CN102795997A - 小菜蛾性信息素化合物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了小菜蛾性信息素化合物的两种合成方法。方法一：以1,11-十一碳二醇和溴代正戊烷为起始原料，经4步反应包括关键的Wittig反应合成(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯，经水解得到(Z)-11-十六碳烯醇，再经氯铬酸吡啶氧化得到(Z)-11-十六碳烯醛。方法二：以1,11-十一碳二醇和正戊醛为起始原料，经3步反应包括关键的Wittig反应合成(Z)-11-十六碳烯醇，再经氯铬酸吡啶氧化得到(Z)-11-十六碳烯醛和经酯化得到(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯。本发明的优点是原料廉价易得，合成路线简单，反应条件温和，操作便利安全，产率高，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及小菜蛾性信息素化合物(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯、(Z)-11-十六碳烯醇和(Z)-11-十六碳烯醛的两种化学合成方法。
背景技术
小菜蛾(Plutella xylostella L.)属鳞翅目菜蛾科，是世界性的重要蔬菜害虫，严重为害甘蓝、花椰菜、白菜等十字花科蔬菜。全球每年防治费用在10亿美元左右。农民滥用高毒化学农药，严重污染农田、果蔬以及周围环境，造成果蔬产品中的农药残留量严重超标，严重影响消费者的身体健康。据统计，目前小菜蛾已对有机磷、拟除虫菊酯以及苏云金杆菌等大约50多种杀虫剂均产生了不同程度的抗药性，单纯依靠化学防治已难以控制其危害。
这一系列的问题给我们的害虫防治提出了新的要求和挑战。因此，开发新的、有效的预测预报和防治方法显得十分迫切。为了寻求新的防治途径，世界许多国家进行了小菜蛾的性信息素研究并开展了小菜蛾性信息素的田间防治应用试验，小菜蛾的性信息素在小菜蛾的综合治理中发挥着重要的作用。使用信息素对小菜蛾进行防治具有无污染、专一性、对环境和食品安全等优点，已经成为该种害虫测报和防治的重要手段之一。
小菜蛾的性信息素成分已经被多人研究证实为(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯（1）、(Z)-11-十六碳烯醇（2）和(Z)-11-十六碳烯醛（3），区别在于不同小菜蛾地理种群的性信息素组分的比例存在差异。国内外已有很多关于利用小菜蛾性信息素替代传统化学杀虫剂治理小菜蛾的报道，如利用小菜蛾性信息素进行虫口密度监测、大量诱捕和迷向法。
发明内容
本发明的目的是提供两种原料廉价易得、合成路线简单、反应条件温和的小菜蛾性信息素化合物的合成方法。
实现本发明目的的第一种技术方案是以1，11-十一碳二醇和溴代正戊烷为起始原料，所述的1，11-十一碳二醇经单酯化反应得到11-羟基十一碳醇乙酸酯，再经氯铬酸吡啶氧化得到11-氧代十一碳醇乙酸酯，所述的溴代正戊烷与三苯基膦反应所得的正戊基三苯基溴化膦经碱处理后与11-氧代十一碳醇乙酸酯发生与Wittig反应得到(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯，再水解得到(Z)-11-十六碳烯醇，经氯铬酸吡啶氧化得到(Z)-11-十六碳烯醛。
1,11-十一碳二醇的单酯化反应是将1，11-十一碳二醇溶解在石油醚中，加入催化量的98%浓硫酸和等摩尔的冰乙酸，在60-90℃下回流反应5-20小时后停止反应，经过中和、萃取、干燥并减压蒸除溶剂后得剩余物，经柱层析得到11-羟基十一碳醇乙酸酯，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯。
