二化螟性信息素組分(Z)-13-十八碳烯醛的合成

劉 彬, 曾瑞昌, 婁大偉

(1. 吉林化工學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林 吉林 132022； 2. 吉林大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130012； 3. 朝陽科技大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)系，臺灣 臺中 426132)

二化螟屬于鱗翅目，螟蛾科,是一種分布廣泛的世界性害蟲[1-4]。二化螟是一種雜食性昆蟲，能危害水稻、玉米、麥類等農(nóng)作物，還會危害蘆葦、稗等雜草，其中對水稻的危害最為嚴(yán)重。我國是水稻種植大國，二化螟在我國所有水稻種植區(qū)域都有分布，是我國水稻生產(chǎn)上危害最為嚴(yán)重的常發(fā)性害蟲之一，每年對我國水稻都造成嚴(yán)重的產(chǎn)量損失[5-8]。

目前對于二化螟最主要的防治方法是化學(xué)防治。但是二化螟發(fā)生期較長，這就導(dǎo)致用藥次數(shù)過多，使二化螟抗藥性增強(qiáng)，農(nóng)作物農(nóng)藥殘留，對人類、牲畜、螟蟲天敵及環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。隨著人們生活和健康水平的提高，對綠色食品的需求量快速增加，因此尋找安全、環(huán)境相容性好的綠色農(nóng)藥成為當(dāng)今研究的重點。昆蟲性信息素防治害蟲具有專一性強(qiáng)、對環(huán)境友好、不殺害天敵、不會使害蟲產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點。

Scheme 1

二化螟性信息素的主要成分為(Z)-11-十六碳烯醛、(Z)-13-十八碳烯醛、(Z)-9-十六碳烯醛，且3種組分的質(zhì)量比大約為48/6/5[12-14]。目前利用二化螟性信息素進(jìn)行大量誘捕、蟲情檢測、干擾交配等田間試驗的相關(guān)報道較多，但是關(guān)于二化螟性信息素的合成報道較少[15-18]。對于二化螟性信息素組分(Z)-13-十八碳烯醛的合成方法已有相關(guān)報道[19-20]，主要是通過Wittig 反應(yīng)路線或者炔烴選擇性還原路線來制備。Wittig 路線產(chǎn)率低，產(chǎn)物中容易有順反異構(gòu)體，且有副產(chǎn)物三苯氧膦生成。炔烴的選擇性還原路線通常需要直接使用高純度的氫氣，對于實驗操作人員的要求較高，有時候可能會有過度氫化的問題。本文采用炔化物還原路線來合成(Z)-13-十八碳烯醛，在炔化物路線的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化[21]，得到一條產(chǎn)率較高，成本較低，反應(yīng)條件溫和的合成路線。

以市售的1,12-十二烷二醇(2)為起始物，與氫溴酸先進(jìn)行單邊溴化生成12-溴-1-十二烷醇(3)；接著將羥基用DHP(二氫吡喃)保護(hù)生成2-(12-溴-十二烷氧基)-四氫吡喃(4)，再與1-己炔(5)進(jìn)行烷基化反應(yīng)得到2-(13-十八碳炔氧基)-四氫吡喃(6)；再進(jìn)行順式氫化反應(yīng)得到2-((Z)-13-十八碳烯氧基)-四氫吡喃(7)；酸性條件下脫除羥基保護(hù)得到(Z)-13-十八碳烯-1-醇(8)；將烯醇化合物與氯鉻酸吡啶鹽在二氯甲烷中進(jìn)行氧化反應(yīng)得到得到最終的目標(biāo)化合物(Z)-13-十八碳烯醛(1)。其余另外兩種組分(Z)-11-十六碳烯醛、(Z)-9-十六碳烯醛也均采用此方法制備，分別以1,10-癸二醇，1,8-辛二醇為起始物二醇，經(jīng)過單邊溴化反應(yīng)、上保護(hù)，再分別與1-己炔、1-辛炔進(jìn)行烷基化反應(yīng)，之后進(jìn)行炔烴還原、去保護(hù)、氧化反應(yīng)。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Varian Gemini 200 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))。

