李明

（江蘇劍牌農(nóng)化股份有限公司，江蘇鹽城 224700）

烯效唑，化學(xué)名為(E)-(RS)-1-(4-氯苯基)-4,4-二甲基-2-(1H-1,2,4-三唑-1-基)戊-1-烯-3-醇，是繼植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑多效唑（PP333）之后由日本住友化學(xué)公司開(kāi)發(fā)的又一高活性的新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，兼有卓越的殺菌效果，是目前所開(kāi)發(fā)的三唑類農(nóng)用化學(xué)品中矮化植株、抗倒伏能力最強(qiáng)的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑[1-3]。烯效唑被植物吸收后，可以阻礙內(nèi)源赤霉素的生物合成[4-6]，從而延緩植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，減緩細(xì)胞的分裂和伸長(zhǎng)，抑制莖稈伸長(zhǎng)，幼苗高度明顯降低，莖粗和分蘗數(shù)增加，最終達(dá)到使作物增效增產(chǎn)的目的。

另外，烯效唑具有手性中心，屬于手性農(nóng)藥，而環(huán)境中手性農(nóng)藥對(duì)映體選擇性差異的研究歷史并不長(zhǎng)。目前，我國(guó)市場(chǎng)上使用的農(nóng)藥中40%以上具有手性結(jié)構(gòu)，主要為擬除蟲(chóng)菊酯殺蟲(chóng)劑、有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑、三唑類農(nóng)藥及芳氧丙酸酯類[7]。通常，手性化合物中只有一種異構(gòu)體具有所期望的生物活性，而另一種沒(méi)有顯著的生物活性甚至無(wú)效，或其中一個(gè)異構(gòu)體對(duì)環(huán)境具有更強(qiáng)的危害。例如：除草劑異丙甲草胺，其S-型對(duì)映體有很好的除草活性，而R-型對(duì)映體不僅無(wú)除草活性，還有致癌作用［8］。常見(jiàn)的三唑類手性農(nóng)藥對(duì)映體不僅殺菌活性不同，對(duì)大鼠的肝臟毒性也不同，已被美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）列為潛在的手性致癌物質(zhì)。因此，手性農(nóng)藥對(duì)映異構(gòu)體的分離也受到人們的高度關(guān)注[9-10]，研發(fā)應(yīng)用性好的單對(duì)映體并提高產(chǎn)率，對(duì)提高化工生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)環(huán)境安全均具有重要的意義。

烯唑醇的R-對(duì)映體表現(xiàn)出殺菌作用，而S-對(duì)映體卻表現(xiàn)出植物調(diào)節(jié)劑的作用。由于手性農(nóng)藥對(duì)映體功效和毒性不同，對(duì)其對(duì)映體進(jìn)行拆分、測(cè)定含量很有必要。其中，本文研究的光學(xué)活性物質(zhì)6不僅具有高效、廣譜殺菌等特點(diǎn)，而且具有優(yōu)異的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)和除草的作用。光學(xué)活性物質(zhì)6含有碳碳雙鍵和手性碳，它的E-異構(gòu)體表現(xiàn)出優(yōu)異的生物活性，而Z-異構(gòu)體在很大程度上無(wú)活性。研究結(jié)果表明，烯效唑（化合物6）的(E)-(S)-(-)-對(duì)映體具有良好的殺菌活性，而(E)-(R)-(+)-對(duì)映體具有良好的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)活性和除草活性。因此，應(yīng)用活性較高的單對(duì)映體，可使化學(xué)物質(zhì)用量減少，從而使實(shí)際應(yīng)用過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性提高，對(duì)環(huán)境污染的減少和安全性的提高具有重要的意義。因此，化合物6的單對(duì)映體合成一直受到有機(jī)化學(xué)家的廣泛關(guān)注。

