第四节-拟除虫菊酯类杀虫剂课件.ppt

第四节第四节 拟除虫菊酯类拟除虫菊酯类杀虫剂杀虫剂一、引言16世纪初，有人发现除虫菊的花具有杀虫作用，但直到19世纪中期，这种源于波斯(现伊朗)的植物才在欧洲种植应用第一次世界大战期间，日本大力提倡栽培除虫菊、曾一度独占该药市场由于除虫菊适宜于较高海拔地区生长，后来在肯尼亚高原地区发展很快并逐渐取代日本2005 年云南省除虫菊种植推广超过了12万亩，年产干花将达5000 余吨, 约占世界除虫菊干花产量的30%?到2006 年我国的相关农药证书多达20多个 从除虫菊干花中提取的从除虫菊干花中提取的除虫菊素除虫菊素是一种击倒快、杀虫力是一种击倒快、杀虫力强、广谱、低毒、低残留的杀虫剂，但由于它强、广谱、低毒、低残留的杀虫剂，但由于它对光和空气对光和空气不稳定不稳定，只能用于家庭卫生害虫不宜于农业使用只能用于家庭卫生害虫不宜于农业使用大约花了大约花了40年时间年时间(从二十世纪从二十世纪20 年代到年代到50年代年代)，天，天然除虫菊素的化学成分和化学结构才得以确定自此之后，然除虫菊素的化学成分和化学结构才得以确定自此之后，人们致力于人工合成除虫菊酯的研究，目的在于寻找结构人们致力于人工合成除虫菊酯的研究，目的在于寻找结构简单，既能保留除虫菊素的优点，又能克服不适于农业使简单，既能保留除虫菊素的优点，又能克服不适于农业使用的缺点。

用的缺点这种新型的人工合成除虫菊酯通常称为这种新型的人工合成除虫菊酯通常称为拟除虫菊酯拟除虫菊酯l 947年第一个合成除虫菊酯即烯丙菊酯问世1973 年第一个对光稳定的拟除虫菊酯苯醚菊酯开发成功，开创拟除虫菊酯用于农业的先何此后，溴氰菊酯、氯氰菊酯、杀灭菊酯等优良品种不断出现，拟除虫菊酯的开发和应用有了迅猛的发展目前，已合成的化合物数以万计，新品种相继投产，重要的品种已有20多个，拟除虫菊酯已成为农用及卫生杀虫剂的重要组成拟除虫菊酯大都具有：拟除虫菊酯大都具有：高效、低毒、广谱等特点，特别对防治棉花害虫效果突出杀螨活性很低在菊酯分了中引入氟原子，能提高杀螨活性没有内吸性易产生抗药性除虫菊酯干花用石油醚甲醇混合溶剂提取，经浓缩即可得到除虫菊素两种具有光学活性的环丙烷羧酸，即:（+）-反式菊酸(+)-反式菊二酸三种具有光学活性的环戊烯醇酮，即:（+）-除虫菊醇酮（-）-瓜叶醇酮（+）-茉莉醇酮除虫菊素活性组分的结构：二、天然除虫菊素组组成成的的六种除虫菊酯结构Pyrethrin I除虫菊素Pyrethrin II除虫菊素Cinerin I瓜叶除虫菊素Cinerin II瓜叶除虫菊素Jasmolin I茉酮除虫菊素Jasmolin II茉酮除虫菊素三、拟除虫菊酯的结构与活性1、醇组分1947 年La Forge以烯丙基代替天然菊酯环戊烯醇酮的戊二烯侧链，合成了烯丙菊酯，成为第一个人工合成的拟除虫菊酯杀虫剂。

1963 年Kato报道酞酰亚胺甲基菊酯类有杀虫活性，并筛选出具有迅速击倒作用的胺菊酯1965 年E11iott对取代呋喃甲基菊酯结构与活性关系进行研究之后，发现具有空前强烈杀虫活性的苄呋菊酯上述几种改进醇组分的化合物，仍然对日光不稳定，难以用于大田在光稳定性方面的突破，是1968 年Itaya等醇组分中间引入苯氧基苄基，合成了高活性、光稳定的苯醚菊酯自此，除虫菊酯类杀虫剂不能用于田间的历史结束了，其他高效、耐光拟除虫菊酯杀虫剂相继开发成功重要的品种有：二氯苯醚菊酯、氯氰菊酯、溴氰菊酯、杀灭菊酯等随后，他们又将氰基连到苄基的随后，他们又将氰基连到苄基的- -碳上，合成了碳上，合成了氰基苯醚菊酯氰基的引入，使杀虫活性大大提高氰基的引入，使杀虫活性大大提高2、酸组分早期认为环丙烷及环上谐二甲基对杀虫活性有重要作用l 957年Farkas以卤素代替菊酸异丁烯上侧链上的甲基，合成了二卤乙烯基菊酸酯1973 年采用二氯菊酸与间苯氧基苄醇合成了光稳好、杀虫谱广、残效较长的二氯苯醚菊酯即氯菊酯随后又用二氯菊酸合成了比氯菊酯活性高2-4倍的氯氰菊酯同年，E11iott用二溴菊酸合成了旋光活性的溴氰菊酯，活性是氯菊酯的10倍，是传统杀虫剂的25-50倍。

