氯蟲苯甲酰胺衍生物的合成及殺蟲活性

杜曉華，方佳琪，樓佳明

(1.浙江工業大學 催化加氫中心，浙江 杭州 310014；2.浙江省綠色農藥清潔生產技術研究重點實驗室，浙江 杭州 310014；3.浙江省綠色農藥協同創新中心，浙江 杭州 310014)

農藥是水體污染的主要來源，過量使用農藥對人的健康有害，對環境的污染也很大[1-6]。因此，減少化學農藥施用量、限制有毒農藥的施用以及研制開發安全高效的新型農藥[7-11]是目前亟需解決的問題。氯蟲苯甲酰胺是一種鄰甲酰氨基苯甲酰胺類殺蟲劑，具有高效、低毒等特點，應用廣泛[12-15]。氯蟲苯甲酰胺的大量使用會使機體產生嚴重的抗性，對其進行結構改造是延緩抗性發展的有效途徑之一。天然氨基酸是高效、安全的生物活性分子，筆者將12 種天然氨基酸引入氯蟲苯甲酰胺的分子結構中，設計并合成了一系列具有氨基酸片段的雙酰胺類化合物[16-20]。

1 實驗部分

1.1 試 劑

取代吡啶購自上海韶遠科技有限公司；乙腈、甲醇、石油醚、二氯甲烷和乙酸乙酯購自上海凌峰化學試劑有限公司；N,N-二甲基甲酰胺購自西隴科學股份有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 儀 器

玻璃儀器(普通)，北京欣維爾玻璃儀器有限公司；磁力攪拌器(SM-3)，上海志威電器有限公司；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(DF-101S)，杭州惠創儀器設備有限公司；旋轉蒸發器(RE-52AA)，上海亞榮生化儀器廠；循環水式多用真空泵(SHB-III)，杭州惠創儀器設備有限公司；電子分析天平(AG135)，Mettler Toledo；高效液相色譜儀(1260 Infinity)、氣質聯用儀(6890/5973 HP-5MS)和高分辨液質聯用儀(6545 Q-TOF)，Agilent；氣相色譜儀(Trace GC Ultra)和液質聯用儀(LCQ Fleet)，Thermo Fisher；熔點儀(B-545)，Buchi；核磁共振波譜儀(AVANCE III)，Bruker。

1.3 合成路線

目標化合物設計為

目標化合物的合成路線為

1.4 5-氯-3-甲基-2-氨基苯甲酸的合成

向反應瓶中加入3-甲基-2-氨基苯甲酸25 g(0.165 mol)和冰醋酸250 mL，在攪拌下滴加濃鹽酸61.5 mL，5 min后再滴加30%的雙氧水22.5 g。室溫反應40 min后反應液變為棕褐色澄清溶液，加入500 mL水，有固體析出，抽濾，干燥得固體23.75 g，液相純度96%，收率77.37%[21-27]。

1.5 6-氯-2-(3-溴-1-(3-氯吡啶-2-吡啶基)-1H-吡唑-5-基)-8-甲基-4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮的合成

向500 mL反應瓶中加入3-溴-1-(3-氯吡啶-2-吡啶基)-1H-吡唑-5-甲酸10 g(0.033 mol)，5-氯-3-甲基-2-氨基苯甲酸6.3 g (0.033 9 mol)，乙腈200 mL，待降溫至10 ℃后滴加3-甲基吡啶16 g(0.17 mol)，30 min后加入9 g甲基磺酰氯溶于33 mL 乙腈溶液，反應液由褐色渾濁變為黃色渾濁，保溫反應30 min，再升至室溫反應30 min 后將反應停止，加入8.2 g HCl，加水，抽濾，干燥得到淡黃色固體12.6 g，液相純度98%，收率82%。

1.6 目標化合物的合成

向100 mL三口瓶中加入6-氯-2-(3-溴-1-(3-氯吡啶-2-吡啶基)-1H-吡唑-5-基)-8-甲基-4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮(0.001 mol)，分別加入不同取代基的氨基酸(0.001 3 mol)，10 mL DMSO，升溫至60 ℃反應6 h。加入30 mL水，攪拌均勻后調酸至pH≈1，析出固體，抽濾得目標化合物a～l，液相純度≥95%。

