高效简便合成斜纹夜蛾Spodoptera litura F.性信息素成分(Z,E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯

周舒扬，梁 霆,,叶 阳,,沙长青

(1.黑龙江省科学院 微生物研究所，黑龙江 哈尔滨 150040；2.黑龙江省科学院 高技术研究院，黑龙江 哈尔滨 150040)

斜纹夜蛾SpodopteralituraF.属于鳞翅目夜蛾科，是一种食性杂、虫源广、对农林业危害严重的世界性害虫[1]。在自然条件下，斜纹夜蛾一般危害期为7～10月，一年发生5～6代。近年来，温室大棚等栽培蔬菜水果发展迅速，已经成为黑龙江省居民冬春新鲜蔬菜水果的主要来源。温室大棚中，温、湿度相对较高，种植品种单一，加上扣棚后棚温适宜，非常有利于斜纹夜蛾虫害的发生，导致其危害期延长，极易造成蔬菜生产上的巨大损失[2]。该虫具有较强的繁殖能力，同时具有典型的聚居特性，可以进行群体性跨区域迁徙，对主要农作物均可产生较大程度的危害[3]。该虫的防治主要依靠化学农药，虽然可以在短期控制虫口数量，但容易出现明显的耐药性，同时也给环境带来污染。随着人们环境保护意识的增强，利用生物农药——昆虫性信息素进行害虫防治越来越受到人们的重视。昆虫性信息素具有灵敏度高、吸引作用指向性强、残留量极少、对环境不造成二次污染等突出优势[4]。在农业实践与实际病虫害防治工作中，昆虫性信息素已经在许多欧洲国家大范围推广使用，对于病虫害的防治起到了积极作用。野外诱捕试验中，1 237种雄蛾被人工合成的性引诱剂所诱捕，其中在我国分布的斜纹夜蛾有38种[5]。

本文中，笔者以斜纹夜娥性信息素主要成分(Z,E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯[6]为目标合成产物，通过对烯基碲试剂的制备方法、有机铜试剂偶联反应条件及催化剂用量等的研究，拟找到一种高效、简便、立体选择的斜纹夜蛾性信息素的人工合成路线和方法，提高(Z,E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯的纯度和总收率。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

Varian-400 MHz核磁共振仪，Varian 公司；5975-890型色谱(GC)-质谱(MS)联用仪，安捷伦公司；RE-52型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；低温冷却液循环泵，京华仪器有限公司；循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司。

(E)-2-戊烯-4-炔-1-醇、碲粉、正丁基锂(n-BuLi)、CuCN、乙烷基溴化镁EtBrMg、CuI、NaBH4、乙酸酐(AC2O)、氯化铜锂(Li2CuCl4)，Sigma公司；四氢呋喃(THF)、无水乙醇均为市售分析纯。THF用二苯甲酮作指示剂，加入金属钠回流，制成无水THF保存于4A分子筛中。

1.2 合成路线

具体合成路线见图1。

图1 斜纹夜蛾性信息素合成路线Fig.1 Synthesis of Spodoptera litura F. sex pheromone

1.3 合成

1.3.1 烯基碲化物(2)的合成

在N2保护下，将含有n-BuLi(6.6 mL，1.6 mol/L)的正己烷溶液滴入含有碲粉(1.27 g，0.01 mol)的50 mL 无水THF悬浮液中，室温下搅拌得到黄色透明液体，继续搅拌10 min，将反应液滴入含有50 mL无水乙醇与0.01 mol (E)-2-戊烯-4-炔-1-醇的圆底烧瓶中，加热回流2 h，薄层层析(TLC)监测反应进程，反应完全后用饱和NH4Cl水溶液滴入烧瓶终止反应，将反应后的混合物体系用50 mL乙酸乙酯萃取3次，然后将萃取液合并，并用饱和食盐水洗涤有机相后，将有机相用无水MgSO4干燥，蒸馏浓缩，得到的残渣经SiO2柱层析，洗脱剂为正己烷-乙酸乙酯溶液(体积比为9∶ 1)，洗脱液真空浓缩得到2.6 g淡黄色透明油状液体，收率90%。

1.3.2 (3)的合成

在N2保护下，-78 ℃(固态CO2+丙酮)，在圆底烧瓶中将(2)(2.5 g，0.01 mol)溶于50 mL无水THF中，加入0.01 mol NaH，反应升至室温，反应完全后，得到产物(3)不经后处理，直接进行下一步反应。

