一、摘要

[目的]寻找较高杀虫活性的吡唑酰胺类化合物并进行结构优化。

[方法]设计合成一系列含有多种苯环2-位取代基结构的吡唑酰胺类化合物。

[结果]合成了7个结构新颖的含有苯环2-位取代基结构的吡唑酰胺类化合物，其结构经过1H NMR和有机元素分析或高分辨质谱确证，并进行了杀虫活性测试研究。

[结论]杀虫活性测试结果表明：部分目标化合物对小菜蛾和东方黏虫具有较好的杀虫活性，值得进一步研究。

为了应对害虫对现存杀虫剂抗性的快速发展，不少农药科技工作者纷纷投入到开发具有新型作用机理的杀虫剂。近年来，以鱼尼丁受体为靶标的杀虫剂研发取得了突破性进展。2001年，杜邦公司开发了一种新型作用于昆虫鱼尼丁受体的杀虫剂：邻甲酰氨基苯甲酰胺类化合物，代表化合物为氯虫酰胺(Rynaxypyr，DPX-E2Y45，chlorantraniliprole)(见图1A)，该类化合物表现出高效、广谱、作用机理独特、对非靶标生物安全以及与传统的杀虫剂无交互抗性等特点，从而成为当今农用化学品工业合成和研究工作的重点和热点，引发了各大科研机构的研究热潮。

国内外已经有很多学者对氯虫酰胺的结构进行了一系列修饰与改造，发现了大量高活性的化合物。文献报道对其结构改造主要分为4部分(见图1B)，苯甲酰胺部分(a)，酰胺桥键部分(b)，吡啶基吡唑部分(c)，苯环部分(d)。其中，对a片段甲酰胺部分做了大量改造，替换成其他基团，如杂环、含氰基的酰胺等，本课题组将苯甲酰胺结构改造为氰基(见图1C)，简化了分子结构，并显示优异的杀虫活性。

为了进一步寻找和发现高效、低毒、安全的新型杀虫剂，在之前工作基础上，将氯虫酰胺母体结构中苯甲酰胺片段进行进一步修饰改造，设计合成了一系列新型苯环2-取代结构吡唑酰胺类化合物，并进行了初步的生物活性测试研究。杀虫活性测试结果表明：部分目标化合物对小菜蛾和东方黏虫具有较好的杀虫活性。

二、实验部分

1. 仪器和试剂

核磁共振仪(BRUKERAvance 500 MHz型)；显微熔点测定仪(X-6，北京泰克仪器有限公司)；有机元素分析仪(Carlo Erba 1106型)；高分辨质谱仪(Varian QFT-ESI型)；中间体化合物2~5合成参考本课题组前期工作报道文献。其他试剂均为市售化学纯或分析纯。

2. 目标化合物的合成

（1）中间体2的合成

250 mL三口瓶中，化合物1(60.0 mmol)溶于20 mL四氢呋喃溶液中，冰浴下滴加到四氢铝锂(120.0 mmol)的60 mL的四氢呋喃悬浮液中，滴加过程中温度低于5 ℃。冰浴下反应3h，TLC监控。反应完毕，向反应体系中加入十水硫酸钠淬灭未反应完毕的四氢铝锂，过滤，脱溶，得到白色固体，产率97%, 熔点83~85 ℃。¹H NMR(400 MHz，CDCl³)δ：7.02(d，1H，J=2.4 Hz，Ar-H)，6.93(d，1H，J=2.4 Hz，Ar-H)，4.63(s，2H，Ar-CH₂)，2.16(s，3H，Ar-CH₃)。

（2）中间体3的合成

室温下，在100 mL圆底烧瓶中，活性二氧化锰(4.0 mmol)加入到化合物2 (2.0 mmol)的20 mL的二氯甲烷溶液中，室温反应，TLC监控。反应完毕，加入柱层析硅胶20 g，搅拌均匀，减压过滤，脱溶，得到化合物3，黄色固体，产率77%，熔点114~116 ℃。1H NMR (400 MHz，CDCl₃) δ：9.81(s，1H，CHO)，7.35(s，1H，Ar-H)，7.21(s，1H，Ar-H)，6.23(brs，2H，Ar-NH₂)，2.16(s，3H，Ar-CH₃)。