1.7 生物活性測試

藥劑配制：將供試物用含0.1%吐溫-80乳化劑的DMF溶解配制成質量分數為1.0%的母液，然后用蒸餾水稀釋至實驗所需的劑量備用。

生物活性測試：浸葉法，供試靶標為黏蟲，將適量玉米葉在配好的藥液中充分浸潤后自然陰干，放入墊有濾紙的培養皿中，接黏蟲3齡中期幼蟲10 頭/皿，置于24～27 ℃觀察室內培養，2 d后調查結果，以毛筆觸動蟲體，無反應則視為死蟲；噴霧法，供試靶標為朱砂葉螨、苜蓿蚜，分別將接有朱砂葉螨和苜蓿蚜的蠶豆葉片置于Potter噴霧塔下噴霧處理，處理后朱砂葉螨置于24～27 ℃觀察室內培養，苜蓿蚜置于20～22 ℃觀察室內培養，48 h后調查結果，以毛筆觸動蟲體，無反應則視為死蟲。

2 結果與討論

2.1 目標化合物的合成

先以2-甲基-3-氨基苯甲酸為起始原料，經過鹵化生成5-氯-3-甲基-2-氨基苯甲酸；再與3-溴-1-(3-氯吡啶-2-吡啶基)-1H-吡唑-5-甲酸進行縮合反應生成6-氯-2-(3-溴-1-(3-氯吡啶-2-吡啶基)-1H-吡唑-5-基)-8-甲基-4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮；最后引入氨基酸片段合成目標化合物。在合成目標化合物時，對反應條件進行了優化。結果表明：在進行縮合反應時，使用二甲亞砜DMSO作為溶劑反應效果最好，且溫度越高反應速度越快，當溫度為60 ℃時產率最高，其中f產率最高(95%)。

2.2 化合物的波譜分析

以目標化合物i為例進行譜學分析：1H NMR譜圖中δ=10.56處的單峰為苯環與吡唑之間相連酰胺上氫的吸收峰；δ=8.48，8.14，7.60處的dd峰為吡啶環上氫的吸收峰；δ=8.20處的雙重峰為苯環與脂肪烴間酰胺氫上的吸收峰；δ=7.51處的單峰為吡唑環上氫的吸收峰；δ=7.49，7.32處的雙重峰為苯環上氫的吸收峰；δ=4.19處的雙重峰為酰胺基與羧酸之間氫的吸收峰；δ=2.17處的單峰為與苯環相連的甲基；δ=0.94處的單峰為叔丁基上3 個甲基氫的吸收峰。目標化合物i的分子式為

2.3 目標化合物的理化、1H NMR、13C NMR 和HRMS數據

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(5-甲氧基-5-氧戊酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(a)：卡其色固體，產率60%，熔點 108～111 ℃；1H NMR (500 MHz, DMSO)δ12.5(s,1H)，10.25 (s,1H),8.57 (d,J=7.4 Hz,1H),8.48 (m,1H),8.14 (dd,J=8.0,1.2 Hz,1H),7.59 (dd,J=8.1,4.5 Hz,1H),7.50 (d,J=2.2 Hz,1H),7.40 (d,J=2.3 Hz,1H),7.37(d,J=3.7 Hz,1H)，4.28 (m,1H),3.58(s,3H),2.34 (t,J=8.0 Hz,1H),2.28 (dd,J=11.2,3.8 Hz,1H),2.16 (s,1H),2.01 (m,1H),1.86 (m,1H)；13C NMR (126 MHz, DMSO)δ174.01,173.11,172.92,166.03,155.73,148.53,147.19,139.40,139.34,139.12,135.37,131.68,131.10,128.01,127.00,126.70,125.91,52.07,51.88,51.50,30.37,30.17,30.05；HRMS calcd for C23H20BrCl2N5O6[M-H]-609.990 1, found 609.990 2。

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(酪氨酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(b)：棕色固體，產率50%,熔點130～133 ℃；1H NMR (500 MHz, DMSO)δ10.61 (s,1H),9.26 (s,1H),8.46 (dd,J=4.7,1.4 Hz,1H),8.10 (m,2H),7.60 (m,1H),7.50 (s,1H),7.44 (d,J=2.0 Hz,1H),7.21 (d,J=1.6 Hz,1H),6.95 (d,J=8.2 Hz,2H),6.59 (d,J=8.4 Hz,2H),4.03 (m,1H),3.02 (dd,J=13.7,4.8 Hz,1H),2.84 (dd,J=13.5,7.4 Hz,1H),2.12 (s,3H)；13C NMR (126 MHz, DMSO)δ174.24,165.49,156.12,155.91,148.70,147.44,139.69,139.41,135.74,131.86,131.40,130.51,128.91,128.21,127.35,127.00,125.84,115.20,111.21,55.86,49.02,36.60；HRMS calcd for C26H20BrCl2N5O5[M-H]-629.995 2, found 629.995 0。

