（农药学专业论文）NOS二甲基磷酰基N取代苯甲酰基脲的合成、性质及生物活性研究.pdf

中文摘要 本文简述了目前国内外有机磷杀虫剂的现状，并综述了甲胺磷的 改性研究进展。通过甲胺磷与苯甲酰基异氰酸酯的亲核加成反应合成了 9 种未见文献报道的甲胺磷的酰胺衍生物旨在将杀虫作用慢，杀虫谱 不够广的苯甲酰基脲类化合物与速效，杀虫谱广，但高毒的乙酰胆碱酯 酶抑制剂甲胺磷结合为一体，希望其能否克服苯甲酰基脲类化合物的迟 效和甲胺磷的高毒性，并成为持效、低毒的前体杀虫剂。所合成的目标 化合物，按结构可分为以下两类： 、 1 n ( o ，s 二甲基磷酰基) n 。 ( 取代) 苯甲酰基】脲类衍生物( i ) ： 啪c h 3 。s ，, , 0o p - - n h c n h c 屺 ，弋， ch30=盛x x = h ，2 - m e ，3 一m e 3 一c i 4 一c l 2 - n 0 2 ，3 一n 0 2 ，4 一n o z 2 n 一( o ，s 二甲基磷酰基) - n ”( 旺一氯乙酰基) 脲类衍生物( i i ) ： c h 3 s 、霄霄守 ，p n h c n h c c h 2 c j c h a o 本文对关键中间体芳酰基异氰酸酯的合成条件进行了探讨，并得 到最佳的反应条件。 通过i r ，n m r ，m s 及元素分析对目标化合物的结构进行了表征，并 对代表化合物的质谱进行了解析。经初步的生物活性测定表明，目标化 合物有一定的杀虫杀螨活性和抑制活性，但并不显著1 、。 ， 关键讯n 。( o p 二甲基磷燃甚陬苯甲氅】月聚合零性霍生物活性 。 o 一 a b s t r a c t t h ea c t u a l i t yo fo r g a n i cp h o s p h o m si n s e c t i c i d e sb o t ha th o m ea n d a b r o a dw e r ei n 拄o d u c e d b r i e f l y a n dt h er e s e a r c h d e v e l o p m e n t o ft h e r e c t i f i c a t i o nw i t hm e t h a m i d o p h o sw e r er e v i e w e d n i n ec o m p o u n d sw e r e s y n t h e s i z e db y a n u c l e o p h i t i c a d d i t i o no fm e t h a m i d o p h o st o b e n z o y l i s o c y a n a t e s 。i n t r o d u c i n g t h ea c t i v e p a r t o f b e n z o y lb e n z y l u r e a t o m e t h a m i d o p h o s ，i tw a ss u p p o s e dt og e ts o m ec o m p o u n d sw h i c h c o u l dk i l l i n s e c ti ne f f e c t ，b u tb el o wt o x i ct oh u m a n a c c o r d i n gt ot h e i rs t r u c t u r e s ， t h e y c o u l db ed i v i d e di n t ot w os e r i e s j u s ta sf o l l o w i n g ： i n 一( 0 ，s d i m e t h y l p h o s p h o r y l ) - n ( s u b s t i t u t e d ) b e n z o y l u r e a d e r i v a t i v e s ( i ) ： 哗皿。8 。逼两x = h 弧, 2 - m 。e d , 3 - 掩 c h 3 0蜮 2 - n 0 2 ，3 n 0 2 ，4 n 0 2 2 n 一( 0 ，s d i m e t h y l p h o s p h o r y l ) 一n 。一( 。【c h o r o a c e t y l ) u r e ad e r i v a t i v e s ( i i ) ： e h ；s 、宫霄宫 ，p n h c n h g c h 2 c t c 埯o t h ec o n d i t i o na b o u tt h ep r e p a r a t i o no ft h ek e y - i n t e r m e d i a c yb e n z o y l i s o c y a n a t e s w h i c hi n v o l v e st h er e a c t i o no fp r i m a r ya m i d e sw i t ho x a l y l c h l o r i d ew a si n v e s t i g a t e da n d t h eo p f i m mc o n d i t i o nw a sf o u n d 。 