呋蟲胺及中間體合成路線的再研究

摘 要：本文以丙二酸二乙酯為原料，在乙醇鈉條件下與氯乙酸乙酯反應(yīng)生成乙烷-1，2，2-三羧酸乙酯，再用硼氫化鈉還原得2-羥基-1，4-丁二醇，在對(duì)甲苯磺酸的催化下脫水環(huán)合成3-羥甲基四氫呋喃，再與對(duì)甲苯磺酰氯、三乙胺反應(yīng)生成3-四氫呋喃甲基對(duì)甲苯磺酸酯；甲醛水溶液、甲基硝基胍、甲胺水溶液在乙醇中反應(yīng)生成1，5-二甲基-2-硝基亞胺六氫-1，3，5-三嗪；3-四氫呋喃甲基對(duì)甲苯磺酸酯與1，5-二甲基-2-硝基亞胺六氫-1，3，5-三嗪反應(yīng)生成呋蟲胺。

關(guān)鍵詞：呋蟲胺 路線 煙堿 新工藝 收率

中圖分類號(hào)：S48文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（a）-0005-02

1 概述

呋蟲胺（dinotefuran）是日本三井東壓化學(xué)株式會(huì)社開發(fā)，并在2002年上市的新型煙堿類殺蟲劑。是唯一不含氯原子和芳環(huán)的新型煙堿，其特征取代基為（四氫-3-呋喃）-甲基。被稱為第三代煙堿類殺蟲劑[1]。

呋蟲胺的化學(xué)名稱為（R/S）-1-甲基-2-硝基-3-（四氫-3-呋喃甲基）胍。CAS號(hào)為165252-70-0。分子式為C7H14N4O，分子量為202.21。純品為白色結(jié)晶，熔點(diǎn)107.5℃，蒸氣壓小于1.7×10-6pa（30℃），密度1.33（25℃）。溶解度為水中40g/L，難溶于環(huán)己烷，二甲苯等有機(jī)溶劑。結(jié)構(gòu)式如圖1。

相對(duì)其他農(nóng)藥，呋蟲胺對(duì)哺乳動(dòng)物安全，無致畸性、致癌性和致突變性。對(duì)水生動(dòng)物、鳥類和蜜蜂安全。對(duì)半翅目、鱗翅目、雙翅目、甲蟲目和總翅目的害蟲高效。其殺蟲譜廣泛。對(duì)水稻害蟲褐飛虱、白背飛虱、灰飛虱、黑尾葉蟬、稻蛛椽蝽象、二小星蝽象、稻綠蝽象、紅須盲蝽、稻負(fù)混蟲、稻筒水螟，蔬菜水果害蟲蚜蟲類、粉虱類、蚧類、矢尖盾蚧、朱綠蝽、桃小食心蟲、桔潛蛾、茶細(xì)蛾、黃條跳甲、豆?jié)撓壐咝А?duì)水稻害蟲二化螟、稻蝗類和蔬菜水果害蟲角臘蚧、小菜蛾、二黑條葉甲、茶黃薊馬、煙薊馬、黃薊馬、柑橘黃薊馬、大豆莢癭蚊、番茄潛葉蠅有效。其作用機(jī)理主要是作用于昆蟲的神經(jīng)傳遞系統(tǒng)，使害蟲引起麻痹而殺蟲[2]。

現(xiàn)有的呋蟲胺的合成主要以3-四氫呋喃甲醇或者3-四氫呋喃甲胺為原料，進(jìn)行合成。主要的合成路線有如下：3-四氫呋喃甲基三氟甲基磺酸酯法、3-四氫呋喃甲基對(duì)甲苯磺酸酯法、S-甲基-N-硝基-N’-甲基異硫脲法，總收率36.4%、S-甲基-N-硝基-N’-鄰苯二甲酰異硫脲法，總產(chǎn)量51.6%、O-甲基-N-硝基異脲法，總產(chǎn)率77.4%。

綜合復(fù)雜程度和原料的易得程度考慮，該文選擇3-四氫呋喃甲基對(duì)甲苯磺酸酯法。以此方法為基礎(chǔ)，研究了新的生產(chǎn)工藝，即以丙二酸二乙酯為原料，在乙醇鈉條件下與氯乙酸乙酯反應(yīng)生成乙烷-1，2，2-三羧酸乙酯，再用硼氫化鈉還原得2-羥基-1，4-丁二醇，在對(duì)甲苯磺酸的催化下脫水環(huán)合成3-羥甲基四氫呋喃，再與對(duì)甲苯磺酰氯、三乙胺反應(yīng)生成3-四氫呋喃甲基對(duì)甲苯磺酸酯；甲醛水溶液、甲基硝基胍、甲胺水溶液在乙醇中反應(yīng)生成1，5-二甲基-2-硝基亞胺六氫-1，3，5-三嗪；3-四氫呋喃甲基對(duì)甲苯磺酸酯與1，5-二甲基-2-硝基亞胺六氫-1，3，5-三嗪反應(yīng)生成呋蟲胺。具體的步驟為（圖2）

