吡唑醚菌酯原藥的主要雜質(zhì)及合成研究

高士杰，樊 凱，張金凱，管陽(yáng)凡，鄭錦彪，胡曉明

（上海曉明檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 200335）

◆研究與開(kāi)發(fā)◆

吡唑醚菌酯原藥的主要雜質(zhì)及合成研究

高士杰，樊 凱，張金凱，管陽(yáng)凡，鄭錦彪，胡曉明

（上海曉明檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 200335）

吡唑醚菌酯原藥中含有3個(gè)在生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的含量較高的雜質(zhì)，以吡唑醚菌酯原藥為原料，合成了這些雜質(zhì)，NMR和MS表征了其結(jié)構(gòu)，并通過(guò)對(duì)原藥重結(jié)晶純化制得標(biāo)準(zhǔn)品，為吡唑醚菌酯原藥合成工藝的控制和全組分分析提供支持。

吡唑醚菌酯；雜質(zhì)；標(biāo)準(zhǔn)品；合成

吡唑醚菌酯（pyraclostrobin）又名唑菌胺酯，是含有吡唑結(jié)構(gòu)的新型甲氧基丙烯酸酯類(lèi)殺菌劑。該品種低毒、高效、廣譜，對(duì)多種作物，包括麥類(lèi)、葡萄、果蔬上眾多病害有效。

隨著環(huán)境保護(hù)及農(nóng)藥原藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，對(duì)農(nóng)藥產(chǎn)品中雜質(zhì)的研究日益深入。通過(guò)超高壓液相色譜-質(zhì)譜（UPLC-MS）聯(lián)用以及高能誘導(dǎo)裂解（HCD）技術(shù)對(duì)吡唑醚菌酯原藥進(jìn)行測(cè)試分析，重點(diǎn)研究質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.1%（歸一法）的3個(gè)雜質(zhì)。通過(guò)質(zhì)譜特點(diǎn)，結(jié)合吡唑醚菌酯的生產(chǎn)工藝，推測(cè)其雜質(zhì)為脫甲氧基物（PCT-DMO）、氯乙基物（PCT-CE）和溴代物（PCT-Br），雜質(zhì)結(jié)構(gòu)式如圖1。

圖1 吡唑醚菌酯及其推測(cè)雜質(zhì)結(jié)構(gòu)

以上推測(cè)的依據(jù)除了質(zhì)譜中分子離子峰信息外，還根據(jù)吡唑醚菌酯的生產(chǎn)工藝。在吡唑醚菌酯的多種生產(chǎn)工藝中，圖2所示方法最常用，以鄰硝基甲苯為原料，經(jīng)還原、?；⒓谆?、溴化以及醚化得到吡唑醚菌酯[1]。

如果還原產(chǎn)物中間體PCT-Z1發(fā)生過(guò)度還原，生成的鄰甲基苯胺參與后續(xù)反應(yīng)，將最終導(dǎo)致PCT-DMO雜質(zhì)的產(chǎn)生。

圖2 吡唑醚菌酯生產(chǎn)工藝流程

目前溴化工藝工業(yè)生產(chǎn)中常采用二氯乙烷代替四氯化碳或氯仿做溶劑，?；a(chǎn)物PCT-Z2未完全甲基化，將最終導(dǎo)致PCT-CE雜質(zhì)的產(chǎn)生。

溴化工藝中原料溴或者NBS等含溴化合物如果殘留并攜帶進(jìn)入醚化工藝，將最終導(dǎo)致PCT-Br雜質(zhì)的產(chǎn)生。

以上雜質(zhì)產(chǎn)生途徑是根據(jù)工藝流程推測(cè)的最可能方式。其實(shí)，生產(chǎn)者根據(jù)自身的工藝特點(diǎn)和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控，才能得到最接近真實(shí)的雜質(zhì)產(chǎn)生途徑。

為了更好地監(jiān)控吡唑醚菌酯生產(chǎn)過(guò)程，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全組分分析，需要得到雜質(zhì)的純品。如果能通過(guò)簡(jiǎn)單的合成手段制備出這些推測(cè)結(jié)構(gòu)的化合物，并證實(shí)與原藥中雜質(zhì)結(jié)構(gòu)一致，勢(shì)必大大提高工作效率，并可以進(jìn)行雜質(zhì)的批量合成。這些推測(cè)的雜質(zhì)結(jié)構(gòu)與吡唑醚菌酯有相同的母體結(jié)構(gòu)，所以嘗試采用吡唑醚菌酯為原料來(lái)制備。

