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噻虫胺的合成


第49卷第2期 2010年2月

农药

Vol. 49, No. 2 Feb. 2010

科研与开发

噻虫胺的合成
张明媚, 克, 孙 吴鸿飞, 浩, 弘, 静, 杨 张 赵 杨贺选
沈阳 110021) (沈阳化工研究院有限公司,

摘要: 噻虫胺是一种高效、 广谱、 低毒的新烟碱类杀虫剂。综述了噻虫胺的合成方法, 并对其中一种合成路线进 行了详细的研究, 即以硝基胍、 -二氯丙烯为起始原料, 经过分解中间体1-(2-氯噻唑-5-甲基)-2-硝基亚胺基 2,3 -3,5-二甲基-六氢-1,3,5-三嗪制备噻虫胺, 总收率可达58.6%。此工艺路线具有选择性高、 反应条件温和、 反应 时间短、 产品纯度高、 易于实现工业化生产等特点。 关键词: 新烟碱; 杀虫剂; 噻虫胺; 合成 中图分类号: 文献标志码: 文章编号: TQ460.3 A 1006-0413(2010)02-0094-03

Synthesis for Clothianidin
ZHANG Ming-mei, SUN Ke, WU Hong-fei, YANG Hao, ZHANG Hong, ZHAO Jing, YANG He-xuan
(Shenyang Research Institute of Chemical Industry Co., Ltd., Shenyang 110021, China)

Abstract: Clothianidin is one of new neonicotinoids with good ef?cacy, broad spectrum and low toxicity for the nontargeted species. The synthesis of clothianidin was introduced in this paper. And one of the methods was researched in detailed in this paper. It started from nitroguanidine and 2,3-dichloropropene, and resolve the material named N -(1((2-chlorothiazol-5-propyl-1,3,5-triazinan-2-ylidene) nitamide into clothianidin. The method was suitable for industrial preparation by its many advantages such as effective activator, mild reaction conditions, simple experimental procedure, high selectivity and purity. Key words: new neonicotinoids; insecticide; clothianidin; synthesis

农药对现代农业生产做出了很大贡献的同时也给生 态环境造成了很大危害, 现代社会人们对于环境的要求越 来越高, 对高效低毒的绿色农药的需求也越来越迫切。新 烟碱类杀虫剂是继有机磷类、 氨基甲酸酯类、 拟除虫菊 酯类杀虫剂之后的第 4 代杀虫剂。由于其具有低毒、 靶标 独特、 应用方法多样等特点, 使得它们成为农业生产中具 有广泛用途的一类杀虫剂, 引起了农药研究者们的广泛关 注。噻虫胺是新烟碱类杀虫剂中的重要品种, 其具有广谱 杀虫活性, 活性与吡虫啉相似, 使用方法灵活, 既可用于茎 叶处理, 也可用于土壤种子处理, 可有效防治半翅目、 鞘翅 目和某些鳞翅目害虫, 适用于水稻、 果树、 棉花、 茶叶、 草皮 和观赏植物等。噻虫胺由日本住化武田/拜耳联合开发, 于 2001年12月在日本获得登记。

溶解度: 0.327 g/L, 15.2 g/L, 6.26 g/L, 水 丙酮 甲醇 乙 (25 ℃)。 酸乙酯2.03 g/L, 二氯甲烷1.32 g/L, 二甲苯0.0128 g/L, 正庚 烷<0.001 04 g/L, 正辛醇0.938 g/L(测定温度: 25 ℃, 水 有机溶 噻虫胺对人畜鸟类和水生动物均为低毒[2]。 急性 剂20 ℃)[1]。 经口毒性(LD50, 大鼠雌雄): 000 mg/kg; 眼刺激性 ( 兔 ) : >5 轻度刺激; 皮肤刺激性 ( 兔 ) : 无刺激; 皮肤敏感性 ( 土拨 鼠): 无刺激。鲤鱼 (LC 50, h) : 96 >100 mg/L(EC 50, h): 48 无蜂毒。 藻类(EbC50, h): mg/L, 48 177 40 mg/L, 噻虫胺广泛应用于防治危害水稻、 蔬菜、 果园、 茶叶、 草皮等观赏作物的害虫, 主要应用于防治半翅目、 鞘翅目、 双翅目和某些鳞翅目害虫, 尤其是对于吮吸式害虫具有 低剂量高防效的特点, 与同类其他杀虫剂相比具有明显 的特点。

1 噻虫胺的性能
噻虫胺通用名称 clothianidin , 商品名称 Frusuing 、 实 化 Dantotsu, 验代号TI-435, 学名称: uanidine, g

