2020, Vol. 41
氟虫腈是一种高效、广谱的苯基吡唑类杀虫剂[1]，能够与昆虫的γ−氨基丁酸(GABA)受体结合，阻断GABA控制的氯离子通道，干扰中枢神经系统的正常功能，从而导致昆虫死亡[2-4]。尽管对许多种类的害虫防效突出，但氟虫腈对环境并不友好，尤其是对水生生物和蜜蜂高毒[5-7]。蜜蜂是生态系统中的重要成员，在维护生态系统平衡中发挥着至关重要的作用，不合理使用农药可能会危及蜜蜂的种群，如果没有蜜蜂及其传粉行为，整个生态系统将面临着崩溃的危险[8-9]。科研工作者对苯基吡唑类化合物的研究从未间断[10-11]，陶氏化学公司对氟虫腈结构进行了改造，筛选出对甜菜夜蛾Spodoptera exigua有很高活性的苯基吡唑类化合物7-pyrazolopyridines[12]，为我们进一步开发GABA拮抗剂提供了思路。为了寻找兼顾杀虫活性和对环境友好型的苯基吡唑类化合物，笔者通过修饰苯环取代基，设计并合成了21个不同苯环取代基的苯基吡唑类化合物，通过1H NMR、13C NMR和MS对这些化合物进行结构鉴定，并对其杀虫活性和对蜜蜂的毒性进行研究。
1 材料与方法 1.1 材料Bruker-600核磁共振仪(瑞士Bruker公司)；Z-Ⅲ型循环水式真空泵(郑州长城科工贸有限公司)；Bruker maxis 4G ESI-Q-TOF质谱仪德国(Bruker Datonics公司)；旋转蒸发仪(德国Heidolph公司)；1702–MPS型万分之一电子天平(德国Srrtorius Gmbh Gottingen公司)；GF–254高效薄层层析板(TLC)及柱层析硅胶(青岛海洋化工厂)；97%(w)氟虫腈原药(安耐吉化学有限公司)；试剂均为分析纯，购自安耐吉化学或者伊诺凯科技有限公司。
小菜蛾Plutella xylostella及中华蜂Apis cerana均由华南农业大学天然农药与化学生物学教育部重点实验室饲养提供。
1.2 方法化合物合成路线如图1所示。中间体b的合成参考文献[13]的方法。冰浴条件下的混酸(浓硫酸30 mL，冰乙酸30 mL)中分批加入4.14 g亚硝酸钠并搅拌，然后缓慢滴加30 mL含有0.04 mol化合物a的冰乙酸溶液，20 min内滴完。反应液加热至55 ℃并保持1 h。将反应液加入到冰浴条件下的含有2,3−二氰基丙酸乙酯(7.30 g)的φ为26%的冰乙酸溶液，转移至室温搅拌4 h。将反应液用50 mL二氯甲烷萃取3次，合并有机相，有机相用200 mL H2O洗涤3次，然后有机相中加入30 mL浓氨水，室温搅拌24 h。反应结束后用1 mol·L−1的稀盐酸中和反应液，然后用200 mL H2O洗涤反应液3次，有机相用无水硫酸钠干燥、过滤、减压浓缩，硅胶色谱柱层析纯化所得固体即为中间体b，回收率为75%~96%。
|
图 1 目标化合物合成路线 Fig. 1 Synthetic routes of target compounds R1: 2—Cl, 4—CF3; R2: 2—Cl, 4—Cl; R3: 2—Cl, 3—Cl; R4: 3—Br, 2—Cl; R5: 2—Br, 4—OCF3, 6—Br; R6: 2—Br, 4—Cl, 6—Br; R7: 2—Br, 4—NO2, 6—Br; R8: 2—Br, 4—CN, 6—Br; R9: 2—Br, 4—F, 6—Br; R10: 2—Cl, 3—CF3; R11: 2—Cl, 5—Cl; R12: 2—Br, 4—CF3; R13: 2—Br, 5—OCF3; R14: 2—Br, 4—Br, 6—Br; R15: 2—Cl, 4—OCF3, 5—Cl; R16: 2—Cl, 4—Cl, 6—Cl; R17: 2—Cl, 4—Br, 6—Cl; R18: 2—Cl, 4—NO2, 6—Cl; R19: 2—Cl, 4—CN, 6—Cl; R20: 2—Cl, 4—COCH3, 6—Cl; R21: 2—Cl, 6—Cl |
目标产物1~21的合成参考文献[14]的方法。0.01 mol化合物b和3.47 g二甲氨基对甲苯磺酸溶于40 mL甲苯中，迅速加入2.13 g三氟甲基亚磺酰氯，在氮气的保护下加热到50 ℃，搅拌5 h，反应结束后减压浓缩除去甲苯，然后用50 mL乙酸乙酯和100 mL H2O萃取3次，有机相用无水硫酸钠干燥、过滤、减压浓缩，硅胶色谱柱层析纯化，其中V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=10∶1~5∶1。所得固体即为目标产物1~21，产物经1H NMR和13C NMR确定，回收率61%~91%。
1.2.1 杀虫活性测定采用浸液法[15]测定化合物的杀虫活性。初筛试验药液配置方法如下：将化合物1~21、氟虫腈分别溶于二甲基亚砜(DMSO)配置成质量浓度为10 000 mg·L−1的母液，然后将母液用含有0.1%(w)吐温−80的脱氯水稀释并配置成100和25 mg·L−1的药液。
浓度梯度试验药液配置如下：将化合物1、5、12和16及氟虫腈分别溶于二甲基亚砜(DMSO)配置成质量浓度为10 000 mg·L−1的母液，然后将母液用含有0.1%(w)吐温−80的脱氯水稀释并配置成25.00、12.50、6.25、3.125、1.56、0.78、0.39、0.195和0.097 5 mg·L−1的药液。
用叶碟器将新鲜菜心叶片制成大小一致的叶碟，浸入药液10 s，取出叶片自然晾干后放入装有10头3龄小菜蛾的培养皿中，每个处理浓度重复3次，设置含有0.1%(w)吐温−80的脱氯水作为阴性对照，氟虫腈作为阳性对照药剂，置于26 ℃、相对湿度85%、光周期为16 h光∶8 h暗的条件下培养。24 h后记录结果并计算死亡率：
| ${\text{死亡率}}{\rm{ = }}\frac{{\text{死虫数}}}{{\text{供试虫数}}} \times 100{\text{%}},$ |
| ${\text{校正死亡率}} \!=\! \frac{{{\text{处理组死亡率}} \!-\! {\text{对照组死亡率}}}}{{100 \!-\! {\text{对照组死亡率}}}} \!\times\! 100{\text{%}}{\text{。}}$ |
