CN115611959A - 一种阿维菌素B2a衍生物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阿维菌素B2a衍生物及其制备方法与应用，属于农作物杀虫剂技术领域，所述阿维菌素B2a衍生物具有如式Ⅰ所示的化学结构通式：
本发明通过对阿维菌素B2a的4〞位进行结构优化得到了一类阿维菌素B2a衍生物，所述衍生物具有更好的持效性和稳定性，有效提高了化合物对植物线虫尤其是植物根结线虫的杀虫活性，解决了害虫对现有农药产生抗性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种阿维菌素B2a衍生物及其制备方法与应用，属于农作物杀虫剂技术领域。
背景技术
线虫又称蠕虫，是一类低等的无脊椎动物，现属于动物界中的线虫门。全世界每年因线虫危害给粮食和纤维作物造成的损失大约为12％，其中危害较大的有：甜菜孢囊线虫、马铃薯金线虫、根结线虫、大豆孢囊线虫、甘薯茎线虫、粟线虫和水稻干尖线虫等。
阿维菌素是一种被广泛使用的农用或兽用杀菌、杀虫、杀螨剂，阿维菌素 B2a作为阿维菌素的一种，对土壤地下线虫和动物体表害虫有着特殊的效果，但随着用药时间的延长，虫体的抗药性明显增强。因此，为了解决抗药性问题，对阿维菌素B2a系列衍生物的开发逐步增强。目前，对阿维菌素B2a的探索主要集中在阿维菌素B2a的1位酯键变酰胺键、合成阿维菌素B2a螺缩酮裂解的衍生物等。继续寻找新的优化位点，开发比阿维菌素B2a具有更高生物活性的化合物具有重要的经济和社会意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种阿维菌素B2a衍生物及其制备方法与应用，可有效提高化合物对植物线虫尤其是植物根结线虫的杀虫活性，能够有效解决害虫对现有农药产生抗性的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种阿维菌素B2a衍生物，具有如式(Ⅰ)所示的化学结构通式，
其中，R1为氢或甲基；R2为氢、甲基、乙基或卤代C1-C2烷基。
一种阿维菌素B2a衍生物的制备方法，当R1为甲基时，包括以下步骤：
步骤a，以阿维菌素B2a为原料，合成式(Ⅱ)所示的化合物；
步骤b，惰性溶剂中，将式(Ⅱ)所示的化合物与
在有机碱的作用下进行取代反应，得式(Ⅲ)所示的化合物；其中，X为卤素， R3为羟基保护基；
步骤c，将式(III)所示的化合物进行脱羟基保护基R3反应，得式(Ⅰ) 所示的化合物粗品；
步骤d，将得到的式(Ⅰ)所示的化合物粗品溶于异丙醇和环己烷的混合溶液中，降温结晶，得式(Ⅰ)所示的化合物产品。
一种阿维菌素B2a衍生物的制备方法，当R1为氢时，包括以下步骤：
步骤a，以阿维菌素B2a为原料，合成式(IV)所示的化合物；
步骤b，惰性溶剂中，将式(IV)所示的化合物与
在有机碱的作用下进行取代反应，得式(I)所述化合物粗品；其中，X为卤素；
步骤c，将得到的式(Ⅰ)所示的化合物粗品溶于异丙醇和环己烷的混合溶液中，降温结晶，得式(Ⅰ)所示的化合物产品。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述惰性溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸仲丁酯和乙酸乙酯中至少一种，所述惰性溶剂的加入量为式(Ⅱ)或式(IV) 所示的化合物质量的3～10倍；所述有机碱为四甲基乙二胺、三乙胺、二异丙基胺基锂、叔丁醇钾和吡啶中至少一种，所述有机碱与式(Ⅱ)或式(IV)所示的化合物的摩尔比为1.0～2.5:1。
本发明技术方案的进一步改进在于：当R1为甲基时，所述步骤a具体包括如下步骤：有机碱条件下，以阿维菌素B2a为原料，依次进行5位羟基保护、4〞位羟基氧化、4〞位胺化还原得到式(Ⅱ)所示的化合物。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述脱羟基保护反应的催化剂为 PdCl2、Pd(OAc)2和Pd(PPH3)4中至少一种，所述脱羟基保护反应催化剂的加入量为式(Ⅱ)所示的化合物的摩尔数的0.01％～0.1％；所述脱羟基保护反应的脱保护试剂为甲醇、乙醇、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、氟化铵和四丁基氟化铵中至少一种，所述脱羟基保护试剂的加入量为(Ⅱ)所示的化合物的摩尔数的0.5～10倍。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述R3为烯丙氧羰基、三甲基硅烷基或叔丁基二甲基硅基。
