新烟碱类杀线虫剂及其衍生物的合成与生物活性研究

论文摘要

新烟碱类化合物因具有广泛的生物活性而备受重视,已有许多品种作为杀虫和药物得到开发和应用。本论文对高效烟碱类杀线虫剂3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈的合成路线进行了综述,探讨其合成工艺,并设计了工业生产方案。对影响各步反应的因素进行了剖析,对各步反应条件进行了优化,通过1H-NMR、GC-MS等表征手段,确证了化合物的结构和含量,由此深入分析了杂质来源及原因,并通过了单晶X-射线衍射对中间体2-氰基亚胺-1,3-噻唑烷和产品3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈的空间结构进行了研究。结构不同的新烟碱类化合物具有不同的生物活性,研究开发新结构类型的新烟碱类化合物已成为绿色杀虫剂研究热点。本论文对新烟碱类化合物的结构、合成、作用机制、构效关系研究进展进行了综述,将不同作用机制的活性基团引入新烟碱类化合物中,设计合成了三个结构类型共56个新烟碱类衍生物。其结构类型如下:通过1H NMR、IR、EA和单晶分析,确证了化合物结构的正确性,探索了化合物的波谱性质及生物活性。本论文具体研究内容及创新研究成果如下:1)成功合成了新型烟碱类杀线虫剂3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈,通过其1H NMR、MS和IR分析确定了结构的正确性。2)探讨了合成新型烟碱类杀线虫剂3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈的可行工艺,给出了较优化的合成工艺,提出了创新的产品处理方式,列出了影响产品收率的具体因素,得出了较理想的产率数据。3)我们开发的3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈的工艺具有成本相对较低,产品质量较高,操作方便,节能、降耗等许多优势。尤其是该工艺环境友好的显著特点,在全球环境意识日益加强的今天,对广大杀线虫剂生产企业来说更具有强大的吸引力。因此,使该工艺率先实现工业化,对我国杀线虫剂的发展具有举足轻重的作用。4)设计合成出未见文献报道的含乙基苯基团的56个新烟碱类化合物,其结构经红外、核磁氢谱和元素分析确证其结构。研究了其合成方法及生物活性,对化合物的波谱性质及生物活性进行了分析。5)对合成方法及机理进行了探讨,总结出了产率较高的合成路径。6)对合成的新烟碱类衍生物进行了杀虫、除草试验。对含有多种取代基的新烟碱类化合物的生物活性进行了比较,对其规律性进行了研究。7)通过探讨3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈及其衍生物的合成过程,基本掌握了合成其它烟碱类杀虫剂的制备工艺,对烟碱类杀虫剂中各基团的构效关系有一定的了解,对以后开发创制新型杀线虫剂农药具有重大意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 新烟碱类杀虫剂的主要结构及作用机理
• 1.1.1 主要结构
• 1.1.2 作用机理
• 1.2 新烟碱类杀虫剂研究进展情况
• 1.2.1 商品化开发历程
• 1.2.2 近十年新烟碱类杀虫剂的研究现状及其进展
• 1.2.2.1 硝基烯胺类
• 1.2.2.2 硝基胍类
• 1.2.2.3 氰基脒类
• 1.2.2.4 其他类
• 1.3 3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈的开发及工艺概况
• 1.3.1 3 -（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈工艺概况
• 1.3.2 α-氯对氯乙基苯的合成方法
• 1.3.2.1 对氯苯乙酮还原氯代两步法
• 1.3.2.2 对氯苯乙酮一步法制备
• 1.3.2.3 对氯乙基苯氯代
• 1.3.2.4 对氯苯乙烯为原料制备
• 1.3.3 2-氰基亚胺-1，3-噻唑烷的合成方法
• 1.3.3.1 氰亚胺荒酸二甲酯为原料
• 1.3.3.2 氰亚胺碳酸二甲酯为原料
• 1.3.3.3 氰亚胺碳酸二苯酯为原料
• 1.4 选题的依据目的和意义
• 1.4.1 3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈的工艺开发
• 1.4.2 含乙基苯基团的新烟碱类化合物合成及活性研究
• 第二章 3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈的工艺优化
• 2.1 1-（4-氯苯基）乙醇合成工艺路线确定
• 2.1.1 实验原料和试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 分析方法
• 2.1.4 实验操作步骤
• 2.1.5 实验结果与讨论
• 2.1.5.1 1-（4-氯苯基）乙醇结构鉴定