11-羟基十一碳醇乙酸酯的氧化反应是将11-羟基十一碳醇乙酸酯溶解在干燥的二氯甲烷中，加入摩尔比1.2-2倍的氯铬酸吡啶，室温下搅拌3-5小时后，经过滤、萃取、干燥并减压蒸除溶剂后得剩余物，经柱层析得到11-氧代十一碳醇乙酸酯，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯。
正戊基三苯基溴化膦的制备是将溴代正戊烷与三苯基膦加热至90℃反应20-40小时，产物直接用于下一步反应。
所述的Wittig反应是在氮气保护下，将1.2-1.4倍摩尔比的正戊基三苯基溴化膦与无水四氢呋喃混合，充分冷却到-78℃后，加入有机碱，搅拌反应1小时后，加入11-氧代十一碳醇乙酸酯的四氢呋喃溶液，反应3小时，经饱和氯化按溶液或1-3 mol/L稀盐酸淬灭反应，回收四氢呋喃，加入石油醚萃取、干燥及浓缩后得剩余物，进一步分离可采用经柱层析或减压蒸馏得到高纯度的(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯。
所述的有机碱包括六甲基二硅基氨基钠、六甲基二硅基氨基钾和正丁基锂等。
(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯的水解反应是将(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯和碳酸钾溶于水和甲醇的混合溶剂中，室温下反应5小时，回收甲醇，加入乙酸乙酯萃取、干燥及浓缩后得剩余物，进一步分离可采用经柱层析或减压蒸馏得到高纯度的(Z)-11-十六碳烯醇。
(Z)-11-十六碳烯醇的氧化反应是将11-羟基十一碳醇乙酸酯溶解在干燥的二氯甲烷中，加入摩尔比1.2-1.5倍的氯铬酸吡啶，室温下搅拌3-5小时后，经过滤、萃取、干燥并减压蒸除溶剂后得剩余物，经柱层析得到(Z)-11-十六碳烯醛，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯。
实现本发明目的的第二种技术方案是以1，11-十一碳二醇和正戊醛为起始原料，所述的1，11-十一碳二醇经单溴代反应得到11-溴-十一碳醇，11-溴-十一碳醇与三苯基膦反应得到11-羟基-十一烷基三苯基溴化膦，再经有机碱处理后与正戊醛与Wittig反应得到(Z)-11-十六碳烯醇，再经氯铬酸吡啶氧化得到(Z)-11-十六碳烯醛和经酯化得到(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯。
1,11-十一碳二醇的单溴代反应是将1，11-十一碳二醇溶解在甲苯中，加入等摩尔的氢溴酸，在120-125℃下回流反应12-36小时后停止反应，经过中和、萃取、干燥并减压蒸除溶剂后得剩余物，即11-溴-十一碳醇，无需进一步分离可直接用于下一步反应。
11-羟基-十一烷基三苯基溴化膦的制备是在氮气保护下，将11-溴-十一碳醇和三苯基膦溶于氯苯中加热至120-125℃反应30-40小时，用有机溶剂洗涤除去未反应的三苯基膦和11-溴-十一碳醇，真空干燥得到产物，直接用于下一步反应。
所述的Wittig反应是在氮气保护下，将11-羟基-十一烷基三苯基溴化膦与无水四氢呋喃混合，充分冷却到-78℃后，加入2倍正丁基锂，搅拌反应1小时后，加入等摩尔的正戊醛的四氢呋喃溶液，反应3-5小时，经饱和氯化按溶液或1-3 mol/L稀盐酸淬灭反应，回收四氢呋喃，加入石油醚萃取、干燥及浓缩后得剩余物，进一步分离可采用经柱层析或减压蒸馏得到高纯度的(Z)-11-十六碳烯醇。
(Z)-11-十六碳烯醇的酯化反应是将(Z)-11-十六碳烯醇和乙酸酐氯溶于吡啶中加热回流3小时，用稀盐酸酸化除去吡啶，加入石油醚萃取、干燥及浓缩后得剩余物，进一步分离可采用经柱层析或减压蒸馏得到高纯度的(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯。
本发明的优点在于：(1) 原料廉价易得，1，11-十一碳二醇、溴代正戊正戊醛、乙酸、氢溴酸、氯铬酸吡啶等主要原料价格低廉，从而降低了生产成本；(2) 合成路线简单，有效的缩短了生产周期，反应条件温和，操作便利安全，除Wittig反应条件稍苛刻外，其余步骤均属于简单反应，适合工业化生产。
