楊丙連，王建博，丁亞偉

(1.南通泰禾化工股份有限公司，江蘇 南通 226407；2.上海泰禾化工有限公司，上海 201612)

丙硫菌唑(prothioconazole，CAS：178928-70-6)作為全球第二大殺菌劑，是拜耳作物科學(xué)公司成功開發(fā)的新型三唑硫酮類高效廣譜殺菌劑，作用機制為抑制真菌甾醇合成，可用于谷物、大豆和棉花等作物多種病害的防治[1-3]。

丙硫菌唑的主流合成工藝是以鄰氯氯芐為原料，與鎂反應(yīng)生成格氏試劑，再與2-氯-1-(1-氯環(huán)丙基)乙酮發(fā)生加成反應(yīng)，然后經(jīng)肼化、關(guān)環(huán)、氧化等一系列反應(yīng)制備得到丙硫菌唑[4-5]，具體合成路線如圖1。

基于原藥分析和文獻調(diào)研，發(fā)現(xiàn)丙硫菌唑合成過程會產(chǎn)生圖2 所示的3 個主要雜質(zhì)：2-[2-(1-氯環(huán)丙基)-2-羥基-3-苯基丙基]-2,4-二氫-3H-1,2,4-三唑-3-硫酮(簡稱脫氯丙硫，DC-PTC)、2-[2-(1-氯環(huán)丙基)-1-(2-氯苯基)-3-(1H-1,2,4-三唑-1-基)丙烷基]-2-醇(簡稱脫硫丙硫，DS-PTC)和2-{2-(1-氯環(huán)丙基)-1-(2-氯苯基)-3[5-(甲巰基)-1H-1,2,4-三唑-1-基]丙烷基}-2-醇(簡稱甲基化丙硫，Me-PTC)。

圖2 丙硫菌唑原藥中3 個主要雜質(zhì)

雜質(zhì)不僅影響原藥品質(zhì)，且雜質(zhì)的毒理學(xué)特性與丙硫菌唑差異較大，在原藥中均有明確限量要求。如美國環(huán)境保護署2007 年發(fā)布的丙硫菌唑人類健康風(fēng)險評估報告中表明雜質(zhì)DS-PTC 具有致畸性，會導(dǎo)致幼兒畸形，其在原藥中的含量要求低于500 mg/L。

據(jù)文獻調(diào)查，尚無丙硫菌唑上述3 個雜質(zhì)產(chǎn)生原因的分析和合成方法報道。本文基于丙硫菌唑原藥合成路線分析推測了雜質(zhì)產(chǎn)生的可能歷程，并設(shè)計了下述合成路線對3 個雜質(zhì)進行了合成，其結(jié)構(gòu)經(jīng)LC-MS、NMR 等表征確證，為丙硫菌唑工藝優(yōu)化、雜質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量控制提供參考。

脫氯丙硫雜質(zhì)(DC-PTC)合成路線：

脫硫丙硫雜質(zhì)(DS-PTC)合成路線：

甲基化丙硫雜質(zhì)(Me-PTC)合成路線：

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

試劑：甲醇、甲苯、水合肼、硫氰酸鈉、碘甲烷、無水碳酸鉀、氯化芐、鎂屑、氫氧化鈉和1,2,4-三氮唑等均為分析純，均購自國藥試劑；2-氯-1-(1-氯環(huán)丙基)乙酮(90%)和2-(1-氯環(huán)丙基)-2-(2-氯苯基)甲基環(huán)氧乙烷(75%)為實驗室自制。

儀器：多電子天平(梅特勒-托利公司)、GC-14C島津氣相色譜儀(日本島津公司)、DionexUltimate TM 3000 超高效液相色譜儀(美國Dionex 公司)；智能數(shù)顯恒溫油/水浴鍋和機械攪拌器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)；AV400 型(400 Hz)核磁共振儀(瑞士Bruker 公司)；Q-ExactiveTM 組合型四極桿-高分辨軌道阱質(zhì)譜儀[賽默飛世爾科技(中國)有限公司]。

