新型5-[(3-甲基-5-(3,4)-二氯-1-苯基)]-吡唑基-(1,2,4)-三唑衍生物的设计合成研究

陆 阳，陶京朝，周志莲 ，张志荣

(1.信阳农林学院有机化学教研室，河南 信阳 464000；2.郑州大学化学系，河南 郑州 450001；3.河南科易集团新药研究开发中心,河南 信阳 464000；4.河南富邦农药化工公司,河南 信阳 464000)

为了寻找具有较好生物活性的活性分子。在吡唑环的骨架中引入具有良好生物活性的1-氯芳基-(3,4)-二氯苯基-4-(1,2,4)-三唑基吡唑化合物，设计合成1-氯芳基-(3,4)-二氯苯基-4-(1,2,4)-三唑基吡唑衍生物，并进行目标化合物生物活性测试。所合成目标化合物结构经IR、1H NMR、MS和元素分析确证。生物活性测试结果表明：目标化合物对小麦赤霉菌有良好的生物活性。1-氯芳基-(3,4)-二氯苯基-4-(1,2,4)-三唑基吡唑类化合物具有较好的生物活性，在其结构基础上进行进一步的结构修饰，期望得到具有较高抑菌活性的有机活性分子。对抑菌活性的构效关系分析结果表明，在吡唑骨架上插入(1,2,4)-三唑基能显著提升化合物的抑菌活性，当去掉(1,2,4)-三唑基活性减弱．在保留氯苯吡唑环骨架的基础上，对氯苯基取代的吡唑环侧链进行改造得到了抑菌活性较好的化合物。吡唑环上(1,2,4)-三唑基的引入可提升化合物抑菌活性。本课题组从2016年开始研究具有新颖结构的(1,2,4)-三唑基吡唑衍生物。以3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-5-吡唑啉酮和三氯氧磷为起始原料，通过氯甲酰化反应生成3-甲基-1-苯基-5-氯-4-甲醛基吡唑，3-甲基-1-氯苯基-5-氯-4-甲醛基吡唑在酸性条件下发生氧化反应制得3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4--吡唑甲酸；3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4--吡唑甲酸经过酯化反应得到3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸甲酯；3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸甲酯和水合肼反应得到3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼；3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼和二硫化碳反应得到3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼基二硫代甲酸钾；3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼基二硫代甲酸钾经过环合反应得到5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)]-吡唑基-4-胺基-(1,2,4)-三唑硫酮；5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)]-吡唑基-4-胺基-(1,2,4)-三唑硫酮和(3,5)-二氯苯基-4-甲基苯甲醛发生缩合反应生成5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-[(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3,5)-二氯-4-甲基)]苯腙；5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-[(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3,5)-二氯-4-甲基)]苯腙和3-氟-4-硝基苄基氯发生亲核取代反应得到目标化合物5-{[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑[3,4]-1-硫-(3,4)-二氮-[5-[(3,5)-二氯-4-(甲基)]-苯基-6-[(3-氟-4-硝基)-苯基]}环己烷。目标化合物经红外广谱、高效液相色谱、1H NMR表征证明合成产物为目标化合物。该合成技术工艺过程简单、生产安全、反应条件温和、生产成本降低、环境友好、产品收率高。

取代氯苯基吡唑环类化合物是一种高效、广谱的内吸性杀菌剂，能有效地防治禾谷类作物的多种由担子菌引起的病害，如麦散黑穗病、棉花立枯病等，近年来，杂环化合物已经成为新农药研究的重要对象，其中苯并吡唑类占有重要地位，该类化合物具有较好的生物活性以及低毒的特点，可以用于农药研究中，当在苯环上引入吸电子基团是有利于化合物活性的提高。尤其是吡唑环上(1,2,4)-三唑基结构的引入更有助于目标化合物的杀菌活性，进一步的结构优化与构效关系研究尚在进行中。吡唑环衍生物作为一种含氮五元杂环深受农药开发者的关注。为了寻找具有良好生物活性的新型药物先导化合物，我们根据活性亚结构拼接方法，发现目标化合物具有良好的杀菌活性，为了进一步优化该类化合物结构以筛选活性化合物，本课题组将噻唑环和嘧啶环相连，设计合成一个新型化合物。目标化合物的结构经过表征确认。