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(3-羥基丁酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(c)：黃色固體，產率80%，熔點75～77 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ12.65(s,1H)，10.25 (s,1H),8.48 (dd,J=4.7,1.5 Hz,1H),8.14 (dd,J=8.1,1.5 Hz,1H),8.03 (d,J=8.5 Hz,1H),7.60 (dd,J=8.1,4.7 Hz,1H),7.52 (m,1H),7.45 (d,J=2.3 Hz,1H),7.38 (d,J=5.4 Hz,1H),4.32 (m,1H),4.14 (m,1H),2.17 (s,3H),1.99 (s,1H),1.03 (d,J=6.4 Hz,3H)；13C NMR (126 MHz, DMSO)δ171.88,166.05,155.80,148.50,147.17,139.35,139.25,135.76,131.73,131.47,131.29,127.99,126.92,126.70,125.96,110.89,66.62,58.43,40.43,20.47,17.80；HRMS calcd for C21H18BrCl2N5O5[M-H]-567.979 6, found 567.979 6。

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(谷氨酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(d)：黃色固體，產率85%，熔點125～128 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ12.37 (s,2H),10.29 (s,1H),8.58 (d,J=7.5 Hz，1H),8.48 (dd,J=4.7,1.5 Hz 1H),8.14 (dd,J=8.1,1.5 Hz,1H),7.59 (dd,J=8.1,4.7 Hz 1H),7.50 (m,1H),7.39 (d,J=2.6 Hz,2H),4.28 (m,1H),2.28 (m,2H),2.16 (s,3H),2.01 (m,1H),1.86 (m,1H)；13C NMR (126 MHz, DMSO)δ173.98,173.08,172.22,165.99,155.71,150.09,148.53,147.16,139.38,139.32,139.11,135.39,131.65,131.08,128.00,126.97,126.68,125.91,110.82,51.99,30.36,26.10；HRMS calcd for C22H18BrCl2N5O6[M-H]-595.974 5, found 595.974 1。

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(丁酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(e)：白色固體，產率92%，熔點139～141 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ12.62 (s,1H),10.60 (s,1H),8.57 (d,J=7.5 Hz,1H),8.47 (dd,J=4.6,1.2 Hz,1H),8.14 (dd,J=8.0,1.2 Hz,1H),7.59 (m,2H),7.49 (d,J=2.1 Hz,1H),7.35 (d,J=2.3 Hz,1H),4.17 (m,1H),2.16 (s,3H),1.71 (m,2H), 0.83 (t,J=7.4 Hz,3H)；13C NMR (126 MHz, DMSO)δ173.32,165.93,155.72,148.60,147.19,139.32,139.18,135.96,131.54,131.43,131.20,128.04,126.91,126.74,126.05,110.95,54.10,40.02,24.11,17.83,10.67；HRMS calcd for C21H18BrCl2N5O4[M-H]-595.974 5，found 595.974 1。

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(4-甲基戊酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(f)：白色固體，產率95%，熔點118～121 ℃；1H NMR (500 MHz, DMSO)δ12.63 (s,1H),10.23 (s,1H),8.49 (m,2H),8.15 (dd,J=8.1,1.5 Hz,1H),7.61 (dd,J=8.1,4.7 Hz,1H),7.51 (d,J=2.0 Hz,1H),7.35 (m,2H),4.32 (m,1H),2.17 (s,3H),1.58 (m,2H),1.48 (m,1H), 0.82 (d,J=6.2 Hz,3H), 0.77 (d,J=6.2 Hz,3H)；13C NMR (126 MHz, CDCl3)δ175.76,168.36,158.19,149.26,146.58,139.43,138.95,138.43,135.04,133.16,132.47,130.22,129.36,128.25,125.74,124.90,111.46,51.53,40.01,39.89,24.97,22.98,21.41；HRMS calcd for C23H22BrCl2N5O4[M-H]-580.015 9，found 580.015 3。