吡唑醚菌酯首先選擇性脫甲基制備其脫甲基物PCT-DM。文獻(xiàn)[2]報(bào)道了AlCl3-NaI-CH3CN反應(yīng)體系可以用于酚羥基的選擇性脫甲基，將該方法用于吡唑醚菌酯結(jié)構(gòu)中O-甲基羥胺基團(tuán)的脫甲基反應(yīng)，獲得了較好的結(jié)果。PCT-DM再經(jīng)過(guò)還原反應(yīng)可制備PCT-DMO，羥胺還原反應(yīng)采用活潑金屬或硫化物作為還原劑，鋅粉或鐵粉是常用的還原試劑。合成工藝見(jiàn)圖3。

圖3 雜質(zhì)PCT-DMO的合成工藝流程

PCT-DM與1-溴-2-氯乙烷經(jīng)取代反應(yīng)可制備 PCT-CE（見(jiàn)圖4）。

圖4 雜質(zhì)PCT-CE的合成工藝流程

溴代物PCT-Br采用吡唑醚菌酯經(jīng)溴代反應(yīng)合成，在不考慮取代基團(tuán)對(duì)電子云密度影響的前提下，吡唑化合物的親電取代活性介于吡啶化合物和吡咯化合物之間，其活性強(qiáng)于前者而弱于后者。吡唑化合物的取代反應(yīng)較復(fù)雜，隨著結(jié)構(gòu)中原有取代基的不同以及反應(yīng)試劑和反應(yīng)條件的不同，取代產(chǎn)物也不同。對(duì)于鹵代反應(yīng)，吡唑環(huán)上的4位一般優(yōu)先發(fā)生親電取代反應(yīng)[3-4]。在吡唑醚菌酯的結(jié)構(gòu)中，由于吡唑環(huán)3位被給電子基（芐氧基團(tuán)）取代，使得4位的親電取代反應(yīng)活性進(jìn)一步增強(qiáng)，溴代反應(yīng)更容易發(fā)生，因此嘗試按圖5所示工藝流程來(lái)合成PCT-Br，該反應(yīng)也是PCT-Br雜質(zhì)在原藥中產(chǎn)生的推測(cè)原因。

為了進(jìn)行吡唑醚菌酯原藥的全組分分析，還需要得到其標(biāo)準(zhǔn)品，目前國(guó)外銷(xiāo)售有證標(biāo)準(zhǔn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.0%，國(guó)內(nèi)尚無(wú)企業(yè)或單位銷(xiāo)售該農(nóng)藥合格標(biāo)準(zhǔn)品。為了彌補(bǔ)該品種標(biāo)準(zhǔn)品的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空白，我們進(jìn)行了吡唑醚菌酯標(biāo)準(zhǔn)品的制備和純度測(cè)定研究。

圖5 雜質(zhì)PCT-Br的合成工藝

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及原料

1H NMR測(cè)試采用Bruker Avance 400型超導(dǎo)核磁儀（CDCl3為溶劑）；LC-MS測(cè)試采用Dionex Ultra 3000型超高壓液相色譜儀和Q-ExactiveTM組合型四極桿-高分辨軌道阱質(zhì)譜儀。吡唑醚菌酯原藥為工業(yè)品，質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%；其他試劑及藥品均為市售分析純或化學(xué)純。

1.2 吡唑醚菌酯脫甲基物PCT-DM的制備

氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在1 000 mL四口燒瓶中依次加入25 g（63.2 mmol）吡唑醚菌酯、300 mL無(wú)水乙腈和43 g（322 mmol）三氯化鋁，攪拌并冷卻至-10～-5℃，分3次加入48.3 g（322 mmol）碘化鈉，-5～0℃保溫反應(yīng)2h。將反應(yīng)液傾入冰水中，攪拌15min，加乙酸乙酯萃取分液，有機(jī)相經(jīng)水洗，硫代硫酸鈉水溶液洗滌，飽和氯化鈉水溶液洗滌，經(jīng)無(wú)水硫酸鎂干燥，旋蒸得粗品，硅膠柱層析純化得17.3 g PCT-DM，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99%，收率72%。本品為白色固體。

