一种新型美国白蛾性信息素组分合成方法

技术领域

本发明涉及化工生产技术领域，具体为一种新型美国白蛾性信息素组分合成方法。

背景技术

美国白蛾，又名美国灯蛾、秋幕毛虫、秋幕蛾，属鳞翅目，灯蛾科，是举世瞩目的世界性检疫害虫，主要危害果树、行道树和观赏树木，尤其以阔叶树为重，对园林树木、经济林、农田防护林等造成严重的危害，目前已被列入我国首批外来入侵物种。

美国白蛾是一种严重危害多种植物的食叶害虫，其危害特点：一是食性杂，可危害包括林木、果树、农作物、花卉在内的多种植物；二是繁殖能力强，一年繁殖三代，早春1对美国白蛾成虫，经过三代后，可繁育0.77亿只幼虫；三是传播途径广，一年四季可随货物、运输工具等做远距离的传播；四是危害严重，爆发时可以在极短的时间内吃光所有绿色植物的叶片，严重威胁生态安全。美国白蛾既是林业害虫，又是农业害虫，列入了世界性的检疫对象。防治美国白蛾所采取的常规的化学防治方法虽然见效快，但是喷洒出去的化学药品既污染环境，又会杀伤其它有益的各种害虫天敌；过上两三年，美国白蛾的抗药性增强了，还会卷土重来，将会对各种植物、生态环境产生更严重的灾难。

美国白蛾寄主范围广，在中国可危害植物多达300余种。喜食的树种有杨树、桑树、梧桐、白蜡槭等，另外还危害柳树、槐树、喜树、臭椿等阔叶树种。除了林木与果树，亦可危害农作物及蔬菜。美国白蛾的幼虫取食量大，在四龄之后达到巅峰，大爆发时一夜之间可以吃光整株植物的叶片，导致植物生长发育不良，严重时会导致树木死亡、农作物歉收，造成严重经济损失。

美国白蛾入侵和传播途径十分多样，加强虫情监测是防控美国白蛾的基础工作，为采取防治措施，阻止疫情的扩散具有重要实践意义。其中，利用美国白蛾性引诱剂诱捕雄成虫是一种成熟的监测技术，这种方法具有准确性高、效果显著的特点。

美国白蛾的性引诱剂主要包括(9Z，12Z，15Z)-十八碳三烯醛、(3Z，6Z， 9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯和(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧 -1，3，6-二十一碳三烯等三种有效成分，后面二种光学活性的环氧化合物是其中重要的组成成分，它们的合成步骤长、难度很高，难以放大生产来满足市场的需要。目前我国美国白蛾的性引诱剂多依赖于进口，价格昂贵，成本高，使得利用美国白蛾性信息素进行监测和防治给生产单位带来较重的的经济负担，阻碍了大范围的应用。

对于(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯和(3Z，6Z，9S， 10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯，目前报道的较为具有实用性的合成方法有如下两种：

1、发明专利CN201010127021.1--美国白蛾性信息素的简便立体选择性合成方法，其报道的二种光学活性的环氧化合物生产路线如下：

制备得到(2S，3R)-2，3-环氧-1-十四醇后，与三氟甲基磺酸酐反应生成磺酸酯，再经偶联、氢化、溴代、还原或者消去反应，分别生产得到(3Z，6Z，9S， 10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯和(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3， 6-二十一碳三烯。

2、发明专利CN201610499450.9--一种美国白蛾性信息素的合成方法，报道了其中一种性信息素(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯的合成路线。

在该专利中，生产得到(2S，3R)-2，3-环氧-1-十四醇后，与三氟甲基磺酸酐反应生成磺酸酯后，更改为与1，4-庚二炔进行偶联反应，再氢化获得一种性信息素(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯。

以上两种专利生产方法，均采用三氟甲基磺酸酐对关键中间体(2S，3R)-2，3-环氧-1-十四醇进行磺酸酯化反应，生成高活性的三氟甲基磺酸酯后再进行后续的反应。经合成研究，我们发现三氟甲基磺酸酐反应活性高，还具有氧化性，同时反应生成的三氟甲基磺酸酯的反应活性也非常高，容易发生消去、取代等副反应；因此即使磺酸酯化在-80℃左右进行，反应仍然难以控制，收率仅为 20％，甚至无法得到磺酸酯化产物。

鉴于美国白蛾性信息素有着良好的应用前景，寻找一种新颖的合成方法获得高光学纯度的美国白蛾性信息素组份，这需要开发出良好的生产工艺，才能够实现基于性信息素组分的引诱剂的工业化生产。

