CN106995476B - 一种甲氨基阿维菌素b2苯甲酸盐的制备方法 - Google Patents
一种甲氨基阿维菌素b2苯甲酸盐的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,涉及农药技术领域。包括如下步骤:(1)4"‑表‑4"‑羰基‑5‑羰基‑阿维菌素B2(Ⅲ)在溶剂乙酸异丙酯中,20‑45℃,催化剂A的催化下,与胺化试剂七甲基二硅氮烷进行亚胺化反应,得到式(Ⅳ)所示化合物;(2)亚胺化反应完毕,加入95%乙醇,在0‑5℃以下,在还原试剂硼氢化钠和催化剂B的作用下,进行还原反应,得到式(Ⅴ)所示化合物;(3)式(Ⅴ)所示化合物与苯甲酸发生成盐反应,得到甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐(Ⅰ)。本发明方法反应条件温和及收率高,易于进行工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及农药技术领域,尤其是一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法。
背景技术
阿维菌素自诞生以来,就备受生产企业关注。目前,阿维菌素已成为全球用量最大、使用技术最成熟的生物农药,其市场前景被农药行业普遍看好。并且我国多家企业成功生产出阿维菌素专利产品—阿维菌素B2。对B2的提取方法、生理活性和毒性等进行了大量试验。试验结果表明,B2的杀虫谱不同于B1,其对土壤地下线虫和动物体表害虫有着特殊效果。2013年,此产品被全国农药标准化技术委员会正式命名,中文通用名称为“阿维菌素B2”。至此,以前统称的阿维菌素变为阿维菌素和阿维菌素B2两个品种。目前我国能够批量生产含量95%以上的B2精品,能够充分满足市场需求。阿维菌素B2能够制成一系列制剂产品,包括乳油、水分散粒剂、水乳剂以及颗粒剂,能够用于甜瓜、番茄、黄瓜、丝瓜、苦瓜、西瓜、南瓜、西葫芦、芹菜、姜、番薯、麻山药、三七、天麻以及香蕉、柑橘等根结线虫发生严重的保护地作物或经济价值较高的作物。
甲维盐是一种新型杀虫、杀螨剂,因其高效、低毒、低残留、绿色、对人畜安全等优点,使其在农业生产和畜牧业中得到了广泛的应用。自上市以来,销量逐年上升,目前已成为国内农药市场中的一线产品,具有光明的市场前景。河北美荷药业有限公司自2015年就开展了B2下游产品的开发和研究,将应用阿维菌素发酵产生的活性成分B2成功的制备出甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐。该产品对根结线虫,茎线虫等多种线虫、寄生虫有特别高的杀灭活性。由于其在农林畜牧方面防治病虫害独特的作用,已经广泛推广应用,并产生较大的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,该方法反应条件温和及收率高,易于进行工业化生产。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,包括如下步骤:
(1)4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)在溶剂乙酸异丙酯中,20-45℃,催化剂A的催化下,与胺化试剂七甲基二硅氮烷进行亚胺化反应,得到式(Ⅳ)所示化合物;
(2)亚胺化反应完毕,加入95wt%乙醇,在0-5℃以下,在还原试剂硼氢化钠和催化剂B的作用下,进行还原反应,得到式(Ⅴ)所示化合物;
(3)式(Ⅴ)所示化合物与苯甲酸发生成盐反应,得到甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐(Ⅰ),反应方程式如下:
其中,催化剂A为乙二胺四乙酸二钠锌盐;催化剂B为2-甲基咪唑锌盐。
优选的,4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)的制备方法为:阿维菌素B2(Ⅱ)在水中,8-23℃下,在氧化剂组合98wt%硫酸与二氧化锰的作用下,进行选择性氧化反应,得到4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ),反应方程式如下:
优选的,步骤(1)中,亚胺化反应温度为35℃。
优选的,步骤(1)中,所用催化剂A的质量是4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)质量的0.5-0.9倍;所用乙酸异丙酯的毫升数是4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)克数的2.25-4倍;4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)与胺化试剂七甲基二硅氮烷的摩尔比为1:2。
优选的,步骤(1)中,所用催化剂A的质量是4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)质量的0.75倍;所用乙酸异丙酯的毫升数是4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)克数的3倍。
优选的,步骤(2)中,所用催化剂B的质量是4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)质量的0.0008倍;4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)与还原试剂硼氢化钠的摩尔比为1:2。
优选的,步骤(2)中,亚胺化反应完毕,降温到0℃以下,加入95wt%乙醇,加入一部分还原试剂硼氢化钠,保持温度在0-5℃反应0.5h后,加入催化剂B及剩余的硼氢化钠,继续0-5℃还原反应;还原反应完毕,加入30wt%冰乙酸终止反应,调pH值为3-4,然后用30wt%氢氧化钠水溶液调pH值为7-8,分相,水相用乙酸异丙酯萃取,油相合并,得到式(Ⅴ)所示化合物;步骤(3)中,加入苯甲酸,室温成盐反应,结束反应,蒸干溶剂,得到甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐(Ⅰ)。