• 2.1.5.2 硼氢化钠与水的摩尔比对1-（4-氯苯基）乙醇的转化率的影响
• 2.1.5.3 醇化反应时间对反应结果的影响
• 2.1.5.4 甲醇与水的质量比对1-（4-氯苯基）乙醇收率的影响
• 2.2 α-氯对氯乙基苯合成工艺路线确定
• 2.2.1 实验原料和试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 分析方法
• 2.2.4 实验操作步骤
• 2.2.5 实验结果与讨论
• 2.2.5.1 α-氯对氯乙基苯结构鉴定
• 2.2.5.2 1-（4-氯苯基）乙醇与氯化亚砜的摩尔比对转化率的影响
• 2.2.5.3 不同溶剂对反应的影响
• 2.2.5.4 滴加温度对反应的影响
• 2.2.5.5 滴加时间对反应的影响
• 2.2.5.6 保温时间对反应的影响
• 2.2.5.7 滴加方式对反应的影响
• 2.2.5.8 反应终点的控制
• 2.2.6 α-氯对氯乙基苯的正交试验
• 2.2.7 实验结论
• 2.2.8 反应机理的研究和探讨
• 2.3 2-氰基亚胺-1,3-噻唑烷合成工艺路线确定
• 2.3.1 实验原料和试剂
• 2.3.2 实验操作步骤
• 2.3.3 实验结果与讨论
• 2.3.3.1 2-氰基亚胺-1,3-噻唑烷结构鉴定
• 2.3.3.2 乙醇与水的质量比对2-氰基亚胺-1,3-噻唑烷的收率的影响
• 2.3.3.3 温度对反应的影响
• 2.3.3.4 环化反应时间对反应结果的影响
• 2.3.3.5 氰亚胺荒酸二甲酯与2-氨基乙硫醇摩尔比对反应的影响
• 2.4 高纯度3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈的制备
• 2.4.1 实验原料和试剂
• 2.4.2 实验操作步骤
• 2.4.3 实验结果与讨论
• 2.4.3.1 3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈结构鉴定
• 2.4.3.2 α-氯对氯乙基苯与2-氰基亚胺-1,3-噻唑烷的摩尔比对收率与含量的影响
• 2.4.3.3 不同溶剂对反应的影响
• 2.2.3.4 滴加温度对反应的影响
• 2.2.3.5 反应时间对反应的影响
• 2.2.3.6 缚酸剂对反应的影响
• 2.4.4 3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈的正交试验
• 2.5 3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈及其中间体的分析
• 2.5.1 中间体分析
• 2.5.1.1 仪器及色谱条件
• 2.5.1.2 定量方法
• 2.5.2 产品3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈分析规程
• 2.5.2.1 仪器及色谱条件
• 2.5.2.2 定量方法
• 第三章 年产100 吨3-（1-（4-氯苯基）乙基）噻唑烷-2-基-亚胺甲腈原药工业生产装置的设计与运行
• 3.1 原材料
• 3.2 工艺流程
• 3.2.1 工艺流程示意图
• 3.2.2 设备选型
• 3.2.3 操作步骤
• 3.2.4 安全规程及注意事项
• 3.2.5 生产成本核算
• 第四章 含乙基苯基团的新烟碱类化合物合成及活性研究
• 4.1 新化合物设计思想
• 4.2 目标化合物的合成路线
• 4.3 仪器与试剂
• 4.4 目标化合物的合成
• 4.4.1 化合物二甲硫基亚甲基丙二腈的合成
• 4.4.2 化合物2-（噻唑-2-甲叉基）丙二腈的合成
• 4.4.3 中间体1,3-噻嗪烷-2-硫酮的合成
• 4.4.4 化合物α-羟基乙基联苯的合成
• 4.4.5 化合物α-氯乙基联苯的合成
• 4.4.6 化合物2-（3-（1-联苯乙基）噻唑-2-甲叉基）丙二腈的合成
• 4.5 化合物I-1、II-3、II-7 和III-10 单晶培养与结构测定
• 4.6 生物活性测试
• 4.6.1 杀虫活性测试
• 4.6.2 除草活性测试
• 4.7 结果与讨论
• 4.7.1 化合物的合成方法探讨
• 4.7.1.1 噻唑环的合成方法讨论
• 4.7.1.2 合成2-（噻唑-2-甲叉基）丙二腈的注意事项
• 4.7.1.3 氯代物合成方法讨论
• 4.7.1.4 合成方法改进之处
• 4.7.2 化合物的谱学性质
• 4.7.2.1 IR 分析
• 4.7.2.2 化合物的元素分析
• 1H NMR分析'>4.7.2.3¹H NMR分析
• 4.7.3 晶体结构描述
• 4.7.3.1 化合物I-1 晶体结构描述
• 4.7.3.2 化合物II-3 晶体结构描述
• 4.7.3.3 化合物II-7 晶体结构描述
• 4.7.3.4 化合物III-10 晶体结构描述
• 4.7.4 生物活性及构效关系探讨
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文