附图说明
图1为本发明小菜蛾性信息素化合物的第一种合成路线
图2为本发明小菜蛾性信息素化合物的第二种合成路线
上述图1和2中的英文字符的含义如下：PPh3—三苯基膦，HOAc—乙酸，H2SO4—硫酸，PhCH3—甲苯，氯铬酸吡啶—氯铬酸吡啶，CH2Cl2—二氯甲烷，KN(SiMe3)2—六甲基二硅基氨基钾，THF—四氢呋喃，K2CO3—碳酸钾，MeOH—甲醇，H2O—水，HBr—氢溴酸，n-BuLi—正丁基锂，CH3COCl—乙酰氯，C5H5N—吡啶
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1 11-羟基十一碳醇乙酸酯(5)的制备：将1，11-十一碳二醇(4)(18.8 g, 0.1 mol) 溶解在450ml甲苯中，加入催化量的98%浓硫酸，缓慢滴加冰乙酸(6 g, 0.1 mol)的50ml甲苯溶液，滴完继续在120-125℃下回流反应18小时后停止反应，加饱和碳酸钠中和至pH=7-8，分出甲苯层，水层用甲苯萃取3次，合并有机层，经无水硫酸钠干燥并减压蒸除溶剂后得粗产物，经柱层析(洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯)纯化得到11-羟基十一碳醇乙酸酯(5)19.3 g，产率84％。
实施例2 11-氧代十一碳醇乙酸酯(6)的制备：将11-羟基十一碳醇乙酸酯(5) (18.4 g, 80 mmol)溶解在400 ml干燥二氯甲烷中，冰浴冷却并搅拌下分批加入氯铬酸吡啶(25.86 g, 120 mmol)，室温下搅拌3小时，经过滤后加适量水，分出二氯甲烷，并用二氯甲烷萃取2次，合并有机层，经无水硫酸钠干燥并蒸除溶剂后得粗产物，经柱层析(洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯)纯化得到11-氧代十一碳醇乙酸酯(6)14.2 g，产率78％，粗品也可直接用于下一步反应。
实施例3 正戊基三苯基溴化膦(8)的制备：将溴代正戊烷(7) (0.1 mol, 15.1 g)与三苯基膦(0.1 mol, 26.2 g)加热至90℃反应30小时，用乙醚洗涤2次，得到正戊基三苯基溴化膦(8)38.4 g，产率93%。
实施例4 (Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯的制备：在氮气保护下，将正戊基三苯基溴化膦(37.2 g, 90 mmol)与180 ml无水四氢呋喃混合，充分冷却到-78℃后，加入六甲基二硅基氨基钾的无水四氢呋喃溶液(90 ml, 90 mmol, 1 M)，搅拌反应1小时后，加入11-氧代十一碳醇乙酸酯(13.7 g, 60 mmol)的四氢呋喃溶液(60 ml)，反应10小时，加入饱和氯化铵溶液淬灭反应，回收四氢呋喃后，加入石油醚萃取3次，有机层经无水硫酸钠干燥并蒸除溶剂后得粗产物，经柱层析(洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯)纯化得到(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯13.7 g，产率81％。
实施例5 (Z)-11-十六碳烯醇的制备：将(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯(11.3 g, 40 mmol)溶于150 ml甲醇，再加入50 ml饱和碳酸钾水溶液，室温下反应5小时，回收甲醇，加入乙酸乙酯萃取3次，再经无水硫酸钠干燥并蒸除溶剂后得粗产物，经柱层析(洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯)纯化得到(Z)-11-十六碳烯醇8.75 g，产率 91％。
