新型5-[(3-甲基-5-(3,4)-二氯-1-苯基)]-吡唑基-(1,2,4)-三唑衍生物的設(shè)計合成研究

陸 陽，陶京朝，周志蓮 ，張志榮

(1.信陽農(nóng)林學(xué)院有機化學(xué)教研室，河南 信陽 464000；2.鄭州大學(xué)化學(xué)系，河南 鄭州 450001；3.河南科易集團新藥研究開發(fā)中心,河南 信陽 464000；4.河南富邦農(nóng)藥化工公司,河南 信陽 464000)

為了尋找具有較好生物活性的活性分子。在吡唑環(huán)的骨架中引入具有良好生物活性的1-氯芳基-(3,4)-二氯苯基-4-(1,2,4)-三唑基吡唑化合物，設(shè)計合成1-氯芳基-(3,4)-二氯苯基-4-(1,2,4)-三唑基吡唑衍生物，并進行目標(biāo)化合物生物活性測試。所合成目標(biāo)化合物結(jié)構(gòu)經(jīng)IR、1H NMR、MS和元素分析確證。生物活性測試結(jié)果表明：目標(biāo)化合物對小麥赤霉菌有良好的生物活性。1-氯芳基-(3,4)-二氯苯基-4-(1,2,4)-三唑基吡唑類化合物具有較好的生物活性，在其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行進一步的結(jié)構(gòu)修飾，期望得到具有較高抑菌活性的有機活性分子。對抑菌活性的構(gòu)效關(guān)系分析結(jié)果表明，在吡唑骨架上插入(1,2,4)-三唑基能顯著提升化合物的抑菌活性，當(dāng)去掉(1,2,4)-三唑基活性減弱．在保留氯苯吡唑環(huán)骨架的基礎(chǔ)上，對氯苯基取代的吡唑環(huán)側(cè)鏈進行改造得到了抑菌活性較好的化合物。吡唑環(huán)上(1,2,4)-三唑基的引入可提升化合物抑菌活性。本課題組從2016年開始研究具有新穎結(jié)構(gòu)的(1,2,4)-三唑基吡唑衍生物。以3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-5-吡唑啉酮和三氯氧磷為起始原料，通過氯甲?；磻?yīng)生成3-甲基-1-苯基-5-氯-4-甲醛基吡唑，3-甲基-1-氯苯基-5-氯-4-甲醛基吡唑在酸性條件下發(fā)生氧化反應(yīng)制得3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4--吡唑甲酸；3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4--吡唑甲酸經(jīng)過酯化反應(yīng)得到3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸甲酯；3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸甲酯和水合肼反應(yīng)得到3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼；3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼和二硫化碳反應(yīng)得到3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼基二硫代甲酸鉀；3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼基二硫代甲酸鉀經(jīng)過環(huán)合反應(yīng)得到5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)]-吡唑基-4-胺基-(1,2,4)-三唑硫酮；5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)]-吡唑基-4-胺基-(1,2,4)-三唑硫酮和(3,5)-二氯苯基-4-甲基苯甲醛發(fā)生縮合反應(yīng)生成5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-[(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3,5)-二氯-4-甲基)]苯腙；5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-[(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3,5)-二氯-4-甲基)]苯腙和3-氟-4-硝基芐基氯發(fā)生親核取代反應(yīng)得到目標(biāo)化合物5-{[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑[3,4]-1-硫-(3,4)-二氮-[5-[(3,5)-二氯-4-(甲基)]-苯基-6-[(3-氟-4-硝基)-苯基]}環(huán)己烷。目標(biāo)化合物經(jīng)紅外廣譜、高效液相色譜、1H NMR表征證明合成產(chǎn)物為目標(biāo)化合物。該合成技術(shù)工藝過程簡單、生產(chǎn)安全、反應(yīng)條件溫和、生產(chǎn)成本降低、環(huán)境友好、產(chǎn)品收率高。

取代氯苯基吡唑環(huán)類化合物是一種高效、廣譜的內(nèi)吸性殺菌劑，能有效地防治禾谷類作物的多種由擔(dān)子菌引起的病害，如麥散黑穗病、棉花立枯病等，近年來，雜環(huán)化合物已經(jīng)成為新農(nóng)藥研究的重要對象，其中苯并吡唑類占有重要地位，該類化合物具有較好的生物活性以及低毒的特點，可以用于農(nóng)藥研究中，當(dāng)在苯環(huán)上引入吸電子基團是有利于化合物活性的提高。尤其是吡唑環(huán)上(1,2,4)-三唑基結(jié)構(gòu)的引入更有助于目標(biāo)化合物的殺菌活性，進一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與構(gòu)效關(guān)系研究尚在進行中。吡唑環(huán)衍生物作為一種含氮五元雜環(huán)深受農(nóng)藥開發(fā)者的關(guān)注。為了尋找具有良好生物活性的新型藥物先導(dǎo)化合物，我們根據(jù)活性亞結(jié)構(gòu)拼接方法，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)化合物具有良好的殺菌活性，為了進一步優(yōu)化該類化合物結(jié)構(gòu)以篩選活性化合物，本課題組將噻唑環(huán)和嘧啶環(huán)相連，設(shè)計合成一個新型化合物。目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)經(jīng)過表征確認(rèn)。