所用試劑均為分析純，阿拉丁試劑。

1.2 合成

(1)3的合成

稱取28.20 g(40.53 mmol)溶解于160 mL甲苯中，升溫待2完全溶解后緩慢滴加48%氫溴酸8.20 g(48.64 mmol)于120 ℃攪拌回流16 h；置于冰浴中30 min后抽濾，濾餅用正己烷洗滌3次，收集濾渣干燥。濾液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，加入飽和碳酸氫鈉溶液100 mL洗滌，分液，水層用正己烷 (3×25 mL)萃取，合并有機(jī)層，加入飽和食鹽水200 mL鹽析，無水MgSO4干燥，過濾，減壓濃縮后得淡黃色油狀液體36.86 g，產(chǎn)率92%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 3.64(t,J=6.4 Hz, 2H), 3.41(t,J=6.8 Hz, 2H), 1.90～1.79(m, 2H), 1.61～1.51(m, 2H), 1.42～1.28(m, 16H)。

(2)4的合成

稱取335.66 g(134.45 mmol)于圓底燒瓶中，依次加入對甲苯磺酸一水合物0.26 g(1.36 mmol)和二氯甲烷135 mL，冰浴條件下，滴加3,4-二氫吡喃13.86 g(164.76 mmol)，攪拌30 min后移去冰浴，室溫下反應(yīng)16 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液60 mL繼續(xù)攪拌10 min。溶液移至分液漏斗，加入飽和碳酸氫鈉溶液洗滌，水層用正己烷(3×30 mL)萃取合并有機(jī)層，加入飽和食鹽水150 mL鹽析，無水MgSO4干燥過濾，減壓濃縮后得深橘色油狀液體443.23 g，產(chǎn)率92%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 4.59～4.57(m, 1H), 3.88～3.33(m, 6H), 1.89～1.46(m, 10H), 1.42～1.28(m, 16H)。

(3)6的合成

氮氣保護(hù)下，用注射器將無水四氫呋喃160 mL和1-己炔2.59 g(31.53 mmol)加入雙頸瓶中，冰浴冷卻，加入正丁基鋰溶液16 mL(2.12 M正己烷溶液，34.34 mmol)，攪拌10 min后移去冰浴，室溫下反應(yīng)1 h。依次加入碘化鈉0.86 g(0.57 mmol)與49.98 g(28.57 mmol)，80 ℃條件下回流反應(yīng)16 h。加入飽和食鹽水100 mL鹽析，水層用正己烷(3×20 mL)萃取，合并有機(jī)層，加入飽和食鹽水150 mL鹽析，無水MgSO4干燥，過濾，濾液減壓濃縮得黃色液體68.43 g，產(chǎn)率84%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 4.59～4.58(m, 1H), 3.88～3.67(m, 2H), 3.53～3.32(m, 2H), 2.14～2.10(m, 4H), 1.82～1.54(m, 8H), 1.44～1.27(m, 22H), 0.91(t,J=7.2 Hz, 3H)。

(4)7的合成

依次稱取610.50 g(29.95 mmol)、氫氧化鉀固體1.27 g(44.92 mmol)、醋酸鈀0.14 g(0.60 mmol)加入反應(yīng)瓶中，再加入N,N-二甲基甲酰胺溶液30 mL， 145 ℃下反應(yīng)16 h。加入正己烷，硅藻土抽濾，濾餅用正己烷洗滌3次。濾液轉(zhuǎn)移至分液漏斗，加水洗滌，水層用正己烷萃取，合并有機(jī)層，加入飽和食鹽水鹽析，無水MgSO4干燥，過濾，經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：正己烷/乙酸乙酯=1/20,V/V)純化得深棕色液體78.94 g，產(chǎn)率79%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 5.35(t,J=4.6 Hz, 2H), 4.60～4.58(m, 1H), 3.88～3.68(m, 2H), 3.53～3.33(m, 2H), 2.04～2.01(m, 4H), 1.71～1.56(m, 8H), 1.44～1.27(m, 22H), 0.90(t,J=6.6 Hz, 3H)。

