CN101445519B

CN101445519B - 一种噻唑类有机磷化合物及其合成方法与应用

Info

Publication number: CN101445519B
Application number: CN2008102496044A
Authority: CN
Inventors: 刘玉法; 闫新华; 宋东升; 刘福军; 刘自友; 张瑞生; 齐慧芹; 陈春兵
Original assignee: SHANGDONG HUAYANG SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Huayang Agricultural Chemicals Group Co., Ltd. Shandong Prov.
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2028-12-19
Also published as: CN101445519A

Abstract

本发明公开了一种噻唑类有机磷化合物及其合成方法与应用，该化合物由2-噻唑烷(硫)酮衍生物与一卤代磷酸酯衍生物通过化学反应制得，该化合物可应用在杀虫、杀菌或杀螨的组合物或混合物中，具有良好的生物活性，具有杀虫谱广、杀菌谱广的特点，而且其毒性低，具有广泛的应用前景。

Description

一种噻唑类有机磷化合物及其合成方法与应用

技术领域

本发明涉及一种噻唑类有机磷化合物及其合成方法与应用，属于农用化学品领域。

背景技术

磷是一个与生命过程关系密切的元素，其有机化合物是细胞原生质的必要组分，对生命的维持起重大作用(如核酸、核苷酸、辅酶、代谢中间产物及磷脂等)。有机磷化合物作为生物活性物质用于农药和医药领域，在农药方面，它不但可以作为杀虫剂、杀菌剂，而且也可以作为除草剂和植物生长调节剂。

农用化学品，在很大程度上缓解了当前全球面临的土地逐渐减少和人口不断增加的矛盾，仅仅在虫害防治方面，每年可挽回15％-30％的农作物产量损失，成为农业生产不可缺少的生产资料。但是随着化学农药的长期大量使用，农药发展中的问题也日渐突出，农药的急性毒性、慢性毒性、对环境的不良影响和防治对象的抗药性成为目前农药研究的重点。同时随着经济的发展和人们生活水平的提高，农产品和食品的卫生安全越来越得到政府的高度重视和社会各界的普遍关注。有机磷农药因其毒性高、残留大的特点又成为人们关注的焦点，农业部在近几年连续做出的几项关于加强对高毒农药的管理规定中明确提出停止批准甲胺磷、甲基对硫磷、对硫磷、久效磷和磷胺等五种高毒有机磷农药的登记，在2004年停止11种有机磷农药及其复配制剂的使用。因此近几年研究开发高毒有机磷农药替代产品成为一个新的开发热点。

杂环化合物已经成为新农药品种发展的主流。在杂环化合物中，含氮杂环化合物由于其广谱的生物活性如杀虫、杀菌、除草、抗病毒、抗肿瘤等而引起各国化学家的重视。20多年来开发的含氮杂环化合物主要有烟碱类似物、吡唑类化合物、吡嗪酮类化合物、哒嗪酮类化合物、咪唑啉酮类化合物、三唑类化合物、三嗪类化合物、嘧啶类化合物、噁唑化合物、咪唑化合物和噻唑类化合物等。在众多的含氮杂环化合物中，噻唑类化合物在农药和医药等的创制研究中具有重要意义，目前已经在农药和医药中得到了较为广泛的应用。

(R，S)-S-仲丁基-O-乙基-2-氧代-1，3-噻唑烷-3-基硫代磷酸酯，即噻唑磷，通用名fosthiazate，是日本石原公司的一种高效、广谱、中等毒性的有机磷杀虫剂，是目前防治植物寄生线虫较为理想的药剂之一。但是，噻唑磷存在稳定性差、毒性中等、制剂单一(只有颗粒剂)的缺点。