t h es t r u c t u r e so fa l lt h ec o m p o u n d s w e r ec h a r a c t e r i z e db yi r , n m r ，m s a n de l e m e n t a la n a l y s e sa n dt h es p e c t r u mp r o p e r t i e sw e r es t u d i e di nd e t a i l t h em a s s s p e c t r u m o fa r e p r e s e n t a t i v ec o m p o u n d w a s e x p l i c a t e d a c c o r d i n gt o t h e p r e l i m i n a r i l yb i o a s s a y , t h et i t l ec o m p o u n d sd i s p l a y e d i n s e c t i c i d a la c t i v i t ya n di n s e c ti n h i b j t o r ya c t i v i t yt os o m e e x t e n t k e yw o r d s ：n 一( o ，s d i m e t h y l p h o s p h o r y l ) - n - ( s u b s t i t u t e ) b e n z o y l u r e a s y n t h e s i sp r o p e r t yb i o l o g i c a la c t i v i t y 华中师范大掌司士研究生掌位论文 第一章前言 1 1 立题意义及国内外有机磷杀虫剂简况 1 1 1 国外有机磷杀虫弃】的简况 自二十世纪三十年代，德国g s c h r a d e r 首先发现有机磷杀虫剂以 来，已经历了六十余年的历史几十年来，由于此类农药相对而言具有 广谱、高效、速效、生态学上可以接受、价格合理、可以作为混剂中的 一个成分以及综合防治方案中的交替使用农药，更重要的是，有机磷是 已知有解毒剂的杀虫荆【1 】【2 1 ，使其无论从品种还是产量上均成为各类农 药及杀虫剂之首。目前，世界上有机磷农药商品已达上百种，特别在杀 虫剂方面，有机磷类为三大主柱之一，并长年来鳌居首位【3 1 1 9 9 1 年世界有机磷杀虫剂的销售额为3 3 7 l 亿美元，占杀虫剂的 3 9 ；1 9 9 4 年，有机磷杀虫剂的销售额为3 0 7 亿美元，占杀虫剂的 3 8 ：到1 9 9 6 年，有机磷杀虫剂的销售额为3 3 ，0 5 亿美元，占整个杀 虫剂的3 7 8 。估计到2 0 0 1 年，有机磷杀虫剂的销售额亦可达3 0 5 亿 美元，占杀虫剂的3 4 7 。 从销售额看，近年来世界有机磷杀虫剂的销售额一直维持在3 0 亿 美元以上，居各类农药之首。其占杀虫剂的比例也一直保持在3 5 以 上，也就是说，有机磷杀虫剂占整个杀虫剂市场的三分之一以上。 当前，世界人口在不断地增长，据联合国粮农组织的一份资料表 明，世界农业面临每年增加7 0 0 0 万人口的巨大压力，粮食需求也将越 来越趋于紧张，估计到2 0 4 0 年，粮食的需要量将为现在的3 倍，但耕 地却有减无增。因此，只有尽力提高单位面积的产量才是唯一的出路， 而农药则是保证农业稳产、丰收必不可少的工具之一近年来，虽然开 发了不少超高效的新农药，但由于价格及使用习惯等各种因素，故新产 品在很大程度上还不能完全取代有机磷农药，有人认为在今后几十年内 有机磷杀虫剂仍会有相 - 3 的市场，要彻底取代有机磷杀虫剂并非易事 况且，不少有机磷杀虫剂也还是一些颇有前途的产品，其销售额仍占世 华中师范大学硕士研究生掌位论文 界农药产品的前列，如毒死蜱、二嗪磷等，产量均在万吨级的水平。对 于有机磷杀虫剂，一些专家认为，除一些危害性大的产品应予以限制或 禁止使用外，对对大部分产品，仍应在相当长的时间内予以保留。为 此，一些大的农药公司仍孜孜不倦地开发新的有机磷杀虫剂。 如世界有机磷杀虫剂开发的鼻祖一一德国拜耳公司又开发了新的有机磷 杀虫剂t e b u p i r i m f o s l 。该药剂以2 0 0 9 ? h m 2 的剂量即可有效地防治甲类 害虫，且对鸟类十分安全。从结构看，该产品包涵了不对称、嘧啶 巍辫 基及在杀虫剂与杀螨剂中常见的特丁基，并且其用量又低，可与不少现 代农药媲美 又如日本武田化学公司开发的2t i a 2 3 0 4 1 ，该品种具有触杀和胃 毒作用对鳞翅目、鞘翅目、蚜虫、双翅目和蜚蠊等多种害虫有效，对已 叫5 。