本發(fā)明涉及一類谷氨酸-溴代吡咯腈偶合物及其制備方法，同時(shí)還包含其關(guān)鍵中間體端炔溴代吡咯腈的制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
吡咯類化合物具有殺菌、殺蟲(chóng)等廣譜生物活性，廣泛存在于植物、動(dòng)物和微生物的代謝產(chǎn)物中。早在1987年，美國(guó)研究人員從微生物鏈霉菌Streptomycesfumanus的代謝產(chǎn)物中分離出具殺蟲(chóng)活性的吡咯化合物dioxapyrrolomycin,為了改進(jìn)其殺蟲(chóng)活性和解決其高毒性問(wèn)題，研究人員以其為先導(dǎo)化合物，通過(guò)簡(jiǎn)化先導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)，合成篩選出了高活性化合物溴代吡咯腈(tralopyril)。然而溴代吡咯腈對(duì)植物有藥害，通過(guò)對(duì)溴代吡咯腈進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將其轉(zhuǎn)化為前體藥物溴蟲(chóng)腈(chlorfenapyr)，從而有效解決藥害問(wèn)題，并且溴蟲(chóng)腈的毒性遠(yuǎn)低于天然抗生素dioxapyrrolomycin。溴蟲(chóng)腈作為前體殺蟲(chóng)殺螨劑，現(xiàn)已成功商品化，其主要作用機(jī)理是在昆蟲(chóng)中腸的微粒體多功能氧化酶的作用下，脫去吡咯N上的取代基，從而釋放出溴代吡咯腈，阻斷線粒體的氧化磷?；饔枚憩F(xiàn)殺蟲(chóng)活性。鑒于溴蟲(chóng)腈的成功，國(guó)內(nèi)外研究人員致力于溴代吡咯腈的結(jié)構(gòu)修飾。
專利US5286743、US5232980和US5286741報(bào)道了含N-羧酸甲酯結(jié)構(gòu)的芳基吡咯類化合物(見(jiàn)Fig.1)，其中部分化合物具優(yōu)異殺蟲(chóng)活性。US5130328報(bào)道了含N-酰甲氨結(jié)構(gòu)的芳基吡咯類化合物(見(jiàn)Fig.2)及其殺蟲(chóng)殺螨活性。US3289928報(bào)道了Fig.3所示N-?；蓟量╊惢衔锛捌錃⑾x(chóng)殺螨活性。
專利CN891688報(bào)道了含N-草酸酯結(jié)構(gòu)的芳基吡咯類化合物(見(jiàn)Fig.4)，其中部分化合物具優(yōu)異殺螨活性。CN1670016A報(bào)道了含醚類和肟醚類結(jié)構(gòu)的兩類芳基吡咯類化合物及其殺蟲(chóng)殺螨活性，此專利中的氯溴蟲(chóng)腈(見(jiàn)Fig.5)現(xiàn)也已商品化。CN104892482A報(bào)道了Fig.6所示N-羧酸酯結(jié)構(gòu)的芳基吡咯類化合物及其殺蟲(chóng)、殺螨、殺線蟲(chóng)活性。
至今，作物害蟲(chóng)種群演替表現(xiàn)為蟲(chóng)體由大到小、口器由咀嚼式變?yōu)榇涛?、發(fā)生世代更多、隱蔽更強(qiáng)。對(duì)這些個(gè)體小、繁殖迅速、隱蔽性危害害蟲(chóng)的有效方法之一是應(yīng)用具韌皮部輸導(dǎo)的殺蟲(chóng)劑。而目前已商品化的具韌皮部輸導(dǎo)的殺蟲(chóng)劑僅有螺蟲(chóng)乙酯。為了獲得更多具韌皮部輸導(dǎo)性的殺蟲(chóng)劑，對(duì)現(xiàn)有商品化的殺蟲(chóng)劑活性成分進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾以提高其韌皮部輸導(dǎo)性是重要的途徑，現(xiàn)已報(bào)道的方法引入糖基、羧基和氨基酸等結(jié)構(gòu)片斷?，F(xiàn)有對(duì)溴代吡咯腈結(jié)構(gòu)修飾研究中，未見(jiàn)以改善其韌皮部輸導(dǎo)性的報(bào)道。因此，將氨基酸結(jié)構(gòu)片斷引入溴代吡咯腈，有望使其表現(xiàn)出韌皮部輸導(dǎo)性的前體化殺蟲(chóng)活性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一類谷氨酸-溴代吡咯腈偶合物及其制備方法，此類化合物具有良好的韌皮部輸導(dǎo)的殺蟲(chóng)活性；同時(shí)提供其關(guān)鍵中間體端炔溴代吡咯腈的制備方法與應(yīng)用，該類端炔溴代吡咯腈也具良好殺蟲(chóng)活性。