发明内容

针对现有有机磷农用化学品制备技术及应用上的不足，本发明提供了一种高效、低毒、新化学结构的噻唑类有机磷化合物及其合成方法和应用，其所采取的技术方案为：

该化合物具有如下通式(I)的结构：

式中R₁、R₂是烷基或卤代烷基，Z₁、Z₂、Y是氧或硫，X₁、X₂是氢或烷基或卤素原子或卤代烷基或芳烃基。

通式(I)化合物由如下通式(II)化合物即2-噻唑烷(硫)酮衍生物与如下通式(III)化合物即一卤代磷酸酯衍生物，通过化学反应制得；

通式(II)化合物：

式中Y是氧或硫，X₁、X₂是氢或烷基或卤素原子或卤代烷基或芳烃基；

通式(III)化合物：

式中R₁、R₂是烷基或卤代烷基，Z₁、Z₂是氧或硫，Z₃是氯或溴；

化学反应式为：

具体方法步骤如下：

(1)2-噻唑烷(硫)酮衍生物溶于溶剂中，在搅拌或超声波振荡的条件下，加入催化剂后加热并保持温度30℃～120℃，然后加入一卤代磷酸酯衍生物进行化学反应，反应时间为0.5h～72h，反应物料的摩尔配比为2-噻唑烷(硫)酮衍生物∶一卤代磷酸酯衍生物∶催化剂＝1∶(0.8～1.6)∶(0.6～1.5)；

(2)经过步骤(1)得到的反应产物脱除盐；

(3)经过步骤(2)处理后的反应产物脱除溶剂，即得噻唑类有机磷化合物。

步骤(1)所用溶剂为苯或甲苯或二甲苯或环己烷或石油醚或正己烷或正庚烷或乙醚或四氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺。

步骤(1)所用催化剂为有机锂化合物或三乙胺或吡啶或钠或钾或氢化钠或氨基钠或氢氧化钠或氢氧化钾或氧化钠或氧化钾或氧化钙或碳酸钾或碳酸钠。

步骤(1)所用一卤代磷酸酯衍生物是烷氧基烷硫基磷酰一氯或烷氧基烷硫基硫代磷酰一氯或烷氧基烷硫基逐硫代磷酰一氯或烷氧基烷硫基磷酰一溴或烷氧基烷硫基硫代磷酰一溴或烷氧基烷硫基逐硫代磷酰一溴。

步骤(2)脱除盐是采用过滤或抽滤或经过树脂填料或水洗。

步骤(3)脱除溶剂是采用蒸馏或真空蒸馏或萃取。

该化合物可应用在杀虫、杀菌或杀螨的组合物或混合物中。

合成后的化合物外观为无色至棕色油状物，该化合物具有良好的生物活性，具有杀虫谱广、杀菌谱广的特点，而且其毒性低，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明详细描述：

实施例1：

N-羟甲基-2-噻唑烷酮13.3g溶于100mL甲苯中，加入4g NaOH并加热回流2h，NaOH全部溶解后冷却至70℃，然后在保温70℃并不断搅拌下，滴加至16.5g O-甲基-S-甲基-硫代磷酰一氯的120mL甲苯溶液中，滴加完物料后继续搅拌保温70h，降温至常温后过滤除盐，真空下蒸馏，收集70～73℃/3mmHg的馏分即得淡棕色油状的产物20.5g。目的产物的结构分析：FAB-MS：257.3(M⁺)，¹HNMR(300MHz，CDCl₃)δ：3.32(t，2H，N-CH₂-)，3.63(s，3H，S-CH₃)，4.26(t，2H，S-CH₂-)，4.75(s，3H，O-CH₃)，5.10(s，2H，N-CH₂-O)。目的产物即表1中的化合物1。

实施例2：

N-羟甲基-2-噻唑烷酮13.3g溶于100mL环己烷中，加入4.6g KOH并加热回流1h，KOH全部溶解后冷却至50℃，然后在保温50℃并不断搅拌下，滴加至22.5g O-乙基-S-正丙基-硫代磷酰一氯的120mL环己烷溶液中，滴加完物料后继续搅拌保温32h，降温至常温，加入去离子水30mL水洗除盐后，无水Na₂SO₄干燥12h，真空下蒸馏，收集72～73℃/3mmHg的馏分即得淡棕色油状的产物21.7g。目的产物的结构分析：FAB-MS：299.3(M⁺)，¹HNMR(300MHz，CDCl₃)δ：1.08(t，3H，CH ₃-CH₂-CH₂-)，1.37(t，3H，CH ₃-CH₂-O)，1.67(m，2H，-CH ₂-CH₃)，3.31(t，2H，N-CH₂-)，3.67(m，2H，S-CH ₂-CH₂-CH₃)，4.25(t，2H，S-CH₂-)，4.65(m，2H，O-CH ₂-CH₃)，5.12(s，2H，N-CH₂-O)。目的产物即表1中化合物4。