1.2 雜質(zhì)的合成

1.2.1 2-[2-(1-氯環(huán)丙基)-2-羥基-3-苯基丙基]-2,4-二氫-3H-1,2,4-三唑-3-硫酮(DC-PTC)的合成

2-(1-氯-環(huán)丙基)-2-(苯基)甲基環(huán)氧乙烷：500 mL四口反應(yīng)瓶中加入鎂屑(7.3 g,0.3 mol)，甲苯(15.0 g)與四氫呋喃(15.0 g)的混合溶劑30.0 g，氮氣置換3 次，開啟攪拌，升溫至35～40 ℃，滴加氯化芐(25.3 g,99%,0.2 mol)與甲苯(50.0 g)、四氫呋喃(50.0 g)的混合液，滴完后保溫15 min，氮氣保護下將上清液轉(zhuǎn)移至另一500 mL 反應(yīng)瓶中。開啟攪拌，降溫至10～15 ℃，于30 min左右滴加29.0 g(95.0%,0.18 mol)2-氯-1-(1-氯環(huán)丙基)乙酮，繼續(xù)保溫反應(yīng)20 min，得到淺黃色透明格氏加成液。將上述加成液倒入200 g冰水中淬滅，用濃鹽酸調(diào)pH=5～6，充分攪拌約30 min后靜置分層，有機相依次用水、飽和食鹽水洗滌，再用無水硫酸鈉干燥，過濾，脫除溶劑得41.8 g(69.9%，0.14 mol)2-(1-氯-環(huán)丙基)-2-(苯基)甲基環(huán)氧乙烷粗品，不經(jīng)純化直接投下一步反應(yīng)。

2-(1-氯-環(huán)丙-1-基)-3-(苯基)-2-羥基-丙基-1-肼鹽酸鹽：于500 mL 四口瓶中依次投入甲醇(100 g)、水合肼(44.0 g,80%,0.70 mol)、氫氧化鈉(6.2 g,96%,0.15 mol)和2-(1-氯環(huán)丙基)-2-(苯基)甲基環(huán)氧乙烷粗品(41.8 g,69.9%,0.14 mol)，氮氣保護下升溫至回流反應(yīng)2 h。將上述反應(yīng)液脫除甲醇，殘余物用甲苯(100 g)充分溶解后分層，有機相經(jīng)水洗滌2 次。再向該有機相滴入濃鹽酸(16.6 g,37%,0.17 mol)，控制內(nèi)溫不超過35 ℃，滴完后攪拌2 h 至固體完全析出，過濾，干燥后得到32.0 g 淺黃色粉末狀2-(1-氯環(huán)丙基)-3-(苯基)-2-羥基-丙基-1-肼鹽酸鹽(含量97.1%)。

2-(1-氯-環(huán)丙-1-基)-1-(苯基)-2-羥基-3-(1,2,4-三唑烷-5-硫羰-1-基)-丙烷：于500 mL 四口瓶中加入甲苯和上一步驟得到的2-(1-氯環(huán)丙基)-3-(苯基)-2-羥基-丙基-1-肼鹽酸鹽(32.0 g,97%,0.11 mol)，氮氣保護下滴入氫氧化鈉溶液(17.6 g,30%,0.13 mol)進行反應(yīng)，約30 min 后加入甲醛溶液(8.9 g,37%,0.11 mol)和硫氰酸鈉(9.1 g,99%,0.11 mol)，攪拌反應(yīng)約30 min 后滴入鹽酸(12.8 g,37%,0.13 mol)，全程控制反應(yīng)溫度20～30 ℃，保溫反應(yīng)約4 h。過濾，濾餅依次用甲苯、水洗滌，干燥后得到29.8 g(98.0%,0.09 mol) 2-(1-氯-環(huán)丙-1-基)-1-(苯基)-2-羥基-3-(1,2,4-三唑烷-5-硫羧-1-基)-丙烷，直接用于下一步反應(yīng)。