UPLC-MS（m/z,ESI＋）：374.089 0（M+H）＋；374.090 2（理論值）。

1.3 吡唑醚菌酯脫甲氧基物PCT-DMO的制備

在1 000 mL四口燒瓶中依次加入4.0 g（10.6 mmol）PCT-DM、500 mL乙醇和6 g（91.7 mmol）鋅粉，室溫?cái)嚢?，混合均勻，緩慢滴?0%氯化銨水溶液100 mL（187 mmol），滴畢繼續(xù)常溫?cái)嚢璺磻?yīng)2 h，薄層色譜監(jiān)控PCT-DM反應(yīng)完全。減壓濃縮除去乙醇，再加入乙酸乙酯和水，攪拌，過(guò)濾，分液。有機(jī)相用飽和氯化鈉水溶液洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，旋蒸得3.4 g PCT-DMO，質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%，收率89%。本品為白色固體。

1.4 吡唑醚菌酯氯乙基物PCT-CE的制備

氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在250 mL四口燒瓶中依次加入5.0 g（13.3 mmol）PCT-DM、70 mL 1-溴-2-氯乙烷、2 mL DMF和1.5 g（26.8 mmol）KOH，常溫?cái)嚢璺磻?yīng)4 h，薄層色譜監(jiān)控PCT-DM反應(yīng)完全。加入二氯乙烷和水，分液，有機(jī)相水洗，無(wú)水硫酸鎂干燥，旋蒸得粗品，硅膠柱層析純化得3.7 g PCT-CE，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99%，收率64%。本品為白色固體。

1.5 吡唑醚菌酯溴代物PCT-Br的制備

氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在100 mL四口燒瓶中加入6.0 g（15.2 mmol）吡唑醚菌酯、20 mL冰醋酸，室溫?cái)嚢枞芙猓渭? mL含液溴2.5 g（31.3 mmol）的乙酸溶液，常溫?cái)嚢璺磻?yīng)4 h，薄層色譜監(jiān)控原料吡唑醚菌酯基本反應(yīng)完全。加入少量水，過(guò)濾，濾餅用乙酸乙酯溶解，亞硫酸鈉水溶液洗滌，飽和氯化鈉水溶液洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，旋蒸得5.4 g PCT-Br，質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%，收率76%。本品為白色固體。

1.6 吡唑醚菌酯標(biāo)準(zhǔn)品的制備

在配有機(jī)械攪拌器、溫度計(jì)、回流冷凝裝置的反應(yīng)釜中，加入400 g吡唑醚菌酯原藥和1 200 mL無(wú)水乙醇，加熱溶解，趁熱過(guò)濾除去不溶物。濾液再重新加熱溶解并加入600 mL去離子水，保持溶液始終處于澄清狀態(tài)，攪拌緩慢降溫至室溫，再用冰水浴降溫，析出油狀物，停止攪拌，分出下層油狀物。向油狀物中加入800 mL無(wú)水乙醇，加熱攪拌使澄清，緩慢降溫至10℃，加入少量吡唑醚菌酯晶種，保溫?cái)嚢栉鼍?，過(guò)濾，得濾餅360 g（濕重）。

該濾餅再用無(wú)水乙醇重結(jié)晶2次，過(guò)濾，烘干后得吡唑醚菌酯標(biāo)準(zhǔn)品155 g，外標(biāo)法測(cè)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.0%的國(guó)外有證標(biāo)準(zhǔn)品為對(duì)照）。

2 合成雜質(zhì)與原藥中雜質(zhì)的對(duì)比與確認(rèn)

從核磁氫譜測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，合成的雜質(zhì)與其目標(biāo)結(jié)構(gòu)式完全吻合。通過(guò)對(duì)比PCT-Br和吡唑醚菌酯原藥核磁圖譜，可看出吡唑環(huán)4位發(fā)生了取代反應(yīng)，從而確證了PCT-Br的結(jié)構(gòu)。

將合成的3個(gè)雜質(zhì)進(jìn)行液質(zhì)分析，并將其保留時(shí)間、質(zhì)譜信息與吡唑醚菌酯原藥中的雜質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明：合成的雜質(zhì)與原藥中雜質(zhì)的保留時(shí)間、質(zhì)譜譜圖一致。由于合成樣品的進(jìn)樣濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原藥中的雜質(zhì)，因此，液相色譜峰保留時(shí)間向后偏移，但數(shù)據(jù)偏差在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)。合成雜質(zhì)的全波長(zhǎng)光譜掃描曲線與原藥中相對(duì)應(yīng)的雜質(zhì)也完全一致。

表1 合成雜質(zhì)與原藥中雜質(zhì)的液質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)比