本发明技术方案的进一步改进在于：当R1为氢时，所述步骤a具体包括如下步骤：有机碱条件下，以阿维菌素B2a为原料，依次进行5位羟基保护、4〞位羟基氧化、4〞位胺化还原、脱除5位羟基保护基得式(IV)所示的化合物。
本发明技术方案的进一步改进在于：
与式(Ⅱ)或式(IV)所示的化合物的摩尔比为1.0～1.25:1；
进行的取代反应温度为-5～0℃。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述异丙醇和环己烷的混合溶液中异丙醇和环己烷的质量比为1:1～1:3；所述异丙醇和环己烷的混合溶液与式(Ⅰ) 所示的化合物粗品的质量比为4:1～8:1。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述结晶温度为-5℃～0℃。
一种阿维菌素B2a衍生物的应用，所述阿维菌素B2a衍生物用于防治植物线虫病害。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述植物线虫病害为植物根结线虫病害。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：
本发明通过对阿维菌素B2a的4〞位进行结构优化得到了一类阿维菌素B2a衍生物，所述衍生物具有更好的持效性和稳定性，有效提高了化合物对植物线虫尤其是植物根结线虫的杀虫活性，解决了害虫对现有农药产生抗性的问题。
本发明制备的阿维菌素B2a衍生物在大田施用时使用的浓度较低，能够节约防治成本，对人畜毒害性低，减少了对土壤和作物的化学污染，更加安全环保，也更有助于减少或延迟虫体产生抗药性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
以下实施例中所用阿维菌素B2a原料中的阿维菌素B2a的含量大于96％。
核磁共振谱用Bruker ARX-500测定，质谱用Agilent 1100 LC/MSD测定；所用试剂均为分析纯或化学纯。
实施例1
实施例1a式(II)所示的化合物4〞-甲胺基-5-烯丙氧羰基阿维菌素B2a的制备：
将91.85g(0.1mol)阿维菌素B2a(含量97％)溶于300g二氯甲烷中，降温至-25℃，缓慢滴加入13.2g(0.11mol)氯甲酸烯丙酯和12.7g(0.11mol)四甲基乙二胺，反应2小时。升温至-10℃再加入12.1g(0.12mol)三乙胺、31.2g(0.4mol) 二甲基亚砜，缓慢滴入用50g二氯甲烷溶解的20.7g(0.07mol)固体光气，保温反应1小时。先用1％磷酸溶液调pH值到2～3然后再用10％氢氧化钠溶液调 pH值至7～8，分层，有机层用硫酸镁干燥后40℃下减压浓缩得到氧化物。
将氧化物用500g醋酸仲丁酯溶解，然后依次加入21.0g(0.12mol)七甲基二硅氮烷、1.0g醋酸锌，65～75℃保温7小时后降温至0～5℃，加入40g甲醇，然后分批缓慢加入1.5g(0.04mol)硼氢化钠，保持1小时后反应完毕用10％的磷酸溶液终止反应，调节PH＝2～3，再用10％碳酸钠溶液调节PH＝7～8，分层。水相用20g乙酸仲丁酯萃取两次，合并有机相，得到甲胺基阿维菌素B2a乙酸仲丁酯溶液，减压浓缩得到下式化合物90.3g，含量82％。
实施例1b式(IV)所示的化合物4〞--氨基-5-烯丙氧羰基阿维菌素B2a的制备方法：
将91.85g(0.1mol)阿维菌素B2a(含量97％)溶于300g二氯甲烷中，降温至-25℃，缓慢滴加入13.2g(0.11mol)氯甲酸烯丙酯和12.7g(0.11mol)四甲基乙二胺，反应2小时。升温至-10℃再加入12.1g(0.12mol)三乙胺、31.2g(0.4mol) 二甲基亚砜，缓慢滴入用50g二氯甲烷溶解的20.7g(0.07mol)固体光气，保温反应1小时。先用1％磷酸溶液调pH值到2～3然后再用10％氢氧化钠溶液调 pH值至7～8，分层，用硫酸镁干燥有机相，40℃下减压浓缩得到氧化物。