2 噻虫胺的合成路线
目前文献报道的噻虫胺的合成路线主要有以下4条: 1)5-氨甲基- 2-氯噻唑与1,2-二甲基- 3-硝基异硫脲 反应[3]。

N - [(2 - chloro - 5 - thiazolyl)methyl] -N ' - methyl -N " 结构式: nitro ,

[4] 2)2-氯-5-氯甲基噻唑与N -甲基-N '硝基胍反应 。

分子式: 6H8ClN5O2S, 相对 CAS编号: 210880-92-5, C 分子质量: 熔点: 蒸气压: × 10 249.68 , 176.8 ℃, 1.3
-10

Pa

收稿日期: 2009-12-25 作者简介: 张明媚(1985—), 山东人, 女, 硕士研究生在读, 研究方向: 农药品种的合成工艺开发。 E-mail: zhangmingmei01@163.com。

第2期

张明媚, 噻虫胺的合成 等:

95

3)1-(2-氯-噻唑甲基)-3-硝基-2-甲基异硫脲与甲胺 溶液反应[5]。

3.1.2 1,5-二甲基-2-硝基亚胺基-六氢-1,3,5-三嗪的 合成(中间体B)

将23.6 g甲基胍、 mL 37%甲醛水溶液、 mL甲醇加 40 80 入装有搅拌、 温度计和冷凝管的三口瓶中, 加热至回流。加 入催化剂, 1 h。将32 g 25%甲胺水溶液在1 h内滴加到 回流 反应液中。滴加完毕后回流反应2 h。降温, 析出固体, 过滤 得到目标中间体31.6 g, 96.3%, 含量 收率为89.9%。 所得化合 4)分解1-(2-氯噻唑-5-甲基)-2-硝基亚胺基-3,5-二 甲基-六氢-1,3,5-三嗪[6]制取噻虫胺。
1 物熔点为134~135 ℃。H NMR(300 MHz, CDCl3) δ : 9.51(s,

2H CH 3.03(s , , 3H 1H , , NH) 4.35(s , , 2) , 2H CH 4.26(s , , 2) , 2.62(s, , 3)。 3H CH CH3),

3.1.3 2-氯-5-氯甲基噻唑的合成(中间体C)

硫氰化钠20 g、 100 g加入三口瓶 水 2,3-二氯丙烯23 g、 中, 升温至回流搅拌1 h, 降至室温, 100 mL二氯乙烷萃 用 取2次。无水硫酸镁干燥后过滤, 脱溶, 2-氯烯丙基异硫 得 氰酸酯24.1 g, 为黄色油状液体, 纯度96%, 收率97.1%。 在噻虫胺的合成路线中, 最有产业化前景的路线如 下, 并对该路线进行了工艺研究。 将2-氯烯丙基异硫氰酸酯19.5 g、 催化剂M和二氯乙 烷60 mL加入到三口瓶中, 在室温下缓慢滴入25.5 g SO2Cl2, 升温回流5 h后, 脱溶, 得到目标中间体22.8 g, 含量97.1%, 收率 92.6% , 均高于文献值 ( 含量为 92% , 收率 87%) 。 所得 化合物的熔点为34~35 ℃。1H NMR(CDCl3) δ : 4.73(s, , 2H CH2), 7.50(s, , 1H thiazol-4-H)。

3.1.4 1- (2-氯噻唑-5-甲基)-2-硝基亚胺基-3,5-二甲 基-六氢-1,3,5-三嗪的合成(中间体D)

3 实验过程
3.1 中间体的制备 3.1.1 N -甲基-N -硝基胍的制备(中间体A)
将1,5-二甲基-2-硝基亚胺基-1,3,5-三嗪17.3 g加入 到三口瓶中, 130 mL干燥的乙腈、 加入 催化剂B、 无水碳酸钠 升温回流1 h。 16.8 g 2-氯-5-氯甲基噻唑乙腈溶液 将 34.6 g, 将13.4 g 98%磷酸溶液缓慢倒入360 g水中, 134 g 将 甲胺水溶液边搅拌边加入到上述磷酸溶液中, 冷却。将 温度计和冷凝管的三 95.4 g硝基胍投入1 000 mL装有搅拌、 口瓶中, 将上述甲胺磷酸盐溶液滴加到反应瓶中。50 ℃保 温反应9 h。 ℃以下用60%磷酸中和至pH值为7~8。 过滤, 30 高于文献值 94.8% 。所得化合物熔点 156~158 ℃。1 H 8.56(s, , , 1H NH) 7.81(s, , 2H NMR(300 MHz,6-DMSO) δ : d 2.51(d, , 3)。 3H CH NH2), 滴加到三口瓶中, ℃反应5 h, 减压蒸出乙腈, 加入乙酸 30 乙酯, 水洗, 脱溶, 得到目标中间体24.5 g, 含量92.4%, 收率
1 80.6%。H NMR(CDCl3) δ: 1H thiazol7.64(s, , 2), 2H CH 7.46(s, ,