按照《化学农药环境安全评价试验准则(报批稿)》：蜜蜂急性毒性试验[16]的要求进行试验，分别设置供试目标化合物药剂组、空白对照组、溶剂组和对照药剂组，每处理重复3次(每次重复使用30只蜜蜂)，用丙酮配置10 000 mg·L−1的母液，用50%(w)蔗糖溶液稀释至所需浓度的药剂饲喂成年工蜂。置于温度为(30±2) ℃、相对湿度为50%~70%的微光环境下，处理24、48 h后观察蜜蜂有无中毒症状及死亡现象，记录结果并对试验数据进行统计，得出48 h的致死中浓度(LC50)及95%置信区间。
1.3 数据处理所有数据经Excel整理，处理方法参照文献[17]，并求出化合物毒力回归方程、LC50、相关系数(r)及LC50的95%置信区间，使用SPSS 21.0软件进行单因素方差分析，采用HSD法进行多重比较。
2 结果与分析 2.1 目标化合物的鉴定目标化合物经1H NMR和13C NMR进行结构确定，结构式见图2，其表征数据如下：
|
图 2 目标化合物1~21结构式 Fig. 2 Structures of target compounds 1−21 1：5−氨基−1−(2−氯−4三氟甲苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；2：5−氨基−1−(2,4−二氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；3：5−氨基−1−(2,3−二氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；4：5−氨基−1−(3−溴−2−氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；5：5−氨基−1−(2,6−二溴−4−三氟甲氧基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；6：5−氨基−1−(2,6−二溴−4−硝基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；7：5−氨基−1−(2,6−二溴−4−氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；8：5−氨基−1−(2,6−二溴−4−苯腈)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；9：5−氨基−1−(2,6−二溴−4−氟苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；10：5−氨基−1−(2−氯−3−三氟甲基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；11：5−氨基−1−(2,5−二氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；12：5−氨基−1−(2−溴−4−三氟甲基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；13：5−氨基−1−(2−溴−5−三氟甲氧基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；14：5−氨基−1−(2,4,6−三溴苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；15：5−氨基−1−(2,5−二氯−4−三氟甲氧基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；16：5−氨基−1−(2,4,6−三氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；17：5−氨基−1−(4−溴−2,6−二氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；18：5−氨基−1−(2,6−二氯−4−硝基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；19：5−氨基−1−(2,6−二氯−4−氰基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；20：1−(4−乙酰基−2,6−二氯苯基) −5−氨基−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈；21：5−氨基−1−(2,6−二氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈 1: 5-amino-1-[2-chloro-4-(trifluoromethyl)phenyl]-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 2: 5-amino-1-(2,4-dichlorophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 3: 5-amino-1-(2,3-dichlorophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 4: 5-amino-1-(3-bromo-2-chlorophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 5: 5-amino-1-[2,6-dibromo-4-(trifluoromethoxy)phenyl]-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 6: 5-amino-1-(2,6-dibromo-4-chlorophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 7: 5-amino-1-(2,6-dibromo-4-nitrophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 8: 