实施例3：

N-羟甲基-2-噻唑烷酮13.3g溶于100mL正己烷中，加入2.0g NaH至全部溶解，然后在保温30℃并在超声波震荡下，滴加至18.6g O-乙基-S-仲丁基-硫代磷酰一氯的120mL正己烷溶液中，滴加完物料后继续搅拌保温0.5h，降温至常温后抽滤除盐，真空下蒸馏，收集73～75℃/3mmHg的馏分即得棕色油的产物12.6g。目的产物的结构分析：FAB-MS：313.3(M⁺)，¹HNMR(300MHz，CDCl₃)δ：1.03(t，3H，CH ₃-CH₂-CH-)，1.37(t，3H，CH ₃-CH₂-O)，1.44(d，3H，CH ₃-CH-)，1.71(m，2H，CH-CH ₂-CH₃)，3.36(t，2H，-CH₂-N)，3.65(m，1H，-CH-S)，4.21(t，2H，-CH₂-S)，4.46(m，2H，-CH₂-O)，5.12(s，2H，N-CH₂-O)。目的产物即表1中的化合物5。

实施例4：

N-羟甲基-2-噻唑烷酮16.1g溶于100mL DMF中，加入8.0g K₂CO₃并加热至K₂CO₃全部溶解，在保温120℃并不断搅拌下，滴加入溶有24.6g O-乙基-S-正丙基-硫代磷酰一溴的120mL DMF溶液中，滴加完物料后继续搅拌保温6h，降温至常温后过滤除盐，真空下蒸馏，收集75～76℃/3mmHg的馏分即得淡棕色油状的产物25.5g。目的产物的结构分析：FAB-MS：299.3(M⁺)，¹HNMR(300MHz，CDCl₃)δ：1.06(t，3H，CH ₃-CH₂-CH₂-)，1.37(t，3H，CH ₃-CH₂-O)，1.66(m，2H，-CH ₂-CH₃)，3.32(t，2H，N-CH₂-)，3.66(m，2H，S-CH ₂-CH₂-CH₃)，4.25(t，2H，S-CH₂-)，4.64(m，2H，O-CH ₂-CH₃)，5.11(s，2H，N-CH₂-O)。目的产物即表1中的化合物4。

实施例5：

N-羟甲基-2-噻唑硫酮15.0g溶于200mL石油醚中，加入三乙胺2.3mL，然后在保温60℃并不断搅拌下，滴加至21.5g O-乙基-S-正丙基-硫代磷酰一氯的180mL石油醚溶液中，滴加完物料后继续搅拌保温18h，阳离子树脂除盐，真空下蒸馏，收集76～78℃/3mmHg的馏分即得淡棕色油状的产物21.9g。目的产物的结构分析：FAB-MS：315.4(M⁺)，¹HNMR(300MHz，CDCl₃)δ：1.07(t，3H，CH ₃-CH₂-CH₂-)，1.38(t，3H，CH ₃-CH₂-O)，1.67(m，2H，-CH ₂-CH₃)，3.38(t，2H，N-CH₂-)，3.77(m，2H，S-CH ₂-CH₂-CH₃)，4.20(t，2H，S-CH₂-)，4.68(m，2H，O-CH ₂-CH₃)，5.16(s，2H，N-CH₂-O)。目的产物即表1中化合物11。

