二化螟性信息素组分(Z)-13-十八碳烯醛的合成

刘 彬, 曾瑞昌, 娄大伟

(1. 吉林化工学院 化学与制药工程学院，吉林 吉林 132022； 2. 吉林大学 化学学院，吉林 长春 130012； 3. 朝阳科技大学 应用化学系，台湾 台中 426132)

二化螟属于鳞翅目，螟蛾科,是一种分布广泛的世界性害虫[1-4]。二化螟是一种杂食性昆虫，能危害水稻、玉米、麦类等农作物，还会危害芦苇、稗等杂草，其中对水稻的危害最为严重。我国是水稻种植大国，二化螟在我国所有水稻种植区域都有分布，是我国水稻生产上危害最为严重的常发性害虫之一，每年对我国水稻都造成严重的产量损失[5-8]。

目前对于二化螟最主要的防治方法是化学防治。但是二化螟发生期较长，这就导致用药次数过多，使二化螟抗药性增强，农作物农药残留，对人类、牲畜、螟虫天敌及环境造成严重的危害。随着人们生活和健康水平的提高，对绿色食品的需求量快速增加，因此寻找安全、环境相容性好的绿色农药成为当今研究的重点。昆虫性信息素防治害虫具有专一性强、对环境友好、不杀害天敌、不会使害虫产生抗药性等优点。

Scheme 1

二化螟性信息素的主要成分为(Z)-11-十六碳烯醛、(Z)-13-十八碳烯醛、(Z)-9-十六碳烯醛，且3种组分的质量比大约为48/6/5[12-14]。目前利用二化螟性信息素进行大量诱捕、虫情检测、干扰交配等田间试验的相关报道较多，但是关于二化螟性信息素的合成报道较少[15-18]。对于二化螟性信息素组分(Z)-13-十八碳烯醛的合成方法已有相关报道[19-20]，主要是通过Wittig 反应路线或者炔烃选择性还原路线来制备。Wittig 路线产率低，产物中容易有顺反异构体，且有副产物三苯氧膦生成。炔烃的选择性还原路线通常需要直接使用高纯度的氢气，对于实验操作人员的要求较高，有时候可能会有过度氢化的问题。本文采用炔化物还原路线来合成(Z)-13-十八碳烯醛，在炔化物路线的基础上进行改进与优化[21]，得到一条产率较高，成本较低，反应条件温和的合成路线。

以市售的1,12-十二烷二醇(2)为起始物，与氢溴酸先进行单边溴化生成12-溴-1-十二烷醇(3)；接着将羟基用DHP(二氢吡喃)保护生成2-(12-溴-十二烷氧基)-四氢吡喃(4)，再与1-己炔(5)进行烷基化反应得到2-(13-十八碳炔氧基)-四氢吡喃(6)；再进行顺式氢化反应得到2-((Z)-13-十八碳烯氧基)-四氢吡喃(7)；酸性条件下脱除羟基保护得到(Z)-13-十八碳烯-1-醇(8)；将烯醇化合物与氯铬酸吡啶盐在二氯甲烷中进行氧化反应得到得到最终的目标化合物(Z)-13-十八碳烯醛(1)。其余另外两种组分(Z)-11-十六碳烯醛、(Z)-9-十六碳烯醛也均采用此方法制备，分别以1,10-癸二醇，1,8-辛二醇为起始物二醇，经过单边溴化反应、上保护，再分别与1-己炔、1-辛炔进行烷基化反应，之后进行炔烃还原、去保护、氧化反应。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Varian Gemini 200 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)。

所用试剂均为分析纯，阿拉丁试剂。

1.2 合成

(1)3的合成

称取28.20 g(40.53 mmol)溶解于160 mL甲苯中，升温待2完全溶解后缓慢滴加48%氢溴酸8.20 g(48.64 mmol)于120 ℃搅拌回流16 h；置于冰浴中30 min后抽滤，滤饼用正己烷洗涤3次，收集滤渣干燥。滤液转移至分液漏斗中，加入饱和碳酸氢钠溶液100 mL洗涤，分液，水层用正己烷 (3×25 mL)萃取，合并有机层，加入饱和食盐水200 mL盐析，无水MgSO4干燥，过滤，减压浓缩后得淡黄色油状液体36.86 g，产率92%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 3.64(t,J=6.4 Hz, 2H), 3.41(t,J=6.8 Hz, 2H), 1.90～1.79(m, 2H), 1.61～1.51(m, 2H), 1.42～1.28(m, 16H)。

(2)4的合成

称取335.66 g(134.45 mmol)于圆底烧瓶中，依次加入对甲苯磺酸一水合物0.26 g(1.36 mmol)和二氯甲烷135 mL，冰浴条件下，滴加3,4-二氢吡喃13.86 g(164.76 mmol)，搅拌30 min后移去冰浴，室温下反应16 h。加入饱和碳酸氢钠溶液60 mL继续搅拌10 min。溶液移至分液漏斗，加入饱和碳酸氢钠溶液洗涤，水层用正己烷(3×30 mL)萃取合并有机层，加入饱和食盐水150 mL盐析，无水MgSO4干燥过滤，减压浓缩后得深橘色油状液体443.23 g，产率92%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 4.59～4.57(m, 1H), 3.88～3.33(m, 6H), 1.89～1.46(m, 10H), 1.42～1.28(m, 16H)。