扯o 矿v o 卅 n c 3 h 7 s n 2 产生抗性的甜菜蛾，家蝇等也有效，在4 0 p p m 浓度下，2 4 小时后可杀 死9 7 灰飞虱。 又如德国巴夫斯公司通过组合化学的方法，开发了具有氨基甲酸 酯基团的不对称有机磷杀虫剂3p h o s p h o c a r b ( b a s 一0 1 ) ，该化合物是一 巳c 耻婚 4 3 个杀虫杀线虫剂 另外，韩国化学所开发的4f l u p y r a z o f o s ( k h 5 0 2 ) - 0 , 是一个颇为有效 的有机磷杀虫荆 。_ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ i _ _ _ _ i 华中师范大掌硕士研究生掌位论文 此外，还有一些有机磷农药的专利 由此可见，世界上一些大的农药公司，尤其是一些传统的有机磷杀 虫剂生产公司，还对此类农药寄予一定的希望，仍在积极开发新的化合 物 1 1 2 国内有机磷杀虫剂的简况 建国以来，我国的农药工业从无到有获得了迅速发展【5 】【6 1 至今， 全国约有5 0 0 家原药生产厂，已建成投产具有7 5 7 万吨年( 折1 0 0 有效成分) 生产能力的原药生产装置，并能基本配套生产原料、中间 体，具有1 3 0 万吨年制剂加工能力的农药工业体系1 9 9 7 年，按化x - 部统计农业用农药的总产量为3 5 7 万吨，而有机磷杀虫剂约为1 9 2 万 吨，占整个农药的5 0 左右，占杀虫剂的6 9 8 ，其中六个高毒品种 ( 甲胺磷、甲基对硫磷、对硫磷、久效磷、敌敌畏、氧乐果) 产量高达 1 3 1 6 万吨，占有机磷杀虫剂总量的6 8 5 而列入“p i c ”( 事先知情 同意程序) 中的4 个高毒品种( 甲胺磷、久效磷、甲基对硫磷、对硫磷) 产量8 9 2 万吨，占农药总产量的2 2 6 、杀虫剂的3 2 4 ，占有机磷杀 虫剂的4 6 5 ，其中，甲胺磷占这四个高度品种的7 0 5 6 ，1 9 9 9 年还 呈上升趋势( 见表1 ) 表1四个高毒有机磷杀虫剂产能产量表( 吨) 。1 联合国粮农组织( f a 0 ) 环境规划署( u n e p ) 制定的“p i c 程序”列入 其中的化学品2 7 种，农药2 2 种，其中包括我国大量生产的这4 个高毒 有机磷杀虫剂 “p i c 程序”即将上升为具有法律效力的国际公约，该 公约的实施必将影响制约这些品种在全球农业上的使用，同时也必将严 重影响我国农药的出口 但是由于有机磷杀虫剂占据了我国农药的主导地位，要迅速改变这 种面貌并非易事尤其在我国有着特殊的农药环境，长年来我国农药以 仿为主，近年来虽成立了南北两个中心从事新农药的创制，但远“水” 难救近“火”同时，我国也开发了一些新的高效农药，但无论从价格 及数量均难以满足当今我国农药市场需要，再加以传统的使用习惯，故 对于在我国农药工业中占据重要地位、但不少又在国际上处于限制或禁 止使用的有机磷杀虫剂，如何根据我国国情进行调整和改造，乃是每个 农药工作者所面临的课题【3 】【8 1 而改造杀虫剂，首当其冲的任务是取代 甲胺磷。对此，应当尽早开发替代品种特别是对于一些以生产甲胺磷 为主的企业，则更应该有危机感，更应尽早尽快开发替代品种，其中包 括有机磷品种，这样，不但可以取代甲胺磷，也能够解决磷的资源问 题 1 2 甲胺磷改性研究进展 甲胺磷，o ，s 二甲基氨基硫代磷酰胺酯，是一种具有广谱、高 效，内吸、触杀特点的有机磷农药结构式如下： c h a s 、。i i j p n h 2 c h 3 0 5 它是于1 9 6 4 年由德国b a y e r 公司筛选发现，美国c h e v r o n 公司于 1 9 6 9 年以商名品m o n k o r 登记生产，b a y e r & 以t 锄a r o n 登记生产嘲 甲胺磷作为杀虫剂具有非常显著的特点1 9 】：( 1 ) 化学结构简单；( 2 ) 杀 虫剂谱广，持效期长，能有效地防治粮、棉等作物上的蚜虫、红蜘蛛、 粉虱、飞虱等刺吸式口器害虫和夜蛾科咀嚼式口器害虫，对钻蛀性害虫 及蝼蛄、蛴螬等地下害虫及对有机磷产生抗性的害虫有良好的防治效 华中师范大掌硕士研究生掌位论文 果( 3 ) 合成工艺简单，原料廉价易得，生产和农用成本低：( 4 ) 具 有较强的水溶 生 甲胺磷虽然具有很多优点，但由于其对温血动物的高毒性( 大白鼠 急性经口毒性l d s o 值为3 0 m g l ( g ) ，并且在环境中残毒较高，粮食作物 安全期为2 8 天，不适用于烟草、蔬菜、茶叶及中草药的害虫防治，因 此，不仅发达国家，就连我国周边发展中国家如印尼、越南、柬埔 寨、斯里兰卡等，也已禁止使用，我国j b 京、上海、广东也禁用，浙江 严格限用【7 】 q u s t a d 等研究了甲胺磷的结构类似物后指出【l o j ，氮原子上有取代 基，氧原子或硫原子上的烷基加大，都会降低毒性1 9 7 1 年，c h e v r o n 公司推出了其新产品乙酰甲胺磷6 ( a c e p h a t e ，o ，s 二甲基乙酰基硫 代磷酰胺酯) ，结构如下： c h 3 s 、曰 o ，p n h c c h 3 c h 3 0 6 乙酰甲胺磷药效和杀虫谱与甲胺磷相当，但毒性较甲胺磷低得 多，其急性经口毒性l d 5 0 ( m g k g ) ：雄大白鼠为9 4 5 ，雌大白鼠为 8 6 6 ，小白鼠为3 6 1 又如o ，s - 二甲基，n 一甲基硫代磷酰胺酯，药效稍低于甲胺磷， 3 0 0 0 倍防治棉蚜的效果为9 2 ，甲胺磷为1 0 0 ，但其对小白鼠急性口 服l d 5 0 ( m g k g ) = 5 5 【l l 】，这一现象表明，在甲胺磷的氨基上引入某个基 团，可以达到保持药效，降低毒性的目的。 