昆虫神经系统的正常传导，引起神经通路阻塞，致昆虫麻痹而死，作用机制新颖。自从吡虫啉进入市场后，在世界上，新烟碱类已成为发展最快的一类化学杀虫剂。由于其具有触杀、胃毒、内吸传导，而且杀虫谱广、用量低、对哺乳动物毒性低、环境相容性好、安全性高，已成为取代那些对哺乳动物高毒、有残留和导致环境问题的有机磷类、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类、有机氯类杀虫剂的急需用品，深受关注，其应用前景非常广阔。
但吡虫啉杀虫剂仍存在一些不足，诸如咀嚼式口器害虫的杀死活性较低，杀虫广谱性仍有一定局限性，在实际使用中需加高效渗透剂进行增渗提高速效性，在低温使用时药效受到影响而存在着正温度效应之弊。此外，吡虫啉生产工艺较复杂，尤其是其中间体2-氯-5-氯甲基吡啶制取技术要求高，工艺复杂，成本较高。
发明内容
本发明以第一代和第二代新烟碱类杀虫剂为先导化合物，并对其化学结构和活性进行研究分析，发现了一种新的第二代新烟碱类杀虫剂N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒，即JT-L001。
本发明的另一目的是提供上述第二代新烟碱类杀虫剂的化学合成方法。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种作为杀虫剂的式(I)化合物N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒，
一种制备JT-L001的方法，将2-氯-5-氯甲基噻唑与N-氰基乙脒在50～90℃(优选70～85℃)下反应，生成N-氰基-N’-(2-氯-5-噻唑甲基)乙脒，2-氯-5-氯甲基噻唑与N-氰基乙脒的用量的摩尔比为1∶1以上(优选1∶1.1～1.3)反应溶剂为乙醇或氯仿，催化剂为CsCl；再与硫酸二甲酯以摩尔比为1∶1以上(优选1∶1.1～1.3)的比例在5～40℃(优选15～20℃)下反应，生成N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒，反应方程式如下：
另一种制备JT-L001的方法，将2-氯-5-氯甲基噻唑与N-氰基-N’-甲基乙脒以摩尔比为1∶1以上(优选1∶1～1.2)的比例，在10～80℃(优选30～40℃)下反应，反应溶剂为DMF，以NaH为缩合剂生成N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒，反应方程式如下：
还有一种制备JT-L001的方法，先将2-氯-5-氯甲基噻唑与一甲胺以摩尔比为1∶1以上(优选1∶1.5～2.0)的比例，在20～60℃(优选40～45℃)下反应，生成N-甲基-2-氯-5-噻唑甲基胺；再与N-氰基乙亚胺酸乙酯以摩尔比为1∶1以上(优选1∶1.1～1.2)的比例，在50～90℃(优选80～85℃)下，以乙醇为溶剂进行反应，生成N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒，反应方程式如下：
另一种制备JT-L001的方法，先将2-氯-5-氯甲基噻唑与氨气以摩尔比为1∶1以上(优选1∶1.5～2.0)的比例在常温、0.2～0.5MPa压力下反应，制得2-氯-5-甲胺基噻唑；再将2-氯-5-甲胺基噻唑与N-氰基乙亚胺酸乙酯以摩尔比为1以上：1(优选1.2～1.3∶1)的比例在50～100℃(优选70～80℃)下反应，制取N-氰基-N’-(2-氯-5-噻唑甲基)乙脒；将得到的N-氰基-N’-(2-氯-5-噻唑甲基)乙脒与硫酸二甲酯以摩尔比为1∶1以上(优选1∶1.1～1.3)的比例，在5～50℃(优选10～25℃)下反应，得到N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒，反应方程式如下：
中间体2-氯-5-氯甲基噻唑的化学合成路线为：用2，3-二氯丙烯与NaSCN在乙腈中回流生成2-氯-3-氯硫基-1-丙烯，经减压浓缩提纯后，再滴加硫酰氯(2-氯-3-氯硫基-1-丙烯与硫酰氯的摩尔比为1∶1.2)，升温至回流，得2-氯-5-氯甲基噻唑：
上述中间体及N-氰基乙脒、N-氰基-N’-甲基乙脒、N-氰基乙亚胺酸乙酯均有商品市售。
