吡唑醚菌酯原藥的主要雜質及合成研究

高士杰，樊 凱，張金凱，管陽凡，鄭錦彪，胡曉明

（上海曉明檢測技術服務有限公司，上海 200335）

◆研究與開發◆

吡唑醚菌酯原藥的主要雜質及合成研究

高士杰，樊 凱，張金凱，管陽凡，鄭錦彪，胡曉明

（上海曉明檢測技術服務有限公司，上海 200335）

吡唑醚菌酯原藥中含有3個在生產過程產生的含量較高的雜質，以吡唑醚菌酯原藥為原料，合成了這些雜質，NMR和MS表征了其結構，并通過對原藥重結晶純化制得標準品，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；標準品；合成

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

隨著環境保護及農藥原藥質量標準的逐步提高，對農藥產品中雜質的研究日益深入。通過超高壓液相色譜-質譜（UPLC-MS）聯用以及高能誘導裂解（HCD）技術對吡唑醚菌酯原藥進行測試分析，重點研究質量分數大于0.1%（歸一法）的3個雜質。通過質譜特點，結合吡唑醚菌酯的生產工藝，推測其雜質為脫甲氧基物（PCT-DMO）、氯乙基物（PCT-CE）和溴代物（PCT-Br），雜質結構式如圖1。

圖1 吡唑醚菌酯及其推測雜質結構

以上推測的依據除了質譜中分子離子峰信息外，還根據吡唑醚菌酯的生產工藝。在吡唑醚菌酯的多種生產工藝中，圖2所示方法最常用，以鄰硝基甲苯為原料，經還原、?；?、甲基化、溴化以及醚化得到吡唑醚菌酯[1]。

如果還原產物中間體PCT-Z1發生過度還原，生成的鄰甲基苯胺參與后續反應，將最終導致PCT-DMO雜質的產生。

圖2 吡唑醚菌酯生產工藝流程

目前溴化工藝工業生產中常采用二氯乙烷代替四氯化碳或氯仿做溶劑，?；a物PCT-Z2未完全甲基化，將最終導致PCT-CE雜質的產生。

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入醚化工藝，將最終導致PCT-Br雜質的產生。

以上雜質產生途徑是根據工藝流程推測的最可能方式。其實，生產者根據自身的工藝特點和生產過程監控，才能得到最接近真實的雜質產生途徑。

為了更好地監控吡唑醚菌酯生產過程，并對產品進行全組分分析，需要得到雜質的純品。如果能通過簡單的合成手段制備出這些推測結構的化合物，并證實與原藥中雜質結構一致，勢必大大提高工作效率，并可以進行雜質的批量合成。這些推測的雜質結構與吡唑醚菌酯有相同的母體結構，所以嘗試采用吡唑醚菌酯為原料來制備。

吡唑醚菌酯首先選擇性脫甲基制備其脫甲基物PCT-DM。文獻[2]報道了AlCl3-NaI-CH3CN反應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構中O-甲基羥胺基團的脫甲基反應，獲得了較好的結果。PCT-DM再經過還原反應可制備PCT-DMO，羥胺還原反應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。合成工藝見圖3。

圖3 雜質PCT-DMO的合成工藝流程

PCT-DM與1-溴-2-氯乙烷經取代反應可制備 PCT-CE（見圖4）。

圖4 雜質PCT-CE的合成工藝流程

溴代物PCT-Br采用吡唑醚菌酯經溴代反應合成，在不考慮取代基團對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，其活性強于前者而弱于后者。吡唑化合物的取代反應較復雜，隨著結構中原有取代基的不同以及反應試劑和反應條件的不同，取代產物也不同。對于鹵代反應，吡唑環上的4位一般優先發生親電取代反應[3-4]。在吡唑醚菌酯的結構中，由于吡唑環3位被給電子基（芐氧基團）取代，使得4位的親電取代反應活性進一步增強，溴代反應更容易發生，因此嘗試按圖5所示工藝流程來合成PCT-Br，該反應也是PCT-Br雜質在原藥中產生的推測原因。

為了進行吡唑醚菌酯原藥的全組分分析，還需要得到其標準品，目前國外銷售有證標準品的質量分數為99.0%，國內尚無企業或單位銷售該農藥合格標準品。為了彌補該品種標準品的國內市場空白，我們進行了吡唑醚菌酯標準品的制備和純度測定研究。

