N-苯基八元氧橋環新煙堿化合物的合成及其增效活性

譚 都, 須志平, 邵旭升, 李 忠

(華東理工大學 藥學院，上海市化學生物學 (芳香雜環) 重點實驗室，上海 200237)

以吡蟲啉為代表的新煙堿類殺蟲劑，是一類具有觸殺、胃毒及內吸活性的高效低毒殺蟲劑，廣泛應用于害蟲防治、種子處理及動物健康等方面[1-2]。然而，隨著該類殺蟲劑的頻繁使用，害蟲抗藥性迅速發展[3-5]，加之其對蜜蜂和其他非靶標生物的安全性低[6-8]，導致許多國家或組織重新評估了該類殺蟲劑的風險，部分品種已被限制使用或禁止使用。目前，只有少數幾個新開發的品種安全性較好或無交互抗性，如氟啶蟲胺腈[9-10]、氟吡呋喃酮[11-12]和flupyrimin[13-14]等，新煙堿類殺蟲劑的發展處于低迷期。

本課題組前期以NTN32692 為先導結構，基于順硝烯的設計思路發現了一系列高活性結構[15]，其中哌蟲啶[15-16]和環氧蟲啶[17-18](圖式1) 已取得中國農藥登記證。在研究環氧蟲啶的同系物八元氧橋環結構化合物IPPA08 時，發現其在低濃度下化合物本身無活性，但和吡蟲啉、噻蟲嗪、啶蟲脒、烯啶蟲胺等傳統新煙堿類殺蟲劑聯合使用時，能顯著提高這些殺蟲劑對害蟲的防治效果[19]，可作為一種新煙堿類殺蟲劑的特異性增效劑，這為解決傳統新煙堿類殺蟲劑存在的問題提供了潛在方法。然而，IPPA08 與吡蟲啉等殺蟲劑聯用時對蜜蜂的毒性也升高，不具有選擇性。后續研究時，將吡啶環替換成苯環，發現苯環對位為叔丁基取代的化合物IPP217D25 增效活性更好且不會增加吡蟲啉對蜜蜂的毒性，具有選擇性[20]，并且在苯環對位上引入芳基的部分化合物[21]增效活性優于IPP217D25，表明該類結構增效活性的構效關系不同于具有殺蟲活性的新煙堿類化合物，將吡啶環替換成苯環是可行的。

圖式 1 NTN32692、哌蟲啶和環氧蟲啶的結構式Scheme 1 Structural fomulas of NTN32692, paichongding and cycloxaprid

基于上述研究，本文繼續對八元氧橋環結構進行改造，將苯環直接和咪唑環相連，設計合成了15 個N-苯基八元氧橋環新煙堿化合物，探索該類結構衍生物對吡蟲啉的增效活性。目標化合物的設計如圖式2，合成路線如圖式3。

圖式 3 目標衍生物4a～4o 的合成路線Scheme 3 Synthetic procedure for the target derivatives 4a-4o

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Buchi Melting Point B-450 熔點儀(未校正)；Bruker AM-400 MHz 核磁共振分析儀 (以CDCl3或DMSO-d6為溶劑，TMS 為內標)； MicroMass GCT CA055 質譜儀 (ESI 源)。所有的試劑和溶劑均為市售分析純并直接使用。對照藥劑IPP217D25 參照文獻合成及純化，99% 吡蟲啉 (imidacloprid) 原藥，購自Sigma-Aldrich 公司。

1.2 化合物的合成

1.2.1 中間體3 的合成 參考文獻方法[22]合成。

(E)-2-(硝基亞甲基)-1-苯基咪唑烷 (3a) 的合成：室溫下，將碘苯1a (5 mmol) 和無水乙二胺 (1.5 g, 25 mmol) 溶于15 mL 乙腈中，加入碘化亞銅 (0.1 g, 0.5 mmol)，加熱回流8 h，薄層層析 (V(二氯甲烷) :V(甲醇) = 20 : 1) 監測反應。反應完成后，冷卻至室溫，加入水 (20 mL) 并用二氯甲烷 (30 mL × 3) 萃取，合并有機相，干燥后濃縮得N-苯基乙二胺的粗產物2a，直接用于下一步反應。將粗產物2a 溶于25 mL 無水乙醇中，加入1,1-二硫甲基-2-亞硝基乙烯 (0.495 g, 3 mmol)，加熱至回流2 h；反應結束后，減壓下除去溶劑，將殘留物溶于10 mL 乙酸乙酯中，超聲后大量固體析出，抽濾，濾餅用少量乙酸乙酯洗滌，烘干后得白色固體3a，收率65.1%；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ8.94 (s, 1H), 7.44-7.40 (m, 2H), 7.35-7.29 (m, 1H), 7.24-7.20(m, 2H), 6.46 (s, 1H), 4.08-4.03 (m, 2H), 3.95-3.90 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ158.70, 137.72, 130.03, 127.99,125.07, 97.94, 51.49, 42.63.