5-amino-1-(2,6-dibromo-4-cyanophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 9: 5-amino-1-(2,6-dibromo-4-fluorophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 10: 5-amino-1-[2-chloro-3-(trifluoromethyl)phenyl]-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 11: 5-amino-1-(2,5-dichlorophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 12: 5-amino-1-[2-bromo-4-(trifluoromethyl)phenyl]-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 13: 5-amino-1-[2-bromo-5-(trifluoromethoxy)phenyl]-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 14: 5-amino-1-(2,4,6-tribromophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 15: 5-amino-1-[2,6-dichloro-4-(trifluoromethoxy)phenyl]-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 16: 5-amino-1-(2,4,6-trichlorophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 17: 5-amino-1-(4-bromo-2,6-dichlorophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 18: 5-amino-1-(2,6-dichloro-4-nitrophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 19: 5-amino-1-(2,6-dichloro-4-cyanophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 20: 1-(4-acetyl-2,6-dichlorophenyl)-5-amino-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile; 21: 5-amino-1-(2,6-dichlorophenyl)-4-[(trifluoromethyl)sulfinyl]-1H-pyrazole-3-carbonitrile |
化合物1为5−氨基−1−(2−氯−4三氟甲苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，回收率61%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.93 (d, J=1.9 Hz, 1H, Ph—H), 7.79 (dd, J=8.3, 1.5 Hz, 1H), 7.68 (d, J=8.2 Hz, 1H, Ph—H), 5.18 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 150.21, 135.64, 135.04 (q, J=34.1 Hz), 133.32, 130.72, 128.70 (q, J=3.8 Hz, Ph—C), 125.82 (q, J=3.7 Hz, Ph—C), 125.66 (q, J=335.8 Hz, —CF3), 125.55, 122.53 (q, J=273.5 Hz, —CF3), 110.44, 93.87 (d, J=2.6 Hz); C12H5ClF6N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：402.98，测量值：402.97。
化合物2为5−氨基−1−(2,4−二氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率70%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.65 (d, J=2.2 Hz, 1H, Ph—H), 7.50–7.43 (m, 2H, Ph—H), 4.84 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 150.29, 138.69, 133.42, 131.31, 131.09, 130.69, 129.19, 125.67 (q, J=335.9 Hz, —CF3), 125.20, 110.54, 93.65; C11H5Cl2F3N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：368.95，测量值：368.99。
化合物3为5−氨基−1−(2,3−二氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率79%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.75–7.72 (m, 1H, Ph—H), 7.46 (t, J=7.7 Hz, 2H, Ph—H), 5.17 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 150.16, 135.55, 134.04, 133.55, 131.72, 128.72, 128.14, 125.67 (q, J=335.8 Hz, —CF3), 125.14, 110.58, 93.60; C11H5Cl2F3N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：368.95，测量值：368.98。