发明内容

(一)发明目的

针对现有技术中存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供美国白蛾性信息素组分(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯和(3Z， 6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯的新合成方法。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种新型美国白蛾性信息素组分合成方法，所述美国白蛾性信息素组分为I[(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6- 二十一碳二烯]和II[(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯]，所述合成方法的路线为：

特定的合成产物是根据结构式中的编号，用阿拉伯数字表示，R或S表示化合物的绝对构型。

优选的，包括以下步骤：

1)在-15～30℃下，化合物1在一种有机溶剂中，与四溴化碳和三苯基膦发生反应，经过过滤、浓缩、纯化得到化合物2；

2)在-60～25℃下，化合物3在四氢呋喃和六甲基磷酰胺中，在正丁基锂的作用下，与化合物2发生偶联反应，经过萃取、干燥、浓缩、纯化得到化合物5；

3)在-60～25℃下，化合物4在四氢呋喃和六甲基磷酰胺中，在正丁基锂的作用下，与化合物2发生偶联反应，经过萃取、干燥、浓缩、纯化得到化合物6；

4)室温下，化合物5在乙醇中，在催化剂作用下，与乙二胺发生偶联反应，与氢气发生氢化反应，经过过滤、浓缩、纯化得到化合物I；

5)室温下，化合物6在乙醇中，在催化剂作用下，与乙二胺发生偶联反应，与氢气发生氢化反应，经过过滤、浓缩、纯化得到化合物II。

优选的，步骤1)中所述的有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、氯苯、二氯苯、吡啶、苯酚、二氯乙烷中的一种。

优选的，步骤1)中所述的有机溶剂为二氯苯、2溴甲烷或醋酸乙酯。

优选的，步骤1)中所述化合物1∶四溴化碳∶三苯基膦的摩尔比为1∶1.4∶ 1.4。

优选的，步骤2)、3)中所述四氢呋喃：六甲基磷酰胺的体积比为5∶1。

优选的，步骤2)中所述化合物3∶正丁基锂∶化合物2的摩尔比为2∶2∶1；步骤3)中所述化合物4∶正丁基锂∶化合物2的摩尔比为2∶2∶1。

优选的，步骤4)、5)中所述的催化剂为醋酸镍和硼氢化钠原位生成的P-2 型镍。

优选的，步骤4)中所述的P-2型镍的使用量为化合物5摩尔量的15％；步骤5)中所述的P-2型镍的使用量为化合物6摩尔量的15％。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1.本发明通过使用四溴化碳和三苯基膦可温和对关键中间体(2S，3R)-2， 3-环氧-1-十四醇(化合物1)进行溴代反应，简单方便，收率高。

2.本发明通过使用1，4-庚二炔和1-庚烯-3，6-二炔引入相关结构片段，减少反应步骤，提高反应收率。

3.本发明通过革除林德勒钯催化剂的使用，采用醋酸镍和硼氢化钠原位生成的P-2型镍作为催化剂，降低了生产成本，防止碳碳三键的过度氢化，反应温和可控，收率良好。

4.本发明涉及的合成方法成本较低，反应条件简单，反应步骤少，适合放大生产。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例1：

美国白蛾性信息素组分(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯(I)和(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯(II)的合成方法的路线如下：

具体步骤包括：

步骤1合成化合物2

将2.5克化合物1溶解于100毫升乙酸乙酯中，搅拌溶清后，加入3.5克三苯基膦，搅拌溶清后，冰盐冷却至-5℃，在40分钟内分批加入4.8克四溴化碳；自然升至室温反应，TLC检测反应结束，加入450毫升正己烷搅拌40分钟，抽滤，滤液薄膜浓缩，剩余物柱层析提纯(V(乙酸乙酯)∶(正己烷)＝1∶35)得到3克化合物2。

步骤2合成化合物5

将1.6克1，4-庚二炔(化合物3)溶解于100毫升四氢呋喃和六甲基磷酰胺 (V(四氢呋喃)∶(六甲基磷酰胺)＝5∶1)中，冷却至-83℃，20分钟内滴加10毫升1.6M正丁基锂/正己烷溶液，滴加完毕搅拌反应35分钟；再滴加3克化合物2/20毫升四氢呋喃溶液，自然升至室温搅拌过夜，滴加250毫升水萃灭反应，二氯甲烷萃取，合并有机相，饱和食盐水洗涤3次，无水硫酸钠干燥，浓缩，柱层析提纯(V(乙酸乙酯)∶(正己烷)＝1∶70)得到2.9克化合物5。