圖5 雜質PCT-Br的合成工藝

1 實驗部分

1.1 儀器及原料

1H NMR測試采用Bruker Avance 400型超導核磁儀（CDCl3為溶劑）；LC-MS測試采用Dionex Ultra 3000型超高壓液相色譜儀和Q-ExactiveTM組合型四極桿-高分辨軌道阱質譜儀。吡唑醚菌酯原藥為工業品，質量分數98%；其他試劑及藥品均為市售分析純或化學純。

1.2 吡唑醚菌酯脫甲基物PCT-DM的制備

氮氣保護下，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2h。將反應液傾入冰水中，攪拌15min，加乙酸乙酯萃取分液，有機相經水洗，硫代硫酸鈉水溶液洗滌，飽和氯化鈉水溶液洗滌，經無水硫酸鎂干燥，旋蒸得粗品，硅膠柱層析純化得17.3 g PCT-DM，質量分數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，室溫攪拌，混合均勻，緩慢滴入10%氯化銨水溶液100 mL（187 mmol），滴畢繼續常溫攪拌反應2 h，薄層色譜監控PCT-DM反應完全。減壓濃縮除去乙醇，再加入乙酸乙酯和水，攪拌，過濾，分液。有機相用飽和氯化鈉水溶液洗滌，無水硫酸鎂干燥，旋蒸得3.4 g PCT-DMO，質量分數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

氮氣保護下，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，常溫攪拌反應4 h，薄層色譜監控PCT-DM反應完全。加入二氯乙烷和水，分液，有機相水洗，無水硫酸鎂干燥，旋蒸得粗品，硅膠柱層析純化得3.7 g PCT-CE，質量分數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

氮氣保護下，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，室溫攪拌溶解，滴加3 mL含液溴2.5 g（31.3 mmol）的乙酸溶液，常溫攪拌反應4 h，薄層色譜監控原料吡唑醚菌酯基本反應完全。加入少量水，過濾，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，無水硫酸鎂干燥，旋蒸得5.4 g PCT-Br，質量分數98%，收率76%。本品為白色固體。

1.6 吡唑醚菌酯標準品的制備

在配有機械攪拌器、溫度計、回流冷凝裝置的反應釜中，加入400 g吡唑醚菌酯原藥和1 200 mL無水乙醇，加熱溶解，趁熱過濾除去不溶物。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，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，保溫攪拌析晶，過濾，得濾餅360 g（濕重）。

該濾餅再用無水乙醇重結晶2次，過濾，烘干后得吡唑醚菌酯標準品155 g，外標法測其質量分數99.9%（以質量分數99.0%的國外有證標準品為對照）。

2 合成雜質與原藥中雜質的對比與確認

從核磁氫譜測試結果可見，合成的雜質與其目標結構式完全吻合。通過對比PCT-Br和吡唑醚菌酯原藥核磁圖譜，可看出吡唑環4位發生了取代反應，從而確證了PCT-Br的結構。

將合成的3個雜質進行液質分析，并將其保留時間、質譜信息與吡唑醚菌酯原藥中的雜質進行對比，結果如表1所示。結果表明：合成的雜質與原藥中雜質的保留時間、質譜譜圖一致。由于合成樣品的進樣濃度遠遠高于原藥中的雜質，因此，液相色譜峰保留時間向后偏移，但數據偏差在實驗誤差范圍內。合成雜質的全波長光譜掃描曲線與原藥中相對應的雜質也完全一致。

表1 合成雜質與原藥中雜質的液質數據對比

3 結果與討論

由于原藥中雜質的需要量并不大，本文研究重點是以簡單易得的原料，通過盡量簡便的工藝和提純方法得到雜質純品，未對收率做過多研究。

3.1 雜質制備結果討論

脫甲基物PCT-DM的制備工藝若采用AlCl3/吡啶反應體系，則反應不能發生。采用AlCl3/NaI/CH3CN反應體系，反應可順利發生，但反應溫度不宜過高，反應時間也不宜過長，并通過TLC監控，及時停止反應，原料吡唑醚菌酯部分剩余。若溫度過高，或反應時間過長，副產物對氯苯基吡唑醇將大大增加，收率降低，且不利于純化。