化合物4为5−氨基−1−（3−溴−2−氯苯基）−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率82%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.90 (d, J=8.1 Hz, 1H, Ph—H), 7.47 (d, J=23.0 Hz, 1H, Ph—H), 7.38 (t, J=8.0 Hz, 1H, Ph—H), 5.18 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, DMSO-d6) δ 151.06, 136.25, 134.47, 132.62 (d, J=27.8 Hz), 129.93, 129.63, 125.40 (q, J=336.9 Hz), 123.57, 123.32, 111.64, 93.38; C11H5BrClF3N4OS[M+H]+ ESI-MS m/z理论值：412.90，测量值：412.93。
化合物5为5−氨基−1−(2,6−二溴−4−三氟甲氧基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率64%；1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.64–7.63 (m, 2H, Ph—H), 5.14 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 151.46 (d, J=2.0 Hz, Ph—C), 150.23, 132.05, 125.75 (q, J=336.2 Hz, —CF3), 125.6, 125.57, 125.38 (Ph—C, 2C), 125.34, 120.25 (q, J=261.8 Hz, —CF3), 110.45, 94.05; C12H4Br2F6N4O2S [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：540.83，测量值：540.85。
化合物6为5−氨基−1−(2,6−二溴−4−硝基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率78%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.77 (s, 2H, Ph—H), 5.14 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, DMSO-d6) δ 150.81, 137.59, 132.82, 132.60 (d, J=3.0 Hz), 125.37 (q, J=336.5 Hz, —CF3), 124.97, 124.82, 124.09, 111.46, 93.24, 79.13; C11H4Br2ClF3N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：490.81，测量值：490.85。
化合物7为5−氨基−1−(2,6−二溴−4−氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率78%。1H NMR (600 MHz, DMSO-d6) δ 8.75 (d, J=5.7 Hz, 2H, Ph—H), 7.53 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 150.71, 149.88, 137.56 , 137.34, 135.77, 126.52, 125.97 (q, J=336.8 Hz, —CF3), 125.78, 125.38, 111.23, 93.07; C11H4Br2F3N5O3S [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：501.83，测量值：501.86。
化合物8为5−氨基−1−(2,6−二溴−4−苯腈)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率65%。1H NMR (600 MHz, DMSO-d6) δ 8.58 (d, J=4.4 Hz, 2H, Ph—H), 7.49 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, DMSO-d6) δ 150.58, 137.71, 136.55 , 136.53, 125.35 (q, J=336.9 Hz, —CF3), 125.27, 125.11, 124.4, 116.65, 115.48, 111.31, 93.44; C12H4Br2F3N5OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：481.85，测量值：481.87。
化合物9为5−氨基−1−(2,6−二溴−4−氟苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，棕色固体，产率62%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.53 (d, J=7.2 Hz, 2H, Ph—H), 5.14 (s, 2H, —NH2)；13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 161.04 (d, J=125.7 Hz, Ph—C), 137.03, 136.79, 132.42, 127.35, 125.44 (q, J=335.8 Hz, —CF3), 125.31, 125.23, 125.06, 110.32, 92.83; C11H4Br2F4N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：474.84，测量值：474.86。