本課題組對(3,4)-二氯苯基-吡唑基進行結(jié)構(gòu)修飾，將1,2,4-三唑和席夫堿引入雜環(huán)后合成了具有殺菌活性的化合物，合成路線如下：

1 實驗部分

1.1 儀器和藥品 美國Varian Mercury Plus-400型核磁共振儀(以TMS 為內(nèi)標(biāo),DMSO-d6為溶劑);美國Nicolet Nicolet-380型傅立葉變換紅外光譜儀(KBr 壓片);德國ElementarVario EL III型元素分析儀；北京泰克儀器有限公司X-5 控溫型顯微熔點儀, 溫度計未校正.α-甲氧基乙酸甲酯,其余所用試劑均為市售分析純或化學(xué)純試劑,溶劑經(jīng)常規(guī)方法無水處理后使用。

DMF，POCl3，3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-5-吡唑啉酮(99.5%)，乙醇，KMnO4，KOH，濃鹽酸，NaHCO3，乙酸乙酯，二硫化碳，(3,5)-二氯苯基-4-甲基苯甲醛，3-氟-4-硝基芐基氯。所用試劑均為AR。

1.2 合成方法

1.2.1 3-甲基-1-苯基-5-氯-4-甲醛基吡唑的合成 向帶有機械攪拌器、溫度計、恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中加入45.2mL DMF，緩慢滴加1.64molPOCl3，加入3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-5-吡唑啉酮[1-5](99.5%)51.5g(0.21mol)，反應(yīng)4-4.5h，加入水，靜置，抽濾，濾餅干燥，用無水乙醇重結(jié)晶得到黃色固體3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-甲醛基吡唑39.7g(0.178mol)，收率為84.6%。

1.2.2 3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4--吡唑甲酸的合成 向帶有機械攪拌器、溫度計、恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中加入3-甲基-1-氯苯基-5-氯-4-甲醛基吡唑47.2g(0.16mol)，318mL水，機械攪拌下加入34.8g(0.22mol)KMnO4，水，反應(yīng)5.5～6h，完成，冷卻，用KOH溶液調(diào)節(jié)pH=9.98，過濾，濾液用濃鹽酸酸化，抽濾，濾餅干燥，用甲醇重結(jié)晶得到白色粉末3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4--吡唑甲酸0.152mol,收率為95.2%。

1.2.3 3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸甲酯的合成 向帶有機械攪拌器、溫度計、恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中加入3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸45.7g(0.148mol)，無水甲醇74mL，機械攪拌下于室溫反應(yīng)6～6.5h，緩慢滴加濃硫酸2.96mL，回流反應(yīng)6.5h，冷卻，旋蒸脫溶，用飽和NaHCO3溶液洗滌，抽濾，濾餅用無水乙醇重結(jié)晶得到白色針狀晶體3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸甲酯0.101mol,收率為68.5%。

1.2.4 3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼的合成 向帶有機械攪拌器、溫度計、恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中加入3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸甲酯28.1g(0.086mol)，無水甲醇17.2mL，水合肼34.5mL，機械攪拌下回流反應(yīng)4.5h，冷卻，抽濾，得到白色片狀固體3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼10.96g(0.066mol),收率為76.9%。

1.2.5 3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼基二硫代甲酸鉀的合成 向帶有機械攪拌器、溫度計、恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中加入3-甲基-1-氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼18.8g(0.0358mol)，無水乙醇450mL，0.056mol KOH，于室溫反應(yīng)，滴加二硫化碳5.29g(0.0696mol)，機械攪拌下反應(yīng)8.5～9h，冷卻至室溫[6-12]，過濾，濾液用水洗滌，干燥后用無水乙醇重結(jié)晶得到白色粉末3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼基二硫代甲酸鉀0.045mol,收率為77.1%。