技術(shù)方案：本發(fā)明所提供的一類谷氨酸-溴代吡咯腈偶合物，其結(jié)構(gòu)式如式(I)所示：
式中：R1代表氫和甲基；R2代表氫、1-4碳烷基、芳基；n是一個(gè)從0-10的整數(shù)。其相關(guān)化合物如表1所列來(lái)說(shuō)明，但并不限定本發(fā)明。
本發(fā)明式(I)所示化合物，可以通過(guò)下面所示的Scheme 1、Scheme 2、Scheme 3和Scheme 4來(lái)制備。其中的取代基，除特別說(shuō)明外均如前所限定；同時(shí)分別用代號(hào)1b-16b表示式(Ⅱ)所示式化合物、代號(hào)1c-16c表示式(Ⅲ)所示化合物、代號(hào)1d-16d表示式(Ⅳ)所示化合物、代號(hào)1e-16e表示式(Ⅴ)所示化合物。
Scheme 1中式(Ⅰ)化合物的制備程序：將式(Ⅳ)化合物(化合物1d-16d)溶于等體積的二氯甲烷和三氟乙酸中，室溫反應(yīng)過(guò)液，經(jīng)相關(guān)后處理后柱層析得式(Ⅰ)所示的化合物。
Scheme 2中式(Ⅳ)化合物的制備程序：將式(Ⅲ)化合物(化合物1c-16c)和Boc-Glu-OtBu溶于二氯甲烷中，然后加入EDC和DMAP，監(jiān)測(cè)原料反應(yīng)完畢，經(jīng)相關(guān)后處理得產(chǎn)物。
Scheme 3中式(Ⅲ)化合物的制備程序：將式(Ⅱ)化合物(化合物1b-16b)和疊氮乙醇溶于DMF中，CuSO4·5H2O和抗壞血酸鈉溶于純凈水并加入上述反應(yīng)液中，一定溫度下反應(yīng)4h，經(jīng)相關(guān)后處理得產(chǎn)物。
Scheme 4中式(Ⅱ)化合物的制備程序：將溴代吡咯腈(tralopyril)和溶于THF和溴氯甲烷(10摩爾比)中，加入NaH后室溫反應(yīng)2h，然后滴加式(Ⅴ)化合物(化合物1e-16e)的THF溶液，反應(yīng)一定時(shí)間、經(jīng)相關(guān)后處理得產(chǎn)物。
有益效果：本發(fā)明所合成的具有通式(Ⅰ)和(Ⅱ)的化合物具廣譜的殺蟲(chóng)活，其中通式(Ⅰ)的化合物具明顯韌皮部輸導(dǎo)的殺蟲(chóng)活性，可用于防治多種作物上的以菜青蟲(chóng)、小菜蛾、粘蟲(chóng)等為代表的鱗翅目害蟲(chóng)幼蟲(chóng)；也可用于防治薊馬、葉蟬類、螨類和線蟲(chóng)類等有害生物。單獨(dú)使用本發(fā)明的化合物，可以防治上述提及有害生物；本發(fā)明的化合物也可以與其它生物或化學(xué)物質(zhì)聯(lián)合使用，這些生物或化學(xué)物質(zhì)可包括其它殺蟲(chóng)劑、殺螨劑、殺線劑、殺菌劑和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。本發(fā)明的化合物作為有效成分，可制成所希望任何一種農(nóng)藥劑型，特別優(yōu)選水分散粒劑、可溶性粉劑、油懸浮劑。
具體實(shí)施方式
此實(shí)施例中，詳細(xì)描述了式(Ⅱ)中化合物1b的合成；按此合成方法可成功合成化合物2b-16b。
將溴代吡咯腈(1.05g,3mmol)和溶于THF(20mL)和溴氯甲烷(1.95g,15mmol,5equiv)中，分批加入NaH(60％in oil,0.288g,7.2mmol)后，室溫反應(yīng)2h，然后滴加炔丙醇1e(3mmol)的THF(10mL)溶液，65℃反應(yīng)48h后，反應(yīng)液倒入冰水中，用乙酸乙酯萃取3次，合并有機(jī)層，無(wú)水硫酸鈉干燥，濃縮后柱層析得產(chǎn)物1b。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ7.69(m,4H,Ar-H),5.38(s,2H),4.05(d,J＝2.4Hz,2H),3.37(t,J＝2.4Hz,1H).13C NMR(100MHz,DMSO-d6)δ144.60,135.88,132.04*2,129.32*2,125.26,121.31,118.66,113.61,103.44,97.96,78.10,77.96,74.77,55.65.LC-MS(APCI,Pos)m/z:441[M+Na]+.