m e l a n c t h o ns b r o w n n 2 1 合成了甲胺磷的n 芳基和n 烷基硫基衍生 物，该类衍生物具有良好的杀虫活性。 ：。拇m 。悯。，秽c 。岍 c h ，o p n h 2 + r c 6 h 4 s c l 呻c h 3 。 吖个 ：毫乒眦c 。岍嗽懈移n , , 届0 6 。h 。4 ：嚣舡眦c s 岍r c 8 h 4 s c 卜蒿灿n s c 。h 4 r f a h m ym a h 等【1 3 】【1 4 】合成了一些甲胺磷的( 烷氧基羰基) ( 烷基氨 慕) 硫代衍生物，它集甲胺磷与氨基甲酸酯于同一分子中，这类衍生物 竺竖墨查兰! 主竺查兰兰竺兰查 对家蝇都是高毒的，但略有差异，其对小白鼠急性经口毒性较甲胺磷要 低。 +c玛甲8。r1尝蝎州卜sr苎。友+hcr oo j 、 表z 几种誊k i 毋嘞例s r 1 家蝇l d 。鼠急性经口 坠型g生旦q 里型垦g c 2 h 5 一c h 3 2 83 0 c 2 h 5 一n - c 6 h 1 3 - 3 83 4 n c 3 h 7 n c 3 h ， 1 93 6 i c 3 h 7 一c 2 h e 一 1 95 0 i c 3 h 7 一r l c 3 h 1 2 55 0 i c 4 h o n c 3 h ，一 1 65 0 甲胺磷 1 31 4 c e c r i s p l l 6 1 合成了内吸杀虫剂7s t a u f f e rr - 2 9 5 3 4 ，大白鼠急性 口服毒性l d 5 0 为1 2 5 m g k g 。其设计思想为：利用丙二酸的酯基团增加 渗透性：s t a u f f e rr 一2 9 5 3 4 在酯酶的作用下水解为离子化合物从而有利 于在生物体内传导，并经p 一氧化，脱c o z 生成甲胺磷 竺乒。照。旦。洲。兰。虬c 一如* 。l c 。量。 c h 3 s 7 c h 3 s 7 堡 ， 啦尝h 唧洲c h 3 s 7 武汉化工学院化工系反应工程与工艺研究室李坚利用甲胺磷与三氯乙醛 亲核加成反应合成了化合物0 ，s 一二甲基( 2 ，2 ，2 一三氯一1 一羟基乙 一6 一 兰! 竺兰查兰垩查! 墨圭竺竺圭 基) 硫代磷酰胺酯8 该化合物左半边为甲胺磷，右半边为敌百虫分 尝k + 如t 尝_ c h 一 子的半部分其脂溶性较好，有较强的熏蒸和触杀活性，且大白鼠急性 口服毒性l d s o 为l o o m g k g 左右。 华中师范大学黎红梅以甲胺磷为母体合成了呋喃甲醛一0 ，s - 二甲 基磷酰亚胺席夫碱及其3 d 过渡金属配合物，用浸渍法实验杀蚜虫和红 蜘蛛测定其杀虫活性，结果表明均有活性。呋喃甲目嗒- - 0 ，s - 二甲基磷 酰亚胺席夫碱在高剂量( 2 5 “g ) 时杀棉铃虫活性只为甲胺磷的7 3 ，在 低剂量时却高于甲胺磷，其n i ( i i ) 在低浓度时也具有较高的杀虫活性 【1 9 1 o 厶o s c c h h 3 3 民i 3 c o 舌o o c c 9 1 3 前体农菇的概念及课题的提出 1 3 1 前体农药的概念 前体农药( p r o p e s t i c i d e ) 口0 】指原来无生物活性或活性较低的农药化合 物，在生物体内转化为活性的或活性更高的化合物而杀伤有害生物 7 0 年代以来前体农药的概念已用于指导新农药的开发，既设计开发能 在生物体内转化为已知农药的化合物，这种分子设计最初是通过已知农 药化合物的衍生化反应得到新化合物通常将已知的活性化合物成为母 核，得到的前体化合物称为衍生物。前体农药在生物体内转化为母核的 过程称之为代谢活化( 简称活化) 。 开发前体农药的目的是利用衍生物与母核理化性质的差异，改善母 核的农药行为，如降低毒性、减轻药害、增加渗透性和在生物体内的传 - 三笠型! 坐竺兰墨圭兰苎笙查 导性能，以及增加在叶面的稳定性、延长持效期等。当然前体农药在生 物体内亦可能被代谢解毒而失去活性。 前体农药是通过母核而表现生物活性的，因此，其活性不可能高 于母核，但它与母核属不同的化合物，两者的理化性能有明显的差异， 因此有可能通过理化性能的改变，得到农药行为优于母核的新农药。