将氧化物用500g醋酸异丙酯溶解，然后依次加入19.4g(0.12mol)六甲基二硅氮烷、1.0g氯化锌，90～100℃保温8小时后降温至0～5℃后加入40g甲醇，然后分批缓慢加入1.5g(0.04mol)硼氢化钠，保持1小时，加入0.0088g PdCl2 (0.05mmol)，然后分批加入0.76g(20.2mmol)硼氢化钠，约2h加完，再用10％的磷酸溶液终止反应，调节PH＝2～3，然后用10％碳酸钠溶液调节PH＝7～8，分层。水相用20g乙酸仲丁酯萃取两次，合并有机相，得到甲胺基阿维菌素B2a 乙酸仲丁酯溶液。减压浓缩得到下式化合物92.5g，含量80％。
实施例2
4〞-乙酰氨基-5-烯丙氧羰基阿维菌素B2a的制备：
步骤一、将49.7g(40.8mmol)化合物IV(含量80％)加入到120g二氯甲烷中，将反应液降温至0℃，加入4.7g(40.8mmol)四甲基乙二胺，氮气保护下，缓慢加入3.2g乙酰氯(40.8mmol)，滴加结束后0℃反应2h，得含4〞-乙酰氨基 -5-O-烯丙氧甲酰基阿维菌素B2a的反应液；反应完毕后，用5wt％磷酸溶液调节 pH为6～7，然后再用5wt％氢氧化钠溶液调节pH至7，分相，有机相中用无水硫酸钠干燥，加入5g活性炭，搅拌20min，过滤，母液浓缩，得棕黄色固体44.2g， HPLC含量79％，收率92％；
步骤二、将步骤一所得棕黄色固体用88.4g异丙醇溶液溶解后，缓慢滴加 88.4g环己烷，滴加结束后，缓慢降温至0℃，保温30min，过滤，滤饼干燥，得30.0g类白色固体，HPLC含量99.1％，结晶收率85％，结构如下所示。
将上述白色固体进行结构验证：
MS[M+H+](m/z):933.15。
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ6.83(s,1H),5.72–5.91(m,2H),5.43(t,J＝7.6Hz,1H),4.99–5.21(m,2H), 4.94(t,J＝9.7Hz,2H),4.50(d,J＝20.1,2H),4.00–4.40(m,5H),3.77–3.96(m,2H),3.53–3.70(m,4H),3.46(s, 3H),3.40(s,3H),3.35(t,J＝9.0Hz,1H),3.16(dd,J＝13.2,9.0Hz,1H),2.99(s,1H),2.60–2.85(m,2H), 2.47–2.50(m,2H),2.02–2.23(m,2H),2.00(ddd,J＝14.3,12.4,6.1Hz,2H),1.99(s,3H),1.96–1.60(m,7H), 1.40–1.50(m,7H),1.30–1.32(m,2H),1.20–1.29(m,4H),1.10(dd,J＝15.2,7.3Hz,6H),0.99–0.85(m,9H)。
13C NMR(500MHz,CDCl3)δ173.7,170.5,139.7,138.3,138.1,135.5,124.8,121.4,118.1,117.7,114.5, 106.4,103.3,86.5,85.5,82.0,81.5,81.3,79.1,74.4,73.6,72.7,72.3,71.7,71.1,67.9,67.1,63.2,57.4,57.1,45.9, 41.6,41.1,39.9,36.5,35.4,35.1,34.9,34.7,36.1,25.2,23.6,20.3,18.5,18.1,17.3,13.2,12.0,11.9,11.8。
实施例3
一种阿维菌素B2a衍生物的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将60.2g含量82％(0.05mol)化合物II加入到600g甲苯中，将反应液降温至-5℃，加入5.8g四甲基乙二胺(0.05mol)，然后缓慢滴入三氟乙酸酐 10.5g(0.05mol)，取样经高效液相色谱检测原料反应完毕，得反应液；