实施例6 (Z)-11-十六碳烯醛的制备：将(Z)-11-十六碳烯醇(4.8 g, 20 mmol)溶解在100 ml干燥二氯甲烷中，冰浴冷却并搅拌下分批加入氯铬酸吡啶(6.47 g, 30 mmol)，室温下搅拌3小时后，经过滤后加适量水，分出二氯甲烷，并用二氯甲烷萃取2次，合并有机层，经无水硫酸钠干燥并蒸除溶剂后得粗产物，经柱层析(洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯)纯化得到(Z)-11-十六碳烯醛3.91 g，产率82％，粗品也可直接用于下一步反应。
实施例7 11-溴-十一碳醇的制备：将1，11-十一碳二醇(18.8 g, 0.1 mol)溶解在300 ml甲苯中，加入40%氢溴酸(22.3 g, 14.9 ml, 0.11 mol)，在120-125℃下回流反应18小时后停止反应，加饱和碳酸钠中和至pH=7-8，分出甲苯层，水层用甲苯萃取3次，合并有机层，经无水硫酸钠干燥并减压蒸除溶剂后得到11-溴-十一碳醇21.8 g，收率 87％，无需进一步分离可直接用于下一步反应。
实施例8 11-羟基-十一烷基三苯基溴化膦的制备：在氮气保护下，将11-溴-十一碳醇(20 g, 80 mmol)和三苯基膦(21 g, 80 mmol)溶于氯苯中加热至120-125℃反应40小时，产物与氯苯分层，倾倒除去大部分氯苯，再用氯苯洗涤3次除去未反应的三苯基膦和11-溴-十一碳醇，真空干燥得到11-羟基-十一烷基三苯基溴化膦34.9 g，产率85%。
实施例9 (Z)-11-十六碳烯醇的制备：在氮气保护下，将11-羟基-十一烷基三苯基溴化膦(30.81 g, 60 mmol)与180 ml无水四氢呋喃混合，充分冷却到-78℃后，加入正丁基锂(55 ml, 120 mmol, 2.2 M)的正己烷溶液，搅拌反应1小时后，加入正戊醛(5.16 g, 60 mmol)的四氢呋喃溶液(60 ml)，反应10小时，经饱和氯化铵溶液淬灭反应，回收四氢呋喃，加入石油醚萃取3次，有机层经无水硫酸钠干燥并蒸除溶剂后得粗产物，经柱层析(洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯)纯化得到得到(Z)-11-十六碳烯醇10.2 g，收率 71％。
实施例10 (Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯的制备：将(Z)-11-十六碳烯醇(9.6 g, 40 mmol)和乙酰氯(3.93 g, 50 mmol)溶于吡啶(4.74 g, 60 mmol)中加热回流3小时，用稀盐酸酸化除去吡啶，加入石油醚萃取3次，有机层经无水硫酸钠干燥并蒸除溶剂后得粗产物，经柱层析(洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯)纯化得到得到(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯8.46 g，收率 75%。
Claims (10)
1.一种小菜蛾性信息素化合物的合成方法，其特征在于：以1,11-十一碳二醇和溴代正戊烷为起始原料，所述的1,11-十一碳二醇经单酯化反应得到11-羟基十一碳醇乙酸酯，再经氯铬酸吡啶氧化得到11-氧代十一碳醇乙酸酯，所述的溴代正戊烷与三苯基膦反应所得的正戊基三苯基溴化膦经有机碱处理后与11-氧代十一碳醇乙酸酯发生与Wittig反应得到(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯，再水解得到(Z)-11-十六碳烯醇，经氯铬酸吡啶氧化得到(Z)-11-十六碳烯醛。
2.另一种小菜蛾性信息素化合物的合成方法，其特征在于：以1,11-十一碳二醇和正戊醛为起始原料，所述的1,11-十一碳二醇经单溴代反应得到11-溴代十一碳醇，11-溴代十一碳醇与三苯基膦反应得到11-羟基十一烷基三苯基溴化膦，再经有机碱处理后与正戊醛发生Wittig反应得到(Z)-11-十六碳烯醇，再经氯铬酸吡啶氧化得到(Z)-11-十六碳烯醛和经酯化得到(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯。