如 下列f u k u t o ”设计的化合物1 0 ，它是将灭多威分子装在糖的分子上， 利用糖能在韧皮部向下传导的特性，从而可以有效地杀灭作物根系的病 虫害，尤其是线虫。 一* 一黼 o i 道- 物体 艘， 潮 镬啊贼 6 h 0 _ b 嫩 得 ” 再如杀螨隆1 1 ( d i a f e n t h i u r o n ) ，是一种对天敌较安全的杀虫杀螨 剂，防治棉红叶螨的用量为3 0 0 4 0 0 9 ( a ，i ) h a 。最近毒理和代谢的研究 表明，它也是一种前体杀虫剂。杀螨隆的挥发性较小，在目光的催化 瞒k 一 。 下，其可以缓慢转化为后者1 2 ，从而延长了药效期”。 前体农药的开发途径有两种：衍生化法与非衍生化法。衍生化法 是以已知的农药的农药化合物为母核，合成其衍生物进行筛选非衍生 化法不需要从母核出发合成衍生物，但设计的目标化合物在生物体内必 须能转化为预期的母核。 目前所涉及的生物体内的反应，包括多种酶的和非酶的反应，特别 是多功能氧化酶( m f o ) 的氧化反应、酯酶的水解反应、去烷基化反应 等等利用不同生物问生化反应的差别是创制在靶标与非靶标生物间具 篓! 竺兰查兰! 圭! 墨兰兰竺查 有选择 生药剂的重要手段从这种意义来讲，前体农药的分子设计属于 生物合理设计的范畴目前已利用前体农药概念开发成功的例子，其中 如：丁硫克百威、硫双灭多威、e d t a 、甲基硫菌灵等 1 3 2 课题的提出 苯甲酰基苯脲类化合物是因保护生态平衡而提出抑虫剂设想以后 而问世的该类化合物不仅可抑制昆虫表皮的几丁质合成，也涉及到分 子膜，激素调控及生物合成过程中的某些步骤其对温血动物具有较低 的毒性，但目前存在的问题是，杀虫作用慢，杀虫谱不够广f 2 3 】。近年 来，含脲基磷酸酯类化合物由于其对虫、螨、菌及杂草具有较好的活性 而受到重视f 2 4 】f 2 引 华中师范大学刘钊杰等曾对脲系磷化合物进行了比较系统的研究， 发现其有良好的杀虫、杀螨活性f 2 4 。但并未有n ( o ，s 二甲基磷酰基) 一 n 二【( 取代) 苯甲酰基】脲类衍生物的报道。因此我们设想若将苯甲酰基 脲类化合物与具有速效，杀虫谱广，但高毒的乙酰胆碱酯酶抑制剂甲胺 磷结合为一体，希望其能否克服苯甲酰基脲类化合物的迟效和甲胺磷的 高毒性，并成为持效、低毒的前体杀虫剂。同时，也为今后高毒水胺硫 磷( 雄性大白鼠急性经口l d 5 0 为2 5 m g k g ) 的改性提供理论依据 根据苯甲酰脲类几丁质合成抑制剂的结构和活性关系，在苯甲酰 基苯环中引入不同的取代基来代替苯甲酰基，均显示有一定的杀虫活 性因此本文拟合成甲胺磷的不同的取代基的苯甲酰基脲类化合物 结构通式如下： 一豇。啦o + h 2 卜受a r 一趾n h n 。卜o c 一卜n 2 c 。+ 卜- 一。一8 一n 卜 s c h z 、s c h 3 同时，为了作对比，本丈还拟合成脂肪烃的酰基脲类化合物，以 研究此类化合物的结构和活性关系 一 华中师范大掌硕士研究生掌位论文 第二章合成反应研究及化合物的波谱特性 啪目标分子结构茹韭w h 窨n h 8 口拟采用苯甲酰异氰根据目标分子结构c h 3 s 二p 一“o “c 飞j 广_ x 拟采用苯甲酰异氰 酸酯与取代苯胺反应的类似合成路线。 2 1 苯甲酰基异氰酸酯合成路线选择 苯甲酰基异氰酸酯有下列制法： ( 1 )一0 c 一c i + a g n ：c ：。- i ! + p ，一8 一n ：c ：。+ a g c l l 【z s 】( 1 )一”一c i + a g n ：c ：。j 壁堡+ p r g n ：c ：o + a g c l l 【2 6 】 ( 5 ) 0 0 a 广- c i i c i + h n ：c ：。j l 州卜3 一n ：c ：o + h c l 【2 7 】 卜8 训：棚逼吲一肛l 啡。+ ：。c 0 0 a 一8 一c l + s 唰4 生+ 卜8 s 范p o 坐堕a r g n ：c ：o + n a c j + s n c | 4 口o 】 卜l 训邶，逼卅一8 水c 。+ 眦。c 。 ( 1 ) 法要用到昂贵的异氰酸银，合成成本较高；( 2 ) 法虽然原料易 得，转化率也较高，但是由于酰基异氰酸酯性质活泼，在碱性条件下易 发生聚合反应，因此产率较低，产物复杂；( 3 ) 法虽然成本较低，但实 验室不安全，且往往由于通光气不连续或使用量不够使异氰酸化过程中 生成脲”【2 8 】和产生腈”【3 l 】的副反应，产物复杂反应方程式如下： ( a ) ：r 一8 一。：+ d l c ，r 一驻。h l n h i r + 孙c 一1 0 一 一 华中师范犬掌硕士研究生掌位论文 一 曰曰 r c n h 2 +c l c c i + r i - c o z c p r - - c - - - - - - n 一- h c i 卜：铲 而( 4 ) 法反应时间长( 8 1 0 小时) ，实验操作较为复杂，涉及到抽 滤、转移等多个步骤；使用z n c l ：或s n c l 一作催化剂，氯苯或邻二氯苯作 溶剂，试剂费用较高；该法反应体系温度较高，聚合现象严重，产率较 低，只适合于连续反应操作。