（3）中间体5的合成

在100 mL圆底烧瓶中，加入化合物4(1.0 mmol)，二氯甲烷20 mL和草酰氯(1.5 mmol)，搅拌下加入1滴DMF，溶液逐渐变澄清，反应2 h 后旋干溶剂，所得的酰氯溶液溶于10 mL二氯甲烷中，冰浴下滴入3(1.0 mmol)和吡啶(1.0 mmol)的10 mL二氯甲烷中，滴毕，室温搅拌2 h，然后脱去大部分溶剂，加入40 mL乙酸乙酯。混合物经过1 mol/L盐酸、饱和碳酸氢钠溶液和饱和食盐水洗，无水硫酸镁干燥。浓缩溶剂，经柱层析(洗脱液为乙酸乙酯和石油醚混合溶剂)，得白色固体5，产率：51.4%，熔点85~87℃。¹H NMR(400 MHz，CDCl₃) δ：9.95(s，1H，CHO)，9.91(s，1H，CONH)，8.46(d，1H，J=4.4 Hz，Pyridyl-H)，7.86(d，1H，J=8.0 Hz，Pyridyl-H)，7.58(s，1H，Ar-H)，7.46(s，1H，Ar-H)，7.39(dd，1H，Pyridyl-H)，7.09(s，1H，Pyrazolyl-H)，2.21(s，3H，CH₃)。

（4）L-半胱氨酸甲酯盐酸盐7的合成

L-半胱氨酸(0.35 mmol)溶于20 mL甲醇中，溶液冰浴冷却至0 ℃，缓慢滴加氯化亚砜(0.53 mmol)，滴加完毕，回流反应3 h，蒸除溶剂，得白色固体7，产率：87.4%，熔点140~142 ℃。

（5）目标化合物Ia~Ib的合成

100 mL圆底烧瓶中，加入5 (1.0 mmol)，丙二腈(1.0 mmol)和20 mL乙醇，滴入催化量的哌啶(0.1 mmol)，常温搅拌，TLC监控。反应完毕，加入乙酸乙酯40 mL，所得溶液用1 mol/L盐酸，水和饱和食盐水洗，无水硫酸镁干燥。浓缩溶剂，经柱层析(洗脱液为乙酸乙酯和石油醚混合溶剂)，得白色固体Ia。Ib合成方法同上，反应物用氰基乙酸乙酯代替丙二腈。

（6）目标化合物Ic的合成

100 mL圆底烧瓶中，加入化合物Ib (1.0 mmol)和20 mL乙醇，在搅拌下加入80%的水合肼(5.0 mmol)，常温搅拌，TLC监控。反应完毕，加入乙酸乙酯40 mL，所得溶液用1 mol/L盐酸，水和饱和食盐水洗，无水硫酸镁干燥。浓缩溶剂，经柱层析(洗脱液为乙酸乙酯和石油醚混合溶剂)，得白色固体Ic。

（7）目标化合物Id的合成

化合物5(1 mmol)溶于20 mL氯仿中，在向该反应液中加入乙二醇(1.0 mmol) 以及催化量的对甲基苯磺酸(0.1 mmol)，反应液加热至回流，TLC监控。反应完毕，浓缩溶剂，经柱层析(洗脱液为乙酸乙酯和石油醚混合溶剂)，得白色固体Id。

（8）目标化合物Ie的合成

100 mL圆底烧瓶中，加入化合物5(1.0 mmol)，15 mL乙醇和3 mL水，搅拌下加入盐酸羟胺(2.0 mmol),常温搅拌1 h，浓缩溶剂，经柱层析(洗脱液为乙酸乙酯和石油醚混合溶剂)，得白色固体8，白色固体，产率98%，熔点172~174 ℃。¹H NMR (400 MHz，CDCl₃) δ：9.15(s，1H，CONH)，8.44 (dd，1H，Ar -H)，8.32 (s，1H，OH)，8.05 (s，1H，CH)，7.87(dd，1H，Ar -H)，7.38 (dd，1H，Ar -H)，7.21 (s，1H，Ar -H)，7.19(s，1H，Ar-H)，6.92(s，1H，Ar-H)，2.18(s，3H，CH₃)。