化合物10为5−氨基−1−(2−氯−3−三氟甲基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率61%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.99 (d, J=7.8 Hz, 1H, Ph—H), 7.72 (dd, J=26.2, 7.2 Hz, 1H, Ph—H), 7.65 (t, J=7.9 Hz, 1H, Ph—H), 5.18 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, DMSO-d6) δ 151.80, 135.57, 135.30, 135.22, 131.05 (d, J=28.0 Hz), 130.80, 129.78, 125.82 (q, J=336.6 Hz, —CF3), 124.34, 122.88 (q, J=273.4 Hz, —CF3), 112.05, 93.93; C12H5ClF6N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：402.98，测量值：403.00。
化合物11为5−氨基−1−(2,5−二氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，黄色固体，产率68%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.58 (d, J=8.7 Hz, 1H, Ph—H), 7.56 (d, J=2.3 Hz, 1H, Ph—H), 7.54 (d, J=6.7 Hz, 1H, Ph—H), 5.20 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 150.25 (d, J=3.2 Hz), 134.50 (d, J=2.6 Hz), 133.36 (d, J=9.2 Hz), 132.98 (d, J=6.6 Hz), 132.17 (d, J=2.9 Hz), 130.75, 130.08 (d, J=2.9 Hz), 125.67 (qd, J=336.0, 2.3 Hz, —CF3), 125.30 (d, J=6.4 Hz), 110.51 (d, J=8.3 Hz), 93.68 (d, J=20.1 Hz); C11H5Cl2F3N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：368.95，测量值：368.97。
化合物12为5−氨基−1−(2−溴−4−三氟甲基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，黄色固体，产率68%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 8.09 (d, J=1.9 Hz, 1H, Ph—H), 7.83 (dd, J=8.3, 1.9 Hz, 1H, Ph—H), 7.65 (d, J=8.1 Hz, 1H, Ph—H), 5.17 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 150.11, 137.43, 135.24 (q, J=34.0 Hz, Ph—C), 131.86 (q, J=3.8 Hz, Ph—C), 130.75, 126.49 (q, J=3.5 Hz, Ph—C), 125.74 (q, J=336.1 Hz, —CF3), 125.49, 122.81, 122.45 (q, J=273.7 Hz, —CF3), 110.45 , 94.18; C12H5BrF6N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：446.93，测量值：446.95。
化合物13为5−氨基−1−(2−溴−5−三氟甲氧基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，黄色固体，产率71%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.84 (dd, J=14.1, 8.9 Hz, 1H, Ph—H), 7.39 (d, J=9.0 Hz, 2H, Ph—H), 5.19 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 149.89, 149.06, 135.50, 135.07, 125.74 (q, J=336.1 Hz, —CF3), 125.23, 125.12, 122.68, 122.45 (q, J=273.7 Hz, —CF3), 119.69, 110.33, 93.71; C12H5BrF6N4O2S [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：462.92，测量值：462.94。
化合物14为5−氨基−1−(2,4,6−三溴苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率65%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.92 (s, 2H, Ph—H), 5.12 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 150.04, 136.03, 135.99, 132.46, 127.30, 125.69 (q, J=335.8 Hz, —CF3), 125.51, 125.25, 125.08, 110.52, 93.81; C11H4Br3F3N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：534.76，测量值：534.78。