實(shí)例2：
此實(shí)施例中，詳細(xì)描述了式(Ⅲ)中化合物1c的合成；按此合成方法可成功合成化合物2c-16c。
將式化合物1b(1mmol)和疊氮乙醇(1.2mmol)溶于8mL DMF中，CuSO4·5H2O(0.4mmol)和抗壞血酸鈉(0.8mmol)溶于2mL純凈水，并加入上述反應(yīng)液中，60℃反應(yīng)4h，降至室溫，加入20mL純凈水，用乙酸乙酯萃取3次，合并有機(jī)層，無(wú)水硫酸鈉干燥，濃縮后柱層析得產(chǎn)物1c。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ7.88(s,1H),7.65(s,4H,Ar-H),5.37(s,2H,NCH2),5.02(t,J＝5.24Hz,1H),4.40(s,2H),4.34(t,J＝5.44Hz,2H),3.72(q,J＝5.2Hz,2H).13C NMR(100MHz,DMSO-d6)δ144.45,141.86,135.84,131.91*2,129.27*2,125.30,124.65,121.32,119.06,113.60,103.28,97.89,75.38,61.38,59.82,52.12.LC-MS(APCI,Pos)m/z:528[M+Na]+.
實(shí)例3：
此實(shí)施例中，詳細(xì)描述了式(Ⅳ)中化合物1d的合成；按此合成方法可成功合成化合物2d-16d。
Boc-Glu-OtBu(1.00g,3.30mmol)溶于CH2Cl2(5mL)，然后加入EDC(0.758g,3.95mmol)和DMAP(0.293g,2.4mmol)；隨后加入化合物1c(3mmol)?；旌衔锸覝胤磻?yīng)5h,用水洗3次，無(wú)水MgSO4干燥，濃縮后柱層析得產(chǎn)物1d
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ7.97(s,1H),7.65(m,4H,Ar-H),7.13(d,J＝7.88Hz,1H),5.36(s,2H,NCH2),4.58(t,J＝5.48Hz,2H),4.41(s,2H),4.35(t,J＝5.04Hz,2H),3.75(m,1H),2.27(t,J＝8.6Hz,2H),1.82(m,2H),1.36(s,18H).13C NMR(100MHz,DMSO-d6)δ171.84,171.30,155.52,144.45,142.18,135.85,131.90*2,129.26*2,125.27,124.65,121.30,119.07,113.56,103.28,97.90,80.43,78.15,75.34,62.38,61.31,59.78,53.42,48.50,29.84,28.15*3,27.53*3,25.71.LC-MS(APCI,Pos)m/z:813[M+Na]+.
實(shí)例4：
此實(shí)施例中，詳細(xì)描述了式(Ⅰ)中化合物1a的合成；按此合成方法可成功合成化合物2a-16a。
化合物1d(1.00g)加到CH2Cl2(3mL)和TFA(3mL)的混合液中，室溫反應(yīng)12h,真空濃縮后柱層析得產(chǎn)物1a。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ8.00(s,1H),7.65(m,4H,Ar-H),5.36(s,2H,NCH2),4.58(t,J＝5.24Hz,2H),4.40(s,2H),4.37(t,J＝4.96Hz,2H),3.74(m,1H),2.31(m,2H),1.95(m,2H).13C NMR(100MHz,DMSO-d6)δ174.51,171.61,144.51,142.26,141.89,135.88,131.96*2,129.31*2,125.32,124.71,121.34,119.10,113.65,103.32,97.92,75.40,62.57,61.32,59.85,54.82,29.14,24.68.LC-MS(APCI,Pos)m/z:635[M+1]+.