溴氰菊酯的开发成功大大促进了拟除虫菊酯立体化学的发展同时，同时，OhnoOhno发现了可以替代经典环式菊酸组分的2-(4-2-(4-氯苯基）异戊酸，合成丁杀虫活性很高的杀灭菊酯，这是重大的突破，过去认为环丙烷结构是具有杀虫活性不可缺少的因素，杀灭菊酯打破这个框框这种非三元环的酸结构简单，易于合成，便于工业生产当菊酸中异丁烯侧链被苯基、烷氧基、芳氧基或双甲基取代后，可以得到具当菊酸中异丁烯侧链被苯基、烷氧基、芳氧基或双甲基取代后，可以得到具有杀螨活性的化合物两个较优秀的代表是有杀螨活性的化合物两个较优秀的代表是甲氰菊酯甲氰菊酯和和化台物233、非酯基因的引入、非酯基因的引入过去认为酯基是杀虫活性必不可少的结构后来，以杀灭菊酯为原型，用肟醚代替酯基合成了肟醚菊酯，以醚键代替酯键合成了醚菊酯，毒性和鱼毒均较低、醚菊酯用于防治水稻害虫以酮的结构代替酯，也能得到具有杀虫活性的拟除虫菊酯例如以甲醚菊酯为原型的28、以氯氰菊酯为原型的29烃基结构代替酯基的化合物也出现了例如以醚菊酯为原型的化合物 33，有杀虫活性和杀螨活性，效果优于醚菊酯又如结构中心包含烯键的化合物4、氟原子的引入在分子中引入氟原子之后，能提高杀虫活性，改善杀螨性能。

如氟氰菊酯，特点是高效、广谱、残效较长，能兼治蜱螨又如氟氨氰菊酯，杀虫谱广，且能杀螨功夫菊酯功夫菊酯(氟氯氰菊酯)，对家蝇的毒力为氯菊酯的85倍也有在 醇组分引人氟原子的实例，如百树菊酯和氯苯百树菊酯等，均有良好的杀虫杀螨活性Cl5 5、立体异构效应、立体异构效应立体异构现象广泛存在于拟除虫菊酯杀虫剂的分子结构之中天然除虫菊酯均是单一的异构体，三个手性碳和几何异构均有确定的构型，即 1R，3R-反式酸-4S-顺式菊醇酯Pyrethrin I除虫菊素Pyrethrin II除虫菊素Cinerin I瓜叶除虫菊素Cinerin II瓜叶除虫菊素Jasmolin I茉酮除虫菊素Jasmolin II茉酮除虫菊素立体异构体不管是旋光异构体还是顺反异构体，均对生物活性有重大影响如溴氰菊酯，三个手性碳的构型是lR，3R(顺式)， S从下表可以看出，它的其它7个异构体中，只有lR，3S(反式)有较小的活性，其它6个异构体完全无活性又如又如杀灭菊酯杀灭菊酯，各异构体的活性如下表所示其中以酸醇均为S S构型的构型的异构体活性最好，对家蝇的毒力是消旋体的3.5-4.4倍四、拟除虫菊酯的合成四、拟除虫菊酯的合成1、酸组分的合成（1）菊酸的合成环加成反应：早期用重氮乙酸酯与2，4-二甲基-2，4-己二烯发生环加成得到菊酸，产率只有l4。

1945年，用铜作催化剂，产率提高到64重氮化合物发生分子内环加成可以合成顺式菊酸从-酮卡宾出发，经分子内环加成、肟化、水解，得到顺式菊酸2)二卤菊酸的合成环加成反应用二氯已二烯与重氮乙酸酯的环加成反应合成二氯菊酸酯顺、反异构体的比例约为4：6，在日本仍采用此法生产三卤己烯醇的重氮乙酸酯49在铜催化剂存在下发生分子内环加成，得到双环内酯，经还原得到顺式二氯菊酸3) 2-(3) 2-(取代苯基）异戊酸取代苯基）异戊酸是氰戊菊酯(即杀灭菊酯)和氟氰菊酯的酸组分，即2-(对氯苯基)异戊酸和2-(4-二氟甲基苯基)异戊酸它们的合成方法均以苯乙腈为原料，在-位引入异丙基后再水解得到酸折分法：常见的拆分方法是非对映异构盐分级结晶法，用旋光性的胺胺作为拆分试剂，与被拆分的酸形成非对映异构盐，然后选择适当溶剂进行分级结晶，得到非对映异构盐，酸化生成酸的一对对映体重要除虫菊酸的拆分如下所示：如：（5）旋光活性的菊酸环丙烷羧酸环上C1和C3均为手性碳原子，有四个对映异构体通常C1为 R构型时具有较好的杀虫活性旋光活性的菊酸的制备有折分与合成合成两种方法播种结晶法播种结晶法实用，不用昂贵的拆分试剂当向一种外消旋体的饱和溶液放人两个对映体之一的晶种A并适当冷却时，A逐步结晶析出；然后播种对映体B晶种、逐步冷却，B也逐步析出。