优选的,4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)的制备方法中:阿维菌素B2(Ⅱ)与氧化剂组合的摩尔比为1:5-1:10;氧化剂组合中98wt%硫酸和二氧化锰的摩尔比为1.45:1;反应时间为5-14h。
进一步优选的,4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)的制备方法中:反应时间为8h,氧化反应温度为18℃。
优选的,4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)的制备方法中:氧化反应结束后,加入2wt%氢氧化钠水溶液,终止反应,调节水层pH至7,二氯甲烷萃取,分出有机层,干燥,抽滤后,滤液除溶剂,得到4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
本发明通过两个重要化学合成过程实现的,提供了4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2与甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的合成及条件优化。本发明反应条件温和及收率高,易于进行工业化生产。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制;
图1是本发明实施例1中所使用的阿维菌素B2的13C-NMR图;
图2是本发明实施例1中制得的4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2的13C-NMR图;
图3是本发明实施例2中制得的甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐HPLC图;
图4是本发明实施例2中制得的甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐IR图;
图5是本发明实施例2中制得的甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐13C-NMR图。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为市售。
实施例1 4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2的合成
在阿维菌素B2的结构中共有四个羟基,分别是C5-仲醇羟基、C7-叔醇羟基、C4"-仲醇羟基和C23-仲醇羟基。其中,C7-叔醇羟基位于十六元大环内,且有与酯羰基形成氢键的可能,因此,稳定性较高,不易发生反应;C23-仲醇羟基,惰性强,不易被氧化。本发明研究的是从阿维菌素B2出发,选用合适的氧化剂将C5-OH和C4"-OH同时选择性氧化为羰基,合成中间体4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2。具体反应方程式如下:
1.4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2的合成
对于中间体4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2的合成,从阿维菌素B2出发,选择合适的氧化剂组合应用于阿维菌素B2的选择性氧化反应。
阿维菌素B2:工业品,是阿维菌素B2a与阿维菌素B2b的混合物,其中阿维菌素B2a占比约95%,阿维菌素B2b占比约5%,河北兴柏药业有限公司。图1是本发明实施例1中所使用的阿维菌素B2的13C-NMR图;
二氧化锰(95%);浓硫酸(98%);二氯甲烷;氢氧化钠;无水硫酸钠均为工业品,市售。
2.实验步骤
将水4.2L倒入10L小玻璃反应釜中,搅拌下倒入硫酸(98%)22g(0.20mol),加阿维菌素B2 44.155g(0.047mol)。加毕,搅拌至全溶,在夹套冷却下加入二氧化锰20g(0.138mol),用冰盐水控制温度18℃,保温搅拌8h,静置过夜。用2%氢氧化钠水溶液倒入反应器内约20ml,终止反应,调节水层pH至7。倒入两个3L的分液漏斗中,分别用500ml二氯甲烷萃取3次,分出有机层,用500g无水硫酸钠干燥,过夜。在旋转蒸发仪减压除溶剂后,得黄色固体。产品收率为90.0%。熔点:124.1-126.6℃,图2是制得的4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2的13C-NMR图。
2.1反应条件的优化
对于中间体选择性氧化产物4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2的合成,是以阿维菌素B2为反应底物,采用氧化剂组合二氧化锰,硫酸同时将C5-OH、C4"-OH选择性氧化为羰基。实验中,对物料配比、氧化反应温度、时间等反应条件进行了优化。
2.1.1物料配比的优化
中间体4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2由阿维菌素B2出发,经过一步选择性氧化反应合成。现对阿维菌素B2与氧化剂组合的配比进行优。物料摩尔比配比对产物收率的影响如表1所示。
表1反应配比对反应收率的影响
阿维菌素B2:氧化剂组合(物料摩尔比) | 反应收率/% |
1:5 | 70 |
1:6 | 70 |
1:7 | 90 |
1:10 | 84 |
当物料摩尔比配比升至1:7时,虽然反应时间为8h,反应收率最高。
2.1.2反应温度的优化
氧化反应多在常温或低温反应条件下进行。本发明考察了在相同的时间内(8h),反应温度对产物收率的影响,以实现对反应温度的优化,实验数据见表2所示。