(E)-1-(4-叔丁基苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3b) 合成方法同3a，白色固體，收率70.1%；1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.89 (s, 1H), 7.47-7.37 (m, 2H), 7.17-7.11 (m, 2H),6.44 (s, 1H), 4.06-4.01 (m, 2H), 3.95-3.89 (m, 2H), 1.32 (s,9H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ159.05, 151.54, 134.96,127.03, 124.95, 98.07, 51.64, 42.75, 34.86, 31.37.

(E)-1-(3-氯苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3d) 合成方法同3a，白色固體，收率69.8%；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ8.97 (s, 1H), 7.37 (t,J= 8.0 Hz, 1H), 7.31 (ddd,J= 8.0, 2.0,1.2 Hz, 1H), 7.24 (t,J= 2.0 Hz, 1H), 7.16-7.13 (m, 1H), 6.50(s, 1H), 4.07-4.03 (m, 2H), 3.96-3.91 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ158.32, 139.06, 135.69, 131.02, 128.06,125.06, 123.06, 97.98, 51.32, 42.57.

(E)-1-(4-氯苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3e) 合成方法同3a，黃色固體，收率62.7%；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ8.93 (s, 1H), 7.43-7.37 (m, 2H), 7.21-7.15 (m, 2H), 6.43 (s,1H), 4.05-4.00 (m, 2H), 3.95-3.91 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ158.49, 136.34, 133.64, 130.25, 126.33, 97.86,51.44, 42.60.

(E)-1-(3-氟苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3g) 合成方法同3a，淡黃色固體，收率76.9%；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ8.96 (s, 1H), 7.39 (td,J= 8.2, 6.4 Hz, 1H), 7.09-6.91 (m,3H), 6.51 (s, 1H), 4.04 (dd,J= 9.6, 7.0 Hz, 2H), 3.93 (dd,J=9.6, 7.0 Hz, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ163.15 (d,J=248.0 Hz), 158.22, 139.34 (d,J= 9.7 Hz), 131.30 (d,J= 9.3 Hz), 120.42 (d,J= 3.3 Hz), 114.79 (d,J= 21.0 Hz), 112.15 (d,J= 23.5 Hz), 97.93, 51.27, 42.57.

(E)-1-(4-氟苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3h) 合成方法同3a，白色固體，收率80.7%；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ8.88 (br, 1H), 7.24-7.19 (m, 2H), 7.14-7.09 (m, 2H), 6.32 (s,1H), 4.04-3.89 (m, 4H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ161.76(d,J= 248.0 Hz), 158.97, 133.68 (d,J= 3.2 Hz), 127.49 (d,J=8.8 Hz), 117.07 (d,J= 22.8 Hz), 97.73, 51.83, 42.72.

(E)-1-(3-甲基苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3j) 合成方法同3a，黃色固體，收率76.1%；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ8.93 (s, 1H), 7.31 (t,J= 7.8 Hz, 1H), 7.14 (d,J= 7.6 Hz,1H), 7.03-6.99 (m, 2H), 6.47 (s, 1H), 4.06-4.00 (m, 2H), 3.94-3.90 (m, 2H), 2.37 (s, 3H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ158.97, 140.44, 137.19, 129.99, 129.02, 125.83, 122.24, 98.21,51.71, 42.77, 21.54.

(E)-1-(4-甲基苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3k) 合成方法同3a，黃色固體，收率67.1%；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ8.91 (s, 1H), 7.23 (d,J= 8.0 Hz, 2H), 7.13-7.09 (m, 2H),6.43 (s, 1H), 4.05-4.00 (m, 2H), 3.95-3.88 (m, 2H), 2.37 (s,3H).13C NMR (101 MHz, CDCl3)δ158.96, 138.29, 134.98,130.61, 125.09, 97.95, 51.66, 42.64, 21.12.