步骤二、向含4〞-乙酰氨基-5-O-烯丙氧甲酰基阿维菌素B2a的反应液中加入0.65g甲醇(20.3mmol)，然后降温至-5℃，加入0.05g(0.04mmol)Pd(PPh3)4，然后分批加入0.76g(20.2mmol)硼氢化钠，反应完毕后用5wt％磷酸溶液调节 pH为6，然后再用5wt％氢氧化钠溶液调节pH至7，分相，有机相用无水硫酸钠干燥，加入2g活性炭，搅拌20min，过滤，母液浓缩，得棕黄色固体62.2g；
步骤三、将步骤二所得棕黄色固体用124.4g溶解后缓慢滴加373.2g环己烷，滴加结束后，缓慢降温至0℃，保温30min，过滤，滤饼干燥，得38.9g白色固体，HPLC含量92.5％，收率80％，结构如下所示。
将上述棕黄色固体进行结构验证：
MS[M+H+](m/z):1001.14。
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ6.2(m,1H),5.81–5.70(m,2H),5.22(t,J＝7.2Hz,1H),5.16(tt,J＝6.8,1.0 Hz,1H),5.00(dt,J＝8.0,1.0Hz,1H),4.95–4.87(m,2H),4.61(dt,J＝13.7,6.9Hz,2H),4.33–4.08(m,2H), 4.00–3.90(m,3H),3.8(s,3H),3.70–3.60(m,3H),3.50(t,J＝7.0Hz,1H),3.46(s,3H),3.30(s,3H),3.20(t,J ＝7.0Hz,1H),3.15–3.00(m,2H),2.90(s,1H),2.60–2.30(m,2H),2.25–2.05(m,2H),2.00(dd,J＝13.2,7.0 Hz,1H),1.90–1.70(m,6H),1.60(s,3H),1.59–1.52(m,4H),1.50–1.46(m,4H),1.38(dt,J＝14.0,7.0Hz, 1H),1.30–1.29(m,6H),1.20–1.10(m,4H),1.00(d,J＝6.7Hz,3H),0.92–0.83(m,9H)。
13C NMR(500MHz,CDCl3)δ170.1,168.5,140.6,139.1,138.5,136.7,126.6,125.3,120.0,119.7,116.5, 109.3,105.5,89.6,86.4,83.0,82.5,81.6,80.8,76.4,74.6,73.3,72.0,71.9,71.0,68.0,67.0,66.6,57.5,55.1,46.6, 44.6,43.2,40.0,38.5,36.5,36.1,35.4,34.9,34.1,33.3,28.0,26.3,23.3,20.5,19.1,18.0,14.5,13.0,12.3,11.6。
实施例4
与实施例2的区别为：所述乙酰氯替换为三氟乙酸酐，加入量为4.65g。
实施例5
与实施例2的区别为：所述乙酰氯替换为三氟丙酰氯，加入量为6.0g。
实施例6
与实施例3的区别为：所述三氟乙酸酐替换为乙酸酐，加入量为5.1g。
实施例7
与实施例3的区别为：所述三氟乙酸酐替换为三氟丙酰氯，加入量为7.3g。
实施例8
与实施例2的区别为：所述乙酰氯替换为甲乙酸酐，加入量为3.6g。
实施例4～8得到的产品结构如下：
分别对上述产品进行结构验证，结果如下：
中间产物及最终产物的HPLC条件为：
色谱柱：C18，4.6mm×150mm×5μm；
流动相：乙腈：水(0.1％TFA)＝84:16；
流速：1.4mL/min；
检测波长：245nm；
进样量：20μL。
药效实验
试验参照NY/T 1833.1-2009《农药室内生物测定试验准则杀线虫剂》第1 部分：抑制植物病原线虫试验浸虫法进行。
1试材准备
将试验用的南方根结线虫在番茄上培养，待卵期备用。
2供试药剂及初筛浓度
供试药剂：阿维菌素B2a衍生物共6个化合物均由河北威远生物化工有限公司提供；
对照药剂阿维菌素、氟吡菌酰胺、噻唑磷。
实验设置浓度为1.0mg/L、0.5mg/L、0.2mg/L。
3线虫悬浮液准备
将侵染根结线虫的新鲜植物根洗净，剪成1cm长小段，放入组织捣碎机中加3倍量的水捣碎30s，转入200目(孔径75μm)和500目(孔径26μm)组合标准筛，用自来水冲洗筛中植物组织，收集500目标准筛内的线虫卵，用质量分数为0.5％的NaClO溶液表面消毒3min，无菌水冲洗5次后放入自制贝曼漏斗中，于25℃培养箱中黑暗培养，间隔24h收集一次南方根结线虫J2，备用。