1.3.3 (4)的合成

在N2保护下，-78 ℃，将50 mL无水THF加入干净的圆底烧瓶中，加入0.012 mol CuCN，再向烧瓶中缓慢滴加0.012 mol的乙烷基溴化镁，得到透明溶液，通过导管将制备好的(3)导入反应，反应2 h，待反应升至室温，TLC监测反应进程，反应结束后加入1.68 g(0.013 mol)乙酸酐。加热回流反应6 h，TLC检测反应进程，待反应完全，将反应液冷却至室温，小心加入饱和NaHCO3水溶液至pH为7，CH2Cl240 mL萃取3次，有机相用无水MgSO4干燥，蒸馏浓缩，用洗脱剂正己烷-乙酸乙酯溶液(体积比为5∶ 1)进行快速硅胶柱层析，纯化得到3.5 g无色透明油状液体，收率达到85%。

1.3.4 (5)的合成

在N2保护下，-78 ℃，将(4)(3.4 g，0.01 mol)溶解于50 mL无水THF中，充分混合，加入Li2CuCl4(1 mL，0.1 mmol/L)，滴入制备好的格氏试剂BrMg(CH2)8OTHP(0.01 mol)[7]中，反应升至室温。TLC监测反应进程，反应结束后，加入100 mL饱和NH4Cl溶液终止反应。乙醚40 mL萃取3次，加入稀盐酸至pH为7，并依次用饱和NaHCO3溶液、饱和食盐水洗涤有机相，将有机相用无水MgSO4干燥，蒸发浓缩，再将剩余物化合物溶于200 mL无水的THF中，加入对甲苯磺酸(PPTS)1.0 g，加入乙酸酐1.68 g(0.013 mol)，加热回流反应6 h。TLC检测反应进程，待反应完全冷却至室温，小心加入饱和NaHCO3水溶液至pH 7，CH2Cl240 mL萃取3次，有机相用无水MgSO4干燥，蒸馏浓缩，进行快速硅胶柱层析，洗脱剂正己烷-乙酸乙酯(体积比为9∶ 1)经过纯化得到5.3 g的(5)无色透明油状液体，收率达到91%。利用核磁共振对化合物(5)进行H谱和C谱分析，结果见图2～3。

1H NMRδ:1.00(t,J=7.5 Hz,3H),1.20～1.60 (m,12H),4.03(t,J=6.6 Hz,2H),5.27 (dt,J=10.8 Hz,14.8 Hz,1H),5.67(dt,J=15.0 Hz、7.8 Hz,1H),5.92(dd,J=10.8 Hz、7.8 Hz,1H),6.27(dd,J=10.8 Hz、7.6 Hz,1H) 。

13C NMRδ:13.85、21.17、26.08、27.83、28.80、29.3、29.40、29.56、 29.87、64.80、124.89、128.85、130.20、136.31,171.35; MSm/z为252[M+]。

图2 (Z,E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯氢谱图Fig.2 1H NMR of Z9E11-14Ac

图3 (Z,E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯碳谱图Fig.3 13C NMR of Z9E11-14Ac

2 结果与讨论

(Z,E)共轭二烯存在于许多天然物中，在有机合成中具有重要的意义。目前主要通过以下3种方式合成，即Wittig反应、炔烃的顺式加氢反应和金属催化的交叉偶联反应[8-9]。但如何控制(Z,E)共轭二烯与热力学稳定的(E,E)共轭二烯的竞争一直是难题，事实上，利用Wittig反应得到的是(Z,E)和(E,E)结构的混合物。就炔烃顺式氢化而言，一些反应活性低的化合物收率较低。近些年来，金属催化的交叉偶联反应被认为是合成Z,E共轭二烯有效的手段。

目前，已经有多种化合物(5)的合成方法。Rossi 等[10]利用金属钯催化有机硅试剂与炔溴偶联，再选择性还原炔键来合成化合物(5)；Bjorkling等[11]则通过有机硼试剂与烯溴的催化偶联合成(Z,E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯；Cuvigny等[12]在格氏试剂和过渡金属络合物催化下，将烯丙基苯砜与醛偶联，选择性地获得了顺反共轭双键。虽然这些方法都成功地构筑了化合物(5)中顺反共轭双键，但需要苛刻的反应条件、昂贵的催化剂且步骤较长，而且合成的产物中含有(E,E)异构体，通常采用AgNO3硅胶柱层析法来分离含有双键的异构体，但AgNO3价格昂贵且见光分解，不适用于规模生产，如若处理不完全会对最终产物的纯度产生影响，从而使斜纹夜蛾性信息素活性有所降低。本实验旨在追寻一条更加高效环保的合成路线。