本课题组对(3,4)-二氯苯基-吡唑基进行结构修饰，将1,2,4-三唑和席夫碱引入杂环后合成了具有杀菌活性的化合物，合成路线如下：

1 实验部分

1.1 仪器和药品 美国Varian Mercury Plus-400型核磁共振仪(以TMS 为内标,DMSO-d6为溶剂);美国Nicolet Nicolet-380型傅立叶变换红外光谱仪(KBr 压片);德国ElementarVario EL III型元素分析仪；北京泰克仪器有限公司X-5 控温型显微熔点仪, 温度计未校正.α-甲氧基乙酸甲酯,其余所用试剂均为市售分析纯或化学纯试剂,溶剂经常规方法无水处理后使用。

DMF，POCl3，3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-5-吡唑啉酮(99.5%)，乙醇，KMnO4，KOH，浓盐酸，NaHCO3，乙酸乙酯，二硫化碳，(3,5)-二氯苯基-4-甲基苯甲醛，3-氟-4-硝基苄基氯。所用试剂均为AR。

1.2 合成方法

1.2.1 3-甲基-1-苯基-5-氯-4-甲醛基吡唑的合成 向带有机械搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入45.2mL DMF，缓慢滴加1.64molPOCl3，加入3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-5-吡唑啉酮[1-5](99.5%)51.5g(0.21mol)，反应4-4.5h，加入水，静置，抽滤，滤饼干燥，用无水乙醇重结晶得到黄色固体3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-甲醛基吡唑39.7g(0.178mol)，收率为84.6%。

1.2.2 3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4--吡唑甲酸的合成 向带有机械搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入3-甲基-1-氯苯基-5-氯-4-甲醛基吡唑47.2g(0.16mol)，318mL水，机械搅拌下加入34.8g(0.22mol)KMnO4，水，反应5.5～6h，完成，冷却，用KOH溶液调节pH=9.98，过滤，滤液用浓盐酸酸化，抽滤，滤饼干燥，用甲醇重结晶得到白色粉末3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4--吡唑甲酸0.152mol,收率为95.2%。

1.2.3 3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸甲酯的合成 向带有机械搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入3-甲基-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸45.7g(0.148mol)，无水甲醇74mL，机械搅拌下于室温反应6～6.5h，缓慢滴加浓硫酸2.96mL，回流反应6.5h，冷却，旋蒸脱溶，用饱和NaHCO3溶液洗涤，抽滤，滤饼用无水乙醇重结晶得到白色针状晶体3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸甲酯0.101mol,收率为68.5%。

1.2.4 3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼的合成 向带有机械搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑甲酸甲酯28.1g(0.086mol)，无水甲醇17.2mL，水合肼34.5mL，机械搅拌下回流反应4.5h，冷却，抽滤，得到白色片状固体3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼10.96g(0.066mol),收率为76.9%。

1.2.5 3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼基二硫代甲酸钾的合成 向带有机械搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入3-甲基-1-氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼18.8g(0.0358mol)，无水乙醇450mL，0.056mol KOH，于室温反应，滴加二硫化碳5.29g(0.0696mol)，机械搅拌下反应8.5～9h，冷却至室温[6-12]，过滤，滤液用水洗涤，干燥后用无水乙醇重结晶得到白色粉末3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼基二硫代甲酸钾0.045mol,收率为77.1%。

