毕业论文课题相关文献综述

毕业设计(论文)开题报告

2015 年 1 月 13 日

文献综述

摘要：吡虫啉是一种高效、低毒、低污染、高选择性的烟碱类杀虫剂。依据活性亚结构拼接原理，以硝基胍为原料，合成了一系列具有新烟碱类和缩氨基脲类杀虫剂共同结构特征的芳亚甲基硝基缩基胍类化合物， 其结构通过1 H NMＲ、 IＲ和元素分析等方法进行了确证．本文在介绍吡虫啉性质的基础上，着重讨论了吡虫啉重要中间体 2- 氯- 5- 氯甲基吡啶的制备和吡虫啉的合成路线，同时展望了吡虫啉的市场前景 。

烟碱是一种非常古老的杀虫剂，主要存在于茄科烟草属植物中。 1690年，在欧洲就提到用烟草萃取液对植物进行喷雾； 18世纪，用烟草水萃取液或烟草粉作杀虫剂；1828年，Posseit 和 Reimann 确定了烟草的杀虫有效成分为烟碱；1893年，皮纳（A.Pinner）确定了烟碱的化学结构；1902年，皮克泰特（A.P ictet）等首先成功合成了烟碱，但至今合成远不及自烟草中提取经济。 科技人员通过对烟碱化学结构进行模仿和改造，开发成功了一大系列杀虫剂烟碱类杀虫剂。首款产品吡虫啉于1991 年上市，继而烯啶虫胺、啶虫脒、噻虫啉等上市。以后，通过对上述产品结构中吡啶基的改造，即以噻唑基、呋喃基替代吡啶基，开发了一批新的烟碱类杀虫剂。 尽管它们并无烟碱结构，但由于作用机理相同，故也归入此类。

吡虫啉最早是由日本特殊农药株式会和德国拜尔公司于 20 世纪 80年代共同开发，它是一种新型超高效内吸收广谱烟碱类杀虫剂，具有高选择性，低毒，对皮肤刺激性小，高效，低污染，化学名： 1-（6- 氯 - 3- 吡啶甲基） - N- 硝基咪唑 - 2- 亚胺。结构式如图1 。

图1 吡虫啉的结构

吡虫啉的作用机制不同于一般的农药，氨基甲酸酯和有机磷类农药通过破坏乙酰胆碱酯酶来破坏虫子的神经纤维 。 合成菊酯类农药可以破坏神经细胞膜上的钠离子通道，从而导致依靠该通道的电脉冲受阻 。 而吡虫啉可以像乙酰胆碱一样和神经纤维突触的乙酰胆碱受体结合，却不像乙酰胆碱一样可以被乙酰胆碱酶降解，从而导致害虫神经系统被破坏及至死亡 。 虽然哺乳动物和其他脊柱动物神经系统中同样有乙酰胆碱受体，该受体虽与昆虫体内的乙酰胆碱受体相似，但不完全相同，而吡虫啉对哺乳动物和其他脊椎类动物的神经系统影响不大 。 所以吡虫啉是一种高效、 广谱 、低毒 、对环境安全的烟碱类杀虫剂 。

1.1 吡虫啉的合成方法

目前吡虫啉的主要合成方法大体分为3种， 即直接缩合法、后硝化法、硝基胍法。

1.1.1直接缩合法

直接缩合法是用 2-氯-5-氯甲基吡啶(以下简称二氯)与2-硝基亚氨基咪唑烷(以下简称咪唑烷)在碱和有机溶剂存在下缩合制得，是当今国内吡虫啉生产企业广泛采用的一种方法 。 反应式如下。

缩合法最早的合成文献是德国专利：二氯和咪唑烷在乙腈溶剂中反应，用碳酸钾作缚酸剂，氯化铯作催化剂， 回流下反应5 h，含量86.8%[有8.7%的1,3-二(6-氯-3-吡啶甲基)-N-硝基咪唑-2-亚胺，即咪唑烷1,3位氮均被二氯吡啶所取代]；以咪唑烷计，收率为90.2%。 此方法产物纯度低且很难提纯，原料纯度要求高以及催化剂的成本较高导致工业化成本高；而不采用氯化铯作为催化剂，则吡虫啉收率较低， 只有73%左右；多年来，国内也一直在研究缩合法合成吡虫啉的工艺， 并取得了一些成果。其中2003年游金攀报道的五氧化二磷脱水法， 二氯的转化率达到98.93%，吡虫啉收率89.31%，含量95%；2006年吉志扬等申请的中国专利通过大过量咪唑烷的方法抑制副产提高吡虫啉的含量和收率，咪唑烷与二氯摩尔比为2.51∶ 1 ，吡虫啉含量97%，收率90%，过量的咪唑烷回收套用。