说明书及权利要求中提到的1∶1以上的比例和1以上：1的比例中，“1以上”指大于或等于1都可以，但考虑到成本及反应效率问题，又各自给出了较佳的反应范围。
第一代新烟碱类杀虫剂，如吡虫啉的结构式
中，含有2-氯-5-吡啶基，另外还有啶虫脒、烯啶虫胺、噻虫啉都含有2-氯-5-吡啶基，它们都称为第一代新烟碱类杀虫剂；而噻虫嗪的结构式
中，以2-氯-5-噻唑基取代了吡虫啉等第一代新烟碱类杀虫剂结构式中的2-氯-5-吡啶基，另外还有噻虫胺，成为了性能更佳的第二代新烟碱类杀虫剂。
本发明所得到的JT-L001杀虫剂中文化学名为：N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒，英文化学名称为：N’-(2-chloro-1，3-thiagol-5-ydmethyl)-N-cyano-N’-methylacetamidine，其化学结构式为：
分子式为：C8H9ClN4S，相对分子质量为：228.59，试验代号为：JT-L001，参考新烟碱类杀虫剂的中文命名拟定名为噻虫脒。原药为淡黄色固体粉末，熔点96～108℃，易溶于二氯乙烷、氯仿、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮、乙腈等有机溶剂中，对光稳定。
本发明以2-氯-5-噻唑基取代了第一代新烟碱类杀虫剂化学结构中的2-氯-5-吡啶基，由此：
①不但保持着吡虫啉对刺吸式口器害虫的极高活性，同时又对咀嚼式口器害虫的活性大为提高。
②提高了药效、增加了广谱性，经生物活性测试，主要防治对象有蚜虫、飞虱、稻叶蝉、二化螟、纵卷叶螟、稻蓟马、小青化金龟、茶条金龟、茶绿叶蝉、葡萄叶蝉、蚧虫、小菜蛾、桃小食心虫、茶黄蓟马、桔黄蓟马，具有触杀、胃毒和内吸作用。可用于水稻、棉花、小麦、蔬菜、果树、豆类、茶叶，用量为10～30g/hm2。
③高效、安全、速效、长残效(15～20天)、环境相容性好，从而改善了吡虫啉需加增渗剂而提高速效性和吡虫啉需在避免低温下使用才能更好发挥药效的不足。
④本发明以2-氯-5-噻唑基代替了吡虫啉等第一代新烟碱类杀虫剂结构中的2-氯-5-吡啶基，由于氯代噻唑具备了成熟的合成方法和生产工艺，与氯代吡啶相比，制备工艺简单，原料立足于国内，易得、成本低。
参考文献
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4.程志明等，吡虫清的合成，农药，1998(37)(9)：12～14.
具体实施方式
实施例1
在500ml反应瓶中加入100ml无水乙醇，0.5克CsCl，开搅拌加入折纯45.65g(0.55mol)的N-氰基乙脒，而后缓慢滴加入折纯品84g(0.5mol)的2-氯-5-氯甲基噻唑与50ml无水乙醇的混合溶液，并保持在室温下滴加1小时，滴加完后继续搅拌15min，升温至70～75℃反应半小时，同时排出不凝气体，再升温至回流，反应1小时后，缓慢冷却至<10℃，析出结晶，过滤并用乙醇喷洗滤饼，结晶烘干后得N-氰基-N’-(2-氯-5-噻唑甲基)乙脒96.6g，含量89％，收率80.3％。
将以上所得的N-氰基-N’-(2-氯-5-噻唑甲基)乙脒(0.401mol)加入反应瓶，并加200ml氯仿，Bu4NBr(PTC)0.03g，搅拌并冷却至10～15℃，滴加硫酸二甲酯55.5g(0.44mol)和50％氢氧化钠溶液，约半小时加完，于15～20℃搅拌反应3小时后，调pH值至中性，倒入分液漏斗，分出水层，并用氯仿萃取合并于油层，油层经无水硫酸钠干燥后，冷却至<0℃结晶，过滤得结晶经烘干，制得淡黄色固体N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒(JT-L001)81.6g，含量86.1％，收率76.6％。
实施例2
将150ml经干燥的N，N-二甲基甲酰胺加入干燥的玻璃反应瓶中，再将折纯84g(0.5mol)的2-氯-5-氯甲基噻唑加入，搅拌，再十分小心地将折纯12g(0.5mol)NaH加入10℃的反应瓶中，搅拌15min后加入N-氰基-N’-甲基乙脒折纯48.5g(0.5mol)，升温至50℃左右，搅拌6小时，缓慢冷却至10℃左右，结晶，过滤，滤饼用清水洗涤，烘干，得黄色JT-L00173.1g，含量80.2％，收率51.16％。
实施例3