1.2.6 5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)]-吡唑基-4-胺基-(1,2,4)-三唑硫酮的合成 向带有机械搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入3-甲基-1-(3,4)-二氯苯基-5-氯-4-吡唑酰肼基二硫代甲酸钾19.8g(0.045mol)，80%水合肼240mL，机械搅拌下回流反应2h，反应完毕，冷却至室温[13-17]，过滤，滤液用10%盐酸调至中性，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥后用无水乙醇重结晶得到白色粉末5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)]-吡唑基-4-胺基-(1,2,4)-三唑硫酮0.024mol，收率为67.2%。

1H NMR:14.02(s,1H,NH),7.61-7.53(m,5H,PhH),5.66(s,2H,NH2),2.26(s,3H,CH3);IR 3439,3252,3063,1633,1596,1456,1360

1.2.7 5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3,5)-二氯-4-甲基)苯腙的合成 向带有机械搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入5-[(3-甲基-5-氯-1--(3,4)-二氯苯基)]-吡唑基-4-胺基-(1,2,4)-三唑硫酮8.43g(0.022mol)，无水乙醇61mL，(3,5)-二氯苯基-4-甲基苯甲醛2.3g(0.022mol)，机械搅拌，加入冰醋酸[18-24]，反应3～3.5h，冷却，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥后用无水乙醇重结晶得到白色片状固体5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3,5)-二氯-4-甲基)苯腙0.0167mol，收率为75.8%。

波谱分析：1H NMR:14.38(s,1H,NH),9.98(s,1H,NCH),7.88-7.48(m,10H,PhH)，2.28(s,3H,CH3);IR:3108,2951,2552,1618,1601,1592,1557,1474,1372,1277,822

1.2.8 5-{[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑[-3,4]-1-硫-(3,4)-二氮-[5-(3,5)-二氯-4-(甲基)-苯基]-6-[(3-氟-4-硝基)-苯基]}环己烷的合成 向带有机械搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入5-[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3-乙基-4-甲氧基)苯腙8.96g(0.016mol)，618mL DMF，1.6g K2CO3机械搅拌下加入3.64g(19.2mmol) 3-氟-4-硝基苄基氯，反应3.5h，过滤，滤液减压蒸馏[24-32]，残余物经硅胶柱层析纯化得到白色片状固体5-{[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑[-3,4]-1-硫-(3,4)-二氮-[5-(3,5)-二氯-4-甲基)-苯基]-6-[(3-氟-4-硝基)苯基]}环己烷7.81g(0.11mol),收率为68.7%。目标化合物的波谱分析：1H NMR:8.79(s,1H,N=CH),8.17(d,J=8.9Hz,2H,PhH)，7.79(d,J=J=8.9Hz,2H,PhH),7.57-7.22(m,11H,PhH,NH)7.66-7.49(m,10H,PhH),5.23(d,J=10.5,1H,SCH),2.27(s,3H,CH3),4.96(t,J=10.6Hz,1H,NCH),2.27(s,3H,CH3),IR:3158,3009,2955,1591,1522,1487,669。

2 结果与讨论

2.1 缩合反应

2.1.1 反应物配比对收率的影响

在其他条件相同时，考察了反应物配比对收率的影响，投料量对实验结果的影响(表1)，从中可以看出，当配比<1:1.06时，产物收率低，随着反应物配比的增加，收率增大，当物质的量比为1:1.0，收率最大，继续增加物料比，反应收率并没有明显提高，反而有一定的下降，中间产品的性状也会变差，所以我们选择物质的量之比为1:1.0。效果最佳。

表1 反应物配比对收率的影响

2.1.2 反应时间对收率的影响

在其他条件相同时，考察了反应时间对收率的影响(表2)，可以看出，当时间<2.5h时，产物收率低，随着反应物时间的增加，收率增大，当反应时间为3～3.5h，收率最大，继续增加时间，不仅收率无提高，反而反应收率开始减少，所以我们选择时间为3～3.5h 。