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(甘氨酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(g)：白色固體，產率82%，熔點234～236 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ12.67 (s,1H),10.40 (s,1H),8.74 (t,J=5.8 Hz,1H),8.49 (dd,J=4.7,1.5 Hz,1H),8.16 (dd,J=8.1,1.5 Hz,1H),7.60 (dd,J=8.1,4.7 Hz,1H),7.50 (d,J=2.1 Hz,1H),7.45 (s,1H),7.39 (d,J=2.3 Hz,1H),3.83 (d,J=5.8 Hz,2H),2.16 (s,3H)；13C NMR (126 MHz, DMSO)δ171.05,166.16,155.83,148.50,147.21,139.49,139.40,139.27,135.45,131.72,131.68,131.19,127.97,126.97,126.75,125.76,110.93,41.18,17.83；HRMS calcd for C19H14BrCl2N5O4[M-H]-523.953 3，found 523.953 3。

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(丙氨酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(h)：白色固體，產率93%，熔點126～128 ℃；1H NMR (500 MHz, DMSO)δ12.62(s,1H),10.46 (s,1H),8.64 (d,J=7.2 Hz,1H),8.49 (dd,J=4.7,1.5 Hz,1H),8.16 (dd,J=8.1,1.5 Hz,1H),7.61 (dd,J=8.1,4.7 Hz,1H),7.50 (m,2H),7.37 (d,J=2.4 Hz,1H),4.29 (m,1H),2.17 (s,3H),1.28 (d,J=7.3 Hz,3H)；13C NMR (126 MHz, DMSO)δ174.00,165.62,155.78,148.60,147.23,139.39,139.38,139.11,135.72,131.61,131.52,131.20,128.09,126.99,126.79,125.95,110.92,48.16,17.84,16.96；HRMS calcd for C20H16BrCl2N5O4[M-H]-537.969 0，found 537.969 0。

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(3,3-二甲基丁酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(i)：白色固體，產率84%，熔點161～164 ℃；1H NMR (500 MHz, DMSO)δ10.56 (s,1H),8.48 (dd,J=4.7,1.5 Hz,1H),8.20 (d,J=8.5 Hz,1H),8.14 (dd,J=8.1,1.5 Hz,1H),7.60 (dd,J=8.1,4.7 Hz,1H),7.5 (m,2H),7.32 (d,J=2.3 Hz,1H),4.19 (d,J=8.3 Hz,1H),2.17 (s,3H), 0.94 (s,9H)；13C NMR (126 MHz, DMSO)δ172.27,166.05,156.01,148.62,147.24,142.76,139.37,139.29,139.23,136.35,131.53,131.32,128.09,126.96,126.79,126.33,110.99,62.93,61.27,33.66,26.96,17.85；HRMS calcd for C23H22BrCl2N5O4[M-H]-580.015 9, found 580.015 7。

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(3-甲基丁酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(j)：紅棕色固體，產率81%，熔點49～51 ℃；1H NMR (500 MHz, DMSO)δ10.57 (s,1H),8.48 (dd,J=4.7,1.4 Hz,1H),8.39 (d,J=8.1 Hz,1H),8.15 (dd,J=8.1,1.4 Hz,1H),7.60 (dd,J=8.1,4.7 Hz,1H),7.53 (s,1H),7.49 (d,J=2.2 Hz,1H),7.34 (d,J=2.3 Hz,1H),4.20 (m,1H),2.17 (s,3H),2.09 (m,1H), 0.87 (d,J=6.8 Hz,6H)；13C NMR (126 MHz, DMSO)δ172.72,166.00,155.77,148.57,147.15,139.27,139.26,139.17,136.13,131.46,131.34,131.18,128.01,126.85,126.69,126.17,110.94,58.15,29.66,19.18,18.51,17.80；HRMS calcd for C22H20BrCl2N5O4[M-H]-566.000 3, found 566.000 3。

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(3-甲基戊酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(k)：棕褐色固體，產率90%，熔點68～72 ℃；1H NMR (500 MHz, DMSO)δ10.63 (s,1H),8.48 (dd,J=4.7,1.5 Hz,1H),8.39 (d,J=7.9 Hz,1H),8.15 (dd,J=8.1,1.5 Hz,1H),7.60 (dd,J=8.1,4.7 Hz,1H),7.56 (m,1H),7.49 (d,J=2.2 Hz,1H),7.33 (d,J=2.3 Hz,1H),4.21 (m,1H),2.16 (s,3H),1.83 (m,1H),1.40 (m,1H),1.14 (m,1H), 0.84 (d,J=6.8 Hz,3H), 0.79 (t,J=7.4 Hz,3H)；13C NMR (126 MHz, DMSO)δ172.68,165.77,155.74,148.57,147.11,139.22,139.20,139.16,136.28,131.39,131.22,131.19,127.97,126.82,126.63,126.18,110.95,57.28,36.03,25.10,17.76,15.54,11.28；HRMS calcd for C23H22BrCl2N5O4[M-H]-580.015 9，found 580.015 6。