3 結(jié)果與討論

由于原藥中雜質(zhì)的需要量并不大，本文研究重點(diǎn)是以簡(jiǎn)單易得的原料，通過(guò)盡量簡(jiǎn)便的工藝和提純方法得到雜質(zhì)純品，未對(duì)收率做過(guò)多研究。

3.1 雜質(zhì)制備結(jié)果討論

脫甲基物PCT-DM的制備工藝若采用AlCl3/吡啶反應(yīng)體系，則反應(yīng)不能發(fā)生。采用AlCl3/NaI/CH3CN反應(yīng)體系，反應(yīng)可順利發(fā)生，但反應(yīng)溫度不宜過(guò)高，反應(yīng)時(shí)間也不宜過(guò)長(zhǎng)，并通過(guò)TLC監(jiān)控，及時(shí)停止反應(yīng)，原料吡唑醚菌酯部分剩余。若溫度過(guò)高，或反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，副產(chǎn)物對(duì)氯苯基吡唑醇將大大增加，收率降低，且不利于純化。

副產(chǎn)物對(duì)氯苯基吡唑醇是由吡唑醚菌酯結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定造成。在堿性條件或強(qiáng)酸性條件下，吡唑醚菌酯水解產(chǎn)物并不是酯水解后的羧酸，而是對(duì)氯苯基吡唑醇，而另外的苯基-(N-甲氧基)氨基酸甲酯片段被降解成多種小分子化合物。

脫甲氧基物PCT-DMO制備工藝中，若采用Zn/HCl還原體系于室溫反應(yīng)，則無(wú)法得到該雜質(zhì)。主要是由于反應(yīng)體系酸性太強(qiáng)，生成副產(chǎn)物對(duì)氯苯基吡唑醇等。而在還原體系Zn/NH4Cl/EtOH/H2O中反應(yīng)，則目標(biāo)物純度高，副產(chǎn)物少。

氯乙基物PCT-CE的制備工藝中，若以1-溴-2-氯乙烷/三乙胺為反應(yīng)體系，即使加熱反應(yīng)也無(wú)法進(jìn)行。而在1-溴-2-氯乙烷/KOH/DMF體系中，室溫反應(yīng)即可獲得很好的收率，少量DMF的加入主要是為了提高KOH在體系中的溶解性。

吡唑醚菌酯中吡唑環(huán)4位易發(fā)生親電取代反應(yīng)，在Br2/HOAc反應(yīng)體系中室溫條件下即可發(fā)生溴代反應(yīng)，產(chǎn)物單一，無(wú)其他副產(chǎn)物產(chǎn)生，且后處理簡(jiǎn)單，可直接得到高純度的PCT-Br產(chǎn)品。

我們還采用NBS/二氯乙烷反應(yīng)體系對(duì)吡唑醚菌酯進(jìn)行溴代，同樣在室溫下反應(yīng)就可以得到高純度的PCT-Br，不需要升溫或加入任何引發(fā)劑。吡唑醚菌酯的吡唑環(huán)易于發(fā)生溴代反應(yīng)，這也是PCT-Br雜質(zhì)在原藥中容易形成的重要原因。

3.2 吡唑醚菌酯標(biāo)準(zhǔn)品制備結(jié)果討論

吡唑醚菌酯原藥若采用乙酸乙酯-正己烷混合溶劑重結(jié)晶，則很難得到高純度的樣品；但采用單一溶劑無(wú)水乙醇重結(jié)晶，可以得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的吡唑醚菌酯。由于吡唑醚菌酯的熔點(diǎn)較低，為促進(jìn)析出和控制析晶速度，必要時(shí)需要在適當(dāng)溫度下加入少量的晶種。

本方法可得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)在99.5%以上的吡唑醚菌酯標(biāo)準(zhǔn)品，高于國(guó)外有證標(biāo)準(zhǔn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，且提純工藝簡(jiǎn)便，成本低廉，能夠大批量制備吡唑醚菌酯標(biāo)準(zhǔn)品，產(chǎn)品質(zhì)量也得到了國(guó)內(nèi)多家權(quán)威檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合驗(yàn)證。

3.3 原藥雜質(zhì)研究工作為生產(chǎn)優(yōu)化提供了依據(jù)