2.1 合成路线的确定

首先将碲粉与正丁基锂反应制得正丁基碲锂，再与含有(E)构型的烯炔的(1)反应，立体选择得到(Z,E)构型的烯基碲化物(2)。用LiH将(2)的羟基保护，得到烯基碲化物(3)，产物不经分离直接进行下一步反应。在N2保护下，将乙基溴化镁与氰化亚铜反应得到有机铜镁试剂，反应体系导入烯基碲化物(3)，得到的偶联产物不经过分离，直接与过量的醋酸酐反应，得到化合物(4)。在Li2CuCl4催化下，将化合物(4)与预先制得的格氏试剂8-溴代化镁-1-辛醇四氢吡喃偶联后，脱保护，乙酰化得到最终产物(Z,E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯(5)。

2.2 产物纯度及几何构型的确定

对化合物(5)进行色谱(GC)测定，结果见图4。由图4可知：只有1个单峰，其保留时间为R=4.026 min。化合物(5)的13C-NMR谱在δ120～140区域内只有4个烯碳峰，分别为123.68、127.65、128.98和135.08，说明合成的产物(5)只有一种异构体。在共轭双键上，2个H的耦合常数J分别为15.0和10.8 Hz，表明其为顺反结构。利用这些数据，按照文献[10]中的方法，进行相似性分析，进一步确定(5)的立体构型为(Z,E)异构体，且总收率达到73.4%，异构体纯度达到99.5%(对映体过量值e.e.)。

图4 (Z,E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯GC谱图Fig.4 GC chromatograph of Z9E11-14Ac

2.3 烯基碲试剂(2)的合成

炔烃是制备烯基碲试剂的常用原料，可以与亲电、亲核以及自由基碲试剂发生加成反应，可立体选择地合成烯基碲试剂。本实验选择本身含有反式构型的商业来源的(E)-2-戊烯-4-炔-1-醇(1)为原料，合成烯基碲试剂。而传统方法易利用炔烃与二碲化合物和硼氢化钠反应生成的碲酚钠进行加成反应，得到烯基碲化合物，但此法中间产物二碲化合物极不稳定，且制备过程中会产生难闻气味附着在衣物皮肤上。本实验选择碲粉与正丁基锂反应，得到正丁基碲锂，与(1)加成得到足够稳定的具有(Z，E)结构的烯基碲试剂，且不需要特殊的安全措施，将相关结果列表1中。由表1可知，烯基碲化物合成的产率明显优于以二碲化合物为原料的反应。

表1 烯基碲化物(2)的合成

2.4 化合物(4)的合成优化

在合成(4)时，分别选择无机铜试剂CuI和CuCN与乙烷基溴化镁反应得到有机铜试剂，与烯基碲试剂(2)反应得到(4)，其中选择CuCN的得率(90%)明显高于选择CuI的得率(68%)。在此反应阶段，笔者选择在室温、-78、-40和-18 ℃下进行化合物(4)的合成，随着温度的下降，所得(4)的异构体纯度越高。

2.5 催化剂的选择

在合成终产物(5)时，分别以CuI、CuCN和Li2CuCl4作为催化剂，其中，Li2CuCl4催化效果最好(收率91%)，催化剂用量分别选择0.05、0.1和0.3 mmol/L，其中催化剂用量为0.05 mmol/L时收率略低，用量为0.1和0.3 mmol/L收率差别不大。

3 结论

本文中，笔者建立了一个简便高效环保的新合成路线，所得反应物总收率达到73.4%，立体纯度达到99.5%(e.e.)，纯度更高，避免了引入其他立体构型，使得性信息素活性更强，所得到的中间产物更加稳定环保，避免刺激气体排出，而且不用贵重的过渡金属催化剂，在简化操作的过程同时降低了生产成本，适合大规模商业化生产，可满足对于斜纹夜蛾性信息素的大量市场需求，具有高度的实用性与经济性，由于制得的烯基碲试剂(3)含有羟基和碲基两个官能团，可以很容易延长碳链，亦可用于合成其他具有(Z,E)结构的昆虫性信息素或天然化合物。