(E)-1-(3-三氟甲基苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3l) 合成方法同3a，白色固體，收率61.5%；1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.98 (s, 1H), 7.60-7.56 (m, 2H), 7.50-7.45 (m, 2H),6.43 (s, 1H), 4.11-4.07 (m, 2H), 3.99-3.93 (m, 2H).13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ158.33, 138.62, 132.84 (q,J= 32.7 Hz),130.79, 128.44, 124.67 (q,J= 271.0 Hz), 124.55 (q,J= 3.8 Hz), 121.69 (q,J= 3.8 Hz), 97.80, 51.37, 42.64.

(E)-1-(4-三氟甲基苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3m) 合成方法同3a，白色固體，收率58.6%；1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ9.03 (s, 1H), 7.70 (d,J= 8.2 Hz, 2H), 7.37 (d,J= 8.2 Hz, 2H), 6.56 (s, 1H), 4.13-4.08 (m, 2H), 3.98-3.94 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ157.92, 141.25, 129.59 (q,J=33.0 Hz), 127.25 (q,J= 3.7 Hz), 124.46, 122.25 (q,J= 270.7 Hz), 98.09, 51.05, 42.55.

(E)-3-(2-(硝基亞甲基) 咪唑烷-1-基)苯甲腈 (3n) 合成方法同3a，白色固體，收率63.7%；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ9.00 (s, 1H), 7.64-7.50 (m, 4H), 6.48 (s, 1H), 4.10-4.06 (m,2H), 3.99-3.94 (m, 2H).

(E)-4-(2-(硝基亞甲基) 咪唑烷-1-基)苯甲腈 (3o) 合成方法同3a，淡黃色固體，收率80.4%；1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ9.09 (s, 1H), 7.78-7.69 (m, 2H), 7.39-7.32 (m, 2H),6.66 (s, 1H), 4.16-4.08 (m, 2H), 3.98-3.94 (m, 2H).

(E)-1-(2-氯苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3c) 的合成：室溫條件下，將2-氯碘苯1c (5 mmol) 和無水乙二胺 (1.5 g,25 mmol) 溶于15 mL 乙腈中，加入碘化亞銅 (0.1 g, 0.5 mmol)和碳酸銫 (1.63 g, 5 mmol)，加熱回流8 h，薄層色譜 (V(二氯甲烷) :V(甲醇) = 20:1) 監測至反應完成。冷卻到室溫，加入水 (20 mL) 并用二氯甲烷 (30 mL × 3) 萃取，合并有機相，干燥濃縮得N-2-氯-苯基乙二胺粗產物2c，直接用于下一步反應。將1,1-二硫甲基-2-硝基乙烯 (0.495 g, 3 mmol)溶于15 mL 無水乙醇中，回流15 min， 然后緩慢滴加化合物2c 的20 mL無水乙醇溶液，繼續反應；反應結束后，減壓除去溶劑，殘余物溶于10 mL 乙酸乙酯中，超聲后大量固體析出，抽濾，濾餅用少量乙酸乙酯洗滌，烘干后得淡黃色固體3c，收率52.3%；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ8.81 (s, 1H), 7.54-7.50 (m, 1H), 7.40-7.30 (m, 3H), 6.07 (s,1H), 4.18 (q,J= 8.8 Hz, 1H), 4.04-3.94 (m, 2H), 3.83 (q,J=9.0 Hz, 1H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ159.48, 134.43,133.23, 131.22, 130.77, 130.02, 128.59, 97.76, 50.44, 43.17.

(E)-1-(2-氟苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3f) 合成方法同3c，淡黃色固體，收率59.7%；1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.87 (s, 1H), 7.40-7.35 (m, 1H), 7.30 (td,J= 8.0, 2.0 Hz, 1H), 7.24-7.17 (m, 2H), 6.24 (s, 1H), 4.03-3.95 (m, 4H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ159.52 (d,J= 251.3 Hz),159.35, 130.68 (d,J= 7.9 Hz), 129.05, 125.41 (d,J= 4.0 Hz),124.89 (d,J= 12.0 Hz), 117.54 (d,J= 19.3 Hz), 97.70, 50.90,43.08.

(E)-1-(2-甲基苯基)-2-(硝基亞甲基) 咪唑烷 (3i) 合成方法同3c，淡黃色固體，收率59.3%；1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.75 (s, 1H), 7.33-7.28 (m, 3H), 7.15 (d,J= 7.6 Hz,1H), 6.03 (s, 1H), 4.07-3.84 (m, 4H), 2.25 (s, 3H).13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ159.56, 136.40, 135.58, 131.85, 129.60,127.88, 127.75, 97.62, 51.15, 43.03, 17.45.