化合物15为5−氨基−1−(2,5−二氯−4−三氟甲氧基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，棕色固体，产率73%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.44 (s, 2H, Ph—H), 5.16 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 151.26 (d, J=2.2 Hz), 150.65, 136.91, 136.81, 128.91, 125.83, 125.67 (q, J=335.9 Hz, —CF3), 121.67 (Ph—C, 2C), 120.17 (q, J=261.7 Hz, —CF3), 110.42, 93.61 (d, J=2.5 Hz); C12H4Cl2F6N4O2S [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：452.93，测量值：452.95。
化合物16为5−氨基−1−(2,4,6−三氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，棕色固体，产率71%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.58 (s, 2H, Ph—H), 5.13 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 150.61 (d, J=2.9 Hz), 139.15 (d, J=2.3 Hz), 136.28, 136.17, 129.72, 129.71, 129.15, 125.79 (d, J=4.9 Hz), 125.71 (q, J=336.3 Hz, —CF3), 110.45 , 93.76; C11H4Cl3F3N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：402.91，测量值：402.93。
化合物17为5−氨基−1−(4−溴−2,6−二氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率76%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.73 (s, 2H, Ph—H), 5.15 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 150.34, 136.15, 136.05, 132.37, 132.22, 129.34, 126.54, 125.60, 125.51 (q, J=336.1 Hz, —CF3), 110.31, 93.45; C11H4BrCl2F3N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：446.86，测量值：446.88。
化合物18为5−氨基−1−(2,6−二氯−4−硝基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率65%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 8.42 (s, 2H, Ph—H), 5.22 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 150.46, 149.57, 137.27, 137.20, 135.66, 126.41, 125.65 (q, J=335.8 Hz, —CF3), 124.58, 124.47, 110.20, 94.09; C11H4Cl2F3N5O3S [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：413.94，测量值：413.95。
化合物19为5−氨基−1−(2,6−二氯−4−氰基苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率60%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.86 (s, 2H, Ph—H), 5.18 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, DMSO-d6) δ 151.12, 135.72, 135.57, 134.83, 133.31, 133.26, 125.41 (q, J=336.6 Hz, —CF3), 124.94, 116.21, 115.78, 111.26, 93.36; C12H4Cl2F3N5OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：393.95，测量值：393.97。
化合物20为1−(4−乙酰基−2,6−二氯苯基) −5−氨基−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率59%。1H NMR (600 MHz, DMSO-d6) δ 8.20 (s, 2H, Ph—H), 7.16 (s, 2H, —NH2), 2.69 (s, 3H, —CH3); 13C NMR (151 MHz, DMSO-d6) δ 195.62, 153.54, 140.17, 134.98 (2C) , 134.88, 131.44, 128.68 (q, J=312.3 Hz, —CF3), 128.49 (2C), 112.09, 79.59, 26.98; C13H7Cl2F3N4O2S [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：410.96，测量值：410.98。