3. 根据权利要求1所述的小菜蛾性信息素化合物的合成方法，其特征在于：所述的1,11-十一碳二醇的单乙酯化反应是将1,11-十一碳二醇溶解在石油醚中，加入催化量的98%浓硫酸和等摩尔的冰乙酸，在60-90℃下回流反应5-20小时后停止反应，经过中和、萃取、干燥并减压蒸除溶剂后得剩余物，经柱层析得到11-羟基十一碳醇乙酸酯，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯。
4. 根据权利要求1所述的小菜蛾性信息素化合物的合成方法，其特征在于：所述的11-羟基-十一碳醇乙酸酯的氧化反应是将11-羟基十一碳醇乙酸酯溶解在干燥的二氯甲烷中，加入摩尔比1.2-2倍的氯铬酸吡啶，室温下搅拌3-5小时后，经过滤、萃取、干燥并减压蒸除溶剂后得剩余物，经柱层析得到11-氧代十一碳醇乙酸酯，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯。
5. 根据权利要求1所述的小菜蛾性信息素化合物的合成方法，其特征在于：所述的Wittig反应是在氮气保护下，将1.2-2倍摩尔比的正戊基三苯基溴化膦与无水四氢呋喃混合，充分冷却到-78℃后，加入有机碱(所述的有机碱包括正丁基锂、六甲基二硅基氨基钠和六甲基二硅基氨基钾等)，搅拌反应1小时后，加入11-氧代十一碳醇乙酸酯的四氢呋喃溶液，反应3-12小时，经饱和氯化按溶液或1-3 mol/L稀盐酸淬灭反应，回收四氢呋喃，加入石油醚萃取、干燥及浓缩后得剩余物，进一步分离可采用经柱层析或减压蒸馏得到高纯度的(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯。
6. 根据权利要求1所述的小菜蛾性信息素化合物的合成方法，其特征在于：所述的(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯的水解反应是将(Z)-11-十六碳烯醇乙酸酯和碳酸钾溶于水和甲醇的混合溶剂中，室温下反应2-12小时，回收甲醇，加入乙酸乙酯萃取、干燥及浓缩后得剩余物，进一步分离采用经柱层析或减压蒸馏得到高纯度的(Z)-11-十六碳烯醇。
7. 根据权利要求1所述的小菜蛾性信息素化合物的合成方法，其特征在于：所述的(Z)-11-十六碳烯醇的氧化反应是将11-羟基十一碳醇溶解在干燥的二氯甲烷中，加入摩尔比1.2-2倍的氯铬酸吡啶，室温下搅拌3-5小时后，经过滤、萃取、干燥并减压蒸除溶剂后得剩余物，经柱层析得到(Z)-11-十六碳烯醛。
8. 根据权利要求2所述的小菜蛾性信息素化合物的合成方法，其特征在于：所述的1,11-十一碳二醇的单溴代反应是将1,11-十一碳二醇溶解在甲苯中，加入等摩尔的氢溴酸，在120-125℃下回流反应12-36小时后停止反应，经过中和、萃取、干燥并减压蒸除溶剂后得剩余物，即11-溴代十一碳醇，无需进一步分离可直接用于下一步反应。
9. 根据权利要求2所述的小菜蛾性信息素化合物的合成方法，其特征在于：所述的11-羟基-十一烷基三苯基溴化膦的制备是在氮气保护下，将11-溴代十一碳醇和三苯基膦溶于甲苯中加热至120-125℃反应30-40小时，用有机溶剂洗涤去除三苯基膦和剩余的11-溴代十一碳醇，真空干燥得到产物，直接用于下一步反应。
10. 根据权利要求2所述的小菜蛾性信息素化合物的合成方法，其特征在于：所述的Wittig反应是在氮气保护下，将11-羟基-十一烷基三苯基溴化膦与无水四氢呋喃混合，充分冷却到-78℃后，加入2倍正丁基锂，搅拌反应1小时后，加入等摩尔的正戊醛的四氢呋喃溶液，反应3-12小时，经饱和氯化按溶液或稀盐酸淬灭反应，回收四氢呋喃，加入石油醚萃取、干燥及浓缩后得剩余物，进一步分离可采用经柱层析或减压蒸馏得到高纯度的(Z)-11-十六碳烯醇。
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