1.2.2 目標化合物的合成 將中間體3 (1.5 mmol)溶于15 mL 二氯甲烷中，加入三氟乙酸 (4.5 mmol)攪拌使固體完全溶解，然后緩慢滴加質量分數為50%的戊二醛（2mmol）水溶液，室溫下反應2 h，薄層色譜 (V(二氯甲烷) :V(甲醇) = 20 : 1) 監測反應完成后，用飽和NaHCO3水溶液調節pH 到中性，二氯甲烷 (15 mL × 2) 萃取，合并有機相，干燥濃縮，殘余物用乙酸乙酯重結晶，干燥后得到目標產物4。目標化合物的性質及相關譜圖數據如下。

10-硝基-1-苯基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a] 氮雜環辛烯 (4a)：黃色固體，收率81.4%；m.p.164.8-165.6 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.36-7.29 (m,2H), 7.19-7.13 (m, 1H), 7.13-7.09 (m, 2H), 5.40 (d,J= 4.2 Hz,1H), 5.06 (s, 1H), 4.33 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 4.09-4.03 (m, 1H),3.76-3.62 (m, 2H), 2.11 (d,J= 13.8 Hz, 1H), 2.00-1.88 (m,2H), 1.80-1.76 (m, 1H), 1.72-1.65 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ151.94, 142.88, 128.94, 125.64, 121.10,107.17, 82.84, 69.39, 52.88, 45.95, 29.91, 27.15, 15.07.HRMS(ESI) C15H17N3O3(M + H)+計算值288.1343, 測試值288.1334。

1-(4-叔丁基苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a]氮雜環辛烯 (4b)：黃色固體，收率81.6%；m.p.187.5-188.2 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.33-7.29(m, 2H), 7.04-7.00 (m, 2H), 5.40 (dd,J= 4.0, 1.8 Hz, 1H),5.05 (t,J= 2.4 Hz, 1H), 4.30 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 4.13-4.01 (m,1H), 3.72-3.61 (m, 2H), 2.13-2.10 (d,J= 13.8 Hz, 1H), 1.98-1.90 (m, 2H), 1.80-1.74 (m, 1H), 1.72-1.66 (m, 2H), 1.29 (s,9H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ152.02, 148.30, 140.27,125.76, 120.58, 107.08, 82.83, 69.41, 52.94, 45.94, 34.51,31.38, 29.87, 27.22, 15.07.HRMS (ESI)：C19H25N3O3(M +H)+計算值344.1969, 測試值344.1958。

1-(2-氯苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a] 氮雜環辛烯 (4c)：淡黃色固體，收率68.5%；m.p.173.5-174.5 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.47-7.39(m, 1H), 7.25-7.16 (m, 3H), 5.37-5.31 (m, 1H), 5.08 (q,J=2.4, 1.8 Hz, 1H), 4.47-4.45 (m, 0.7H), 4.21-4.18 (m, 0.3H),3.90-3.86 (m, 0.3H), 3.80-3.68 (m, 2.7H), 2.06-1.88 (m, 3H),1.84-1.63 (m, 3H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ153.78,141.19, 140.93, 130.40, 130.29, 129.97, 128.18, 128.06,127.60, 127.56, 126.08, 124.73, 106.95, 82.71, 82.24, 69.07,68.89, 52.34, 52.12, 46.53, 46.31, 29.98, 29.35, 27.87, 27.04,15.08, 14.98.HRMS (ESI)：C15H16N3O335Cl (M + H)+計算值322.0953, 測試值322.0944; C15H16N3O337Cl (M + H)+計算值324.0923, 測試值324.0912。

1-(3-氯苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a]氮雜環辛烯 (4d)：淡黃色固體，收率68.8%；m.p.173.9-174.7 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.24-7.20 (m,1H), 7.15-7.11 (m, 1H), 7.09 (t,J= 2.0 Hz, 1H), 6.99 (ddd,J=8.0, 2.2, 1.0 Hz, 1H), 5.39 (dd,J= 4.4, 1.8 Hz, 1H), 5.06 (d,J=2.8 Hz, 1H), 4.31 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 4.12-3.96 (m, 1H), 3.79-3.62 (m, 2H), 2.13-2.06 (m, 1H), 2.01-1.90 (m, 2H), 1.80-1.75(m, 1H), 1.72-1.62 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ151.66, 144.07, 134.60, 129.80, 125.73, 121.52, 119.47,107.45, 82.77, 69.27, 52.86, 45.84, 29.90, 27.11, 15.03.HRMS(ESI)：C15H16N3O335Cl (M + H)+計算值322.0953, 測試值322.0945; C15H16N3O337Cl (M + H)+計算值324.0923, 測試值324.0913。