實(shí)例5:
此實(shí)施例中，詳細(xì)描述了式(Ⅰ)中化合物1a-16a和式(Ⅱ)中化合物1b-16b對(duì)茶樹(shù)的安全性評(píng)價(jià)。
將式中的式(Ⅰ)中部分化合物1a-16a和式(Ⅱ)中化合物1b-16b用少量甲醇溶解后，用含0.1％TW80的水配制成濃度為2mM藥液；同樣配制方法，另設(shè)0.2mM和2mM溴代吡咯腈以及2mM溴蟲(chóng)腈藥液作陽(yáng)性對(duì)照。將配好的藥液噴霧于三年生茶樹(shù)上，藥后7天觀察一次，共觀察63天。藥害現(xiàn)象及其分值如表2所示。
表2.藥害結(jié)果
其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：0–10分,1級(jí)；11–20分,2級(jí)；21–30分,3級(jí)；31–40分,4級(jí)；41–50分,5級(jí)；51–60分,6級(jí)；61–70分,7級(jí)；71–80分,8級(jí)；81–90分,9級(jí)；91–100分,10級(jí)。
由表2可知，溴代吡咯腈對(duì)茶樹(shù)均有藥害，其中0.2mM達(dá)7級(jí)，2mM達(dá)8級(jí)；而溴蟲(chóng)腈、化合物1a-16a和化合物1b-16b均不表現(xiàn)藥害。
實(shí)例6:
此實(shí)施例中，詳細(xì)描述了式(Ⅰ)中化合物1a-16a韌皮部輸導(dǎo)性。
主要采用蓖麻體系研究了化合物1a-16a韌皮部輸導(dǎo)性，同時(shí)設(shè)溴蟲(chóng)腈作為陽(yáng)性對(duì)照。將所有化合物用少量DMSO溶解，然后用用含0.1％TW80的水配制成濃度為0.2mM的藥液，按照經(jīng)典的蓖麻韌皮部輸導(dǎo)性方法，將蓖麻幼苗浸到藥液中，5h內(nèi)每隔1h收集韌皮部滲出液，收集的韌皮部滲出液用甲醇稀釋3倍，離心后取上清液按照各藥劑液相檢測(cè)條件進(jìn)行檢測(cè)。研究結(jié)果(見(jiàn)表3)表明，溴蟲(chóng)腈不具韌皮部輸導(dǎo)性，而化合物1a-16a均表現(xiàn)不同程度的韌皮部輸導(dǎo)性。
表3.化合物韌皮部輸導(dǎo)性
實(shí)例7:
此實(shí)施例中，詳細(xì)描述了式(Ⅰ)中化合物1a-16a和式(Ⅱ)中化合物1b-16b對(duì)小菜蛾、朱砂葉螨和南方根結(jié)線蟲(chóng)的活性。將同時(shí)化合物1a-16a、化合物1b-16b和溴蟲(chóng)腈用少量DMSO溶解，然后用用含0.1％TW80的水配制成濃度為1mM的藥液。采用浸葉法測(cè)式各化物對(duì)小菜蛾3齡幼蟲(chóng)的活性，處理后48h統(tǒng)計(jì)分析。采用玻片浸漬法測(cè)式各化物對(duì)朱砂葉螨的活性，處理后24h調(diào)查并統(tǒng)計(jì)分析。采用浸漬法測(cè)式各化物對(duì)南方根結(jié)線蟲(chóng)的活性，處理后48h在解剖鏡下調(diào)查并統(tǒng)計(jì)分析。測(cè)試結(jié)果(見(jiàn)表4)表明，化合物1a-16a和化合物1b-16b均對(duì)小菜蛾3齡幼蟲(chóng)、朱砂葉螨和南方根結(jié)線蟲(chóng)表現(xiàn)不同程度的毒殺活性。
表4.各化合物對(duì)小菜蛾3齡幼蟲(chóng)、朱砂葉螨和南方根結(jié)線蟲(chóng)的活性
實(shí)例8:
此實(shí)施例中，詳細(xì)描述了式(Ⅰ)中化合物1a-16a對(duì)茶棍薊馬的內(nèi)吸殺蟲(chóng)活性，另設(shè)溴蟲(chóng)腈作為藥劑對(duì)照。將所有化合物用少量DMSO溶解，然后用用含0.1％TW80的水配制成濃度為2mM的藥液。將茶棍薊馬若蟲(chóng)接種于1年生水培茶苗，培養(yǎng)48h后，將有茶棍薊馬若蟲(chóng)的茶苗移入40mL上述藥液中，繼續(xù)培養(yǎng)，分別于24h、48h和96h后后調(diào)查并統(tǒng)計(jì)分析。測(cè)試結(jié)果(見(jiàn)表5)表明，化合物1a-16a均對(duì)茶棍薊馬呈現(xiàn)良好的內(nèi)吸殺蟲(chóng)活性；而對(duì)照藥溴蟲(chóng)腈的內(nèi)吸殺蟲(chóng)活性并不明顯。
表5.各化合物對(duì)茶棍薊馬的內(nèi)吸殺蟲(chóng)活性