本研究不僅制備了全組分分析所需要的雜質(zhì)標(biāo)樣和吡唑醚菌酯標(biāo)準(zhǔn)品，而且還發(fā)現(xiàn)了吡唑醚菌酯結(jié)構(gòu)的一些穩(wěn)定性規(guī)律。該結(jié)構(gòu)在酸、堿條件下容易遭到破壞，結(jié)構(gòu)中的吡唑環(huán)很容易發(fā)生取代反應(yīng)，這些性質(zhì)會(huì)導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)中某些雜質(zhì)的生成，從而影響原藥產(chǎn)品的純度。

不同生產(chǎn)企業(yè)原藥制備工藝、操作條件均不同，最終原藥中的雜質(zhì)種類(lèi)和含量也各不相同。有些企業(yè)的原藥中并不含本文所述的這幾種雜質(zhì)，或含量較低，但含有其他結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的產(chǎn)生基本上都能從原材料和生產(chǎn)工藝角度進(jìn)行解釋。因此，分析原藥中的雜質(zhì)結(jié)構(gòu)和來(lái)源還可以為生產(chǎn)工藝的優(yōu)化提供依據(jù)。

采用本文所述路線合成吡唑醚菌酯，通過(guò)控制還原反應(yīng)條件，減少過(guò)度還原生成鄰甲基苯胺的量，就可以控制PCT-DMO雜質(zhì)的產(chǎn)生；通過(guò)控制溴化工藝中反應(yīng)條件或不使用二氯乙烷為溶劑，將可以減少或避免PCT-CE雜質(zhì)的產(chǎn)生；溴化工藝后通過(guò)后處理減少溴或者NBS進(jìn)入醚化工藝，將會(huì)減少PCT-Br雜質(zhì)的產(chǎn)生。

當(dāng)然，工藝的調(diào)整可以減少某些雜質(zhì)的生成，但往往也會(huì)增加其他雜質(zhì)引入的可能。雜質(zhì)不可避免，但可以通過(guò)工藝調(diào)整，改變?cè)幹须s質(zhì)的種類(lèi)和含量，對(duì)于那些環(huán)境危害大、難降解的雜質(zhì)，就可以通過(guò)工藝調(diào)整去除。

4 結(jié)論

為了進(jìn)行吡唑醚菌酯原藥的全組分分析，需要得到原藥中質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.1%的雜質(zhì)標(biāo)樣以及標(biāo)準(zhǔn)品。本文所涉及的吡唑醚菌酯原藥中含有脫甲氧基物、氯乙基物及溴代物等雜質(zhì)，本研究從生產(chǎn)工藝角度分析了這些雜質(zhì)最可能的分子結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生途徑。以吡唑醚菌酯原藥為原料，采用簡(jiǎn)易的方法制備了這些雜質(zhì)化合物，并通過(guò)液相色譜-質(zhì)譜、核磁確證了其結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)原藥的多次重結(jié)晶，得到了質(zhì)量分?jǐn)?shù)在99.5%以上的吡唑醚菌酯標(biāo)準(zhǔn)品。

對(duì)吡唑醚菌酯原藥雜質(zhì)的研究工作不僅保證了全組分分析工作的順利進(jìn)行，還通過(guò)對(duì)雜質(zhì)形成機(jī)制的研究，為該品種生產(chǎn)工藝的控制和優(yōu)化提供了重要依據(jù)。

[1]李清,李巍,劉東志,等.吡唑醚菌酯的合成研究 [J].化學(xué)工業(yè)與工程,2016,33(1):45-50.

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Main Impurities and the Synthetic Process in Pyraclostrobin TC

GAO Shi-jie,FAN Kai,ZHANG Jin-kai,GUAN Yang-fan,ZHENG Jin-biao,HU Xiao-ming
(GreenTech Laboratory Co.,Ltd.,Shanghai 200335,China)

There were three impurities with relatively high contents in pyraclostrobin TC during the synthesis process.The impurities were prepared from pyraclostrobin TC and their structures were characterized by NMR and MS.The standard material of pyraclostrobin was also prepared through recrystallization.The study provided support for the synthesis process of pyraclostrobin TC and full components analysis.

pyraclostrobin;impurity;standard material;synthesis

TQ 450.1

A

10.3969/j.issn.1671-5284.2017.06.005

2017-09-09

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目—色譜法測(cè)定殘留三唑類(lèi)農(nóng)藥殺菌劑標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制（15142201700）

高士杰（1971—），男，工程師，主要從事農(nóng)藥、中間體以及雜質(zhì)的合成工作。E-mail：shijie_gao@greentechlab.cn

（責(zé)任編輯：顧林玲）