硅噻菌胺的制备

2020/10/20 9:12:51

背景及概述[1][2]

小麦全蚀病(Gaeumammomycesgramini)是小麦的严重病害之一,硅噻菌胺(Silthiopham)是美国孟山都公司于1999年正式上市的对小麦全蚀菌引起的小麦全蚀病有特效的种子处理剂。但是目前已知的硅噻菌胺合成方法,都有反应步骤多并涉及多种剧毒物及对环境污染严重的试剂的使用,成本高等缺点。因而迫切需要发展一种高效低成本的硅噻菌胺合成方法。

美国专利US5,486,621首次报道了硅噻菌胺N-烯丙基-4,5-二甲基-2-(三甲基硅基)噻吩-3-甲酰胺的全合成,他们采用2-丁酮、氰基乙酸乙酯和硫磺一步反应得到2-氨基噻吩,然后再经过若干步反应得到硅噻菌胺,该方法总收率比较低(约2%),并且还涉及高毒性试剂叔丁基亚硝酸(t-BuONO)及氯化亚砜的使用,对环境和健康造成了极大的压力。后经过不断优化与改进(WO9962915),使用3-巯基-2-丁酮和三甲基硅烷取代丙炔酰胺为原料一步(含简单的脱水步骤)得到最终的产品,收率较高,但是关键中间体三甲基硅基炔酰胺难以高收率地合成制备。

最近河南农大的程绎南等人报道了(CN103044479A)一种新型的硅噻菌胺的合成方法,他们从丙炔酸甲酯和三甲基氯硅烷出发合成得到了3-(三甲基硅基)丙炔酸甲酯,再与3-巯基-2-丁酮进行环合脱水反应,最后与烯丙基胺进行交换反应得到了终产物硅噻菌胺。这种方法相对于已报道工艺路线简单,而且避免了高毒性试剂(t-BuONO)的使用,但是一些致命的缺陷仍然存在,比如最后一步4,5-二甲基-2-(三甲基硅基)噻吩-3-甲酸甲酯与烯丙基胺的交换反应收率极低,即使在纯烯丙基胺为溶剂的回流条件下反应20小时收率也在10%以下,因此迫切需要发展一种绿色高效的合成工艺。

理化性质[1]

硅噻菌胺(通用名:Silthiofam,试验代号:Mon65500,商品名称:Latitude,其他名称:Silthiopham),是由孟山都公司开发的酰胺类杀菌剂。主要用作种子处理,防治谷物上的全蚀病。化学名称:N-烯丙基-4,5-二甲基-2-(三甲基硅基)噻吩-3-甲酰胺,英文名称:N-allyl-4,5-dimethyl-2-(trimethylsilyl)thiophene-3-carboxamide。

外观为白色晶状粉末;熔点:86.1~88.3℃;沸点>280℃;蒸汽压8.1×101mPa(20℃)分配系数:KowlogP=3.72(20℃);Henry常数5.4×10-1Pam3mol-1;溶解度:水39.9mg/L(20℃),正己烷15.5g/L(20℃),对二甲苯、1,2-二氯乙烷、甲醇、丙酮、乙酸乙酯均>250g/L(20℃);稳定性:DT5061d(pH5),448d(pH7),314d(pH9)(25℃)。

硅噻菌胺于1998年在英国布赖顿植保会议上介绍的新颖杀菌剂,可能是ATP抑制剂,抑制能量(ATP)从线粒体向细胞溶质的传递。具有良好的保护活性,残效期长。持效期长,用作种子处理剂。

制备[2]

(1)三甲基硅基丙炔酸甲酯的制备:

氮气保护下,将三甲基硅基乙炔(5.6mL,40.0mmol)加入干燥的THF中,冷至-78℃,向体系中缓慢加入正丁基锂(27.6mL,44.0mmol),并在此温度下搅拌30分钟,然后升至室温,并加入氯甲酸甲酯(3.4mL,44.0mmol),接着搅拌反应2.5小时。将反应混合物倒入氯化铵溶液以淬灭反应,并加入乙醚萃取,有机相用水和食盐水洗涤并用无水硫酸钠干燥。真空除去溶剂,所得粗产物用柱层析纯化(5%EtOAc/PE),得到黄色油状产物三甲基硅基丙炔酸甲酯5.9g(收率:95.0%)。

(2)4,5-二甲基-2-(三甲基硅基)噻吩-3-甲酸甲酯的制备:

氮气保护下,将三甲基硅基丙炔酸甲酯(3g,19.2mmol)与3-巯基-2-丁酮(2.4g,23.0mol)加入干燥的甲苯中,然后加入甲醇钠(1.0g,19.2mmol),反应体系加热回流反应10小时,将反应体系降至室温,加入蒸馏水洗涤,并用乙酸乙酯萃取(2×20ml),有机相用无水硫酸钠干燥,真空除去溶剂,所得粗产物用柱层析纯化,得到黄色油状产物4,5-二甲基-2-(三甲基硅基)噻吩-3-甲酸甲酯4.1g(收率:88.3%)。

(3)终产物农药硅噻菌胺的制备:

氮气保护下,向反应瓶中加入4,5-二甲基-2-(三甲基硅基)噻吩-3-甲酸甲酯(1.0g,4.1mmol)和烯丙基胺(1.2g,20.5mmol),再加入催化剂的1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(TBD,0.17g,1.2mmol),将反应混合物加热回流48h后降至室温,真空抽去多余的烯丙基胺,残余物加入正己烷并加热回流2h,反应体系冷却,析出黄色固体,过滤后干燥得到黄色粉末农药硅噻菌胺0.68g(收率:62.3%)。

主要参考资料

[1] 张梅凤, & 段渝峰. (2013). 2011年-2015年专利到期的农药品种之硅噻菌胺. 今日农药(9), 35-38.

[2] 靳文波. (2015). 硅噻菌胺合成新工艺及小麦全蚀病防治新活性化合物的开发研究. (Doctoral dissertation, 河南农业大学).

[3] 郑丽, 曹立冬, 邢华, 李秀环, 李凤敏, & 黄啟良等. (2014). 硅噻菌胺原药高效液相色谱分析方法研究. 农药科学与管理, 35(5), 47-49.

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