在500ml磨口玻璃反应瓶中，加入折纯品84g(0.5mol)的2-氯-5-氯甲基噻唑，搅拌下滴加入折纯品59g(1.9mol)的一甲胺和95％乙醇150ml预先制冷的混合液中，保持0～5℃，搅拌均匀，升温至40℃反应4h后，负压蒸出乙醇及残气，调pH至中性，倒入分液漏斗中静置分层后，取油层用无水Na2SO4干燥，得N-甲基-2-氯-5-噻唑甲基胺76.9g，含量94.1％，收率88.5％。
将折纯品52g(0.46mol)的N-氰基乙亚酸乙脂与100ml无水乙醇的混合溶液，在搅拌下滴加到上述反应瓶中，保持滴加温度40℃，在2.5h内滴加反应，然后升温至回流，反应3h，冷却结晶，过滤，用无水乙醇洗涤滤饼，经烘干得淡黄色固体N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒(JT-L001)95.5g，含量95.6％，总收率79.8％。
实施例4
将500ml液氨投入压力釜中，缓慢加入84g折纯0.5mol的2-氯-5-氯甲基噻唑，再加入甲苯200ml，控制0.25MPa、，搅拌反应6小时后，卸压并蒸出甲苯及余气，得到2-氯-5-胺甲基噻唑93.1g，含量98.2％，收率为80％。
将上述的(0.4mol)到2-氯-5-胺甲基噻唑，加入三口玻璃反应瓶中，加水150ml，搅拌，在室温下将49.28g折纯(0.44mol)N-氰基-乙酰亚胺酸乙酯在15min滴加入反应瓶，搅拌半小时，再加入乙醇50ml，加热至75～80℃，回流中使固体全部溶解，缓慢冷却至10℃，滴加硫酸二甲酯55.5g(0.44mol)及Bu4NBr(PTC)0.04g和50％氢氧化钠溶液，约半小时加完，于15～20℃搅拌反应3小时后，冷却至<0℃结晶，析出淡黄色结晶的JT-L001，经过滤烘干，得74.5g，含量86.2％，总收率70.2％。
Claims (4)
1、一种制备化合物N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒的方法，其特征在于将2-氯-5-氯甲基噻唑与N-氰基乙脒以摩尔比为1∶1.1～1.3的比例在70～85℃下反应，溶剂为乙醇或氯仿，催化剂为CsC1，生成N-氰基-N’-(2-氯-5-噻唑甲基)乙脒，再与硫酸二甲酯以摩尔比为1∶1.1～1.3的比例在15～20℃下反应，生成N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒，反应方程式如下：
2、一种制备化合物N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒的方法，其特征在于将2-氯-5-氯甲基噻唑与N-氰基-N’-甲基乙脒以摩尔比为1∶1～1.2的比例在30～40℃下反应，生成N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒，溶剂为DMF，以NaH为缩合剂，反应方程式如下：
3、一种制备化合物N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒的方法，其特征在于先将2-氯-5-氯甲基噻唑与一甲胺以摩尔比为1∶1.5～2.0的比例在40～45℃下反应，生成N-甲基-2-氯-5-噻唑甲基胺；再将N-甲基-2-氯-5-噻唑甲基胺与N-氰基乙亚胺酸乙酯以摩尔比为1∶1.1～1.2的比例在80～85℃下反应，以乙醇为溶剂，生成N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒，反应方程式如下：
4、一种制备化合物N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒的方法，其特征在于先将2-氯-5-氯甲基噻唑与氨气以摩尔比为1∶1.5～2.0的比例反应，制得2-氯-5-甲胺基噻唑，反应在常温、0.2～0.5MPa压力下进行；再将2-氯-5-甲胺基噻唑与N-氰基乙亚胺酸乙酯以摩尔比为1.2～1.3∶1的比例在70～80℃下反应，制取N-氰基-N’-(2-氯-5-噻唑甲基)乙脒；将得到的N-氰基-N’-(2-氯-5-噻唑甲基)乙脒与硫酸二甲酯以摩尔比为1∶1.1～1.3的比例在10～25℃下反应，得到N’-(2-氯-1，3-噻唑-5-基甲基)-N-氰基-N’-甲基乙脒，反应方程式如下：
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