表2反应温度对反应收率的影响
温度/℃ | 反应收率/% |
8 | 70 |
13 | 70 |
18 | 90 |
23 | 84 |
从上表的实验数据中可以看出,18℃时,反应收率高。
2.1.3反应时间的优化
为了确保选择性氧化产物的纯度与收率,摩尔比配比1:7、反应温度为18℃的前提下,完成了对反应时间的优化。具体实验数据见表3。
表3反应时间对反应收率的影响
反应时间/h | 反应收率/% |
5 | 73 |
8 | 90 |
11 | 88 |
14 | 79 |
从上表可以看出,在物料配比及反应温度一定的情况下,当反应8h时,收率高。
3.小结
本发明合成甲维盐的重要中间体选择性氧化产物4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2的合成。在尝试许多氧化反应后,最终确定采用氧化剂组合二氧化锰、硫酸为最佳氧化剂。
实验中,还对反应物料配比、反应温度及时间等因素进行了优化。产物经过核磁共振及红外进行鉴定,确定为目标产物。
实验结果表明,此反应物料摩尔配比为阿维菌素B2:氧化剂组合=1:7,于18℃下反应8h,产物收率为90.0%。
实施例2甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的合成
对于甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的合成,在反应底物4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2中,同时存在C5位和C4"位两个羰基,由于C5位羰基的亲核加成反应活性小于C4"位羰基,选择合适的选择性胺化试剂,并严格控制反应条件,可使亚胺化反应选择性的发生在反应活性较高的C4"位羰基上,得到亚胺中间体。亚胺中间体中C5位羰基和C4"位的亚胺基同步还原,得到甲胺基阿维菌素B2,最后与苯甲酸成盐得到甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐。具体反应方程式如下:
1材料和方法
1.1材料与试剂
1.4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2,自制。
七甲基二硅氮烷;硼氢化钠;苯甲酸;乙酸异丙酯;乙醇,均为工业品,市售。催化剂A:乙二胺四乙酸二钠锌盐:上海信帆生物科技有限公司
催化剂B:2-甲基咪唑锌盐:北京安唯安实验设备有限公司
1.2实验步骤
室温下,称量20g中间体4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2加入250ml的三口烧瓶中,60mL乙酸异丙酯作为反应溶剂,同时加入胺化试剂七甲基二硅氮烷14.0g与催化剂A:15.0g,搅拌溶解20min,升温到35℃,保温反应2h后。降温到0℃以下,加入乙醇(95%)43.3g,缓慢加入硼氢化钠1.67g。加完后保持温度在0-5℃反应0.5h,保温结束加入催化剂B:0.016g及硼氢化钠0.5g,继续保温反应0.5h。加入30%冰乙酸终止反应,调pH值为3-4。然后用30%氢氧化钠调pH值为7-8,分液漏斗分相,水相用乙酸异丙酯萃取两次(2×50ml),油相合并。加入2g苯甲酸,室温搅拌1h,结束反应。倒旋转蒸发仪蒸干溶剂。得到18.8g黄色固体,收率86.7%,图3、图4和图5分别是制得的甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的HPLC图、IR图和13C-NMR图。
2结果与讨论
影响化学反应速度的因素主要有内外两种因素,内因是反应物自身固有的性质;外因则包括反应温度,催化剂用量,反应物浓度3个主要因素。因反应物自身性质是固有的,所以我们就3个外因进行探讨,同时也考虑了外因改变对产品质量的影响。
2.1提高反应温度
反应温度升高,反应分子获得能量,使得一部分原来能量较低的分子也变成了活化分子,增加了活化分子的百分数,因此,反应物的有效碰撞次数增多,反应速率加大。另外,由于温度升高,使分子运动速率加快,单位时间内反应物分子碰撞次数增多,反应也会相应加快。采用不同反应温度进行亚胺化反应,实验数据见表4所示。
表4反应温度对胺化反应收率的影响
序号 | 亚胺化反应温度/℃ | 收率/% |
1 | 20 | 64.3 |
2 | 25 | 66.1 |
3 | 30 | 70.3 |
4 | 35 | 79.5 |
5 | 40 | 71.3 |
6 | 45 | 68.8 |
从表4可以看出,在其余条件完全相同的条件下,亚胺化反应温度为35℃,反应收率最高。
2.2筛选催化剂用量
催化剂能够降低反应所需的能量,使更多的反应物分子成为活化分子,大大提高了单位体积内反应物分子的百分数,从而增大了反应物速率。根据这个原则,按比例增加了催化剂A的用量,数据见表5所示:
表5催化剂A用量对产品收率的影响
序号 | 催化剂A用量/g | 收率/% |
1 | 10.0 | 60.2 |
2 | 11.0 | 67.9 |
3 | 12.0 | 71.1 |
4 | 13.0 | 73.8 |
5 | 14.0 | 76.5 |
6 | 15.0 | 78.0 |
7 | 16.0 | 73.9 |
8 | 17.0 | 70.7 |
9 | 18.0 | 70.4 |
从表5可以看出,在其余条件完全相同的条件下,催化剂A用量为15g,反应收率最高。
2.3反应溶剂量
当其它条件一定下,筛选最佳反应溶剂量相当于筛选反应物浓度,也相当于筛选单位体积的活化分子的数目,从而筛选有效碰撞。在底物及反应辅料不变的情况下,筛选反应溶剂乙酸异丙酯的用量,按比例筛选乙酸异丙酯的用量,以便确定最佳溶剂的量,数据见表6所示:
表6反应溶剂量对产品收率的影响
从表6看出,在其余条件完全相同的条件下,溶剂为60ml,反应收率最高。
2.4优化条件验证实验
根据上述条件实验的对比,可知提高反应温度,反应速度提高明显,而催化剂和辅料用量不必提高太多,因此,确定了本实验的优化条件,并进行验证实验,其结果见表7所示:
