CN110845447A

CN110845447A - 美国白蛾性信息素组分的合成方法

Info

Publication number: CN110845447A
Application number: CN201911197767.7A
Authority: CN
Inventors: 郝德君; 赵旭东; 朱晗
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-02-28
Anticipated expiration: 2039-11-28
Also published as: CN110845447B

Abstract

本发明公开了一种美国白蛾性信息素组分的合成方法，属于化工生产技术领域。本发明以(2S，3R)‑2，3‑环氧‑1‑十四醇为原料，通过溴化、偶联、氢化获得美国白蛾性信息素组分(3Z，6Z，9S，10R)‑9，10‑环氧‑3，6‑二十一碳二烯和(3Z，6Z，9S，10R)‑9，10‑环氧‑1，3，6‑二十一碳三烯。本工艺反应温和可控，收率良好，操作简便，反应步骤少，生产成本低，适合放大生产。利用本合成方法合成的性信息素组分配制的诱芯，结合诱捕器能有效诱杀大量的美国白蛾雄蛾，应用于美国白蛾虫情测报和绿色防控，可减少化学农药施用，从而降低污染、保护环境，显著提高经济、社会和生态的综合效益。

Description

美国白蛾性信息素组分的合成方法

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，更具体地说，涉及美国白蛾性信息素组分的合成方法。

背景技术

美国白蛾Hyphantria cunea(Drury)隶属鳞翅目Lepidoptera、灯蛾科Arctiidae，是重要的国际性检疫害虫。由于它具有食性杂、食量大、繁殖能力强、适生性广、传播速度快、危害严重等特点，因而成为我国重大的外来入侵害虫，是目前国内外最具危险性的入侵物种。

美国白蛾原产于北美，分布于北纬19°～55°，后传入欧洲和亚洲。我国自1979年在辽宁省丹东市首次发现美国白蛾以来，其疫区已经扩散至13个省(市、自治区)的586个县级行政区，对林木资源和生态环境造成巨大破坏。

美国白蛾寄主范围广，在中国可危害植物多达300余种。喜食的树种有杨树、桑树、梧桐、白蜡槭等，另外还危害柳树、槐树、喜树、臭椿等阔叶树种。除了林木与果树，亦可危害农作物及蔬菜。美国白蛾的幼虫取食量大，在四龄之后达到巅峰，大爆发时一夜之间可以吃光整株植物的叶片，导致植物生长发育不良，严重时会导致树木死亡、农作物歉收，造成严重经济损失。

美国白蛾入侵和传播途径十分多样，加强虫情监测是防控美国白蛾的基础工作，为采取防治措施，阻止疫情的扩散具有重要实践意义。其中，利用美国白蛾性引诱剂诱捕雄成虫是一种成熟的监测技术，这种方法具有准确性高、效果显著的特点。

美国白蛾的性引诱剂主要包括(9Z，12Z，15Z)-十八碳三烯醛、(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯和(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯等三种有效成分，后面二种光学活性的环氧化合物是其中重要的组成成分，它们的合成步骤长、难度很高，难以放大生产来满足市场的需要。目前我国美国白蛾的性引诱剂多依赖于进口，价格昂贵，成本高，使得利用美国白蛾性信息素进行监测和防治给生产单位带来较重的的经济负担，阻碍了大范围的应用。

对于(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯和(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯，目前报道的较为具有实用性的合成方法有如下两种：

1、发明专利CN201010127021.1--美国白蛾性信息素的简便立体选择性合成方法，其报道的二种光学活性的环氧化合物生产路线如下：

制备得到(2S，3R)-2，3-环氧-1-十四醇后，与三氟甲基磺酸酐反应生成磺酸酯，再经偶联、氢化、溴代、还原或者消去反应，分别生产得到(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯和(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯。

2、发明专利CN201610499450.9--一种美国白蛾性信息素的合成方法，报道了其中一种性信息素(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯的合成路线。

在该专利中，生产得到(2S，3R)-2，3-环氧-1-十四醇后，与三氟甲基磺酸酐反应生成磺酸酯后，更改为与1，4-庚二炔进行偶联反应，再氢化获得一种性信息素(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯。