2-(1-氯-環(huán)丙-1-基)-1-(苯基)-3-(4,5-二氫-1,2,4-三唑-5-硫羰-1-基)-丙-2-醇：在500 mL 四口瓶中加入上一步得到的2-(1-氯-環(huán)丙-1-基)-1-(苯基)-2-羥基-3-(1,2,4-三唑烷-5-硫羧-1-基)-丙烷(29.8 g,98.0%,0.09 mol)和甲醇(70.0 g)，再于25 ℃左右緩慢滴入氯化鐵溶液(127.0 g, 30%,0.20 mol)，保溫反應(yīng)5 h。反應(yīng)結(jié)束，過濾，水洗，濾餅用甲醇重結(jié)晶得到22.0 g 白色固體(DC-PTC)，即2-(1-氯-環(huán)丙-1-基)-1-(苯基)-3-(4,5-二氫-1,2,4-三唑-5-硫羧-1-基)-丙-2-醇，含量98.5%，熔點：189～191 ℃。HRMS(m/z,ESI+)：310.0774(M+H)+；理論值：310.0775。

1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 8.450 (s, 1H),7.351～7.330 (m, 2H); 7.268～7.200 (m, 3H); 5.091 (s,1H); 4.647 (d,J=14.4 Hz, 1H); 4.328 (d,J=14.0 Hz,1H); 3.171 (d,J=13.6 Hz, 1H); 2.865 (d,J=14.4 Hz,1H); 0.923～0.866 (m, 1H); 0.654～0.596 (m, 1H),0.549～0.400(m,2H)。

1.2.2 2-[2-(1-氯環(huán)丙基)-1-(2-氯苯基)-3-(1H-1,2,4-三唑-1-基)丙烷基]-2-醇(DS-PTC)的合成

在500 mL 四口瓶中依次投入1,2,4-三氮唑(27.9 g,99%, 0.40 mol)，碳酸鉀(55.8 g, 99%, 0.40 mol)和的DMF(150 g)，攪拌并升溫至90 ℃左右滴加2-(1-氯環(huán)丙基)-2-[(2-氯苯基)甲基]環(huán)氧乙烷(108.1 g,90%,0.40 mol)，滴完后保溫反應(yīng)10 h，然后將反應(yīng)液降至室溫，過濾，濾餅用適量DMF 洗滌，合并DMF溶液，脫溶得到釜殘。向其釜殘中加入甲苯(200 g)和水(50 g)，溶解，分層得到有機相，降溫結(jié)晶，過濾、干燥得到63.6 g(98.2%，0.20 mol)DS-PTC，熔點：104～106 ℃。HRMS(m/z，ESI+)：312.0662(M+H)+；理論值：312.0665。

1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ: 8.397(s,1H);7.974 (s, 1H); 7.597 (dd,J=7.4, 2.2 Hz, 1H); 7.439(dd,J=7.4,1.8 Hz,1H);7.311～7.211(m,2H);5.145(s,1H); 4.748 (d,J=14.4 Hz, 1H); 4.120 (d,J=14.4 Hz,1H); 3.425 (d,J=14.0 Hz, 1H); 3.116 (d,J=14.0 Hz,1H); 0.898～0.839 (m, 1H), 0.712～0.653 (m, 1H),0.512～0.398(m,2H)。1.2.3 2-{2-(1-氯環(huán)丙基)-1-(2-氯苯基)-3[5-(甲巰基)-1H-1,2,4- 三唑-1- 基] 丙烷基}-2- 醇(Me-PCT)的合成

在500 mL 四口瓶中依次投入丙硫菌唑原藥(34.8 g,98.8%,0.10 mol)、乙腈(150 g)和無水碳酸鉀(13.9 g,99%,0.10 mol)，然后于室溫、氮氣保護下緩慢入碘甲烷(28.7 g,99%,0.20 mol)，滴畢體系升溫回流反應(yīng)過夜。反應(yīng)結(jié)束減壓蒸餾除去低沸，向其中加入乙酸乙酯(100 g)和水(70 g)充分攪拌溶解，有機相依次用水、飽和食鹽水洗滌、無水硫酸鈉干燥后旋干得到25.0 g 黏稠油狀物，柱層析得到12.5 g 白色固體狀甲基化丙硫(98.0%,0.03 mol)，熔點60～62 ℃。HRMS (m/z，ESI+)：312.0662 (M+H)+；理論值：312.0665。