3-溴-N-(4-氯-2-甲基-6-(色氨酸-2-基氨基甲酰基)苯基)-1-(3-氯吡啶-2-基)-1H-吡唑-5-羧酰胺(l)：白色固體，產率72%，熔點130～133 ℃；1H NMR (500 MHz, DMSO)δ12.72(s,1H)，10.80 (d,J=1.8 Hz,1H),10.24 (s,1H),8.51 (d,J=7.5 Hz,1H),8.47 (dd,J=4.7,1.5 Hz,1H),8.11 (dd,J=8.1,1.5 Hz,1H),7.57 (m,2H),7.50 (m,1H),7.33 (m,3H),7.10 (dd,J=10.3,1.6 Hz,1H),7.07 (dd,J=8.0,1.0 Hz,1H),6.99 (m,1H),4.57(m,1H)，3.23 (dd,J=14.6,5.6 Hz,1H),3.10 (dd,J=14.7,8.1 Hz,1H),2.15 (s,3H)；13C NMR (126 MHz, DMSO)δ173.00,165.60,155.75,148.45,147.14,139.39,139.33,139.06,136.16,134.99,131.69,131.06,127.94,127.28,126.97,126.66,125.93,123.69,121.06,118.51,118.23,111.50,110.81,109.89,53.70,40.43,26.94,17.80；HRMS calcd for C28H21BrCl2N6O4[M-H]-653.011 2, found 653.011 1。

2.4 生物活性

所有目標化合物的測試工作均由浙江省化工研究院農藥創制中心完成，如表1，2所示。測試結果表明：目標化合物對黏蟲和苜蓿蚜均具有一定的殺蟲活性，其中對黏蟲的活性更好。在500 mg/L質量濃度下，除g以外的所有目標化合物對黏蟲的殺蟲活性均為100%，目標化合物f對苜蓿蚜的殺蟲活性達到90%，化合物j，l對苜蓿蚜的殺蟲活性為60%，但所有化合物對朱砂葉螨均沒有表現出活性。當測試質量濃度為100 mg/L時，化合物b，f，j，k，l對黏蟲的殺蟲活性仍為100%，化合物c，e，h對黏蟲的殺蟲活性為90%，化合物a，d對黏蟲的殺蟲活性為80%，化合物i對黏蟲的殺蟲活性為70%。當測試質量濃度為20 mg/L時，化合物b對黏蟲的殺蟲活性為90%，化合物c，f，j對黏蟲的殺蟲活性達80%。當測試質量濃度降為4 mg/L時，化合物b對黏蟲的殺蟲活性為80%，化合物f對黏蟲的殺蟲活性為70%。

表1 目標化合物的殺蟲活性(普篩)Table 1 Insecticidal activity of target compounds (general sieve)

表2 目標化合物的殺蟲活性(初篩)

初步的結構與活性關系分析發現：當引入的氨基酸碳鏈較長時，目標化合物的殺蟲活性相對較好，表明目標化合物的殺蟲活性與碳鏈的長短有一定關系，具體表現為：—CH2CH(CH3)2>—CH(CH3)2>—H。同時引入帶有芳環的氨基酸比烷烴的殺蟲活性相對較好，具體表現為目標化合物b(R=4-OH—PhCH2-)對黏蟲的殺蟲活性高于其他化合物，具有進一步研究的價值。

3 結 論

以氯蟲苯甲酰胺為先導，通過引入氨基酸片段合成了12 個新化合物，初步的生物活性測試結果表明：在500 mg/L測試質量濃度下，多數目標化合物對黏蟲有著較高的殺蟲活性，其中化合物b在20，4 mg/L質量濃度下對黏蟲分別有90%和80%的殺蟲活性，化合物f在20，4 mg/L質量濃度下對黏蟲分別有80%和70%的殺蟲活性，需要對其進行結構優化，后續可進一步對具有氯蟲苯甲酰胺抗性的害蟲進行生物活性測試。