1.2.6 5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)]-吡唑基-4-胺基-(1,2,4)-三唑硫酮的合成 向帶有機械攪拌器、溫度計、恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中加入3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼基二硫代甲酸鉀19.8g(0.045mol)，80%水合肼240mL，機械攪拌下回流反應(yīng)2h，反應(yīng)完畢，冷卻至室溫[13-17]，過濾，濾液用10%鹽酸調(diào)至中性，抽濾，濾餅用水洗滌，干燥后用無水乙醇重結(jié)晶得到白色粉末5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)]-吡唑基-4-胺基-(1,2,4)-三唑硫酮0.024mol，收率為67.2%。

1H NMR:14.02(s,1H,NH),7.61-7.53(m,5H,PhH),5.66(s,2H,NH2),2.26(s,3H,CH3);IR 3439,3252,3063,1633,1596,1456,1360

1.2.7 5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3,5)-二氯-4-甲基)苯腙的合成 向帶有機械攪拌器、溫度計、恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中加入5-[(3-甲基-5-氯-1--(3,4)-二氯苯基)]-吡唑基-4-胺基-(1,2,4)-三唑硫酮8.43g(0.022mol)，無水乙醇61mL，(3,5)-二氯苯基-4-甲基苯甲醛2.3g(0.022mol)，機械攪拌，加入冰醋酸[18-24]，反應(yīng)3～3.5h，冷卻，抽濾，濾餅用水洗滌，干燥后用無水乙醇重結(jié)晶得到白色片狀固體5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3,5)-二氯-4-甲基)苯腙0.0167mol，收率為75.8%。

波譜分析：1H NMR:14.38(s,1H,NH),9.98(s,1H,NCH),7.88-7.48(m,10H,PhH)，2.28(s,3H,CH3);IR:3108,2951,2552,1618,1601,1592,1557,1474,1372,1277,822

1.2.8 5-{[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑[-3,4]-1-硫-(3,4)-二氮-[5-(3,5)-二氯-4-(甲基)-苯基]-6-[(3-氟-4-硝基)-苯基]}環(huán)己烷的合成 向帶有機械攪拌器、溫度計、恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中加入5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3-乙基-4-甲氧基)苯腙8.96g(0.016mol)，618mL DMF，1.6g K2CO3機械攪拌下加入3.64g(19.2mmol) 3-氟-4-硝基芐基氯，反應(yīng)3.5h，過濾，濾液減壓蒸餾[24-32]，殘余物經(jīng)硅膠柱層析純化得到白色片狀固體5-{[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑[-3,4]-1-硫-(3,4)-二氮-[5-(3,5)-二氯-4-甲基)-苯基]-6-[(3-氟-4-硝基)苯基]}環(huán)己烷7.81g(0.11mol),收率為68.7%。目標(biāo)化合物的波譜分析：1H NMR:8.79(s,1H,N=CH),8.17(d,J=8.9Hz,2H,PhH)，7.79(d,J=J=8.9Hz,2H,PhH),7.57-7.22(m,11H,PhH,NH)7.66-7.49(m,10H,PhH),5.23(d,J=10.5,1H,SCH),2.27(s,3H,CH3),4.96(t,J=10.6Hz,1H,NCH),2.27(s,3H,CH3),IR:3158,3009,2955,1591,1522,1487,669。

2 結(jié)果與討論

2.1 縮合反應(yīng)

2.1.1 反應(yīng)物配比對收率的影響

在其他條件相同時，考察了反應(yīng)物配比對收率的影響，投料量對實驗結(jié)果的影響(表1)，從中可以看出，當(dāng)配比<1:1.06時，產(chǎn)物收率低，隨著反應(yīng)物配比的增加，收率增大，當(dāng)物質(zhì)的量比為1:1.0，收率最大，繼續(xù)增加物料比，反應(yīng)收率并沒有明顯提高，反而有一定的下降，中間產(chǎn)品的性狀也會變差，所以我們選擇物質(zhì)的量之比為1:1.0。效果最佳。

表1 反應(yīng)物配比對收率的影響

2.1.2 反應(yīng)時間對收率的影響

在其他條件相同時，考察了反應(yīng)時間對收率的影響(表2)，可以看出，當(dāng)時間<2.5h時，產(chǎn)物收率低，隨著反應(yīng)物時間的增加，收率增大，當(dāng)反應(yīng)時間為3～3.5h，收率最大，繼續(xù)增加時間，不僅收率無提高，反而反應(yīng)收率開始減少，所以我們選擇時間為3～3.5h 。

表2 反應(yīng)時間對收率的影響

2.1.3 不同溶劑對收率的影響

我們采用不同溶劑進行試驗，在其它條件相同的情況下，考察了它們對收率的影響(表3)，試驗表明，當(dāng)用乙醇做溶劑時，收率最高。

表3 溶劑種類對收率的影響

2.2 親核加成反應(yīng)