以上两种专利生产方法，均采用三氟甲基磺酸酐对关键中间体(2S，3R)-2，3-环氧-1-十四醇进行磺酸酯化反应，生成高活性的三氟甲基磺酸酯后再进行后续的反应。经合成研究，我们发现三氟甲基磺酸酐反应活性高，还具有氧化性，同时反应生成的三氟甲基磺酸酯的反应活性也非常高，容易发生消去、取代等副反应；因此即使磺酸酯化在-80℃左右进行，反应仍然难以控制，收率仅为20％，甚至无法得到磺酸酯化产物。

鉴于美国白蛾性信息素有着良好的应用前景，寻找一种新颖的合成方法获得高光学纯度的美国白蛾性信息素组份，这需要开发出良好的生产工艺，才能够实现基于性信息素组分的引诱剂的工业化生产。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供美国白蛾性信息素组分(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯和(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯的新合成方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

美国白蛾性信息素组分的合成方法，所述美国白蛾性信息素组分为I[(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯]和II[(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯]，所述合成方法的路线为：

特定的合成产物是根据结构式中的编号，用阿拉伯数字表示，R或S表示化合物的绝对构型。

优选地，所述的美国白蛾性信息素组分的合成方法，包括以下步骤：

1)在-20～25℃下，化合物1在一种有机溶剂中，与四溴化碳和三苯基膦发生反应，经过过滤、浓缩、纯化得到化合物2；

2)在-80～20℃下，化合物3在四氢呋喃和六甲基磷酰胺中，在正丁基锂的作用下，与化合物2发生偶联反应，经过萃取、干燥、浓缩、纯化得到化合物5；

3)在-80～20℃下，化合物4在四氢呋喃和六甲基磷酰胺中，在正丁基锂的作用下，与化合物2发生偶联反应，经过萃取、干燥、浓缩、纯化得到化合物6；

4)室温下，化合物5在乙醇中，在催化剂作用下，经过过滤、浓缩、纯化得到化合物I；

5)室温下，化合物6在乙醇中，在催化剂作用下，经过过滤、浓缩、纯化得到化合物II。

优选地，步骤1)中所述的有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、甲苯、乙腈或二氯乙烷。

优选地，步骤1)中所述的有机溶剂为二氯甲烷或乙酸乙酯。

优选地，步骤1)中所述化合物1∶四溴化碳∶三苯基膦的摩尔比为1∶1.2∶1.2。

优选地，步骤2)、3)中所述四氢呋喃∶六甲基磷酰胺的体积比为4∶1。

优选地，步骤2)中所述化合物3∶正丁基锂∶化合物2的摩尔比为1.5∶1.5∶1；步骤3)中所述化合物4∶正丁基锂∶化合物2的摩尔比为1.5∶1.5∶1。

优选地，步骤4)、5)中所述的催化剂为所述的催化剂为醋酸镍和硼氢化钠原位生成的P-2型镍。

优选地，步骤4)中所述的P-2型镍的使用量为化合物5摩尔量的10％，步骤5)中所述的P-2型镍的使用量为化合物6摩尔量的10％。

有益效果：相比于现有技术，本发明的优点为：

(1)使用四溴化碳和三苯基膦可温和对关键中间体(2S，3R)-2，3-环氧-1-十四醇(化合物1)进行溴代反应，简单方便，收率高；

(2)使用1，4-庚二炔和1-庚烯-3，6-二炔引入相关结构片段，减少反应步骤，提高反应收率；

(3)革除林德勒钯催化剂的使用，采用醋酸镍和硼氢化钠原位生成的P-2型镍作为催化剂，降低了生产成本，防止碳碳三键的过度氢化，反应温和可控，收率良好；

(4)本发明所涉及的合成方法成本较低，反应条件简单，反应步骤少，适合放大生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1：

美国白蛾性信息素组分(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯(I)和(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯(II)的合成方法的路线如下：

具体步骤包括：

步骤1合成化合物2

将2.3克化合物1溶解于100毫升二氯甲烷中，搅拌溶清后，加入3.2克三苯基膦，搅拌溶清后，冰盐冷却至-5℃，在1小时内分批加入4克四溴化碳；自然升至室温反应，TLC检测反应结束，加入400毫升石油醚搅拌30分钟，抽滤，滤液薄膜浓缩，剩余物柱层析提纯(V(乙酸乙酯)∶(石油醚)＝1∶30)得到2.7克化合物2(93％收率)。