化合物21为5−氨基−1−(2,6−二氯苯基)−4−三氟甲基亚磺酰基吡唑−3−腈，淡黄色固体，产率91%。1H NMR (600 MHz, Chloroform-d) δ 7.58–7.51 (m, 3H, Ph—H), 5.11 (s, 2H, —NH2); 13C NMR (151 MHz, Chloroform-d) δ 150.35, 135.45, 135.31, 133.15, 130.18, 129.44, 129.43, 125.53 (q, J=336.0 Hz, —CF3), 125.31, 110.46, 93.32; C11H5Cl2F3N4OS [M+H]+ ESI-MS m/z理论值：368.95，测量值：368.99。
2.2 目标化合物的杀虫活性以3龄小菜蛾为供试昆虫，对化合物1~21活性进行初步筛选，化合物质量浓度为25、100 mg·L−1，处理24 h后初筛结果见表1。从表1可以看出，化合物3在25、100 mg·L−1处理下对小菜蛾均无活性；化合物4、6、7、9、10、11、13、20和21在25 mg·L−1处理下对小菜蛾无活性，在100 mg·L−1处理下对小菜蛾有活性，但效果不佳；化合物2、15、17在25 mg·L−1下对小菜蛾均表现出微弱的活性，但在100 mg·L−1处理下对小菜蛾表现出较好的活性；化合物1、5、12、16在低浓度和高浓度对小菜蛾均表现出极好的活性，死亡率均达到100%。
|
表 1 化合物处理24 h后小菜蛾的校正死亡率1) Table 1 Corrected mortality rates of Plutella xylostella after 24 h treatment of compounds |
化合物1、5、12、16对小菜蛾处理24 h，LC50值见表2。由表2可以看出化合物1的活性最高，LC50为0.26 mg·L−1，95%置信区间为0.20~0.34 mg·L−1，优于对照氟虫腈；化合物12对小菜蛾的LC50为0.33 mg·L−1，95%置信区间为0.21~0.49 mg·L−1，与氟虫腈相当；化合物5、16对小菜蛾的LC50分别为0.95和1.10 mg·L−1，其95%置信区间分别为0.78~1.17和0.82~1.47 mg·L−1，较氟虫腈稍弱。初步构效关系表明，当苯环对位不存在取代基或取代基为—COCH3、—F、—Br、—CN、—NO2时，化合物对小菜蛾基本无活性或者活性较差；当苯环邻位存在—Cl或—Br、对位为—Cl、—CF3或—OCF3时，化合物对小菜蛾表现出极好的活性，如氟虫腈、1、5、12、16，尤其是当苯环对位存在—CF3而苯环只有2位存在—Br或—Cl时，化合物对小菜蛾的毒性优于氟虫腈。
|
|
表 2 化合物处理24 h对小菜蛾的生物活性 Table 2 Biological activities of compounds against Plutella xylostella after 24 h treatment |
由表3可知，对中华蜂急性经口毒性试验中，化合物1、5、12、16和氟虫腈处理48 h的LC50分别为0.04、0.21、0.22、0.09和0.05 mg·L−1。化合物5、12、16对中华蜂的毒性比氟虫腈弱，化合物1对中华蜂的毒性较氟虫腈有所升高。根据毒性评价标准，可得出结论：化合物1、5、12、16和氟虫腈对中华蜂均表现为剧毒。
|
|
表 3 化合物处理48 h对中华蜂的急性经口毒性 Table 3 Acute oral toxicities test of compounds to Apis cerana after 48 h treatment |
为了寻找兼顾杀虫活性和对环境友好型的苯基吡唑类化合物，基于氟虫腈的结构，以不同取代基的苯胺为原料，我们设计合成了21个不同苯环取代基的苯基吡唑类化合物，苯环4位取代基对化合物b与三氟甲基亚磺酰氯的反应产率有很大影响，当苯环4位不存在取代基时反应产率最高。在吡唑环上引入三氟甲基亚磺酰基的路线选择上，我们选用了试剂CF3SOCl，该方法毒性小、操作简便、反应副产物少，是该系列化合物合成的首选。
从生物活性测定结果来看，苯环的取代基对苯基吡唑类化合物的活性影响很大。该系列化合物的毒力测定结果表明化合物1、5、12、16(处理24 h的LC50分别为0.26、0.95、0.33和1.10 mg·L−1)对小菜蛾均有很好的杀灭效果，对比氟虫腈的结构，苯环邻位和对位取代基进行了替换，其中化合物1、12对小菜蛾活性较氟虫腈有所增强，化合物1活性最好，其处理24 h的LC50达到了0.26 mg·L−1，遗憾的是，化合物1、5、12、16对中华蜂均表现为剧毒，其中化合物1处理48 h对中华蜂经口毒性的LC50为0.04 mg·L−1。氟虫腈苯环取代基的替换一方面可以提高对小菜蛾的生物活性，另一方面在保留杀虫活性的基础上可降低对中华蜂的毒性，对今后芳基吡唑类杀虫剂开发、结构优化具有一定的指导意义。
| [1] |
SIMON-DELSO N, AMARAL-ROGERS V, BELZUNCES L P, et al. Systemic insecticides (neonicotinoids and fipronil): Trends, uses, mode of action and metabolites[J]. Environ Sci Pollut R, 2015, 22(1): 5-34. DOI:10.1007/s11356-014-3470-y (  0) |
| [2] |
HOSIE A M, BAYLIS H A, BUCKINGHAM S D, et al. Actions of the insecticide fipronil, on dieldrin sensitive and-resistant GABA receptors of Drosophila melanogaster
[J]. Br J Pharmacol, 2012, 115(6): 909-912. ( 0) |
| [3] |
BLOOMQUIST J R. Chloride channels as tools for developing selective insecticides[J]. Arch Insect Biochem Physiol, 2010, 54(4): 145-156. ( 0) |
| [4] |