因此我们采用了( 5 ) 方法，该法方便、产 率较高，后处理比较方便。 我们根据( 5 ) 法理论上的反应机理，详细讨论了草酰氯的用量、反 应时间和反应温度等条件对反应收率的影响。 理论上的反应途径【3 l 】【3 2 】 0 i i 。u ，n l蠢2一r-dcc w c - - c i誊。、c 昔r o + o 掌 q 、d c l o 百犷“ i f 纠h 2 l o c l 一。w 0 出0 。j ：一千2 0 。一一。一b 一4 一c 一8 一节。0 一一r 眦膨卜 卜i c 6 h o - - n c c = ：o 吟r 露一点= c = 。 y 。 。：露。 o=cj)，o-r一 一_ _ _ 华中师范大掌硕士研究生掌位论文 存在的副反应可能有： r 一苎0 一n h 2 + c 卜0 8 越0 吲r 一岂0 一。卜8 0 _ 0 一。h l r a ( b ) r 一苎0 一n h 2 + r 一0 苎一c ：。一8 一。h 蔓一。h 一0 凸一r b 1 2 8 1 o r 一8 n ：c ：o ，- 要物或雾肋 c 1 2 7 i 通过以上反应途径及可能存在的副反应分析，草酰氯的用量对反应 影响较大，若反应中草酰氯的用量较小时，副反应a 发生的机率将增大 相应的副产物a 将增加；反应的温度对反应影响也较大，根据反应的 途径分析，假如一开始反应温度过高，则副反应b 发生的机率增大，副 产物b 将增多，而温度过高聚合物生成的量也将增大 2 2 实验及结果讨论 2 2 1 草酰氯的用量对反应的影响 根据上面的理论分析，首先选择苯甲酰胺与草酰氯在室温反应1 小 时，4 5 5 5 反应3 小时，8 3 反应至无h c l 放出在这一温度条件下， 改变草酰氯的用量，观察其对反应结果的影响。 将o 6 0 5 克( o 0 0 5 m m 0 1 ) 苯甲酰胺，5 毫升1 ，2 - 二氯乙烷加入到5 0 毫升三颈瓶中，冰水浴至0 - 2 c 磁力搅拌下迅速加入o 6 5 5 克( o 0 0 5 m 0 1 ) 草酰氯，升至室温反应1 小时，接着升温至4 5 反应3 小时左右然后 迅速升温到8 3 回流至无h c i 放出。在氮气保护下冷却到室温，加入 o ，4 6 6 克( o0 0 5 m 0 1 ) 的苯胺，反应得白色固体。旋转薄层分离得n 苯甲 酰基n 苯脲o 5 7 6 克，收率为4 8 。 表2 1 不同比例的草酰氯与苯甲酰胺反应结果 兰! 竖苎查兰竺主兰兰兰兰兰丝查 从上表显示的结果来看，随着草酰氯与苯甲酰胺的比例增大，副 产物的生成量减少，反应收率也逐渐提高当其比例提高到1 3 ：1 时， 反应收率达到7 5 ，再增大比例，反应收率提高不明显 2 2 2 温度对反应的影响 表2 2 不同温度对反应的影响 序号比例温度条件 收率 61 3 ：l 直接快速升温至8 3 无h c i 放出1 2 71 3 ：1 4 5 c 反应至无h c i 放出0 81 3 ：1 2 5 c 反应1 小时后，反应3 小时，然 7 5 后快速生温8 3 直至无h c i 放出 由此表看出，温度迅速至8 3 ，反应收率很低，原因是即使有苯 甲酰异氰酸酯生成，但它同未来得及反应的苯甲酰胺反应生成了二酰基 脲类化合物，从而使得目标产物收率极低。 2 3 部分中间体的合成 2 3 1 间硝基苯甲酸的制备口3 l 苯甲酸硝化时的主要产物是问硝基苯甲酸，同时还生成一些邻硝 基苯甲酸和少量的对硝基苯甲酸要分离后者相当麻烦的为了避免这 种困难并获得纯净的产物，我们采用了苯甲酸甲酯代替苯甲酸来进行硝 化。这样生成的几乎是纯净的间硝基苯甲酸甲酯，水解即得到间硝基苯 甲酸。 间硝基苯甲酸可以先制成难溶于冷水的( 1 ：2 6 5 ) 钡盐来进行精制 间硝基苯甲酸为无色片状结晶，熔点1 4 1 ；难溶于冷水( 1 ：4 2 5 ) ，较易 溶于热水( 1 ：1 0 ) ，易溶于乙醇和乙醚。 2 3 2 芳甲酰氯的制备1 3 4 l 利用不同取代的苯甲酸同1 5 倍的二氯亚砜或同o 4 6 倍的三氯化磷 回流反应制得。 华中师范大掌硕士研究生掌位论文 2 3 3 a 一氯乙酰胺的制备| 3 5 l 本文采用了旺一氯乙酸乙酯胺解的方法来制备0 【氯乙酰胺。若用氯 乙酰氯同氨水或者同氨气反应，反应程度剧烈，产物复杂。而用o 【。氯 乙酸乙酯胺解，反应温和，易于控制 2 3 4 苯甲酰胺的制备口6 1 参照文献，利用相应的苯甲酰氯同氨水在低温( 0 - 5 c ) 反应制得。 当滴入苯甲酰氯后，苯甲酰胺自行析出。该法反应平稳，条件易于控 制，产量较高。 2 3 5 苯甲酰基异氰酸酯的制备f 3 】p 7 1 参照文献，利用苯甲酰胺同草酰氯反应制备苯甲酰基异氰酸酯。由 于苯甲酰基异氰酸酯十分活泼，易自身聚合成三聚物或多聚物，因此不 易久置。而且在制备过程中，要严防潮气。 2 3 6 甲胺磷的纯品【3 圳 精制按丈献进行。 