步骤2合成化合物5

将1.4克1，4-庚二炔(化合物3)溶解于100毫升四氢呋喃和六甲基磷酰胺(V(四氢呋喃)∶(六甲基磷酰胺)＝4∶1)中，冷却至-78℃，30分钟内滴加9.5毫升1.6M正丁基锂/正己烷溶液，滴加完毕搅拌反应45分钟；再滴加2.9克化合物2/20毫升四氢呋喃溶液，自然升至室温搅拌过夜，滴加200毫升水萃灭反应，二氯甲烷萃取，合并有机相，饱和食盐水洗涤3次，无水硫酸钠干燥，浓缩，柱层析提纯(V(乙酸乙酯)∶(石油醚)＝1∶60)得到2.5克化合物5(83％收率)。

步骤3合成化合物6

将1.3克1-庚烯-3，6-二炔(化合物4)溶解于80毫升四氢呋喃中，冷却至-78℃，30分钟内滴加9.5毫升1.6M正丁基锂/正己烷溶液，滴加完毕搅拌反应45分钟；再滴加2.9克化合物2/20毫升六甲基磷酰胺溶液，自然升至室温搅拌过夜，滴加200毫升水萃灭反应，二氯甲烷萃取，合并有机相，饱和食盐水洗涤3次，无水硫酸钠干燥，浓缩，柱层析提纯(V(乙酸乙酯)∶(石油醚)＝1∶60)得到2.3克化合物6(77％收率)。

步骤4合成(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯(I)

反应瓶中加入0.18克醋酸镍和80毫升乙醇，搅拌溶解，氮气置换3次，加入380毫克硼氢化钠，搅拌30分钟，注入5毫升乙二胺；把反应体系用氢气置换3次，注入3克化合物5/20毫升乙醇溶液，室温继续搅拌反应；核磁检测反应结束，过滤，浓缩，柱层析提纯(V(乙酸乙酯)∶(石油醚)＝1∶50)得到(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯2.9克(95％收率)，¹HNMR(400MHz，CDCl₃)：δ0.88(t，3H)，0.98(t，3H)，1.26-1.58(m，20H)，2.09(q，2H)，2.24(dt，1H)，2.40(dt，1H)，2.80(t，3H)，2.91-2.97(m，2H)，5.29-5.53(m，4H)；HRMSm/z(M+Na⁺)计算值：329.2820，实测值：329.2829。

步骤5合成(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯(II)

反应瓶中加入0.18克醋酸镍和80毫升乙醇，搅拌溶解，氮气置换3次，加入380毫克硼氢化钠，搅拌30分钟，注入5毫升乙二胺；把反应体系用氢气置换3次，注入3克化合物6/20毫升乙醇溶液，室温继续搅拌反应；核磁检测反应结束，过滤，浓缩，柱层析提纯(V(乙酸乙酯)∶(石油醚)＝1∶50)得到(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯2.8克(92％收率)，¹HNMR(400MHz，CDCl₃)：δ0.88(t，3H)，1.21-1.58(m，20H)，2.23(dt，1H)，2.41(dt，1H)，2.89-2.99(m，4H)，5.12(d，1H)，5.24(dt，1H)，5.40(dt，1H)，5.44-5.56(m，2H)，6.04(dd，1H)，6.64(ddd，1H)；HRMS m/z(M+Na⁺)计算值：327.2664，实测值：327.2671。

实施例2：

将实施例1中合成的美国白蛾性信息素组分(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯、(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯、(9Z，12Z，15Z)-十八碳三烯醛(合成方法参照Jiefeng Hu，Xiaowei Han，Yu Yuan，ZhuangzhiShi.Angew.Chem.Int.Ed.2017，56：13342-13346.)三种组分，按设定的质量比例(20∶3∶1～10∶1∶1)溶解于100μL的重蒸二氯甲烷中，配制成一定浓度的美国白蛾性信息素溶液，置于冰箱内，-20℃条件下保存备用。