如此循环反复操作，可达到拆分两个对映体的目的如氰戊菊酯的对氯苯基异对氯苯基异戊酸戊酸已用此法得到满意的拆分差向异构化：差向异构化：两个手性原子的旋光性化合物，当构型转化发生在一个手性原了上时，平衡混合物为一对非对映体，呈现旋光性，此过程称为差向异构化菊酸无效体通过差向异构化，可部分或全部转化为有效体C1C1差向异构化可使无效体差向异构化可使无效体(-)-顺式(1S(1S，3R)3R)转化为转化为(+)-(+)-反式(1R(1R，3R)3R)有效有效体、当体、当X X烷氧基、烷氧基、X XC1C1、X XH H时，在加热及碱存在下，均可从顺式酸得时，在加热及碱存在下，均可从顺式酸得到热力学更加稳定的反式产物到热力学更加稳定的反式产物C3差向异构化通常在Lewis酸存在下进行，可使顺式1R转化为反式1R另一个方法是将顺式(1R，3S)酸氧化成醇酮，然后在碱存在下转化为反式（1R3R)酸不对称合成：当重氮乙酸酯103在催化剂102（含手性配位基的铜络合物）存在下与二甲基己二烯发生环加成时，可以得到高反式菊酸(顺反比为7：93)，反式酸的ee为94，产率为72，催化剂手性中心的构型与加成产物C1构型紧密相关，从(R)102主要生成1R反式菊酸，从(S)-102得到的产物以1S反式菊酸为主。

1）、间苯氧基苯甲醇、醛间苯氧基苯甲醇106是苯醚菊酯、氯菊酯(即二氯苯醚菊酯)的醇组分，间苯氧基苯甲醛107是合成含氰基拟除虫菊酯的中间体合成这两个醇组分的主要原料是间甲苯基苯醚108及间溴苯甲醛1092 2、醇组分的合成、醇组分的合成（2 2）、 - -氰基间苯氧基苯甲醇及其衍生物腈醇110及其溴化物111和间甲苯磺酸酯112均为重要的醇组分，以间苯氧基苯甲醛或间苯氧基卤化苄为原料3、拟除虫菊酯的合成、拟除虫菊酯的合成（1）拟除虫菊酸与醇脱水酯类拟除虫菊酯，可以用酯化方法合成如：羧酸与醇脱水酯化的方法，可以用对甲苯磺酸为催化剂，在苯溶剂中回流，可得酯化产物2）拟除虫菊酸盐与取代苄醚等反应拟除虫菊酸碱金属盐与 -卤代、-磺酸酯基苄醚及亚氨基类似物反应可生成拟除虫菊酯3) 拟除虫菊酰氯与醇、醛反应拟除虫菊酰氯与醇、醛反应拟除虫菊酰氯与苄醇、腈醇在缚酸剂存在下或用氯化锌等Lewis酸催化均可生成酯拟除虫菊酰氯与苯氧基苯甲醛及氰化钠反应，可能存在三种情况：酰氯先与醛加成生成-氯代酯119，再与氰化钠反应，或者醛先和氰化钠加成得腈醇钠120再与酰氯反应，也可以酰氯先与氰化钠加成，得氰酮121再与醛反应。

此反应在相转移催化剂存在下进行4) 酯交换反应酯交换反应拟除虫菊酸烷基酯与醇或醋酸酯在醇钠或原钛酸酯催化下，发生酯交换反应，得到拟除虫菊酯在腈醇酯中，通常-碳为S构型时有效，如溴氰菊酯、氯氰菊酯和杀灭菊酯由于合成(S)-腈醇较困难，因此，从消旋的腈醇与旋光活性的菊酸酯化后，通过差向异构化反应，可将(R)-腈醇酯转化为(S)-酯5)旋光活性拟除虫菊酯的合成A、差向异构化当用lR顺式二氯菊酸与腈醇采用差向异构化反应时，可得到lR顺式- (S)氯氰菊酯用(S)-对氯苯基异戊酸与腈醇可以得到(S)-(S)-杀灭菊酯当用lR顺式二溴菊酰氯与腈醇成酯后可以得到(S)-酯如溴氰菊酯：lR顺式二溴菊酰氯与腈醇成酯后，选择适当溶剂，(S)-酯从溶液中析出结晶，母液中富集的(R)-酯，由于存在-活泼氢原子，在碱作用下,-碳发生消旋化(差向异构化)，生成的(S)-酯不断从溶液析出，直到(R)-酯几乎全部转化为(S)-酯B、拆分、拆分经苯醚醛与氰氢酸不对称加成得到的(S)-腈醇，与消旋的对氯苯基异戊酰氯反应生成(RS)-(S)-杀灭菊酯，用播种结晶方法拆分以后，得。