2 4 目标化合物的理化性质 所有目标化舍物均能溶于n ，n 二甲基甲酰胺、二甲亚砜、三氯甲 烷，不溶于苯、甲苯、石油醚、乙醇和水，绝大多数能溶于丙酮。产物 均为白色固体，室温下空气中稳定。 表2 3 目标化舍物的理化性质及实验结果 编号 a r 分子式 i 1 2 p ( ) 外观收率( ) 1 p h c i o h i3 n 2 0 4 s p 1 2 1 ，1 2 3白、晶6 0 2 3 - m e p h c i j h 】5 n 2 0 4 s p1 1 6 1 1 8白，晶7 6 8 3 2 - m e p h c i 】h 1 5 n 2 0 4 s p 11 2 11 5白、晶5 5 _ 2 3 - c i p h c i o h l 2 n 2 0 4 c 1 s p1 2 6 - 1 2 8白，晶5 2 4 一c l p h c l o h l 2 n 2 0 4 c 1 s p1 5 3 1 5 5白、晶6 9 6 4 - n 0 2 p hc l o h j 2 n 3 0 6 s p 1 4 8 - 1 5 0白、晶5 2 2 - n 0 2 p hc 1 0 h 1 2 n 3 0 6 s p1 3 0 1 3 2白、晶4 9 6 3 - n 0 2 p hc l o h l 2 n s 0 6 s p1 4 0 一1 4 3白、晶5 1 ，2 c 1 c h 2 一c 川l o n 2 0 4 c 1 s p 1 3 0 1 3 2白、晶5 3 6 ( 注：所有产物收率均以芳甲酰胺计) 一 兰! 竺坠兰竺主! 墨圭兰竺竺查 2 4 2 化合物的元素分析 表2 4 化合物的元素分析数据 编号1 面砑磊f 瓦蕊两薪广颡意南：j 广 1 4 1 9 2 4 1 6 6 4 7 5 4 5 5 9 2 5 9 7 2 2 4 3 6 64 3 7 0 5 5 55 0 0 8 9 79 2 7 34 3 2 64 3 7 0 5 ，2 2 5 0 08 9 9 9 2 7 4 3 7 1 03 7 2 73 8 8 3 7 58 4 9 8 6 9 53 7 3 53 7 ，2 7 3 9 73 7 5 8 5 586 9 63 5 6 83 6 0 33 8 9 3 6 31 2 2 2 1 2 6 2 73 6 5 23 6 0 33 7 4 3 6 31 2 2 4 1 26 2 83 58 13 6 。0 33 8 23 ，6 31 2 3 2 1 2 6 2 92 27 12 3 0 836 3 3 8 81 0 5 8 1 0 7 7 ( 注：计算值按8 6 年原子量表计算) 2 5 化合物的波谱性质 2 5 1 红外光谱 目标化合物特征基团红外光谱数据见表2 5 ，典型谱图见图l 。 表2 5 化合物的红外数据 一1 5 一 一_ 兰主坚兰查竺竺主竺燮竺竺查 典型谱图 图1 化合物7 ch3s，、p0一nhl川红外吸收光谱ch03扛= 。 。 n 从谱图中可以看出： ( 1 ) 分子中的n h 伸缩吸收峰在3 4 0 0 c m 。出现。同时由于分子中 存在缔合现象，所以在3 1 0 0c m 。左右也有宽峰出现。 ( 2 ) 一c o n h c o 一结构，由于两个羰基的振动偶合使羰基的伸缩振 动吸收分裂为两含峰，从而1 3c - - o 吸收呈1 7 3 1 】6 9 8 c m - 1 , 1 7 1 0 1 6 5 5 c m 。1 双峰形式出现f 3 8 】 ( 3 ) 芳环骨架伸缩振动均在1 4 6 0 1 6 0 0 c m 。有吸收。 ( 4 ) p = o ，p o c 的伸缩振动分别出现在1 2 5 0 c m - 1 ，1 0 3 0 c m l 且很 特征。 华中师范大掌硕士研究生掌位论文 一_ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 2 5 2 棱磁共振谱 2 5 2 1 核磁共振氩谱 目标化合物的1 h n m r 数据见表2 6 ，典型谱图见图2 , 3 表2 6 化合物的核磁共振氢谱数据 号 h ) ，8o i * 80 7 ( m ，2 h ，a r - h ) ，1 04 i ( d ，i h ，4 j p n c s r r = 27 0 h z ，c o n h c o ) ，1 05 0 ( d ，l h ，2 j p n 旷i o8 h z ，p o n h c o ) 23 - m e p h 23 4 ( d ，s c h 3 ，j e s c n = 1 62 h z ) ，24 3 ( s ，a r - c h 1 38 3 ( d ，o c h s , 3 j p o c h = 1 35 h z ) ，73 8 77 7 ( m ，4 h ，a r h ) ，1 01 4 ( d ，1 h , 4 j p n c n f f 2 27 0 h z ，c o n h c o ) ，1 04 7 ( d ，1 h ， 2 j p t , r u = 1 08 h