Hans Journal of Chemical Engineering and Technology
Vol.06 No.06(2016), Article ID:19007,4 pages
10.12677/HJCET.2016.66022

Synthesis of 1-(4-Chloro-3-Methylpyridine)- N-Nitroimidazolealkanes-2-Amine

Xiangying Chen, Fangfang Fan, Jiamei Xia, Qianfeng Zhang*

Institute of Molecular Engineering and Applied Chemistry, Anhui University of Technology, Ma’anshan Anhui

Received: Nov. 2nd, 2016; accepted: Nov. 20th, 2016; published: Nov. 23rd, 2016

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ABSTRACT

1-(4-Chloro-3-methylpyridine)-N-nitroimidazolealkanes-2-amine was synthesized by condensation reaction of 4-chloro-3-methyl-2-chloromethylpyridine and 2-nitroiminoimidazolidine. The total yield is 92.3%. Through the toxicity test of aphids and field trials of preventing BPH, it studied 1-(4-chloro-3-methylpyridine)-N-nitroimidazolealkanes-2-amine biological activity.

Keywords:2-Chloro-Chloromethylpyridine, 2-Nitroaminoimidazoline, Imidacloprid Derivatives

1-(4-氯-3-甲基吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷- 2-基胺的合成

陈向莹,范芳芳,夏佳美,张千峰*

安徽工业大学分子工程与应用化学研究所,安徽 马鞍山

收稿日期:2016年11月2日;录用日期:2016年11月20日;发布日期:2016年11月23日

摘 要

采用4-氯-3-甲基-2-氯甲基吡啶与2-硝基亚氨基咪唑烷进行缩合反应,合成出产物为1-(4-氯-3-甲基吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷-2-基胺,其产率为92.3%。通过对蚜虫的毒性测试和防治飞虱的田间药效试验,研究了1-(4-氯-3-甲基吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷-2-基胺的生物活性。

关键词 :2-氯-5-氯甲基吡啶,2-硝基亚氨基咪唑烷,类吡虫啉衍生物

1. 前言

吡虫啉是烟碱类超高效杀虫剂,目前已发展成为世界第一大杀虫剂 [1] 。吡虫啉杀虫剂具有广谱、高效、低毒、低残留以及害虫不易产生抗药性等特性,由于其对人、畜、植物和天敌具有较好的安全性特点,吡虫啉正逐步取代剧毒的有机磷类农药,成为我国乃至世界重点发展的骨干品种之一。从吡虫啉的结构式出发,目前通行的合成方法为2-氯-5-氯甲基吡啶 [2] (CCMP)与2-硝基亚氨基咪唑烷 [3] 缩合,对于2-硝基亚氨基咪唑烷,已有经济高效的合成方法,但是2-氯-5-氯甲基吡啶仍比较难以获得,针对该化合物的合成和技术研究一直没有间断,发表的相应成果也很多 [4] 。其中较为典型的,如文献“采用的DL-苹果酸为原料制备CCMP” [5] 所公开的制备方法中,2-氯-5-氯甲基吡啶的总收率只有18%;文献“采用2-氯-5-甲基吡啶制备CCMP” [6] ,反应需要用到昂贵的氯化钯和剧毒的氯气,而产率最高也只有60%;目前大部分生产企业采用环戊二烯环合成法,虽然已经投入大规模工业生产,但其结果始终没有让人们满意。本文从另外一个思路出发,选取一些较为容易制备的氯甲基吡啶衍生物来代替2-氯-5-氯甲基吡啶,与2-硝基亚氨基咪唑烷缩合,制备出类吡虫啉的化学修饰产物。以便于通过对新化合物的活性测试,找到一种成本低廉,且具备或超过吡虫啉药效的新化合物。

2. 实验部分

2.1. 仪器和试剂

仪器:Bruker Avance II 400 MHz核磁共振仪,WB-2000旋转蒸发仪,SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵,JA1003N电子天平,ZF-7A手提紫外检测灯。

试剂:2-硝基亚氨基咪唑烷(CAS: 5465-96-3)和2,3-二甲基吡啶(CAS: 583-61-9)从Alfa Aesar化学有限公司购得(99%),所有其他试剂和溶剂均为分析纯(AR),未做进一步处理直接使用。

2.2. 实验方法

室温下,把19.52 g (0.15 mol) 2-硝基亚氨基咪唑烷用30 mL乙腈溶解在500 mL的反应瓶中,分批加入4.32 g (0.18 mol) 氢化钠作缚酸剂,充分混合均匀,在搅拌状态下滴加17.61 g (0.1 mol) 4-氯-3-甲基-2-氯甲基吡啶的50 mL乙腈溶液,滴加完毕升高温度至90℃回流反应5 h,薄层色谱法跟踪检测反应完全,减压蒸馏除去反应中的溶剂乙腈,向剩余的残留物中加入100 mL 5 wt% (质量百分数)的NaOH水溶液,混合均匀后再用氯仿萃取三次,将有机相合并、干燥,最后旋干除去有机相氯仿制得该类吡虫啉衍生物的粗产物,用硅胶柱层析进一步分离,制得该类吡虫啉衍生物的纯品重量为24.89 g,产率为92.3%。具体反应方程式如下图1所示:

Figure 1. Reaction scheme of1-(4-Chloro-3-methylpyridine)-N-nitroimidazolealkanes-2-amine

图1. 1-(4-氯-3-甲基吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷-2-基胺反应方程式

3. 结果与讨论

3.1. 1-(4-氯-3-甲基吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷-2-基胺核磁数据

以4-氯-3-甲基-2-氯甲基吡啶为原料制备类吡虫啉的合成方法中,所用的2-硝基亚氨基咪唑烷与4-氯-3-甲基-2-氯甲基吡啶的物质的量比例为:(1.1~1.5):1;氢化钠与2-硝基亚氨基咪唑烷的质量比为:(1.1~1.3):1。用4-氯-3-甲基-2-氯甲基吡啶和2-硝基亚氨基咪唑烷反应合成的产物是1-(4-氯-3-甲基吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷-2-基胺,其结构式为:

1-(4-氯-3-甲基吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷-2-基胺的核磁谱解数据分析如下:1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ (ppm): 2.18 (s, 3H, -CH3 in py), 2.84 (s, 1H, -NH-), 3.65 (t, 1H, H in 2-nitroaminoimidazoline), 3.82 (t, 1H, H in 2-nitroaminoimidazoline), 4.56 (s, 2H, -CH2-), 7.15 (d, J = 5.6 Hz, 1H, H in py), 8.12 (d, J = 5.6 Hz, 1H, H in py)。

3.2. 反应方法的优化

该制备方法中4-氯-3-甲基-2-氯甲基吡啶选用的合成方法为:以2,3-二甲基吡啶为起始原料,经N-氧化、硝化、氯化、醇化、氯甲基化等五大步骤合成,最终成品的产率可达65%。2-氯甲基-3-甲基-4-氯吡啶的合成方程式如下图2所示。

3.3. 生物活性评价

3.3.1. 对蚜虫的毒力测试

实验采用喷雾法。先用乙醇将样品溶解,用加入一定量表面活性剂吐温-20的去离子水将试样配成5~7个系列浓度,在接种一定量蚜虫的小麦苗上均匀喷洒系列浓度的药液,并用清水做空白对照,每种浓度重复3次,处理后置于27℃ ± 1℃的光照培养箱(12小时光照,12小时黑暗)中。

结果检查:分别在处理后的24小时检查死活虫数。采用DPS统计。

试验结果:LC50(小麦蚜虫)= 6.75 μg/mL。

Figure 2. Synthesis scheme of4-Chloro-3-methyl-2-chloromethylpyridine

图2. 2-氯甲基-3-甲基-4-氯吡啶的合成方程式

3.3.2. 防治飞虱的田间药效试验

选马鞍山市当涂县郊区水稻面积一亩,分为10个小区,随机设2个作为空白对照,余下8个小区作为处理区,用药前调查水稻飞虱基数,随机选4个处理区喷洒1000倍稀释后的5%吡虫啉可湿性粉剂,另外4个处理区喷洒1000倍稀释后的5%的1-(4-氯-3-甲基吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷-2-基胺乳油,有效药量分别为15克/亩,空白对照区喷清水。喷药后24小时检查活虫数,计算虫口减退率及防效。

吡虫啉对水稻飞虱的防治效果为85%,1-(4-氯-3-甲基吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷-2-基胺对水稻飞虱的防治效果为87%。

4. 结论

该文研究了以4-氯-3-甲基-2-氯甲基吡啶为原料,来替代2-氯-5-氯甲基吡啶,与2-硝基亚氨基咪唑烷反应合成1-(4-氯-3-甲基吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷-2-基胺。该方法改用4-氯-3-甲基-2-氯甲基吡啶为原料,原料易得,且价格便宜;反应中改用氢化钠作为缚酸剂,其缚酸效果更好,并且无需使用昂贵的氯化铯作为催化剂,合成路线环保,成本低廉;所制备的化合物为吡虫啉的同系物,制备方法更为简单,药用效果良好。

基金项目

校企产学研合作项目(项目编号:GX20150112a)。

文章引用

陈向莹,范芳芳,夏佳美,张千峰. 1-(4-氯-3-甲基吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷-2-基胺的合成
Synthesis of 1-(4-Chloro-3 Methylpyridine)-N-Nitroimidazolealkanes-2-Amine[J]. 化学工程与技术, 2016, 06(06): 159-162. http://dx.doi.org/10.12677/HJCET.2016.66022

参考文献 (References)

  1. 1. 范银军, 史雪岩, 高希武. 新烟碱类杀虫剂吡虫啉和噻虫嗪的代谢研究进展[J]. 农药学学报, 2012, 14(6): 587- 596.

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  4. 4. 陈磊磊. 杀虫剂吡虫啉的合成进展[J]. 安徽化工, 2011, 37(5): 12-14.

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  7. NOTES

    *通讯作者。

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