虽然国内研究取得了进步， 但2种方法还是存在不少缺点， 如反应周期长， 过量的原料咪唑烷回收工艺十分复杂，三废排放量大， 产品纯度很难达到98%以上， 难以满足高端吡虫啉市场需求等。尤其由于原料咪唑烷自身结构的特征，咪唑环上2个亚氨基会同时与二氯反应生成副产双取代物，因此缩合法合成吡虫啉无法避免副产二取代物的生成，使得吡虫啉在应用上存在着对农作物产生药害的风险。

1.1.2后硝化法

后硝化法首先由二氯和乙二胺发生亲核反应，然后进一步和溴化氰闭环，最后在硝酸和硫酸的体系中消化得到吡虫啉产品，

反应式如下。

该方法中大量使用浓硫酸和硝酸，三废污染严重，有很大的危险性。

1.1.3硝基胍法

硝基胍法是由二氯和乙二胺发生亲核反应， 然后和硝基胍反应，成环得到吡虫啉，反应式如下。

此种方法原料易得，并且反应较为简单，从反应机理上分析，它不会有缩合法工艺中副产双取代物的生成，但存在着反应收率低的问题 。 本文详细研究了硝基胍法的合成路线中各因素对产品收率影响，最终合成出的吡虫啉收率达到78.0%，含量达到98.98%。

1.2 2- 氯 - 5- 氯甲基吡啶的合成 吡虫啉的合成路线很多，但通过吡虫啉的结构可以看出，吡虫啉的合成都要通过中间体 2- 氯 - 5- 氯甲基吡啶来合成。而中间体 2- 氯 - 5- 氯甲基吡啶的合成也是吡虫啉合成的关键所在。

1.2.1 以环戊二烯为原料

2- 氯 - 5- 氯甲基吡啶的合成方法报道较多，国内主要是以环戊二烯为原料，通过 DA 反应成环，进一步与丙烯氰反应，之后经过高温裂解得到直链化合物。直链化合物首先氯化，然后经过五氯化磷成环合成2- 氯 - 5- 氯甲基吡啶 。该方法所用原料成本低，产品质量较好，但是步骤较长，三废 和污染较大 。 国内主要采用此种方法。

1.2.2 以三甲基吡啶为原料

以三甲基吡啶为原料，首先在醋酸溶液中经过双氧水氧化，然后在碱性条件下进一步氯化得到2 - 氯 - 5 - 甲基吡啶，2 - 氯 - 5 - 甲基吡啶通过甲基氯化最终得到 2-氯 - 5- 氯甲基吡啶 。 此种方法原料成本相对较低，反应步骤较少，但产物分离比较困难，不易获得纯度较高的产品 。

1.2.3 以烟酸为原料

以烟酸为原料的合成方法，首先是用五氯化磷或者二氯亚砜氯化烟酸得到三氯甲基吡啶，进一步在碱金属中得到缩醛化合物，缩醛化合物在酸性溶液中回流得到 2- 吡啶酮 - 5- 甲醛，然后将其还原，再用草酰氯氯化即得到 2- 氯 - 5- 氯甲基吡啶 。 用烟酸为原料，可以得到纯度较高的产品，但原料较贵，步骤也相对较长，操作极其繁琐，成本也较高 。

1.2.4 以 N- 苄基 - N- 丙烯基乙酰胺为原料

以 N- 苄基 - N- 丙烯基乙酰胺为原料的方法，在三氯氧磷和二甲基甲酰胺存在的条件下环化，然后进一步在二氯亚砜中氯化得到 2- 氯 - 5- 氯甲基吡啶 。 此种方法原料较贵，不适于工业化 。

1.2.5 侧链氯化法

目前，较多研究的方法是 2- 氯 - 5- 甲基吡啶的侧链氯化法。 一般使用氯气为氯化剂，采用不同的催化剂催化该反应，但是同时得到不同的氯化产物，副产物较多，给产物的分离提纯带来很大困难，因此，此种方法还在探索当中 。

1.3讨论和结论

由于吡啶类化合物原料价格较高，目前国内2- 氯-5- 氯 甲基吡啶合成主要采用原料价格较低的环戊二烯的环合法 ， 但考虑到绿色化学的发展 ，仍需解决此种方法的环境污染及 三废 问题 。三甲基吡啶的直接氯化方法步骤简单，但副产物较多，给分离带来困难 ，如果能找到合适的催化剂减少副产物的生成其将 会是一种理想的工艺方法。这样也将大大简化吡虫啉的合成工艺 。

吡虫啉作为杀虫剂受到各国的重视 ，我国作为一个农业大国 ，对吡虫啉的研发正处于起步阶段 ，吡虫啉生产厂家屈指可数 ，因此吡虫啉的生产和应用具有广阔的市场前景 。

参 考 文 献

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