抑制麦角甾醇的生物合成已成为新型杀菌剂的重要内容之一,其抑制剂具有活性高、不易产生抗药性等特点,受到普遍重视。戊唑醇是德国拜耳于1986年开发的三唑类麦角甾醇脱甲基化抑制剂。戊唑醇主要用于小麦、水稻、草莓、玉米等农作物上的种子处理和叶面喷洒。[1,2] 欧洲、美国等地广泛使用戊唑醇,因此开发和生产应用该品种有较大的社会效益和经济效益。目前戊唑醇主要合成工艺是采用对氯苯甲醛、频呐酮为原料经缩合、氢化、环氧化,最后与 1,2,4-三唑开环四步反应合成。
频呐酮是一种无色有薄荷气味的液体,溶于醇、醚、酮等有机溶剂,微溶于水,蒸汽易挥发,易燃。其化学性质与一般的酮相似,与醛、酮、乙酸酐都容易发生缩合反应。[3]频呐酮是合成三唑类化合物的中间体,频呐酮可以合成大量的农用杀菌剂和植物生长调节剂,拥有广阔的应用前景。[4]
目前频呐酮的合成方法有很多,有异戊烯法、叔戊醇法、乙炔-丙酮法、异戊醇法、特戊酸-乙酸催化酮化法、特戊酸-丙酮催化酮化法、四甲基环氧乙烷异构重排法等。
目前,国内制取频呐酮的生产工艺大都采用叔戊醇法或异戊醇法。但是这两种方法生产工序多,温度高,操作要求严格,反应条件比较比较难控制;原料来源比较困难,价格昂贵,成本高;所得产品纯度低,色泽差。以上这些问题直接影响了频呐酮生产的发展[5]。
其中,异戊烯法是采用异戊烯与31%盐酸在-5 °C下加成生成特戊基氯化物,然后在70 °C下和37%甲醛环化,最后经催化开环脱醛重排异构化生成频呐酮的方法,总收率为60%-70%,该法的特点是价格便宜、成本较低,因此异戊烯法是国内外生产厂商普遍采用的方法。[6]
该法是将叔戊醇与甲醛在盐酸做催化剂的条件下发生缩合反应以制得频呐酮。叔戊醇的反应步骤如下:
该法所得的产品纯度达92%,收率84%,叔戊醇路线生产频呐酮与异戊醇法比较,可以得出设备投资少,工序短,反应条件易控制,能耗低,成本也低等特点。但该法与异戊醇法在设备要求严格,腐蚀严重等方面都有不足,另外叔戊醇原料来源也不如异戊醇易得,因为其在杂醇油中含量较少。[7]
该法[8]是将乙炔与丙酮进行缩合制得含量较高的叔戊醇,然后再与盐酸、甲醛反应看过制得频呐酮。其化学方程式为:
该法在早期已在我国开发成功,并且实现了工业化的生产,直到目前国内还有一些厂家采用此法生产频呐酮。该法最大的特点是原料乙炔和丙酮来源都非常丰富,而缺点是乙炔利用率太低、工艺流程长、设备投资大,因此改法实际的竞争能力不强。
该法[9]因为工艺原料来源丰富,价格便宜,所以是目前广泛采用的方法。但该方法由于杂醇油生产大都是由各酒精厂分散生产,因此异戊醇质量和数量经常波动,其次该方法反应步骤复杂,反应条件苛刻,操作要求严格。
天津化工研究设计院李佳、高忠良等[10],以特戊酸和乙酸为原料脱羧合成频呐酮,制备了选择性和收率较高的酮化催化剂,确定了反应工艺条件,并对催化剂寿命以及再生进行了初步探讨。但是该法的问题是国内没有特戊酸原料的供应,因此国内少有此法的工业化的生产。如果原料特戊酸的来源问题得到解决,则此法可能更有市场竞争力[11-13]。
由于丙酮的价格较之于乙酸高,而产品收率较特戊酸-乙酸法低,因此本法的竞争力比特戊酸-乙酸法差。但就方法来说,本法与特戊酸-乙酸法机理上相差不多,所以主要考察特戊酸的来源是否方便,价格是否经济。[14-15]
该法[16-17]以四甲基环氧乙烷为原料,在含铜的催化剂上进行气相重排异构反应,频呐酮收率为60%左右,其化学方程式为:

另一种方法同样以四甲基环氧乙烷为原料,是将四甲基环氧乙烷在非水溶剂中进行异构,用电氧化的方法制得频呐酮。

Fig.1 Synthetic Route of Tebuconazole
Tan[1]等以对氯苯甲醛和频哪酮为原料,经缩合、氢化、环氧化和开环反应合成杀菌剂戊唑醇。反应工艺选择了强碱性离子交换树脂为碱性催化剂以及采用 CO2中和体系中的碱性物质,使 4,4-二甲基-1-(4-对氯苯基)-1-戊烯-3-酮的收率达到98.3%,纯度达到 97.4%;开环反应中利用 1,2,4-三唑的两种异构体热力学稳定性差异,在强碱性离子交换树脂作用下使用了催化剂 N,N-二甲基-4-氨基吡啶,使戊唑醇的纯度达到 98.2%,收率达到 67%以上。合成路线如图1所是。此方法采用强碱性离子交换树脂作碱性催化剂及采用 CO2中和体系中的碱性物质,简化了后处理程序,提高了产品质量。在目标化合物的合成中同时应用选择性催化剂解决了目标化合物含量偏低的缺陷,减少了目标化合物中的异构体含量,使得目标产物的含量达到 98.2%,收率达到 67%。本工艺路线具有产品质量高,工艺稳定,三废少,且具有较好的应用前景等优点。
(1)4,4-二甲基-1-(4-氯苯基)-3-戊酮的制备
Zeng[2]等先将频呐酮、对氯苯甲醛经醛酮缩合制得烯酮化合物,烯酮化合物经催化加氢制得4,4-二甲基-1-(4-氯苯基)-3-戊酮,催化剂一般用雷尼镍再加少量(HOCH2CH2)S,收率可得98%以上并可防止羟基还原,溶剂可用甲苯、甲醇等惰性溶剂,加氢压力在20-150 bar。
Wu[18]等通过对氯苯甲醛和频呐酮的羟醛缩合反应的条件优化,减少歧化杂质,提高原料转化率。以对氯苯甲醛和频呐酮为原料,在强碱性催化作用下反应得到烯酮 [1-(4-氯苯基)-4,4-二甲基-1-烯-3-戊酮。通过反应条件优化,试验确定的最佳反应条件是:反应温度为 45 °C,对氯苯甲醛:频呐酮的摩尔比为1.0: 1.10 ,以甲醇为反应溶剂。母液套用 5 次,平均收率为 96.4%,产品含量为 98%。优化操作工艺,提高频呐酮的反应当量,有效控制了对氯苯甲醛的歧化反应,有利于产品收率提高和含量提升。本工艺路线反应操作简便,条件温和,对戊唑醇中间体的合成工艺开发具有参考价值。
Cao[19]等提供戊酮的制备工艺与现有技术相比,开发了催化醛醇缩合技术,以对氯苯甲醛与频呐酮,在加入NaOH强碱性孔径树脂和自由基催化剂做催化剂,以甲醇做溶剂,在50—60 °C条件下反应制备烯酮,解决了反应副反应多、收率低的问题,提高了烯酮的含量和收率,烯酮含量由98.5%提高到99.5%左右,收率也提高了3%。另外,本发明还开发了低温催化加氢技术,将烯酮溶解在甲醇中加入相对应的催化剂,在25-30 MPa压力条件下,在25—30 °C条件下,加氢制备戊酮,解决了以前加氢温度高和安全的问题,提高了反应设备的使用年限,降低了反应的危险性。
(2)2-(4-氯苯基乙基)-2-叔丁基-环氧乙烷的制备
Zeng[2]等将一定量的甲硫醚、二甲基亚矾、1-(4-氯苯基)-4,4-二甲基-3-戊酮的搅拌溶解,并在一定温度下加入硫酸二甲酯,滴完后在40 °C反应2 h,使反应物内温降至18 °C,加入适量粉状氢氧化钾,在40 °C搅拌反应3 h,反应结束,将反应物倒入水中,用氯仿萃取两次,合并氯仿液体,用无水硫酸钠干燥、脱溶,即得2-(4-氯苯基乙基)-2-叔丁基-环氧乙烷,收率94.3%。