(3)6的合成

氮气保护下，用注射器将无水四氢呋喃160 mL和1-己炔2.59 g(31.53 mmol)加入双颈瓶中，冰浴冷却，加入正丁基锂溶液16 mL(2.12 M正己烷溶液，34.34 mmol)，搅拌10 min后移去冰浴，室温下反应1 h。依次加入碘化钠0.86 g(0.57 mmol)与49.98 g(28.57 mmol)，80 ℃条件下回流反应16 h。加入饱和食盐水100 mL盐析，水层用正己烷(3×20 mL)萃取，合并有机层，加入饱和食盐水150 mL盐析，无水MgSO4干燥，过滤，滤液减压浓缩得黄色液体68.43 g，产率84%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 4.59～4.58(m, 1H), 3.88～3.67(m, 2H), 3.53～3.32(m, 2H), 2.14～2.10(m, 4H), 1.82～1.54(m, 8H), 1.44～1.27(m, 22H), 0.91(t,J=7.2 Hz, 3H)。

(4)7的合成

依次称取610.50 g(29.95 mmol)、氢氧化钾固体1.27 g(44.92 mmol)、醋酸钯0.14 g(0.60 mmol)加入反应瓶中，再加入N,N-二甲基甲酰胺溶液30 mL， 145 ℃下反应16 h。加入正己烷，硅藻土抽滤，滤饼用正己烷洗涤3次。滤液转移至分液漏斗，加水洗涤，水层用正己烷萃取，合并有机层，加入饱和食盐水盐析，无水MgSO4干燥，过滤，经硅胶柱层析(洗脱剂：正己烷/乙酸乙酯=1/20,V/V)纯化得深棕色液体78.94 g，产率79%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 5.35(t,J=4.6 Hz, 2H), 4.60～4.58(m, 1H), 3.88～3.68(m, 2H), 3.53～3.33(m, 2H), 2.04～2.01(m, 4H), 1.71～1.56(m, 8H), 1.44～1.27(m, 22H), 0.90(t,J=6.6 Hz, 3H)。

(5)8的合成

称取79.87 g(27.99 mmol)和对甲苯磺酸0.27 g(1.40 mmol)溶解于125 mL甲醇中，室温下搅拌16 h。减压浓缩，向浓缩液中加入稀盐酸洗涤，水层用正己烷萃取，合并有机层。加入饱和食盐水盐析，无水MgSO4干燥，过滤，减压浓缩得黄色液体86.89 g，产率92%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 5.38～5.32(m, 2H), 3.64(t,J=6.4 Hz, 2H), 2.04～2.01(m, 4H), 1.59～1.54(m, 2H), 1.34～1.27(m, 22H), 0.90(t,J=7.0 Hz, 3H)。

(6)1的合成

依次称量氯铬酸吡啶酸盐14.50 g(67.22 mmol)和相同质量的硅藻土14.00 g溶解于二氯甲烷225 mL，剧烈搅拌，用注射器注入812.03 g(44.81 mmol)，室温下反应4 h。快速柱层析(洗脱剂：乙醚)纯化，减压浓缩得淡黄色液体110.46 g，产率88%;1H NMR(CDCl3, 200 MHz)δ: 9.76(t,J=2.0 Hz, 1H), 5.35(t,J=4.6 Hz, 2H), 2.38～2.26(m, 2H), 2.03～2.01(m, 4H), 1.63～1.58(m, 2H), 1.44～1.18(m, 20H), 0.90(t,J=6.8 Hz, 3H)。

采用炔化物路线合成目标产物，以2为起始物，在甲苯中与48%氢溴酸进行单边溴化，得到单边溴代化合物3；接着将羟基用DHP(2,3-二氢吡喃)保护生成四氢吡喃醚化合物4；再与5进行烷基化反应得到炔烃化合物6[22]；再以氢氧化钾和DMF作为氢气的来源，以醋酸钯作为催化剂[23]，进行顺式氢化反应得到顺式双键化合物7；在酸性条件下脱除THP保护得到烯醇类化合物8；最后将烯醇化合物与氯铬酸吡啶盐在二氯甲烷中进行氧化反应得到最终的产物1。

在1,12-十二烷二醇的单边溴化反应中，一次性加入48%氢溴酸，以甲苯为溶剂，在120 ℃条件下反应16 h。反应浓度小于0.25 mol/L，当反应浓度大于0.25 mol/L会有双边溴代产物生成，这是由于2在甲苯中的溶解度不高，反应时分散不均匀，所以会有双边溴代烷烃的出现。加入氢溴酸1.2 eq. 时反应转化率最高且不会有双边溴代产物生成。为了节省溶剂，单边溴化反应的最佳浓度为0.25 mol/L，且氢溴酸与二醇的最优比为1.2 eq.。

炔烃去质子化反应过程使用无水THF作为溶剂，取代高毒性的HMPA，对去质子化的反应过程进行了优化。在文献中去质子化反应中，反应温度为-78 ℃，反应条件比较苛刻，期望能在较温和条件下进行反应，因此尝试在冰浴条件下进行去质子化的操作，经过核磁表征，表明在冰浴条件下可以进行此反应，且可以反应完全。所以本实验中的去质子化反应是在冰浴条件下进行的，反应条件比较温和。

以1,12-十二碳二醇(2)为起始物，炔化物还原反应构建顺式双键，再经过去保护，氧化成醛反应得到了(Z)-13-十八碳烯醛(1)，合成路线共计6步，总产为45%。该路线原料易得，选择性高且无异构体生成。