鱗翅目斑蛾科昆蟲性信息素的合成

閆瑋華，劉紅霞，丁曾熱吉，王 洋，劉金龍，荊小院*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學生命科學學院，山西 太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學基礎(chǔ)部 化學生態(tài)研究所，山西 太谷 030801)

斑蛾科(Zygaenidae)是節(jié)肢動物門(Arthropoda)、六足亞門(Mandibulata)、昆蟲綱(Insecta)、有翅亞綱(Pterygota)、鱗翅目(Lepidoptera)、斑蛾總科的1科。斑蛾總科共有12科3 000多種[1]，我國約有220多種[2]。斑蛾科害蟲主要危害果樹、茶樹等經(jīng)濟樹種，在我國西北、南部等地區(qū)危害較嚴重[3-4]。目前，對于斑蛾科害蟲的防治主要采用化學防治，如噴灑農(nóng)藥、使用混合藥劑[5]等?；瘜W防治存在很多弊端，如在防治害蟲的同時將其天敵也一同殺死，造成生態(tài)失衡；長期使用農(nóng)藥會造成害蟲抗藥性增強，使得二次防治更加困難[6]。隨著我國對生態(tài)環(huán)境保護力度的加強，尋求一種天然無公害的防蟲手段尤為重要。

自家蠶(Bombyxmori)雌蛾性信息素的成功鑒定開始，昆蟲性信息素的研究已有50多年的歷史[7]。昆蟲性信息素作為昆蟲體內(nèi)自然分泌的一種激素，具有效力高、使用方便、對自然環(huán)境無任何污染等顯著特點[8]，在農(nóng)林果蔬蟲病防治領(lǐng)域取得了重要技術(shù)進展[9]。但昆蟲體內(nèi)分泌的性信息素含量極微，所以用于蟲病防治的性信息素主要依賴于人工合成，現(xiàn)已有尺蛾科、夜蛾科、燈蛾科、毒蛾科等鱗翅目昆蟲性信息素被鑒定并已商業(yè)化生產(chǎn)[10]。關(guān)于斑蛾科昆蟲性信息素的報道較少，部分組分還未人工合成。鑒于此，作者對斑蛾科昆蟲性信息素合成方法進行研究，以7-溴庚酸為起始原料，經(jīng)過二氯亞砜酰氯化、仲丁醇酯化得到7-溴庚酸仲丁醇酯，再與三苯基膦反應(yīng)得到膦鹽，最后與正戊醛進行相轉(zhuǎn)移催化的Wittig反應(yīng)得到目標化合物順-7-十二碳烯酸仲丁醇酯(Z7-12:COOSec-Bu)。合成路線如圖1所示。

圖1 順-7-十二碳烯酸仲丁醇酯的合成路線

1 實驗

1.1 試劑與儀器

所用試劑均為分析純。

Bruker AM-400型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標)，德國Bruker公司；IR200型傅立葉紅外光譜儀(液膜法)，Thermo Fisher Scientific；Agilent 7890N型氣相色譜儀，美國Agilent公司。

1.2 合成方法

1.2.1 7-溴庚酰氯(Ⅰ)的合成

在裝有磁攪拌子、回流冷凝器、溫度計的250 mL三口瓶中依次加入50 mL二氯乙烷、10.4 g(0.05 mmol)7-溴庚酸，氮氣保護，緩慢攪拌下迅速加入12 g二氯亞砜，室溫攪拌1 h后加熱回流3 h；減壓蒸餾除去二氯乙烷及過量二氯亞砜，期間加熱要緩慢[11]；收集餾分，得到黑色油狀液體化合物7-溴庚酰氯(Ⅰ)。

1.2.2 7-溴庚酸仲丁醇酯(Ⅱ)的合成

在裝有磁攪拌子、回流冷凝器、溫度計的500 mL三口瓶中加入化合物Ⅰ，然后依次加入70 mL石油醚、3.8 g(0.05 mmol)仲丁醇、5 g吡啶，室溫攪拌1 h后繼續(xù)加熱回流3 h；再加入100 mL自來水，用分液漏斗分出上層有機相；水相用石油醚萃取(30 mL×2)；合并有機相，用飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥過夜，減壓蒸餾除去大部分石油醚，用硅膠柱色譜分離純化，得到10 g淺黃色油狀液體化合物7-溴庚酸仲丁醇酯(Ⅱ)。

1.2.3 三苯基溴化膦仲丁醇酯(Ⅲ)的合成

在裝有磁攪拌子、回流冷凝器、溫度計的250 mL四口瓶中加入10 g(0.03 mmol)化合物Ⅱ，然后依次加入40 mL無水苯、7.8 g(0.03 mmol)三苯基膦，氮氣保護下攪拌15 min，待液體由清變濁后取出磁攪拌子，1 h后變透明，共需加熱48 h，加熱溫度以苯回流為準；冷卻，棄上層清液，再加入50 mL無水苯洗滌1次，抽真空干燥，得到黏性淺黃色油狀液體化合物三苯基溴化膦仲丁醇酯(Ⅲ)。

1.2.4 順-7-十二碳烯酸仲丁醇酯(Ⅳ)的合成

在裝有電動攪拌器、回流冷凝器、溫度計的250 mL四口瓶中加入化合物Ⅲ，然后依次加入10 g無水碳酸鉀、100 mL無水苯，緩慢攪拌下加入2.58 g(0.03 mmol)正戊醛，再加入130 mg二苯并-18-冠-6，氮氣保護下加熱攪拌36 h以上，以回流為準；加入100 mL自來水，用分液漏斗分出上層有機相；水相用苯萃取(40 mL×2)，合并有機相，用飽和食鹽水洗滌1次，無水硫酸鈉干燥過夜，減壓蒸餾除去大部分苯，靜置析出大量淺黃色固體，用純石油醚洗滌若干次，與上清液合并后置于冰箱；待析出固體后，分出液相棄固相，減壓蒸餾除去大部分石油醚，用硅膠柱色譜分離純化，得到9.8 g淺黃色油狀液體化合物順-7-十二碳烯酸仲丁醇酯(Ⅳ)。

