石艷慧，李 悅，張沛之，賈愛銓，張千峰

（安徽工業(yè)大學分子工程與應用研究所，安徽馬鞍山 243002）

氟噻蟲砜（商品名稱：MCW-2）是一種非熏蒸性殺線蟲劑，具有施用方便的優(yōu)點。已有研究表明氟噻蟲砜對多種有害線蟲均有較好的防效[1-3]，如黑根結線蟲[4]、沙根線蟲、爪哇根結線蟲[5]。此外，氟噻蟲砜可用于茄類作物、菊科作物、馬鈴薯和芋頭作物以及十字花科葉類蔬菜線蟲病的綜合防治。氟噻蟲砜因其低毒[6-8]、對非靶向生物具有良好的安全性能[9]、對環(huán)境的影響小、注冊限制較少而受到企業(yè)的關注[10-11]。氟噻蟲砜的良好殺線蟲活性與氟原子的存在有關，氟原子有助于影響電子效應、穿透效應和阻擋效應。在農藥中引入氟原子可以提高農藥的功效，并帶來其他有益的特性[12]。雖然含氟化合物的成本相對昂貴，但由于含氟農藥具有較高的生物活性和較低的環(huán)境影響，其開發(fā)和生產已變成熱點[13-16]。

氟噻蟲砜的一般合成方法是2-巰基噻唑和4-溴-1,1,2-三氟-1-丁烯為起始原料[17-18]。目前已知的4-溴-1,1,2-三氟-1-丁烯的合成方法在后處理方面存在困難，且對環(huán)境不友好[19]。因此，本研究首先以三氟溴乙烯為原料，通過格氏反應、羥乙基化和溴化反應合成了4-溴-1,1,2-三氟-1-丁烯；然后，4-溴-1,1,2-三氟-1-丁烯與2-巰基噻唑通過偶聯反應、氯化反應和氧化反應得到目標產物氟噻蟲砜[17-18,20]。該方法具有操作簡單、綠色環(huán)保、成本低等優(yōu)點。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器：Bruker Avance II 400 MHz核磁共振儀，布魯克（北京）科技有限公司；Nicolet 6700 FT-IR紅外光譜儀（溴化鉀壓片），美國尼高力儀器公司；島津UFLC-2010 PLUS高效液相色譜儀，日本島津公司。

試劑：無水甲醇、乙酸乙酯、四氯化碳、氯乙醛水溶液（40%）、二硫代氨基甲酸銨（純度97%）、4-溴-1,1,2-三氟-1-丁烯（純度97%），南京化學試劑有限公司；無水碳酸鎂、碳酸鉀、N-氯代琥珀酰亞胺（純度98%）、過硫酸氫鉀（純度47%），阿拉丁試劑有限公司。所有其他試劑和溶劑均為分析純（AR），未做進一步處理直接使用。實驗室所用水均為純水設備系統制取的去離子水。

1.2 氟噻蟲砜的合成

1.2.1 2-巰基噻唑（化合物1）的合成

在氮氣保護下，將1.97 mL（64.5 mmol）濃鹽酸加入到4.45 mL（44 mmol）氯乙醛的水溶液（質量分數40%）中。然后，在常溫水浴中，一邊攪拌一邊滴加溶于40 mL水的5.29 g（48 mmol）二硫代氨基甲酸銨水溶液，滴加速度為2～5滴/s，滴加時間約為60 min，滴加完成后，期間使用TLC點板［展開劑：石油醚-乙酸乙酯（1∶1，V/V）］，確定產物生成及反應完全，得到淡黃色固體4.83 g，產率為93.8%。將淡黃色固體用熱水進行重結晶后，得到白色片狀結晶3.87 g。