圖1 烯效唑

要研究和利用這些立體異構(gòu)體，就有必要使用一種有效的方法獲得對(duì)映體純的手性化合物。目前獲得手性純物質(zhì)方法大致有：天然產(chǎn)物分離或轉(zhuǎn)化、拆分、不對(duì)稱合成和酶化學(xué)方法。其中不對(duì)稱合成方法避免了煩瑣的拆分和分離，開(kāi)辟了從非手性物質(zhì)人工合成不對(duì)稱產(chǎn)物的新途徑，因此，本實(shí)驗(yàn)選用不對(duì)稱方法采用L-脯氨醇作為輔助試劑改良硼氫化鈉，從而直接手性合成烯效唑。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

BRUKER AV400型核磁共振儀，瑞士布魯克公司；安捷倫1260高效液相色譜儀，安捷倫科技（中國(guó)）有限公司；DF-101S恒溫加熱磁力攪拌器，上海予康儀器廠；S212機(jī)械攪拌器，上海予康儀器廠；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；CP214精密電子天平，速展機(jī)電有限公司；WRS-1C熔點(diǎn)儀，上海精密儀器儀表有限公司。

4-甲基苯基溴化鎂四氫呋喃溶液，試劑級(jí)，上海畢得醫(yī)藥科技股份有限公司；N-叔丁氧基羰基-L-脯氨酸甲酯，試劑級(jí)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；二氯甲烷、濃硫酸，試劑級(jí)，上海泰坦科技股份有限公司；四氫呋喃（THF）、石油醚、乙酸乙酯（EtOAc）、硼氫化鈉、硼氫化鉀和氯化鋅，工業(yè)級(jí)，上海泰坦科技股份有限公司。濃鹽酸、鹽酸氫鈉、乙醚、二氯乙烷、4-甲基苯基溴化鎂四氫呋喃溶液，試劑級(jí)，上海畢得醫(yī)藥科技股份有限公司；N-叔丁氧基羰基-L-脯氨酸甲酯，試劑級(jí)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；四氫呋喃（THF）、二氯甲烷（DCM）、石油醚、乙酸乙酯（EtOAc）、乙醚、二氯乙烷（DCE），試劑級(jí)，上海泰坦科技股份有限公司；硼氫化鈉、硼氫化鉀、氯化鋅、氯化鐵、氯化鋁、濃鹽酸、濃硫酸、碳酸氫鈉、碳酸鉀、磷酸鉀、吡啶、1,8-二氮雜二環(huán)十一碳-7-烯（DBU）、三乙烯二胺（DABCO）、磷酸二氫鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、三乙胺、叔丁醇鉀、碳酸銫，試劑級(jí)，上海泰坦科技股份有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 L-脯氨醇手性助劑（化合物3）的合成

(-)-(S)-N-叔丁氧基羰基-2-[雙(4-甲基苯基)羥基甲基]吡咯烷（化合物3）的制備，如圖2所示：在N2保護(hù)和0 ℃下，向4-甲基苯基溴化鎂（300 mL，300 mmol）的THF溶液中滴加N-叔丁氧基羰基-L-脯氨酸甲酯（17.25 g，75 mmol）的THF（50 mL）溶液。室溫下攪拌過(guò)夜，TLC監(jiān)測(cè)直至原料1反應(yīng)完全，加入1 mol/L HCl水溶液（75 mL）淬滅反應(yīng)并繼續(xù)攪拌30 min。用DCM（4×60 mL）萃取混合液，合并的有機(jī)相用飽和食鹽水洗滌并用無(wú)水硫酸鈉干燥。旋干溶劑，得到黃色殘余物，用PE-EtOAc重結(jié)晶得到22.30 g白色固體，產(chǎn)率78.00%。