实施例6：

N-羟甲基-2-噻唑硫酮15.2g溶于150mL乙醚中，加入2.4g NaH溶解，在保温30℃并不断搅拌下，滴加至24.3g O-乙基-S-仲丁基-硫代磷酰一氯的200mL乙醚溶液中，滴加完物料后继续搅拌保温36h，降温至常温后过滤除盐，真空下蒸馏，收集78～80℃/3mmHg的馏分即得棕色油状的产物25.3g。目的产物的结构分析：FAB-MS：329.4(M⁺)，¹HNMR(300MHz，CDCl₃)δ：1.05(t，3H，CH ₃-CH₂-CH-)，1.35(t，3H，CH ₃-CH₂-S)，1.45(m，3H，CH ₃-CH-)，1.70(m，2H，-CH-CH ₂-CH₃)3.21(t，2H，N-CH₂-)，3.78(m，1H，S-CH-)，4.18(t，2H，S-CH₂-)，4.62(m，2H，O-CH ₂-CH₃)，5.12(s，2H，N-CH₂-O)。目的产物即表1中的化合物12。

实施例7：

N-羟甲基-2-噻唑硫酮15.0g溶于100mL甲苯中，加入2.2g NaH至全部溶解，然后在保温30℃并在超声波震荡下，滴加至18.0g S-乙基-S-乙基-逐硫代磷酰一氯的120mL甲苯溶液中，滴加完物料后继续搅拌保温48h，降温至常温后过滤除盐，真空下蒸馏，收集70～73℃/3mmHg的馏分即得浅棕黄色油状的产物19.4g。目的产物的结构分析：FAB-MS：317.5(M⁺)，¹HNMR(300MHz，CDCl₃)δ：1.19-1.37(m，6H，CH₃-)，3.20(t，2H，N-CH₂-)，3.52(m，2H，S-CH ₂-CH₃)，4.12(t，2H，S-CH₂-)，4.62(m，2H，O-CH ₂-CH₃)，5.12(s，2H，N-CH₂-O)。目的产物即表1中的化合物13。

实施例8：

4-甲基-3-羟甲基-2-噻唑烷酮14.7g溶于100mL四氢呋喃中，加入2.5gNa，金属Na全部溶解后加热至50℃，然后在保温50℃并不断搅拌下，滴加至23.9g O-乙基-S-仲丁基-硫代磷酰一氯的120mL THF溶液中，滴加完物料后继续搅拌保温32h，降温至常温后抽滤除盐，真空下蒸馏，收集79～81℃/3mmHg的馏分即得淡棕色油状的产物23.9g。目的产物的结构分析：FAB-MS：327(M⁺)，¹HNMR(300MHz，CDCl₃)δ：1.02(m，6H，CH ₃-CH₂-CH-，角CH₃-)，1.39(t，3H，CH ₃-CH₂-O)，1.45(m，3H，CH ₃-CH-)，1.76(m，2H，-CH-CH ₂-CH₃)，3.21(t，2H，N-CH₂-)，3.65(m，1H，S-CH-)，4.26(t，2H，S-CH₂-)，4.47(m，2H，O-CH₂-)，5.11(s，2H，N-CH₂-O)。目的产物即表1中的化合物19。