表7优化条件复证数据
序号 | 催化剂A/g | 溶剂乙酸异丙酯/mL | 反应温度/℃ | 收率/% |
1 | 15 | 60 | 75 | 86.7 |
通过表7可以看出,优化条件验证实验平行性较好,在相同的反应时间,产品收率达到了86.7%。
3结论
在甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐合成过程中的甲胺化反应中,为了提高该反应的速度,加速整个化合物合成的进程,同时考虑到产品的单位成本,可以采取实验条件:反应温度350C;催化剂A用量15g;乙酸异丙酯60mL,这样能有效地提高该反应的反应速度,产品收率达到了86.7%以上,并且波动很小。
Claims (9)
1.一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)在溶剂乙酸异丙酯中,20-45℃,催化剂A的催化下,与胺化试剂七甲基二硅氮烷进行亚胺化反应,得到式(Ⅳ)所示化合物;
(2)亚胺化反应完毕,加入95wt%乙醇,在0-5℃以下,在还原试剂硼氢化钠和催化剂B的作用下,进行还原反应,得到式(Ⅴ)所示化合物;
(3)式(Ⅴ)所示化合物与苯甲酸发生成盐反应,得到甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐(Ⅰ),反应方程式如下:
其中,催化剂A为乙二胺四乙酸二钠锌盐;催化剂B为2-甲基咪唑锌盐;
所述4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)的制备方法为:阿维菌素B2(Ⅱ)在水中,8-23℃下,在氧化剂组合98wt%硫酸与二氧化锰的作用下,进行选择性氧化反应,得到4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ),反应方程式如下:
2.根据权利要求1所述的一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,亚胺化反应温度为35℃。
3.根据权利要求1所述的一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所用催化剂A的质量是4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)质量的0.5-0.9倍;所用乙酸异丙酯的毫升数是4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)克数的2.25-4倍;4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)与胺化试剂七甲基二硅氮烷的摩尔比为1:2。
4.根据权利要求3所述的一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所用催化剂A的质量是4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)质量的0.75倍;所用乙酸异丙酯的毫升数是4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)克数的3倍。
5.根据权利要求1所述的一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所用催化剂B的质量是4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)质量的0.0008倍;4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)与还原试剂硼氢化钠的摩尔比为1:2。
6.根据权利要求1所述的一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,亚胺化反应完毕,降温到0℃以下,加入95wt%乙醇,加入一部分还原试剂硼氢化钠,保持温度在0-5℃反应0.5h后,加入催化剂B及剩余的硼氢化钠,继续0-5℃还原反应;还原反应完毕,加入30wt%冰乙酸终止反应,调pH值为3-4,然后用30wt%氢氧化钠水溶液调pH值为7-8,分相,水相用乙酸异丙酯萃取,油相合并,得到式(Ⅴ)所示化合物;
步骤(3)中,加入苯甲酸,室温成盐反应,结束反应,蒸干溶剂,得到甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐(Ⅰ)。
7.根据权利要求1所述的一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,其特征在于,4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)的制备方法中:阿维菌素B2(Ⅱ)与氧化剂组合的摩尔比为1:5-1:10;氧化剂组合中98wt%硫酸和二氧化锰的摩尔比为1.45:1;反应时间为5-14h。
8.根据权利要求7所述的一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,其特征在于,4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)的制备方法中:反应时间为8h,氧化反应温度为18℃。
9.根据权利要求1所述的一种甲氨基阿维菌素B2苯甲酸盐的制备方法,其特征在于,4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)的制备方法中:氧化反应结束后,加入2wt%氢氧化钠水溶液,终止反应,调节水层pH至7,二氯甲烷萃取,分出有机层,干燥,抽滤后,滤液除溶剂,得到4"-表-4"-羰基-5-羰基-阿维菌素B2(Ⅲ)。
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