圖2 (-)-(S)-N- 叔丁氧基羰基-2-[ 雙(4- 甲基苯基)羥基甲基]吡咯烷的合成

1.2.2 (-)-(S)-2-[雙(4-甲基苯基)羥甲基]吡咯烷鹽酸鹽（化合物4）的合成

如圖3所示：將化合物3（20 g，52.42 mmol）加入到100 mL EtOAc中，不能完全溶解，得到白色渾濁液；在常溫?cái)嚢柘拢瑢饬蛩峋徛渭拥綕恹}酸中，產(chǎn)生的HCl氣體經(jīng)濃硫酸干燥通入常溫?cái)嚢柘碌幕衔?的EtOAc溶液中，尾氣用NaHCO3溶液吸收，隨著HCl的通入，白色濁液逐漸變成黃色透明溶液，直到TLC檢測(cè)原料化合物3消失為止；40 ℃減壓下將溶液旋蒸至稍有流動(dòng)狀態(tài)的粘稠狀液體，加入50 mL乙醚攪拌0.5 h后過(guò)濾，用2×5 mL乙醚洗滌濾餅，產(chǎn)率71.91%。

圖3 ( -)-(S)-2-[ 雙(4- 甲基苯基) 羥甲基]吡咯烷鹽酸鹽的合成

1.2.3 NaBH4法直接手性合成烯效唑

如圖4所示，在N2保護(hù)下，投入化合物4（0.143 g，0.45 mmol）、NaBH4（0.017 g，0.45 mmol）、0.5 mL 的DCE，放入-20 ℃的冷阱中30 min，在攪拌狀態(tài)下，2 h內(nèi)將試管中的溶液溫度逐漸由-20 ℃升至室溫。之后放入50 ℃油浴中，投入(E)-烯唑酮（0.087 g，0.3 mmol）和0.5 mL的DCE，TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)度。50 ℃反應(yīng)4～8 h。加入2 mol/L的HCl水溶液（5 mL）淬滅反應(yīng)并繼續(xù)攪拌2 h。50 ℃靜置分層，水層用5×3 mL的DCM萃取，合并的有機(jī)相用飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鈉干燥。濃縮溶液，爬小板分出產(chǎn)物點(diǎn)用于測(cè)試ee值。

圖4 烯效唑合成

1.2.4 ee值測(cè)試

流動(dòng)相A為異丙醇，流動(dòng)相B為正己烷，A和B體積比為3∶97；流速為0.750 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)230 nm；柱溫為35 ℃；OD-3色譜柱（250 mm×4.6 mm, 5 μm）。

2 結(jié)果與分析

2.1 堿類型篩選

按照文獻(xiàn)方法進(jìn)行手性物質(zhì)合成：先加化合物4（0.143 g，0.45 mmol）、NaBH4（0.017 g，0.45 mmol），塞上橡膠塞，抽真空，N2保護(hù)，用注射器加入0.5 mL的DCE和0.5 mL的N-二甲基甲酰胺，放入-20 ℃的冷阱中30 min；在攪拌下，2 h內(nèi)將試管中的溶液溫度逐漸由-20 ℃升至室溫；之后放入50 ℃油浴中，在N2保護(hù)和攪拌下，用注射器加入1 mL化合物5（0.087 g，0.3 mmol）的DCE液體（難溶），得到白色濁液，TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)48 h后大部分烯酮仍無(wú)法還原，因此考慮添加當(dāng)量的堿促進(jìn)反應(yīng)，所選堿的類型如表1所示。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入當(dāng)量堿后，反應(yīng)生成的化合物有Z構(gòu)型（圖6）和E構(gòu)型（圖7）。尤其是添加DBU后，反應(yīng)生成的化合物只有Z構(gòu)型。我們對(duì)反應(yīng)條件8、10的樣進(jìn)行柱層析分離，送檢，得到相應(yīng)的核磁氫譜數(shù)據(jù)。

表1 堿的種類篩選

圖5 TLC譜圖

圖6 Z構(gòu)型1HNMR

圖7 E構(gòu)型1HNMR

2.2 酸類型篩選

由于添加當(dāng)量的堿以后，化合物發(fā)生轉(zhuǎn)位變成了Z構(gòu)型，因此考慮加入酸進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過(guò)考察，加入三氟乙酸、乙酸、鹽酸、苯甲酸、磷酸二氫鈉和硫酸后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)影響，可能是酸性太強(qiáng)，因此使用酸性較弱的路易斯酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加當(dāng)量的氯化鋅（表2），反應(yīng)可以進(jìn)行，且生成的烯效唑有比較好的ee值，因此選擇氯化鋅作為反應(yīng)的酸性催化劑。