2.2.1 反應(yīng)時間對收率的影響

在其他條件相同時，考察了反應(yīng)時間對收率的影響(表4)，表中可以看出，當(dāng)時間<2.5h時，產(chǎn)物收率低，隨著反應(yīng)物時間的增加，收率增大，當(dāng)反應(yīng)時間為3.5h，收率最大，繼續(xù)增加時間，反應(yīng)收率開始減少，所以我們選擇時間為3.5h。

表4 親核加成反應(yīng)時間對收率的影響

2.2.2 親核加成反應(yīng)縛酸劑對收率的影響

反應(yīng)中會釋放出HCl，為使反應(yīng)向生成物方向進行，需要加入一定量的縛酸劑，以除去反應(yīng)生成的HCl。不同縛酸劑對反應(yīng)平衡的影響(表5)，考慮成本，我們通過試驗發(fā)現(xiàn)使用K2CO3做縛酸劑，收率最佳。

表5 縛酸劑種類對收率的影響

2.2.3 不同物料比對收率的影響

在其他條件相同時，考察了反應(yīng)物配比對收率的影響(表6)，表中可以看出，當(dāng)配比<1:1.2時，產(chǎn)物收率低，隨著反應(yīng)物配比的增加，收率增大，當(dāng)物質(zhì)的量比為1:1.2，收率最大，繼續(xù)增加物料比，反應(yīng)收率并沒有明顯提高，所以我們選擇物質(zhì)的量之比為1:1.2。

表6 物料比對收率的影響

2.2.4 反應(yīng)溫度對收率的影響

(表7)數(shù)據(jù)可知，從80～95℃，收率隨著溫度的升高而增加，但是從100～115℃，收率反而隨著溫度的不斷上升而減少，因此選擇反應(yīng)溫度為95～100℃。

表7 反應(yīng)溫度對收率的影響

2.2.5 投料方式對縮合反應(yīng)收率的影響 在縮合反應(yīng)中，分別采用不同的加料方式，考察收率的變化，第一種方式：機械攪拌下將中間體5-[(3-甲基-5-氯-1-氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3-乙基-4-甲氧基)苯腙滴加到3-氟-4-硝基芐基氯中；第二種方式：將3-氟-4-硝基芐基氯一次性滴加到5-[(3-甲基-5-氯-1-氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3-乙基-4-甲氧基)苯腙中；第三種方式：將3-氟-4-硝基芐基氯分批少量滴加到5-[(3-甲基-5-氯-1-氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3-乙基-4-甲氧基)苯腙中，試驗發(fā)現(xiàn)，采用第三種方式，反應(yīng)充分完全，收率最高。

2.2.6 后處理對反應(yīng)收率的影響 實驗中，我們課題組采取了3種溶劑進行了重結(jié)晶操作，在其他條件相同時，考察了不同種類溶劑對目標(biāo)化合物收率的影響(表8)。

表8 不同溶劑對收率的影響

在其他條件相同時，考察了反應(yīng)不同溶劑對重結(jié)晶收率的影響(表8)，可以看出，用乙酸乙酯做溶劑時，收率最高。

3 結(jié)論

3.1 本文以3-甲基-1-氯苯基-5-氯-5-吡唑啉酮為起始原料 將甲氧基苯席夫堿基團和(1,2,4)-三唑硫酮引入吡唑環(huán)結(jié)構(gòu)中，設(shè)計合成了未見文獻報道的含吡唑基(1,2,4)-三唑類衍生物5-{[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑(3,4)-1-硫-(3,4)-二氮-[5-[(3,5)-二氯-4-(甲基)]-苯基-6-[(3-氟-4-硝基)-苯基]}環(huán)己烷。

3.2 本文以吡唑環(huán)為基本骨架 利用骨架躍遷及生物電子等排原理，將氯苯環(huán)與吡唑環(huán)組合到同一個分子中，在此基礎(chǔ)上，插入(1,2,4)-三唑硫酮環(huán)作為新的連接鏈，然后，再擴充吡唑環(huán)上取代基范圍，設(shè)計合成了新的含吡唑基(1,2,4)-三唑類衍生物;并測試了其殺菌活性。

3.3 對重要的中間體的合成工藝進行了優(yōu)化改進 討論了不同物料比、反應(yīng)時間、溶劑、縛酸劑對合成收率的影響。該工藝清潔高效、綠色環(huán)保、具有工業(yè)化應(yīng)用前景。