表2 反应时间对收率的影响

2.1.3 不同溶剂对收率的影响

我们采用不同溶剂进行试验，在其它条件相同的情况下，考察了它们对收率的影响(表3)，试验表明，当用乙醇做溶剂时，收率最高。

表3 溶剂种类对收率的影响

2.2 亲核加成反应

2.2.1 反应时间对收率的影响

在其他条件相同时，考察了反应时间对收率的影响(表4)，表中可以看出，当时间<2.5h时，产物收率低，随着反应物时间的增加，收率增大，当反应时间为3.5h，收率最大，继续增加时间，反应收率开始减少，所以我们选择时间为3.5h。

表4 亲核加成反应时间对收率的影响

2.2.2 亲核加成反应缚酸剂对收率的影响

反应中会释放出HCl，为使反应向生成物方向进行，需要加入一定量的缚酸剂，以除去反应生成的HCl。不同缚酸剂对反应平衡的影响(表5)，考虑成本，我们通过试验发现使用K2CO3做缚酸剂，收率最佳。

表5 缚酸剂种类对收率的影响

2.2.3 不同物料比对收率的影响

在其他条件相同时，考察了反应物配比对收率的影响(表6)，表中可以看出，当配比<1:1.2时，产物收率低，随着反应物配比的增加，收率增大，当物质的量比为1:1.2，收率最大，继续增加物料比，反应收率并没有明显提高，所以我们选择物质的量之比为1:1.2。

表6 物料比对收率的影响

2.2.4 反应温度对收率的影响

(表7)数据可知，从80～95℃，收率随着温度的升高而增加，但是从100～115℃，收率反而随着温度的不断上升而减少，因此选择反应温度为95～100℃。

表7 反应温度对收率的影响

2.2.5 投料方式对缩合反应收率的影响 在缩合反应中，分别采用不同的加料方式，考察收率的变化，第一种方式：机械搅拌下将中间体5-[(3-甲基-5-氯-1-氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3-乙基-4-甲氧基)苯腙滴加到3-氟-4-硝基苄基氯中；第二种方式：将3-氟-4-硝基苄基氯一次性滴加到5-[(3-甲基-5-氯-1-氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3-乙基-4-甲氧基)苯腙中；第三种方式：将3-氟-4-硝基苄基氯分批少量滴加到5-[(3-甲基-5-氯-1-氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑硫酮-4-(3-乙基-4-甲氧基)苯腙中，试验发现，采用第三种方式，反应充分完全，收率最高。

2.2.6 后处理对反应收率的影响 实验中，我们课题组采取了3种溶剂进行了重结晶操作，在其他条件相同时，考察了不同种类溶剂对目标化合物收率的影响(表8)。

表8 不同溶剂对收率的影响

在其他条件相同时，考察了反应不同溶剂对重结晶收率的影响(表8)，可以看出，用乙酸乙酯做溶剂时，收率最高。

3 结论

3.1 本文以3-甲基-1-氯苯基-5-氯-5-吡唑啉酮为起始原料 将甲氧基苯席夫碱基团和(1,2,4)-三唑硫酮引入吡唑环结构中，设计合成了未见文献报道的含吡唑基(1,2,4)-三唑类衍生物5-{[(3-甲基-5-氯-1-(3,4)-二氯苯基)-吡唑基]-(1,2,4)-三唑(3,4)-1-硫-(3,4)-二氮-[5-[(3,5)-二氯-4-(甲基)]-苯基-6-[(3-氟-4-硝基)-苯基]}环己烷。

3.2 本文以吡唑环为基本骨架 利用骨架跃迁及生物电子等排原理，将氯苯环与吡唑环组合到同一个分子中，在此基础上，插入(1,2,4)-三唑硫酮环作为新的连接链，然后，再扩充吡唑环上取代基范围，设计合成了新的含吡唑基(1,2,4)-三唑类衍生物;并测试了其杀菌活性。

3.3 对重要的中间体的合成工艺进行了优化改进 讨论了不同物料比、反应时间、溶剂、缚酸剂对合成收率的影响。该工艺清洁高效、绿色环保、具有工业化应用前景。