步骤3合成化合物6

将1.5克1-庚烯-3，6-二炔(化合物4)溶解于100毫升四氢呋喃中，冷却至-83℃，20分钟内滴加10毫升1.6M正丁基锂/正己烷溶液，滴加完毕搅拌反应35分钟；再滴加3.5克化合物2/20毫升六甲基磷酰胺溶液，自然升至室温搅拌过夜，滴加260毫升水萃灭反应，二氯甲烷萃取，合并有机相，饱和食盐水洗涤3次，无水硫酸钠干燥，浓缩，柱层析提纯(V(乙酸乙酯)∶(石油醚)＝1∶ 70)得到2.8克化合物6。

步骤4合成(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯(I)

反应瓶中加入0.2克醋酸镍和100毫升乙醇，搅拌溶解，氮气置换3次，加入400毫克硼氢化钠，搅拌35分钟，注入6毫升乙二胺；把反应体系用氢气置换2次，注入3.5克化合物5/20毫升乙醇溶液，室温继续搅拌反应；核磁检测反应结束，过滤，浓缩，柱层析提纯(V(乙酸乙酯)∶(石油醚)＝1∶55)得到(3Z， 6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯3克，1HNMR(400MHz，CDCl3)：δ0.88(t，3H)，0.98(t，3H)，1.26-1.58(m，20H)，2.09(q，2H)， 2.24(dt，1H)，2.40(dt，1H)，2.80(t，3H)，2.91-2.97(m，2H)， 5.29-5.53(m，4H)；HRMSm/z(M+Na+)计算值：328.1622，实测值：328.2628。

步骤5合成(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯(II)

反应瓶中加入0.2克醋酸镍和100毫升乙醇，搅拌溶解，氮气置换3次，加入400毫克硼氢化钠，搅拌35分钟，注入6毫升乙二胺；把反应体系用氢气置换2次，注入3.5克化合物6/20毫升乙醇溶液，室温继续搅拌反应；核磁检测反应结束，过滤，浓缩，柱层析提纯(V(乙酸乙酯)∶(石油醚)＝1∶50)得到(3Z， 6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯2.9克，1HNMR(400MHz， CDCl3)：δ0.88(t，3H)，1.21-1.58(m，20H)，2.23(dt，1H)，2.41(dt， 1H)，2.89-2.99(m，4H)，5.12(d，1H)，5.24(dt，1H)，5.40(dt，1H)，5.44-5.56(m，2H)，6.04(dd，1H)，6.64(ddd，1H)；HRMSm/z(M+Na+) 计算值：327.2663，实测值：327.2674。

实施例2：

将实施例1中合成的美国白蛾性信息素组分(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯、(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯、(9Z，12Z，15Z)-十八碳三烯醛(合成方法参照JiefengHu，Xi aoweiHan，YuYuan，ZhuangzhiShi.Angew.Chem.Int.Ed.2017， 56：13342-13346.)三种组分，按设定的质量比例(25∶4∶1～12∶1.2∶1)溶解于120μL的重蒸二氯甲烷中，配制成一定浓度的美国白蛾性信息素溶液，置于冰箱内，-30℃条件下保存备用。

选择袖口式橡胶塞作为性信息素载体，橡胶塞用无水乙醇清洗后，自然晾干。然后按所需不同比例和剂量将性诱剂溶液滴加到特制反口橡胶塞的凹杯中，待溶剂挥发后，用封口膜密封，备用。田间试验在安徽省合肥市蜀山区野店桑树林内进行，时间为2020年7月25日起至8月20日，诱捕器为网型诱捕器，美国白蛾性信息素溶液的每种配方重复4次，同时以进口诱芯为参照，重复4 次。在室外离地约2.0～3.0米处悬挂诱捕器，每个诱捕器之间相距30米左右，每2天统计一次诱蛾量并清理，同时变换诱芯位置，以减少位置对诱集效果的影响。试验结果见表1。

表1不同配比的引诱剂自焚诱捕的美国白蛾雄蛾数量

表1试验结果表明，性信息素的诱芯中组分的不同构成比例对美国白蛾雄蛾的引诱效果存在差异。以不同配比构成的诱芯在田间的诱蛾活性试验中，化合物(9Z，12Z，15Z)-十八碳三烯醛∶(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-3，6-二十一碳二烯∶(3Z，6Z，9S，10R)-9，10-环氧-1，3，6-二十一碳三烯＝10∶1∶ 1时诱蛾活性最高，每3日平均诱到68.7头雄蛾，明显多于其他配比和进口诱芯的诱蛾量。10∶2∶1、20∶1∶1和20∶2∶1的配比也有良好的引诱活性，平均每3日分别诱捕到美国白蛾雄蛾46.7头、37.1头和36.5头。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。