1-(4-氯苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a] 氮雜環辛烯 (4e)：淡黃色固體，收率62.3%；m.p.181.5-182.3 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.30-7.26(m, 2H), 7.08-6.97 (m, 2H), 5.38 (d,J= 4.4 Hz, 1H), 5.06 (s,1H), 4.31 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 4.05-3.98 (m, 1H), 3.79-3.60 (m,2H), 2.11-2.07 (m, 1H), 1.99-1.87 (m, 2H), 1.80-1.75 (m, 1H),1.72-1.63 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ151.84,141.46, 130.89, 129.03, 122.40, 107.29, 82.83, 69.31, 52.84,45.90, 29.88, 27.09, 15.05.HRMS (ESI)：C15H16N3O335Cl(M + H)+計算值322.0953, 測試值322.0945; C15H16N3O337Cl(M + H)+計算值324.0923, 測試值324.0913。

1-(2-氟苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a]氮雜環辛烯 (4f)：黃色固體，收率68.8%；m.p.167.6-168.0 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.22-7.05 (m,4H), 5.35 (dd,J= 4.0, 2.0 Hz, 1H), 5.07 (t,J= 2.4 Hz, 1H),4.27 (br, 1H), 3.93 (br, 1H), 3.78-3.66 (m, 2H), 2.09-2.01 (m,1H), 2.00-1.88 (m, 2H), 1.82-1.76 (m, 1H), 1.72-1.63 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ157.37 (d,J= 246.4 Hz),153.05, 131.10, 130.98 (d,J= 11.7 Hz), 127.76 (d,J= 7.8 Hz), 124.33 (d,J= 3.6 Hz), 116.28 (d,J= 19.4 Hz), 107.03,82.57, 69.10, 52.53, 46.19, 29.74, 27.31, 14.91.HRMS(ESI)：C15H16N3O3F (M + H)+計算值306.1248, 測試值306.1239.

1-(3-氟苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a]氮雜環辛烯 (4g)：淡黃色固體，收率72.1%；m.p.166.1-166.7 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.30-7.22 (m,1H), 6.92-6.78 (m, 3H), 5.38 (dd,J= 4.2, 1.8 Hz, 1H), 5.06 (d,J= 2.6 Hz, 1H), 4.29 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 4.03 (td,J= 9.6, 5.8 Hz, 1H), 3.76-3.63 (m, 2H), 2.11-2.06 (m, 1H), 2.01-1.88 (m,2H), 1.80-1.75 (m, 1H), 1.71-1.63 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ164.08 (d,J= 245.0 Hz), 151.75, 144.48 (d,J= 10.1 Hz), 130.02 (d,J= 9.4 Hz), 116.95 (d,J= 3.1 Hz),112.57 (d,J= 21.0 Hz), 108.91 (d,J= 24.0 Hz), 107.41,82.73, 69.27, 52.84, 45.83, 29.82, 27.16, 15.01.HRMS(ESI)：C15H16N3O3F (M + H)+計算值306.1248, 測試值306.1239。

1-(4-氟苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a]氮雜環辛烯 (4h)：淡黃色固體，收率88.4%；m.p.185.7-186.4 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.09-7.05 (m,2H), 7.02-6.97 (m, 2H), 5.39-5.34 (m, 1H), 5.05 (t,J= 2.4 Hz,1H), 4.27 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 3.99 (td,J= 9.8, 6.0 Hz, 1H),3.77-3.62 (m, 2H), 2.10-2.05 (m, 1H), 1.99-1.87 (m, 2H), 1.80-1.74 (m, 1H), 1.71-1.64 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ161.39 (d,J= 243.9 Hz), 152.34, 139.18 (d,J= 3.2 Hz),123.00 (d,J= 8.3 Hz), 115.90 (d,J= 22.9 Hz), 106.91, 82.77,69.29, 53.10, 45.93, 29.80, 27.11, 15.03.HRMS (ESI)：C15H16N3O3F (M + H)+計算值306.1248, 測試值306.1239。