化合物8溶于20 mL二氯甲烷中，加入三乙胺(2.0 mmol)，冰浴冷却至0℃，缓慢滴入甲基磺酰氯(1.2 mmol)的二氯甲烷溶液，滴毕，体系温度慢慢升至室温(大概需要1 h)，TLC监控。反应完毕，反应液用1 mol/L盐酸，水和饱和食盐水洗，无水硫酸镁干燥。乙酸乙酯石油醚重结晶得白色固体Ie。

（9）目标化合物If的合成

化合物5(1.0 mmol)和7(1.0 mmol)加入20 mL乙醇和水(体积比1∶1)的混合溶液中，随后加入碳酸氢钠(3.0 mmol)，室温搅拌，TLC监控。反应完毕，反应液用1 mol/L盐酸，水和饱和食盐水洗，无水硫酸镁干燥。浓缩溶剂，经柱层析(洗脱液为乙酸乙酯和石油醚混合溶剂)得黄色油状液体If。

（10）目标化合物Ig的合成

化合物If(1 mmol)溶于30 mL四氯化碳中，加入NBS(5.0 mmol)以及催化量的(5% mmol)过氧化苯甲酰，反应液加热至回流，TLC监控。反应完毕，冷至室温，加入40 mL乙酸乙酯，用饱和亚硫酸氢钠溶液洗，饱和碳酸钠溶液洗，水和饱和食盐水洗，无水硫酸镁干燥。浓缩溶剂，经柱层析(洗脱液为乙酸乙酯和石油醚混合溶剂)得白色固体Ig。

化合物Ia~Ig理化数据和1H NMR数据见表1、2。

3. 生物活性测试

供试昆虫：东方虫(Mythimna separate Walker)，小菜蛾(Plutella xylostella Linnaeus)。测试方法参考文献，测试结果见表3、4，氯虫酰胺为对照化合物。

三、结果与讨论

1. 化合物的合成

化合物Ie按照文献的方法合成，可能的反应机理见图6。

化合物If为一对非对应异构体的混合物(四氢噻唑2位碳原子有S、R 2种构型，比例大约为S∶R=1∶1)，从1H NMR谱图也可以看出，但由于该化合物的杀虫活性一般，所以未进行下一步的分离。

2. 生物活性

该类化合物对东方黏虫的杀虫活性测试结果见表3，该类化合物对东方黏虫显示了中等的杀虫活性。当氯虫酰胺A片段苯甲酰胺部分改造为含有β-氰基的双键时，对黏虫杀虫活性下降，如化合物Ia和Ib在100 mg/L时，致死率仅为30%，当β位酯改造为酰肼后，活性提高(50 mg/L时，杀虫活性为70%)。将A片段苯甲酰胺部分改造为环戊二醚后，活性很一般，100mg/L时，杀虫活性为60%。化合物Ie形成了苯并咪唑的结构，酰胺无活泼氢，活性大大下降，可见酰胺桥上的活泼氢的保持对杀虫活性很重要。

化合物If在100 mg/L时，对黏虫的杀虫活性为6.7%，苯环上四氢噻唑部分脱氢芳香化生成噻唑环(Ig)后，活性提升明显，25 mg/L时杀虫活性为60%。该类化合物对小菜蛾的杀虫活性测试结果见表4，部分化合物对小菜蛾表现出了较好的杀虫活性，化合物Ic和Ig在质量浓度为25 mg/L时，杀虫活性均为100%，在10 mg/L时，对小菜蛾的杀虫活性分别为20%、70%。

四、结论

将氯虫酰胺母体结构中苯甲酰胺片段进行进一步修饰改造，设计合成了一系列新型含苯环2-取代结构吡唑酰胺类化合物，通过1H NMR和元素分析或高分辨质谱对其化学结构进行了表征，并进行了生物活性测试。生物活性测试结果表明：此系列化合物部分化合物对东方黏虫和小菜蛾具有较好的杀虫活性。进一步结构优化还在进行中。