(5)8的合成

稱取79.87 g(27.99 mmol)和對甲苯磺酸0.27 g(1.40 mmol)溶解于125 mL甲醇中，室溫下攪拌16 h。減壓濃縮，向濃縮液中加入稀鹽酸洗滌，水層用正己烷萃取，合并有機(jī)層。加入飽和食鹽水鹽析，無水MgSO4干燥，過濾，減壓濃縮得黃色液體86.89 g，產(chǎn)率92%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 5.38～5.32(m, 2H), 3.64(t,J=6.4 Hz, 2H), 2.04～2.01(m, 4H), 1.59～1.54(m, 2H), 1.34～1.27(m, 22H), 0.90(t,J=7.0 Hz, 3H)。

(6)1的合成

依次稱量氯鉻酸吡啶酸鹽14.50 g(67.22 mmol)和相同質(zhì)量的硅藻土14.00 g溶解于二氯甲烷225 mL，劇烈攪拌，用注射器注入812.03 g(44.81 mmol)，室溫下反應(yīng)4 h?？焖僦鶎游?洗脫劑：乙醚)純化，減壓濃縮得淡黃色液體110.46 g，產(chǎn)率88%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 9.76(t,J=2.0 Hz, 1H), 5.35(t,J=4.6 Hz, 2H), 2.38～2.26(m, 2H), 2.03～2.01(m, 4H), 1.63～1.58(m, 2H), 1.44～1.18(m, 20H), 0.90(t,J=6.8 Hz, 3H)。

采用炔化物路線合成目標(biāo)產(chǎn)物，以2為起始物，在甲苯中與48%氫溴酸進(jìn)行單邊溴化，得到單邊溴代化合物3；接著將羥基用DHP(2,3-二氫吡喃)保護(hù)生成四氫吡喃醚化合物4；再與5進(jìn)行烷基化反應(yīng)得到炔烴化合物6[22]；再以氫氧化鉀和DMF作為氫氣的來源，以醋酸鈀作為催化劑[23]，進(jìn)行順式氫化反應(yīng)得到順式雙鍵化合物7；在酸性條件下脫除THP保護(hù)得到烯醇類化合物8；最后將烯醇化合物與氯鉻酸吡啶鹽在二氯甲烷中進(jìn)行氧化反應(yīng)得到最終的產(chǎn)物1。

在1,12-十二烷二醇的單邊溴化反應(yīng)中，一次性加入48%氫溴酸，以甲苯為溶劑，在120 ℃條件下反應(yīng)16 h。反應(yīng)濃度小于0.25 mol/L，當(dāng)反應(yīng)濃度大于0.25 mol/L會有雙邊溴代產(chǎn)物生成，這是由于2在甲苯中的溶解度不高，反應(yīng)時分散不均勻，所以會有雙邊溴代烷烴的出現(xiàn)。加入氫溴酸1.2 eq. 時反應(yīng)轉(zhuǎn)化率最高且不會有雙邊溴代產(chǎn)物生成。為了節(jié)省溶劑，單邊溴化反應(yīng)的最佳濃度為0.25 mol/L，且氫溴酸與二醇的最優(yōu)比為1.2 eq.。

炔烴去質(zhì)子化反應(yīng)過程使用無水THF作為溶劑，取代高毒性的HMPA，對去質(zhì)子化的反應(yīng)過程進(jìn)行了優(yōu)化。在文獻(xiàn)中去質(zhì)子化反應(yīng)中，反應(yīng)溫度為-78 ℃，反應(yīng)條件比較苛刻，期望能在較溫和條件下進(jìn)行反應(yīng)，因此嘗試在冰浴條件下進(jìn)行去質(zhì)子化的操作，經(jīng)過核磁表征，表明在冰浴條件下可以進(jìn)行此反應(yīng)，且可以反應(yīng)完全。所以本實驗中的去質(zhì)子化反應(yīng)是在冰浴條件下進(jìn)行的，反應(yīng)條件比較溫和。

以1,12-十二碳二醇(2)為起始物，炔化物還原反應(yīng)構(gòu)建順式雙鍵，再經(jīng)過去保護(hù)，氧化成醛反應(yīng)得到了(Z)-13-十八碳烯醛(1)，合成路線共計6步，總產(chǎn)為45%。該路線原料易得，選擇性高且無異構(gòu)體生成。