1-(2-甲基苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a] 氮雜環辛烯 (4i)：白色固體，收率66.4%；m.p.163.0-163.9 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.26-7.21(m, 1H), 7.18-7.03 (m, 3H), 5.40-5.28 (m, 1H), 5.10-5.07 (m,1H), 4.31-4.23 (m, 0.6H), 4.10-4.08 (m, 0.4H), 3.88-3.62 (m,3H), 2.41 (s, 1.8H), 2.31 (s, 1.2H), 2.11-1.62 (m, 6H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ155.12, 143.10, 133.87, 131.23,127.35, 127.28, 126.81, 123.61, 122.87, 82.79, 82.20, 69.17,69.07, 52.55, 52.46, 46.71, 46.15, 30.13, 29.27, 28.10, 26.83,18.60, 18.45, 15.16, 15.05.HRMS (ESI)：C16H19N3O3(M +H)+計算值302.1499, 測試值302.1491。

1-(3-甲基苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a]氮雜環辛烯 (4j)：淡黃色固體，收率70.9%；m.p.175.8-176.5 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.20 (dd,J= 8.6, 7.6 Hz, 1H), 6.97 (d,J= 7.6 Hz, 1H), 6.92 (dd,J= 4.2, 2.0 Hz, 2H), 5.40 (dd,J= 4.2, 1.8 Hz, 1H), 5.06 (t,J=2.6 Hz, 1H), 4.32 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 4.07-3.98 (m, 1H), 3.76-3.60 (m, 2H), 2.33 (s, 3H), 2.13-2.10 (m, 1H), 1.97-1.91 (m,2H), 1.81-1.74 (m, 1H), 1.71-1.66 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ152.06, 142.88, 138.88, 128.72, 126.60,121.82, 118.29, 107.08, 82.83, 69.40, 52.98, 45.94, 29.93,27.12, 21.54, 15.07.HRMS (ESI)：C16H19N3O3(M + H)+計算值302.1499, 測試值302.1490。

1-(4-甲基苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a] 氮雜環辛烯 (4k)：黃色固體，收率54.2%；m.p.172.7-173.5 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.12 (d,J= 8.2 Hz, 2H), 7.00 (d,J= 8.2 Hz, 2H), 5.39 (d,J= 4.2 Hz,1H), 5.05 (s, 1H), 4.29 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 4.05-3.99 (m, 1H),3.75-3.62 (m, 2H), 2.31 (s, 3H), 2.12-2.09 (m, 1H), 1.96-1.90(m, 2H), 1.79-1.75 (m, 1H), 1.71-1.65 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ152.18, 140.40, 135.42, 129.55, 120.99,106.94, 82.86, 69.41, 52.96, 45.99, 29.89, 27.10, 21.05, 15.07.HRMS (ESI) C16H19N3O3(M + H)+計算值302.1499, 測試值302.1490。

10-硝基-1-(3-(三氟甲基)苯基)-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a] 氮雜環辛烯 (4l)：白色固體，收率56.3%；m.p.172.4-173.4 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.45-7.38 (m, 2H), 7.32 (d,J= 2.4 Hz, 1H), 7.25-7.23 (m, 1H),5.39 (dd,J= 4.2, 1.8 Hz, 1H), 5.08 (t,J= 2.4 Hz, 1H), 4.36 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 4.06 (td,J= 9.6, 5.6 Hz, 1H), 3.80-3.65 (m,2H), 2.12-2.05 (m, 1H), 2.02-1.89 (m, 2H), 1.82-1.76 (m, 1H),1.73-1.63 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ151.57,143.44, 131.01 (q,J= 32.3 Hz), 129.36, 125.11 (q,J= 270.9 Hz), 124.35, 122.07 (q,J= 3.8 Hz), 117.89 (q,J= 3.8 Hz),107.57, 82.78, 69.24, 52.81, 45.81, 29.87, 27.10, 15.01.HRMS(ESI)：C16H16N3O3F3(M + H)+計算值356.1217, 測試值356.1205。