2 結(jié)果與討論

2.1 化合物的表征

化合物Ⅰ：收率69.1%;1HNMR(CDCl3,400 MHz),δ:3.45(t,2H),2.70(t,2H),1.88(m,2H),1.64(m,2H),1.40(m,2H),1.35(m,3H);13CNMR(CDCl3,100 MHz),δ:172.49(-C(=O)Cl),40.70(C2),33.05(C7),31.50(C6),30.60(C5),28.93(C4),25.47(C3)。

化合物Ⅱ：收率71.3%;1HNMR(CDCl3,400 MHz),δ:5.12(m,1H),3.45(t,2H),2.41(t,2H),1.88(m,2H),1.71(m,2H),1.52～1.64(m,2H),1.38～1.41(d,J=4.7 Hz,3H),1.35(m,2H),0.98(t,3H);13CNMR(CDCl3,100 MHz),δ:174.45(-C(=O)O),73.91(-CH(CH3)CH2CH3),33.85(C2),33.05(C7),31.50(C6),30.60(C5),28.93(C4),28.73(-CH2CH3),25.33(C3),19.45(-CH3),9.31(-CH3);IR(液膜法)：1 735.00～1 750.00，1 100.00～1 300.00，600.00～800.00。

化合物Ⅲ：收率68.5%;1HNMR(CDCl3,400 MHz),δ:7.39～7.41(d,9H),7.35(s,6H),5.02(m,1H),2.40(t,2H),1.72(m,2H),1.67(m,2H),1.54(m,2H),1.48(t,2H),1.40(m,2H),1.37(m,2H),1.35(m,2H),1.345(d,3H), 0.97(t,3H);13CNMR(CDCl3,100 MHz),δ:174.45(-C(=O)O),132.00～134.13(-C6H5),119.47(-C6H5),73.91(-CH(CH3)CH2CH3),34.14(C2),29.68(C5),28.93(C4),28.76(-CH2CH3),25.32(C3),24.93(C7),23.10(C6),19.47(-CH3),9.30(-CH3)。

化合物Ⅳ：收率71.4%;1HNMR(CDCl3,400 MHz),δ:5.43～5.39(m,2H),5.07(m,1H),2.38(t,2H),2.11～2.17(m,4H),1.71(m,2H),1.53(m,2H),1.44(m,2H),1.37(d,3H),1.354(m,2H),1.285～1.350(m,4H),1.00(t,3H),0.95(t,3H);13CNMR(CDCl3,100 MHz),δ:174.45(-C(=O)O),130.72(C=C),73.91(-CH(CH3)CH2CH3),34.15(C2),31.33(C10),29.25(C5),28.76(-CH2CH3),28.43(C9),28.28(C6),28.13(C4),25.33(C3),21.86(C11),19.48(-CH3),14.02(C12),9.31(-CH3);IR(液膜法)：1 780.00～1 710.00,720.00,600.00～800.00。

2.2 討論

(1)在合成7-溴庚酰氯(Ⅰ)時，由于二氯亞砜遇水會分解成亞硫酸和鹽酸，在空氣中不能暴露太久，因此需要先加入二氯乙烷和7-溴庚酸，通入氮氣，再加入二氯亞砜，現(xiàn)稱現(xiàn)用。酰氯化反應(yīng)的條件溫和。

(2)在合成7-溴庚酸仲丁醇酯(Ⅱ)時，加入吡啶一方面是控制順反異構(gòu)的酯類產(chǎn)品，另一方面是為了吸收7-溴庚酰氯(Ⅰ)和仲丁醇的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫，氯化氫和吡啶生成吡啶鹽。

(3)在合成三苯基溴化膦仲丁醇酯(Ⅲ)時，由于產(chǎn)物很活潑，反應(yīng)必須在絕對無水條件下進行，所用試劑用3A分子篩干燥若干天，再經(jīng)重蒸后方可使用，并且每一步合成的產(chǎn)物都必須脫水干燥，以保證高收率得到產(chǎn)物。

(4)溫度和堿的選擇對相轉(zhuǎn)移催化的Wittig反應(yīng)有一定影響，溫度影響目標化合物的收率，堿的選擇需要根據(jù)所使用的膦葉立德的活潑性來確定。在合成順-7-十二碳烯酸仲丁醇酯(Ⅳ)時，反應(yīng)溫度應(yīng)嚴格控制在80 ℃，反應(yīng)用堿則選擇無水碳酸鉀。

3 結(jié)論

以7-溴庚酸為起始原料，經(jīng)過二氯亞砜酰氯化、仲丁醇酯化得到7-溴庚酸仲丁醇酯，再與三苯基膦反應(yīng)得到膦鹽，最后與正戊醛進行相轉(zhuǎn)移催化的Wittig反應(yīng)得到斑蛾科昆蟲性信息素順-7-十二碳烯酸仲丁醇酯(Z7-12:COOSec-Bu)，填補了斑蛾科昆蟲性信息素的合成空白，為防治斑蛾科害蟲提供了一種使用方便、高效、無毒、無污染、不傷天敵、成本低、有效期長的性誘劑。