ZHAO X L, YEH J Z, SALGADO V L, et al. Fipronil is a potent open channel blocker of glutamate-activated chloride channels in cockroach neurons[J]. J Pharmacol Exp Ther, 2004, 310(1): 192-201. DOI:10.1124/jpet.104.065516 ( 0) |
| [5] |
LEBLANC G A. Crustacean endocrine toxicology: A review[J]. Ecotoxicol, 2007, 16(1): 61-81. DOI:10.1007/s10646-006-0115-z ( 0) |
| [6] |
KI Y W, LEE J E, PARK J H, et al. Reactive oxygen species and mitogen-activated protein kinase induce apoptotic death of SH-SY5Y cells in response to fipronil[J]. Toxicol Lett, 2012, 211(1): 18-28. DOI:10.1016/j.toxlet.2012.02.022 ( 0) |
| [7] |
ZALUSKI R, KADRI S M, ALONSO D P, et al. Fipronil promotes motor and behavioral changes in honey bees (Apis mellifera) and affects the development of colonies exposed to sublethal doses
[J]. Environ Toxicol Chem, 2015, 34(5): 1062-1069. DOI:10.1002/etc.2889 ( 0) |
| [8] |
褚亚芳, 胡福良. 蜜蜂与生态平衡[J]. 蜜蜂杂志, 2009, 29(3): 8-10. DOI:10.3969/j.issn.1003-9139.2009.03.004 ( 0) |
| [9] |
ERIKA C. From hive minds to humans[J]. Nature, 2006, 443(7114): 893. DOI:10.1038/443893a ( 0) |
| [10] |
KASIMOĞULLARI R, BÜLBÜL M, ARSLAN B S, et al. Synthesis, characterization and antiglaucoma activity of some novel pyrazole derivatives of 5-amino-1,3,4-thiadiazole-2-sulfonamide[J]. Eur J Med Chem, 2010, 45(11): 4769-4773. DOI:10.1016/j.ejmech.2010.07.041 ( 0) |
| [11] |
BRAULIO I, ALEXIS T, FABIÁN O, et al. Synthesis of novel pyrazolic analogues of chalcones and their 3-aryl-4-(3-aryl-4,5-dihydro-1H-pyrazol-5-yl)-1-phenyl-1H-pyrazole derivatives as potential antitumor agents[J]. Bioorg Med Chem, 2010, 18(14): 4965-4974. DOI:10.1016/j.bmc.2010.06.013 ( 0) |
| [12] |
RD D W, POBANZ M A, GENG C, et al. Discovery of the aryl heterocyclic amine insecticides: Synthesis, insecticidal activity, field results, mode of action and bioavailability of a leading field candidate[J]. Pest Manag Sci, 2017, 73(4): 774-781. DOI:10.1002/ps.4431 ( 0) |
| [13] |
ZHAO Q, LI Y, XIONG L. Design, synthesis and insecticidal activity of novel phenylpyrazoles containing a 2,2,2-trichloro-1-alkoxyethyl moiety[J]. J Agric Food Chem, 2010, 58(8): 4992-4998. DOI:10.1021/jf1001793 ( 0) |
| [14] |
任青云, 贺红武, 冯新民. 氟虫腈及其中间体的合成研究进展[J]. 农药, 2004, 43(12): 529-531. DOI:10.3969/j.issn.1006-0413.2004.12.001 ( 0) |
| [15] |
XIA Q, WEN Y J, WANG H, et al. β-Glucosidase involvement in the bioactivation of glycosyl conjugates in plants: Synthesis and metabolism of four glycosidic bond conjugates in vitro and in vivo
[J]. J Agric Food Chem, 2014, 62(46): 11037. DOI:10.1021/jf5034575 ( 0) |
| [16] |
中华人民共和国农业部. 化学农药环境安全评价试验准则[M]. 北京: 中国标准出版社, 2014.
( 0) |
| [17] |
张志祥, 徐汉虹, 程东美. EXCEL在毒力回归计算中的应用[J]. 昆虫知识, 2002, 39(1): 67-70. DOI:10.3969/j.issn.0452-8255.2002.01.020 ( 0) |