副產物對氯苯基吡唑醇是由吡唑醚菌酯結構不穩定造成。在堿性條件或強酸性條件下，吡唑醚菌酯水解產物并不是酯水解后的羧酸，而是對氯苯基吡唑醇，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，則無法得到該雜質。主要是由于反應體系酸性太強，生成副產物對氯苯基吡唑醇等。而在還原體系Zn/NH4Cl/EtOH/H2O中反應，則目標物純度高，副產物少。

氯乙基物PCT-CE的制備工藝中，若以1-溴-2-氯乙烷/三乙胺為反應體系，即使加熱反應也無法進行。而在1-溴-2-氯乙烷/KOH/DMF體系中，室溫反應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4位易發生親電取代反應，在Br2/HOAc反應體系中室溫條件下即可發生溴代反應，產物單一，無其他副產物產生，且后處理簡單，可直接得到高純度的PCT-Br產品。

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

3.2 吡唑醚菌酯標準品制備結果討論

吡唑醚菌酯原藥若采用乙酸乙酯-正己烷混合溶劑重結晶，則很難得到高純度的樣品；但采用單一溶劑無水乙醇重結晶，可以得到質量分數較高的吡唑醚菌酯。由于吡唑醚菌酯的熔點較低，為促進析出和控制析晶速度，必要時需要在適當溫度下加入少量的晶種。

本方法可得到質量分數在99.5%以上的吡唑醚菌酯標準品，高于國外有證標準品的質量分數，且提純工藝簡便，成本低廉，能夠大批量制備吡唑醚菌酯標準品，產品質量也得到了國內多家權威檢驗檢測機構聯合驗證。

3.3 原藥雜質研究工作為生產優化提供了依據

本研究不僅制備了全組分分析所需要的雜質標樣和吡唑醚菌酯標準品，而且還發現了吡唑醚菌酯結構的一些穩定性規律。該結構在酸、堿條件下容易遭到破壞，結構中的吡唑環很容易發生取代反應，這些性質會導致工業生產中某些雜質的生成，從而影響原藥產品的純度。

不同生產企業原藥制備工藝、操作條件均不同，最終原藥中的雜質種類和含量也各不相同。有些企業的原藥中并不含本文所述的這幾種雜質，或含量較低，但含有其他結構的雜質，這些雜質的產生基本上都能從原材料和生產工藝角度進行解釋。因此，分析原藥中的雜質結構和來源還可以為生產工藝的優化提供依據。

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

當然，工藝的調整可以減少某些雜質的生成，但往往也會增加其他雜質引入的可能。雜質不可避免，但可以通過工藝調整，改變原藥中雜質的種類和含量，對于那些環境危害大、難降解的雜質，就可以通過工藝調整去除。

4 結論

為了進行吡唑醚菌酯原藥的全組分分析，需要得到原藥中質量分數大于0.1%的雜質標樣以及標準品。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，本研究從生產工藝角度分析了這些雜質最可能的分子結構和產生途徑。以吡唑醚菌酯原藥為原料，采用簡易的方法制備了這些雜質化合物，并通過液相色譜-質譜、核磁確證了其結構。通過對原藥的多次重結晶，得到了質量分數在99.5%以上的吡唑醚菌酯標準品。

對吡唑醚菌酯原藥雜質的研究工作不僅保證了全組分分析工作的順利進行，還通過對雜質形成機制的研究，為該品種生產工藝的控制和優化提供了重要依據。

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

[2]Node M,Ohta K,Kajimoto T,et al.Selective Demethylation of Aliphatic Methyl Ether in the Presence of Aromatic Methyl Ether with the Aluminum Chloride-sodium Iodide-acetonitrile System[J].Chem Pharm Bull,1983,31(11):4178-4180.

[3]Kano K,Scarpetti D,Warner J C,et al.Benzoyl Phenyl 1-Methylpyrazoles.Synthesis,Characterization,and Spectra [J].Canadian Journal of Chemistry,1986,64(11):2211-2219.

[4]Danagulyan G G,Tumanyan A K,Attaryan O S,et al.Synthesis of N-and C-Azolyl-substituted Pyrazolo[1,5-a]pyrimidines by Recyclization of Pyrimidinium Salts[J].Chemistry of Heterocyclic Compounds,2015,51(5):483-490.

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

上海市科學技術委員會科研計劃項目—色譜法測定殘留三唑類農藥殺菌劑標準物質的研制（15142201700）

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

（責任編輯：顧林玲）