Zeng[2]等将一定量的正丁醇、1,2,4-三唑和KOH在120 °C搅拌反应2 h,再加入适量2-(4-氯苯基乙基)-2-叔丁基-环氧乙烷,在135 °C搅拌反应5 h,冷却到80 °C,加入100 g水分出有机层,减压脱溶,剩余物用甲基环己酮重结晶得产品,经高效液相色谱仪分析纯度为94.6%的戊唑醇,为理论收率的80.3%。
此合成工艺介绍的戊唑醇合成路线,它的原料立足国内,路线合理,收率高,具有一定的工业应用价值。
小麦赤霉病是小麦生产中的重要病害。近年来,小麦赤霉病的发生具有越来越严重的趋势,而当小麦赤霉病病菌侵入寄主后,不仅小麦产量损失,更严重的是造成人畜的危害。鉴于此,Yao[20]等于 2020年4月-5月在大丰区进行了40% 丙硫菌唑·戊唑醇悬浮剂对小麦赤霉病的防治效果试验。结果表明,40%丙硫菌唑·戊唑醇悬浮剂对小麦赤霉病的防效较好,病穗率防效、病情指数防效分别为 74.52%和80.90%,显著高于未施药的对照处理,也高于当前大丰区主要使用药剂对小麦赤霉病的防效。同时40%丙硫菌唑·戊唑醇悬浮剂对草莓白粉病的防治效果显著[21]。Zhao[22]等进行了30%肟菌·戊唑醇悬浮剂防治小麦条锈病试验,结果表明,在同等药剂防效的条件下,30% 肟菌·戊唑醇悬浮剂的效果高于其他药剂达到92.1%。
水稻是我国主要的粮食作物,稻米的营养价值高,而且稻谷加工后副产品用途广,但是水稻各种病害的存在,会影响水稻茎秆和稻穗生长,造成稻穗空瘪粒数增多甚至无法抽穗,从而影响稻米产量。鉴于此,Gu[23]等为探究52% 噻呋·戊唑醇 SC 对水稻纹枯病的防治效果,特进行了其田间防治效果试验。结果表明,第 2 次施药后 14 d,每 667 m2 用52% 噻呋·戊唑醇 SC 15ml对水稻纹枯病的防效达 87.46%,防治效果良好,且未发现该药剂影响水稻生长。Fu[24]等进行了戊唑醇与嘧菌酯复配对稻瘟病和水稻纹枯病的联合毒力及田间防效的实验,田间试验结果表明,唑醇与嘧菌酯复配质量比2:1使用剂量90-135 g a.i./hm2时,对稻瘟病防效达76.68%-91.12%,对水稻纹枯病防效达81.28%-90.32%,与单剂和对照药剂相比防治效果相当或更好,并且用药量更低;本研究结果表明,戊唑醇与嘧菌酯质量比2:1复配用于防治水稻稻瘟病和水稻纹枯病,可以达到农药减量增效的目的。
玉米也是我国的主要农作物,许多地区都已玉米作为主要食物,同时玉米也是重要的饲料来源和工业原料,但玉米在生长过程中会受到许多病菌的侵害,其中玉米大斑病是其主要病害之一,对玉米安全生产造成了极大的威胁,在发病严重年份可使感病品种减产近半。Pan[25]等进行助剂对40%丁香·戊唑醇悬浮剂在玉米叶片上润湿性能及药效影响的试验,结果表明,在相同条件下,0.2%的激健和0.1% GY-T1602这两种助剂对40%丁香·戊唑醇悬浮剂防效,有显著的提升作用,故推荐使用这两种高效助剂与40%丁香·戊唑醇混用,以提升40%丁香·戊唑醇对玉米大斑病的防治效果。
戊唑醇作为一种高效、广谱、低毒的内吸性新型的杀菌剂,在防治小麦赤霉病、小麦条锈病、草莓白粉病、水稻纹枯病、稻瘟病、玉米大斑病等农作物病害有着广阔的应用前景。戊唑醇的制备方法正在不断的改进,制备合成工艺路线简单、原料来源广泛、收率高的戊唑醇是现代化工不断前进的方向。
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