4药剂处理
按照试验设计，用0.1％曲拉通水溶液梯度稀释试验药剂，以0.1％曲拉通水溶液作对照，将收集的24h内孵化的根结线虫J2用清水配成悬浮液(200条左右/mL)，用移液器移取0.5mL药液和0.5mL的J2悬浮液放于24孔板中，重复 3次，用细玻棒混匀后置于25℃恒温培养箱中黑暗培养，于24h、48h、72h后检查J2总虫数量和死虫数量，计算死亡率和校正死亡率。
5结果检查
在体视显微镜下采用针刺法判断线虫是否死亡，统计线虫死虫数，并计算线虫死亡率和校正死亡率，计算公式如下：
死亡率(％)＝死亡线虫数/处理线虫数×100％
校正死亡率(％)＝(处理死亡率-对照死亡率)/(100-对照死亡率)×100％若对照死亡率小于5％，无需校正；若对照死亡率在5％～15％之间，应按照公式计算校正死亡率；对照死亡率大于15％，试验需要重做。
实验数据：
由上表可知：(1)在高浓度下，化合物均表现出较高的杀虫活性。(2)在低浓度下实施例2所示化合物对根结线虫活性好，活性高于对照药剂阿维菌素、氟吡菌酰胺和噻唑膦，可以进一步进行实验。(3)实施例4、实施例5、实施例 6、实施例7所示化合物对根结线虫活性与对照药剂阿维菌素接近，与氟吡菌酰胺和噻唑膦相比活性较差。
Claims (9)
1.一种阿维菌素B2a衍生物，其特征在于：具有如式(Ⅰ)所示的化学结构通式，
其中，R1为氢或甲基；R2为氢、甲基、乙基或卤代C1-C2烷基。
2.一种权利要求1所述的阿维菌素B2a衍生物的制备方法，其特征在于：当R1为甲基时，包括以下步骤：
步骤a，以阿维菌素B2a为原料，合成式(Ⅱ)所示的化合物；
步骤b，惰性溶剂中，将式(Ⅱ)所示的化合物与
在有机碱的作用下进行取代反应，得式(Ⅲ)所示的化合物；其中，X为卤素，R3为羟基保护基；
步骤c，将式(III)所示的化合物进行脱羟基保护基R3反应，得式(Ⅰ)所示的化合物粗品；
步骤d，将得到的式(Ⅰ)所示的化合物粗品溶于异丙醇和环己烷的混合溶液中，降温结晶，得式(Ⅰ)所示的化合物产品。
3.一种权利要求1所述的阿维菌素B2a衍生物的制备方法，其特征在于：当R1为氢时，包括以下步骤：
步骤a，以阿维菌素B2a为原料，合成式(IV)所示的化合物；
步骤b，惰性溶剂中，将式(IV)所示的化合物与
在有机碱的作用下进行取代反应，得式(I)所述化合物粗品；其中，X为卤素；
步骤c，将得到的式(Ⅰ)所示的化合物粗品溶于异丙醇和环己烷的混合溶液中，降温结晶，得式(Ⅰ)所示的化合物产品。
4.根据权利要求2或3所述的一种阿维菌素B2a衍生物的制备方法，其特征在于：所述惰性溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸仲丁酯和乙酸乙酯中至少一种；所述有机碱为四甲基乙二胺、三乙胺、二异丙基胺基锂、叔丁醇钾和吡啶中至少一种。
5.根据权利要求2所述的一种阿维菌素B2a衍生物的制备方法，其特征在于：所述步骤a具体包括如下步骤：有机碱条件下，以阿维菌素B2a为原料，依次进行5位羟基保护、4〞位羟基氧化、4〞位胺化还原得到式(Ⅱ)所示的化合物。
6.根据权利要求2所述的一种阿维菌素B2a衍生物的制备方法，其特征在于：所述脱羟基保护反应的催化剂为PdCl2、Pd(OAc)2和Pd(PPH3)4中至少一种；所述脱羟基保护反应的脱保护试剂为甲醇、乙醇、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、氟化铵和四丁基氟化铵中至少一种。
7.根据权利要求3所述的一种阿维菌素B2a衍生物的制备方法，其特征在于：所述步骤a具体包括如下步骤：有机碱条件下，以阿维菌素B2a为原料，依次进行5位羟基保护、4〞位羟基氧化、4〞位胺化还原、脱除5位羟基保护基得式(IV)所示的化合物。
8.一种权利要求1所述的阿维菌素B2a衍生物的应用，其特征在于：所述阿维菌素B2a衍生物用于防治植物线虫病害。
9.根据权利要求8所述的一种阿维菌素B2a衍生物的应用，其特征在于：所述植物线虫病害为植物根结线虫病害。
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