选择袖口式橡胶塞作为性信息素载体，橡胶塞形状为塞状、红色，购于生产厂家。橡胶塞用无水乙醇清洗后，自然晾干。然后按所需不同比例和剂量将性诱剂溶液滴加到特制反口橡胶塞的凹杯中，待溶剂挥发后，用封口膜密封，备用。田间试验在江苏省盐城市阜宁县芦蒲镇老管村杨树林内进行，时间为2019年6月29日起至7月18日，诱捕器为桶型诱捕器，购于生产厂家。美国白蛾性信息素溶液的每种配方重复3次，同时以日本进口诱芯(购于北京中捷四方生物科技有限公司)为参照，重复3次。在杨树上离地约2.0～2.5米处悬挂诱捕器，每个诱捕器之间相距50米左右，每3天统计一次诱蛾量并清理，同时变换诱芯位置，以减少位置对诱集效果的影响。试验结果见表1。

表1 不同配比的引诱剂自焚诱捕的美国白蛾雄蛾数量

编号	组分配比	总诱捕量	平均诱捕数量(头)	日均诱捕量(头)
					1	20∶3∶1	61	20.3±1.2	4.2±0.6
2	20∶2∶1	110	36.7±1.9	6.1±0.8
					3	20∶1∶1	115	38.3±3.3	6.4±1.1
4	10∶3∶1	87	29.0±1.7	4.8±1.0
					5	10∶2∶1	136	45.3±2.7	7.6±1.4
6	10∶1∶1	197	65.7±2.7	10.9±1.8
					进口诱芯	-	148	49.3±3.8	8.2±1.0

表1试验结果表明，性信息素的诱芯中组分的不同构成比例对美国白蛾雄蛾的引诱效果存在差异。以不同配比构成的诱芯在田间的诱蛾活性试验中，化合物(9Z，12Z，15Z)-十八碳三烯醛∶(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯∶(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯＝10∶1∶1时诱蛾活性最高，每3日平均诱到65.7头雄蛾，明显多于其他配比和进口诱芯的诱蛾量。10∶2∶1、20∶1∶1和20∶2∶1的配比也有良好的引诱活性，平均每3日分别诱捕到美国白蛾雄蛾45.3头、38.3头和36.7头和36.7头。

Claims

1.美国白蛾性信息素组分的合成方法，其特征在于，所述美国白蛾性信息素组分为I[(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯]和II[(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯]，所述合成方法的路线为：

2.根据权利要求1所述的美国白蛾性信息素组分的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

4)室温下，化合物5在乙醇中，在催化剂作用下，与乙二胺发生偶联反应，与氢气发生氢化反应，经过过滤、浓缩、纯化得到化合物I；

5)室温下，化合物6在乙醇中，在催化剂作用下，与乙二胺发生偶联反应，与氢气发生氢化反应，经过过滤、浓缩、纯化得到化合物II。

3.根据权利要求2所述的美国白蛾性信息素组分的合成方法，其特征在于，步骤1)中所述的有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、甲苯、乙腈、二氯乙烷中的一种。

4.根据权利要求3所述的美国白蛾性信息素组分的合成方法，其特征在于，步骤1)中所述的有机溶剂为二氯甲烷或乙酸乙酯。

5.根据权利要求2所述的美国白蛾性信息素组分的合成方法，其特征在于，步骤1)中所述化合物1∶四溴化碳∶三苯基膦的摩尔比为1∶1.2∶1.2。

6.根据权利要求2所述的美国白蛾性信息素组分的合成方法，其特征在于，步骤2)、3)中所述四氢呋喃：六甲基磷酰胺的体积比为4∶1。

7.根据权利要求2所述的美国白蛾性信息素组分的合成方法，其特征在于，步骤2)中所述化合物3∶正丁基锂∶化合物2的摩尔比为1.5∶1.5∶1；步骤3)中所述化合物4∶正丁基锂∶化合物2的摩尔比为1.5∶1.5∶1。

8.根据权利要求2所述的美国白蛾性信息素组分的合成方法，其特征在于，步骤4)、5)中所述的催化剂为醋酸镍和硼氢化钠原位生成的P-2型镍。

9.根据权利要求8所述的美国白蛾性信息素组分的合成方法，其特征在于，步骤4)中所述的P-2型镍的使用量为化合物5摩尔量的10％，步骤5)中所述的P-2型镍的使用量为化合物6摩尔量的10％。