表2 路易斯酸種類篩選

2.3 反應(yīng)溫度優(yōu)化

查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，高溫不利于高選擇性地合成有旋光性的產(chǎn)物，，因此考察了0 ℃、25 ℃、50 ℃下的反應(yīng)情況。結(jié)果顯示，在所選溫度范圍內(nèi)產(chǎn)物均有旋光性，但隨著反應(yīng)溫度的提高，反應(yīng)所需時(shí)間變短，因此以50 ℃為反應(yīng)條件進(jìn)行溶劑篩選。

表3 不同反應(yīng)溫度下反應(yīng)所需時(shí)間及ee值

2.4 反應(yīng)溶劑篩選

以實(shí)驗(yàn)室常用的溶劑四氫呋喃、二氯乙烷、正己烷、甲苯等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)所需時(shí)間及產(chǎn)物ee值如表4所示。結(jié)果表明，四氫呋喃作溶劑時(shí)，生成的烯效唑沒(méi)有ee值；二氯乙烷溶劑反應(yīng)所需時(shí)間為4 h，與三氯乙烷、正己烷和甲苯相同，但產(chǎn)物ee值最高，為70%。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)以二氯乙烷作為溶劑。

表4 不同溶劑下反應(yīng)所需時(shí)間及產(chǎn)物ee值

2.5 手性助劑投料量?jī)?yōu)化

從手性助劑（化合物4）的投料量?jī)?yōu)化結(jié)果（表5）中可以看出，使用催化量的手性助劑能得到不同程度消旋的產(chǎn)物；增大手性助劑的比例，產(chǎn)物會(huì)逐漸具有旋光性，在1.5當(dāng)量時(shí)ee值最高，可以達(dá)到71%；繼續(xù)增大手性助劑的量，產(chǎn)物ee值變化不明顯。因此，選擇1.5當(dāng)量的化合物4作為手性助劑。

表5 手性助劑（化合物4）投料量對(duì)產(chǎn)物的影響

綜上，反應(yīng)最優(yōu)條件為：1.5當(dāng)量的化合物4作為手性助劑，NaBH4作還原劑，催化劑為氯化鋅，反應(yīng)溫度為50 ℃，溶劑為二氯乙烷。在此條件下產(chǎn)物的ee值為71%，收率為73.5%。

2.6 (-)-(S)-2-[雙(4-甲基苯基)羥甲基]吡咯烷鹽酸鹽、(E)-烯效唑的表征

(-)-(S)-2-[雙(4-甲基苯基)羥甲基]吡咯烷鹽酸鹽1HNMR結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 (-)-(S)-2-[雙(4-甲基苯基)羥甲基]吡咯烷鹽酸鹽

白色固體，1H NMR（400 MHz，CDCl3），δ：1.9-2.06（m，4H），2.29（d，J=4 Hz，6H），3.17-3.36（m，2H），4.93（t，J=8 Hz，1H），7.09-7.17（m，4H），7.26-7.28（m，2H），7.56（d，J=8 Hz，2H），11.31（s，1H）。(E)-烯效唑結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 (E)-烯效唑

白色固體，熔點(diǎn)：166℃，1H NMR（400 MHz，CDCl3），δ：0.66（s，9H），4.25（d，J=8 Hz，1H），4.53（d，J=12 Hz，1H），6.90（s，1H），7.26（d，J=8 Hz，2H），7.33（d，J=8 Hz，2H），8.06（s，1H），8.48（s，1H）。

3 結(jié)論

在50 ℃條件下，用1.5當(dāng)量的手性助劑α-二取代吡咯烷-2-甲醇鹽酸鹽，二氯乙烷作溶劑，氯化鋅為催化劑，用NaBH4作還原劑，能以較高的立體選擇性和化學(xué)選擇性得到相應(yīng)的烯效唑。