4-H), 4.39(s, , 2), 2H CH 4.30(s, , 2), 2H CH 3.07(s, , 3), 3H CH 2.67(s, 3H, 3)。 CH

水洗, 干燥。 得到目标中间体104.1 g, 93.9%, 97.7%, 3.2 噻虫胺的合成 含量 收率

96

农 药

第49卷

将10 g 1-(2-氯噻唑-5-甲基)-2-硝基亚胺基-3,5-二 甲基-六氢-1,3,5-三嗪中间体溶解于150 mL甲苯中, 加入 升温回流10 h, 并补加10 mL浓盐酸, 降至 50 mL浓盐酸, 室温, 20%碳酸纳水溶液中和到pH值6~7, 用 分出有机层, 水 洗, 脱溶, 得到噻虫胺粗品, 加入异丙醚重结晶, 得到产品噻 虫胺7.2 g, 96%, 88%, 含量 收率 高于文献值(收率为80.2%)。 所得噻虫胺的熔点为176~177 ℃。1H NMR(300 MHz,6d

4.3 噻虫胺的药效测定
对本研究所合成的噻虫胺样品 (HPLC 归一 99.1%) 进 行室内生物活性测定, 同时以其他3种新烟碱类杀虫剂品 种作为对照, 进行生测实验, 所得结果见表1。 表1 噻虫胺与其他3种烟碱类杀虫剂室内生测数据比较
药剂 对小菜蛾的死亡率/% 55.56 10.00 12.50 20.00 18.18 0.00 0.00 0.00 100.0 100.0 93.33 70.00 对桃蚜的死亡率/% 73.33 100.0 30.00 38.64 93.33 90.00 10.00 10.00
100 mg/L 25 mg/L 6.25 mg/L 1.562 5 mg/L 0.390 6 mg/L 0.097 7 mg/L

DMSO) δ : 9.13(s , , , 1H NH) 7.92(s , , , 1H NH) 7.60(s , , 噻虫胺 100.0 1H 吡虫啉 44.44 3H CH thiazol-4-H), 4.50(d, , 2), 2H CH 2.80(s, , 3)。

4 结果与讨论
4.1 中间体B的合成
甲胺的含量大大影响反应过程。在反应过程中使用 反应结束后反应液澄清, 浓缩溶剂后固 20%甲胺水溶液时, 体析出, 过滤后, 产率较低; 而使 HPLC分析产物纯度为76%, 用25%~30%的甲胺溶液时反应结束后静置, 产物析出。过 滤, 反应产率较高。初步推测 HPLC显示产物纯度为96.3%, 可能是反应体系中水的含量影响反应的进行。

啶虫脒 100.0 噻虫嗪 55.66

由表 1 的结果可以看出: 噻虫胺对小菜蛾的防效优于 新烟碱类杀虫剂吡虫啉、 啶虫脒和噻虫嗪; 防治桃蚜的活 性与吡虫啉相当, 优于啶虫脒和噻虫嗪, 而且噻虫胺与吡 虫啉不产生交互抗性。由于吡虫啉目前已经产生严重的 抗性, 研究噻虫胺的抗性治理具有重要意义。

5 小结
杀虫剂噻虫胺具有杀虫谱广以及优良的生物活性, 成 为第 2 代新烟碱类杀虫剂的代表性品种具有广阔的市场 前景。本文利用分解1-(2-氯噻唑-5-甲基)-2-硝基亚胺 基- 3,5 -二甲基-六氢- 1,3,5 -三嗪的方法合成了噻虫胺, 产品含量≥ 96% , 合成总收率 58.6%( 以硝基胍计 ) , 原料 和、 反应时间短、 产品纯度高、 易于实现工业化的特点。

4.2 中间体D的合成
中间体 D 的合成中, 多次调整中间体 B 和中间体 C 的 配比, 最后结果都是中间体 C 的量不足, HPLC 跟踪反应 发现, 在反应之初, 中间体 B 和中间体 C 的摩尔比例约等 降低反应体系的温度, 虽然一定程度上减慢了反应的速 度, 但是发现这种现象可以得到改善。经过对中间体C进 行差热分析 ( 见图 1) 可以看到: 40.5 ℃左右的时候, 在 噻 唑开始减重分解。通过对温度、 滴加速度、 原料配比对本 实验的影响进行 3 因素 3 水平正交实验, 最终确定本实验 的优惠条件。

于投料比, 1∶1 , 为 反应进行到一段时间后, 升高为 3∶1 。 成本≤ 12万元。该工艺路线具有选择性较高、 反应条件温

参考文献:
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图1 中间体C的差热分析谱图
(上接第93页)
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责任编辑:赵平
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责任编辑:李新



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