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 呋蟲胺合成的中間體3-四氫呋喃甲醇的合成（圖3）

2.2 乙烷-1，2，2-三羧酸乙酯的合成（圖4）

量取300ml的無水乙醇加入三口瓶中，加入磁子，并在三口瓶處加入球形冷凝管和恒壓滴液漏斗，通冷凝水。攪拌中緩慢加入12g的金屬鈉。待金屬鈉完全溶解后，油浴升溫至回流，分別滴加87g的丙二酸二乙酯和59g的氯乙酸乙酯。待滴加完畢后，加入少量的KI，繼續(xù)回流12h?；亓鹘Y(jié)束后，冷卻反應(yīng)；抽濾白色固體氯化鈉；加入80ml蒸餾水，旋蒸除去乙醇，加入40ml×2乙酸乙酯進(jìn)行萃取，加入25ml的蒸餾水洗滌有機(jī)相，MgSO4干燥，過濾，減壓蒸餾，前餾分在38℃～42℃；第二餾分在108℃～112℃；加熱至172℃，收集產(chǎn)物，餾程為120℃～142℃。得到產(chǎn)品53g左右，無色透明液體，51ml，收率為45%。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

2.2.1 無水乙醇中加入金屬鈉，反應(yīng)激烈，15min后完全溶解；

2.2.2 升溫至90℃的時(shí)候，溶液開始回流；

2.2.3 滴入丙二酸二乙酯和氯乙酸乙酯后，溶液中有大量的白色固體出現(xiàn)，為NaCl；

2.3 2-羥基-1，4-丁二醇的合成（圖5）

量取乙烷-1，1，2-三羧酸乙酯51ml和25g的硼氫化鈉溶于380ml的叔丁醇溶液中，加熱至回流；緩慢加入30ml的甲醇，加完后繼續(xù)回流4h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，加入濃HCl（6M），調(diào)至pH為中性，有大量白色的固體出現(xiàn)，抽濾。300ml乙醇洗滌固體，無水硫酸鎂干燥，過濾，旋蒸濃縮，得到淡黃色油狀物17g。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

2.3.1 回流的溫度為90℃；

2.3.2 加入甲醇后，溶液呈現(xiàn)淡黃色；反應(yīng)2h后，溶液呈現(xiàn)淡黃色；

2.3.3 加入濃鹽酸后，有大量白色固體出現(xiàn)；

2.4 3-羥甲基四氫呋喃的合成（圖6）

將12g的2-羥甲基-1，4-丁二醇和50ml的甲苯溶液置于反應(yīng)瓶中，磁力攪拌，加入0.1g對(duì)甲苯磺酸作催化劑，進(jìn)行回流，回流溫度在110℃左右?；亓鞣磻?yīng)16h。旋蒸除去甲苯，殘物用乙醚萃取，無水硫酸鎂干燥。除去乙醚，然后減壓蒸餾得到產(chǎn)品3g，無色透明的溶液，收率為29%。

2.5 3-甲烷磺酸氧甲基四氫呋喃的合成（圖7）

稱取3g 3-四氫呋喃甲醇、對(duì)甲苯磺酰氯48g、三乙胺26g和甲苯75ml，置于反應(yīng)瓶中，磁力攪拌，進(jìn)行回流?；亓鞣磻?yīng)需進(jìn)行10h。待反應(yīng)冷卻后，加入100ml的水洗滌，分層后繼續(xù)用50x2ml水洗滌。有機(jī)層用無水硫酸鎂干燥，減壓蒸去甲苯，后減壓得到產(chǎn)品5.1g，褐色液體，收率為69%。

2.6 1，5-二甲基-2-硝基亞胺六氫-1，3，5-三嗪的合成（圖8）

將48.7g 37%甲醛水溶液在冰冷下慢慢地滴入18g的甲基硝基胍、37.2g 30%甲胺水溶液和15ml乙醇中。在50°C下攪拌了6h。冷至0°C，有大量固體，過濾，烘干，得到產(chǎn)品10g，白色固體，收率為38%。

2.7 1-甲基-2-硝基-3-（四氫-3-呋喃甲基）胍（呋蟲胺）的合成（圖9）

稱取化合物1，5-二甲基-2-硝基亞胺六氫-1，3，5-三嗪2.6g，置于三口反應(yīng)瓶中，加入30ml的二甲基甲酰胺（DMF）溶劑，磁力攪拌，溶解。然后加入1.1g甲醇鈉室溫?cái)嚢?h。加入化合物3-四氫呋喃甲基對(duì)甲苯磺酸酯5.2g，在溫度50℃下攪拌6h。冷卻至室溫，加入濃鹽酸50ml（濃度為2N），繼續(xù)在50℃水解反應(yīng)3h。將反應(yīng)液冷卻，加入少量碳酸鈉中和，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，殘留物用二氯甲烷萃取，硫酸鎂干燥，濃縮后冷卻得到白色的固體1.4g。收率為46.2%。

3 結(jié)語(yǔ)

本合成路線以廉價(jià)的丙二酸二乙酯和氯乙酸乙酯為起始原料，通過六步化學(xué)反應(yīng)合成新型農(nóng)藥呋蟲胺。其中各種試劑藥品廉價(jià)易得。合成步驟簡(jiǎn)單易行。但是由于合成路線步驟較長(zhǎng)，所以總收率較低。

參考文獻(xiàn)

[1]趙聰，楊文革，胡永紅，等.呋蟲胺及其中間體的合成方法[J].現(xiàn)代農(nóng)藥，2009，

[2]張亦冰.新內(nèi)吸殺蟲劑——呋蟲胺[J].世界農(nóng)藥，2003.

[3]劉安昌，張良，譚珍友，等.新型煙堿類殺蟲劑呋蟲胺的合成研究[J].世界農(nóng)藥.2009.