z , p o n h c o ) 32 m e p h22 z ( d ，s c h 3 , 3 j p s c t t = | 62 t 4 z ) ，24 4 ( s a r - c 1 4 x ) ，3 7 z ( d ，o c h 3 , j j p 0 c 1 3 5 h z ) ， 72 9 75 3 ( m4 h ，a r - h ) ，9 6 0 ( d ，1 h , 4 j p n c n h = 27 0 h z , c o n h c o ) ，1 01 8 ( d ，1 h ， 2 j p n h = i o8 h z ，p o n h c o ) 43 - c i p h23 5 ( d ，s c h 3 ，3 j p s c h = 1 62 h z ) ，38 4 ( d ，o c h 3 ，j p o c h = 1 35 h z ) ，74 7 79 5 ( m ，4 h ，a r - h ) ，1 03 0 ( d ，l h ，2 j p n 尸l o8 h z ，p o n h c o ) ，1 1 33 6 ( d ，i h ，4 b n c n 尸27 0 h z ， c o n h c o ) 54 - c i p h23 7 ( d ，s c h m 3 j p s c 旷1 6 2 h z ) ，38 6 ( d ，o c h 3 7 j e o c h 2 1 35 h z ) ，74 6 ( 2 + 2 d ，2 h ，a t - h ) ， 81 0 ( 2 2 d 2 h ，a r - r d ，1 03 6 ( d ，1 h ，2 j p n l r = 1 08 h z ，p o n h c o ) ，1 04 3 ( d ，1 h ，j p n c n h = 27 0 h z , c o n h c o ) 6 4 - n 0 2 p h ( d m s o d 6 ) ：23 4 ( d ，s c h 3 , 3 j p s c h 二1 62 h z ) ，37 7 ( d ，o c h 3 , 3 j p o c a = 1 35 h z ) ，81l ( 2 d ，2 h ，a r h ) 82 9 ( 2 d ，2 h ，a r h ) ，99 9 ( d , l h , 2 j p n n = 1 08 h z ，p o n h c o ) ，1 15 0 ( d ，1 h , 4 j p n c n 旷 27 0 h z ，c o n h c o ) 7 2 n o ：p h 22 8 ( d ，s c h ，j p s c 旷1 62 h z ) ，37 7 ( d ，o c h 3 , j j e o c h 2 1 35 h z ) ，7 5 6 - 81 0 ( m ，4 h ，a r 。 i - i ) ，96 3 ( d ，i h , 2 j p n f l 08 h z ，p o n h c o ) ，1 01 8 ( d ，l h , 4 j p n c r m = 27 0 h z ，c o n h c o ) 8 3 n 0 2 p b 23 4 ( a ，s c h 3 , 3 j p s c 1 62 h z ) ，38 6 ( d ，o c h 3 , 3 j m c h = 1 3 5 h z ) ，77 l ( m ，1 h ，a p h ) ，84 0 ( m ，2 h ，a r - h ) ，88 2 ( m ，i h ，a r - h ) ，1 02 0 ( d ，1 h , 2 j p t m = 1 08 h z ，p o n h c o ) ， i 06 6 ( d ，1 h , 4 j p n c n i = 2 7 0 h z ，c o n h c o ) 9 c i c h 2 23 8 ( d ，s c h 3 , 3 j p s c h = 1 62 h z ) ，38 4 ( d ，o c h 3 , 3 j p o c h = 1 35 h z ) ，4 1 8 ( s ，2 h ) ，9 5 8 ( d ，1 h ， 2 j p n f l o8 h z , p o n h c o ) ，97 5 d ，i h , 4 j p n c n i i = 2 7 0 h z , c o n f t c o ) 分析氢谱可以发现有下列特点： ( 1 ) 所有目标化合物的1 h - n m r 均与预期目标分子结构一致。 1 7 一 一。_ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ i 一 华中师范大掌硕士研究生掌位论文 ( 2 ) 所有目标化合物中的一s c h 3 ，。o c h 3 的化学位移分别在 2 3 p p m ，3 7 p p m 左右，而且受霹p 近磷原子的影响分别裂分为二重峰 3 j i , s c h = 1 6 2 h z ，3 j r o c h = 1 3 5 h z (