本发明在实施例1-8中所制备和用普通方法制备的典型的噻唑类有机磷化合物，既化学结构如通式(I)的化合物，其取代基列于表1。

表1噻唑类有机磷化合物的化学结构

化合物序号

R₁

R₂

Z₁

Z₂

Y

X₁

X₂

MS/M⁺

1

CH₃

S

O

H

257.3

2

C₂H₅

CH₃

S

O

H

271.3

3

C₂H₅

S

O

H

285.3

4

C₂H₅

n-C₃H₇

S

O

H

299.4

5

C₂H₅

sec-C₄H₉

S

O

H

313.4

6

C₂H₅

S

O

H

301.4

7

C₂H₅

O

H

269.2

8

CH₃

S

O

S

H

273.3

9

C₂H₅

CH₃

S

O

S

H

287.3

10

C₂H₅

S

O

S

H

301.4

11

C₂H₅

n-C₃H₇

S

O

S

H

315.4

12

C₂H₅

sec-C₄H₉

S

O

S

H

329.4

13

C₂H₅

S

H

317.5

14

C₂H₅

O

S

H

285.3

15

CH₃

S

O

CH₃

H

271.3

16

C₂H₅

CH₃

S

O

H

CH₃

285.3

17

C₂H₅

S

O

H

C₂H₅

313.4

18

C₂H₅

n-C₃H₇

S

O

CH₃

H

313.4

19

C₂H₅

sec-C₄H₉

S

O

H

CH₃

327.4

20

C₂H₅

S

O

CH₃

H

315.3

21

C₂H₅

O

H

CH₃

283.3

22

CH₃

S

O

S

CH₂Cl

H

321.8

23

C₂H₅

CH₃

S

O

S

CH₂Br

H

380.1

24

C₂H₅

S

O

S

H

CH₂Cl

349.6

25

C₂H₅

n-C₃H₇

S

O

S

H

CH₂Cl

363.6

26

C₂H₅

sec-C₄H₉

S

O

S

CH₂Cl

H

377.7

27

C₂H₅

S

CH₂Br

H

410.2

28

C₂H₅

O

S

CH₂Br

H

378.1

实施例9：

杀菌活性试验：采用活体小株法，用盆栽小麦苗保存孢子对目标化合物进行了油菜菌核病菌(Sclerotonia sclerotiorum)和小麦白粉病菌(Erisiphegriminis)杀菌活性的测定，普筛浓度为500mg/L，结果见表2。

实施例10：

杀虫试验：蚕豆蚜(Aphis fabae)试验方法采用浸渍法，浓度为500mg/L；棉红蜘蛛(Tetranychus urticae)试验方法采用浸渍法，浓度为500mg/L；48h后检查结果。杀虫试验结果见表2。

表2噻唑类有机磷化合物的杀虫杀菌活性

Claims

1.一种噻唑类有机磷化合物的合成方法，其特征在于具有如下通式(I)结构的噻唑类有机磷化合物由如下通式(II)化合物即2-噻唑烷(硫)酮衍生物与如下通式(III)化合物即一卤代磷酸酯衍生物，通过化学反应制得；

式中R₁、R₂为烷基，Z₁、Z₂、Y为氧或硫，X₁、X₂为氢或烷基或卤代烷基；

通式(II)化合物：

式中Y为氧或硫，X₁、X₂为氢或烷基或卤代烷基；

通式(III)化合物：

式中R₁、R₂为烷基，Z₁、Z₂为氧或硫，Z₃为氯或溴；

化学反应式为：

具体方法步骤如下：

(1)2-噻唑烷(硫)酮衍生物溶于溶剂中，在搅拌或超声波振荡的条件下，加入催化剂后加热并保持温度30℃～120℃，然后加入一卤代磷酸酯衍生物进行化学反应，反应时间为0.5h～72h，反应物料的摩尔配比为2-噻唑烷(硫)酮衍生物∶一卤代磷酸酯衍生物∶催化剂＝1∶(0.8～1.6)∶(0.6～1.5)，所用溶剂为苯或甲苯或二甲苯或环己烷或石油醚或正己烷或正庚烷或乙醚或四氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺，所用催化剂为有机锂化合物或三乙胺或吡啶或钠或钾或氢化钠或氨基钠或氢氧化钠或氢氧化钾或氧化钠或氧化钾或氧化钙或碳酸钾或碳酸钠；

(2)经过步骤(1)得到的反应产物脱除盐；

2.根据权利要求1所述的噻唑类有机磷化合物的合成方法，其特征在于步骤(1)所用一卤代磷酸酯衍生物是烷氧基烷硫基磷酰一氯或烷氧基烷硫基硫代磷酰一氯或烷氧基烷硫基磷酰一溴或烷氧基烷硫基硫代磷酰一溴。

3.根据权利要求1所述的噻唑类有机磷化合物的合成方法，其特征在于步骤(2)脱除盐是采用过滤或经过树脂填料或水洗。

4.根据权利要求1所述的噻唑类有机磷化合物的合成方法，其特征在于步骤(3)脱除溶剂是采用蒸馏。

5.一种如权利要求1中所述噻唑类有机磷化合物的应用，其特征在于该化合物在杀虫或杀菌的组合物中的应用。