10-硝基-1-(4-(三氟甲基)苯基)-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a] 氮雜環辛烯 (4m)：黃色固體，收率73.2%；m.p.187.4-188.1 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.55 (d,J= 8.4 Hz, 2H), 7.14 (d,J= 8.4 Hz, 2H), 5.38 (d,J= 4.4 Hz, 1H), 5.08 (s, 1H), 4.34 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 4.10-4.03 (m, 1H), 3.77-3.64 (m, 2H), 2.13-2.04 (m, 1H), 2.00-1.88(m, 2H), 1.81-1.76 (m, 1H), 1.71-1.60 (m, 2H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ151.34, 145.71, 127.23 (q,J= 32.6 Hz),126.01 (q,J= 3.8 Hz), 124.00 (q,J= 270.3 Hz), 120.93,107.82, 82.77, 69.26, 52.60, 45.79, 29.80, 27.15, 15.00.HRMS(ESI)：C16H16N3O3F3(M + H)+計算值356.1217, 測試值356.1204。

1-(3-氰基苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a]氮雜環辛烯 (4n)：黃色固體，收率80.1%；m.p.179.8-180.7 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.45-7.39 (m,2H), 7.35-7.33 (m, 1H), 7.30-7.28 (m, 1H), 5.42-5.36 (m, 1H),5.09 (d,J= 2.4 Hz, 1H), 4.35 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 4.05 (td,J=9.6, 5.6 Hz, 1H), 3.82-3.67 (m, 2H), 2.13-2.06 (m, 1H), 2.03-1.89 (m, 2H), 1.82-1.77 (m, 1H), 1.74-1.62 (m, 2H).13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ151.31, 143.74, 129.72, 128.82, 125.60,124.32, 118.27, 113.00, 107.76, 82.77, 69.19, 52.71, 45.77,29.87, 27.09, 15.01.HRMS (ESI)：C16H16N4O3(M + H)+計算值313.1295, 測試值313.1285。

1-(4-氰基苯基)-10-硝基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氫-5,9-環氧咪唑并[1,2-a]氮雜環辛烯 (4o)：淡黃色固體，收率70.5%；m.p.185.1-186.1 ℃；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ7.64-7.55(m, 2H), 7.14-7.08 (m, 2H), 5.40-5.37 (m, 1H), 5.10 (s, 1H),4.37 (q,J= 9.8 Hz, 1H), 4.13-4.07 (m, 1H), 3.81-3.67 (m, 2H),2.12-1.90 (m, 3H), 1.83-1.63 (m, 3H).13C NMR (100 MHz,CDCl3)δ150.78, 146.34, 132.81, 121.17, 118.62, 108.20,82.80, 69.23, 52.37, 45.74, 29.87, 27.11, 15.00.HRMS(ESI)：C16H16N4O3(M + H)+計算值313.1295, 測試值313.1284。

1.3 目標化合物增效活性測試

以上海曉明檢測技術服務有限公司生測藥效實驗室提供的苜蓿蚜Aphis craccivora為測試對象，采用葉片浸漬法[23]測定。準確稱取適量的目標化合物和吡蟲啉原藥，分別溶于1 mL 二甲基亞砜中，加入含有體積分數0.1% Triton X-100 的蒸餾水，制備成質量濃度為100 mg/L 的目標化合物和吡蟲啉母液。然后根據測試要求用含有0.1%Triton X-100 的蒸餾水稀釋，制備一系列濃度藥液。將苜蓿蚜成蟲饑餓1 h 后接入新鮮蠶豆苗上，控制每顆蠶豆苗上15～25 只成蟲，然后將帶蟲豆苗在上述配制的藥液中浸泡5 s。重復3 次。浸藥完成后吸去多余藥液，轉移到海綿上。每個濃度平行測定3 次，空白對照用含有1 mL 二甲基亞砜和0.1% Triton X-100 的水溶液處理。將試蟲置于(24 ± 1) ℃、相對濕度50%～60% 條件下，48 h后檢查并統計成蟲的死亡率。

2 結果與分析

2.1 目標化合物的合成

目標化合物以取代碘苯1 和乙二胺為起始原料，首先在碘化亞銅的催化下在乙腈中進行回流反應，以較高收率得到中間體2，其中鄰位取代的碘苯1c、1f 和1i 由于位阻較大，反應發生較慢，即使延長反應時間后原料仍有大量剩余，需要加入碳酸銫作為堿促進反應從而提高收率。該中間體純度較高，即便含有少量乙二胺，由于副反應生成的硝基咪唑水溶性好，能通過萃取除去，故可直接用于下一步反應。隨后中間體2 和1,1-二硫甲基-2-硝基乙烯在乙醇中回流，合成關鍵中間體3，中間體3 與戊二醛水溶液在三氟乙酸催化下，以二氯甲烷為溶劑，經過雙曼尼希縮合反應生成八元氧橋環目標化合物4，該步反應收率較高，部分底物反應收率偏低的原因是產物在乙酸乙酯中重結晶過程中發生了損耗。