1H NMR (400 MHz,DMSO-d6)δ:7.999(s,1H),7.676～7.653(dd,J=7.0，2.2 Hz，1H);7.455～7.432(dd,J=7.4,1.8 Hz,1H);7.337～7.265(m,2H);5.078(s,1H);4.560 (d,J=14.0 Hz, 1H); 3.948 (d,J=10.0 Hz, 1H);3.528 (d,J=14.4 Hz, 1H); 3.093(d,J=14.4 Hz, 1H);2.522 (s, 3H); 1.036～0.981 (m, 1H), 0.768～0.647(m,3H)。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)生DC-PTC 原因分析

原因可能有：⑴起始原料鄰氯氯芐中殘余少量氯化芐，氯化芐形成的格氏試劑芐基溴化鎂依次進行加成、肼化、關(guān)環(huán)、氧化等后續(xù)步驟反應(yīng)最終生成DC-PTC 雜質(zhì)；⑵起始原料鄰氯氯芐發(fā)生格氏反應(yīng)時，苯環(huán)上的氯也參與了格氏反應(yīng)，加成反應(yīng)后的酸水中淬滅時，發(fā)生水解反應(yīng)得到脫氯雜質(zhì)2-芐基-2-(1-氯環(huán)丙基)環(huán)氧乙烷，脫氯雜質(zhì)通過后續(xù)肼化、合環(huán)和氧化等反應(yīng)最終生成DC-PTC 雜質(zhì)。反應(yīng)路線見圖3。

圖3 DC-PTC 產(chǎn)生原因的路線分析

基于丙硫菌唑登記公開資料，DC-PTC 在其原藥中含量約0.5%，而起始原料鄰氯氯芐含量>99.5%，據(jù)此可以推測，原因1 可能性小?；谠?，即鄰氯氯芐與鎂發(fā)生格氏反應(yīng)時，鄰氯氯芐苯環(huán)上氯也與鎂發(fā)生格氏反應(yīng)，由于反應(yīng)活性較弱，無法與2-氯-1-(1-氯環(huán)丙基)乙酮發(fā)生反應(yīng)，在后續(xù)酸水中淬滅時形成2-芐基-2-(1-氯環(huán)丙基)環(huán)氧乙烷，通過后續(xù)肼化、合環(huán)、氧化等反應(yīng)最終生成DC-PTC 雜質(zhì)。

2.2 產(chǎn)生DS-PTC 原因分析

據(jù)文獻[6]報道，丙硫菌唑采用圖4 中R1 路線合成，即化合物1 與1,2,4-三氮唑反應(yīng)生成DS-PTC，DS-PTC 再與硫磺反應(yīng)得到丙硫菌唑。該路線收率低，條件苛刻，硫氧化反應(yīng)不徹底，導(dǎo)致少量的DS-PTC殘留。據(jù)環(huán)境公開數(shù)據(jù)，DS-PTC 的限量為0.5%。

圖4 DS-PTC 產(chǎn)生原因的路線分析

DS-PTC 本身毒性較高，且原研路線殘留量較大，很難除去。因此原研公司又開發(fā)了路線R2，即化合物1 依次與水合肼、甲醛、硫氰酸鈉和氯化鐵等反應(yīng)得到丙硫菌唑。在氯化鐵氧化過程中，仍會有極少量的(約100 mg/L)DS-PTC 形成(圖4)。

2.3 產(chǎn)生Me-PTC 原因分析

據(jù)文獻，丙硫菌唑原藥合成步驟是在甲醇中進行的，推測存在少量甲醇與丙硫菌唑發(fā)生反應(yīng)形成Me-PTC 的情況。

本文參照現(xiàn)有文獻方法對其進行合成，即采用碘甲烷與丙硫菌唑反應(yīng)制備甲基化丙硫[7]，具體的化學(xué)反應(yīng)式如圖5 所示。

圖5 Me-PTC 產(chǎn)生原因的路線分析

3 結(jié)論

基于丙硫菌唑原藥合成路線和相關(guān)文獻資料調(diào)查，分析推測了丙硫菌唑原藥中脫氯丙硫、脫硫丙硫和甲基化丙硫3 個主要雜質(zhì)產(chǎn)生的可能歷程，并設(shè)計了合成路線對3 個雜質(zhì)進行了合成、純化，合成雜質(zhì)含量>97%。研究結(jié)果可為丙硫菌唑研究、開發(fā)提供基礎(chǔ)與指導(dǎo)。