2.2 目標化合物的增效活性

首先測試了目標化合物4a～4o 在100 mg/L 下單獨使用時對苜蓿蚜的致死率，結果(表S1)表明其對苜蓿蚜無活性。隨后測試了吡蟲啉對苜蓿蚜的活性，根據毒力標準曲線計算出LC30值為0.49 mg/L，LC50值為0.86 mg/L。為了比較化合物4a～4o 的增效活性，測試了不同質量濃度下的目標化合物與0.5 mg/L (接近LC30值的濃度)的吡蟲啉聯用對苜蓿蚜的致死率，以IPP217D25 作為對照藥劑，測定結果見表1。

表1 不同質量濃度目標化合物4a～4o 與0.5 mg/L 吡蟲啉聯用對苜蓿蚜的殺蟲活性aTable 1 Insecticidal activities of different concentrations of target compounds 4a-4o combined with 0.5 mg/L imidacloprid against A. craccivoraa

通過比較發現，無取代的化合物4a 在1、0.5和0.25 mg/L 時對吡蟲啉表現出跟IPP217D25 相當的增效作用，而4 位叔丁基取代的化合物4b 在上述濃度下基本沒有增效作用。對比化合物4c～4o與吡蟲啉聯用時對苜蓿蚜的致死率，發現在苯環上引入取代基的化合物增效活性會減弱，部分化合物在低濃度下沒有增效作用，僅4-三氟甲基取代的化合物4m 表現出跟IPP217D25 相當的增效作用。在我們前期研究中，苯環和咪唑環由亞甲基連接的八元氧橋環結構的構效關系表明，苯環4 位有較大空間位阻基團取代的化合物增效活性較好 (如4-叔丁基取代的化合物IPP217D25)，苯環上無取代和4-三氟甲基取代的化合物活性低于IPP217D25，而將苯環和咪唑環直接連接后的八元氧橋環結構化合物，苯環上無取代4a 和4-三氟甲基取代的化合物4m 的增效活性與IPP217D25相當，而引入其他取代基的大部分化合物增效活性降低，且4-叔丁基取代的化合物4b 在測試濃度下無增效作用，表明兩類結構的構效關系不一致。

進一步測試了化合物4a、4m 和IPP217D25與吡蟲啉聯用時對苜蓿蚜的相對應LC50值，與單獨使用吡蟲啉的LC50值 (0.86 mg/L) 比較，并計算聯用后的增效倍數。結果見表2。當化合物4a 和4m 的聯用質量濃度為1 mg/L 時，可將吡蟲啉的LC50值分別降低至0.25 mg/L 和0.24 mg/L，增效倍數分別為3.44 和3.58，稍弱于IPP217D25(使吡蟲啉的LC50值降低至0.21 mg/L，增效倍數為4.09)；當化合物4a 和4m 的聯用質量濃度為0.5 mg/L 時，增效倍數與IPP217D25 相當。

表2 化合物4a、4m 和IPP217D25 對吡蟲啉對苜蓿蚜毒力的增效作用aTable 2 Synergistic effects of compound 4a, 4m and IPP217D25 on imidacloprid toxicity against A. craccivoraa

3 結論

本研究對前期發現的對新煙堿類殺蟲劑具有特異性增效活性的八元氧橋環結構進行衍生，將苯環和咪唑環直接相連，設計合成了15 個N-苯基八元氧橋環新煙堿衍生物，并測試了其和吡蟲啉聯用時對苜蓿蚜的致死率，以此評估化合物的增效活性。測試結果表明：大部分目標化合物在1 mg/L質量濃度下與吡蟲啉聯用時表現出較好的增效活性，部分化合物的增效活性與IPP217D25相當；苯環上無取代的化合物4a和苯環4-三氟甲基取代的4m增效活性最好，在苯環上引入其他取代基的化合物增效活性降低；當化合物4a和4m的聯用質量濃度為1 mg/L 時，可使吡蟲啉對苜蓿蚜的LC50值分別降低為0.25 mg/L 和0.24 mg/L，增效倍數分別為3.44 和3.58。4a和4m可作為候選化合物進一步研究其增效活性。