1.2.2 4-溴-1,1,2-三氟-1-丁烯（化合物2）的合成

控制整個反應體系干燥無水，調節(jié)溫度為-5℃，在氮氣保護下，于25 mL的三頸瓶中置入0.29 g（12 mmol）鎂粉，10 mL無水THF（四氫呋喃）溶劑，1～2粒碘粒（引發(fā)劑），攪拌狀態(tài)下，將1.61 g（10 mmol）三氟溴乙烯緩慢滴加至含有鎂粉的THF溶液中。當反應開始時，碘粒會出現顏色消退，溶液也會漸漸變得渾濁。滴加完成后，繼續(xù)攪拌反應，使反應完全，時間為2 h。反應結束后，在氮氣保護下將反應液過濾，取濾液，旋蒸除去溶劑THF后，得到格氏試劑；接著，在冰浴攪拌條件下，將0.88 g（10 mmol）碳酸乙烯酯加入到10 mL的無水THF溶液中，再將2.22 g（12 mmol）格氏試劑的無水THF溶液緩慢滴加到碳酸乙烯酯的THF溶液中，完成滴加后，控制體系溫度為5℃下反應0.5 h，再將反應溫度調節(jié)至室溫反應2 h，反應停止后，緩慢滴加含水的THF溶液進行淬滅，水解。反應結束后，過濾，取濾液，用50 mL乙酸乙酯溶液進行萃取，重復3次，收集有機相，干燥后，旋轉蒸發(fā)除去溶劑，即得3,4,4-三氟-3-丁烯-1-醇；最后，在25 mL的三口瓶中依次置入10 mL的四氯乙烷溶液和1.26 g（10 mmol）的3,4,4-三氟-3-丁烯-1-醇，調節(jié)反應溫度為80℃，在攪拌狀態(tài)下，緩慢滴加三溴化磷3.25 g（12 mmol），完成滴加后，繼續(xù)反應5 h。結束反應后，過濾，取濾液，于100℃常溫蒸餾得到產物化合物21.47 g，為透明液體。

1.2.3 2-(3,4,4-三氟-3-丁烯基硫)噻唑（化合物3）的合成

在氮氣保護下，將1 g（8.5 mmol）化合物1、1.31 g（9.5 mmol）碳酸鉀和1.79 g（9.5 mmol）化合物2與12 mL的乙腈溶液混合，在85℃下加熱回流6 h。期間使用TLC點板［展開劑：石油醚-乙酸乙酯（4∶1，V/V）］，確定產物生成及反應完全。反應結束后，將其冷卻至室溫。過濾混合物，收集濾液，旋轉蒸發(fā)除出溶劑，將剩下的油狀物用25 mL的二氯甲烷溶解后，柱色譜純化［流動相：石油醚-乙酸乙酯（8∶1，V/V）］，獲得目標化合物淡黃色液體1.64 g。

1.2.4 5-氯-2-(3,4,4-三氟-3-丁烯基硫)噻唑（化合物4）的合成

在混合溶液中加入0.36 g（2.7 mmol）N-氯代琥珀酰亞胺，調節(jié)溫度為80℃，攪拌回流24 h。期間使用TLC點板［展開劑；石油醚-乙酸乙酯（16∶1，V/V）］，確定產物生成及反應完全。反應結束后，將其冷卻至室溫。過濾后取濾液濃縮，濃縮物用柱色譜提純［流動相：石油醚-乙酸乙酯（32∶1，V/V）］，獲得橙黃色液體0.4 g。

1.2.5 氟噻蟲砜（化合物6）的合成

在氮氣保護下，將0.5 g化合物4置入5 mL的甲醇溶液中，攪拌狀態(tài)下，保持溫度為5℃，緩慢滴加5.4 mL含有1.45 g（3.8 mmol）KHSO5復合鹽的水溶液（KHSO5的質量分數為44%），滴加時間為30 min。隨后，將白色的懸濁液在20℃下攪拌1.5 h。期間使用TLC點板［展開劑：石油醚-乙酸乙酯（16∶1，V/V）］，確定5-氯-2-(3,4,4-三氟-3-丁烯基亞磺酰基)噻唑（化合物5）生成。反應完全時，TLC點板中無原料點化合物4，此時，完成了生成亞砜的步驟。在混合物中繼續(xù)加入0.074 g（0.2 mmol）KHSO5復合鹽，攪拌反應30 min后，將混合物冷卻至5℃，使用0.002 mol/L NaOH水溶液調節(jié)pH至8～9。隨后，調節(jié)反應溫度為20℃，監(jiān)測反應混合物的pH值，使其保持pH為8～9。攪拌時間為1 h。在混合物中加入0.044 g（0.12 mmol）KHSO5復合鹽，繼續(xù)攪拌20 min。期間使用TLC點板，確定反應完成時，TLC點板中無化合物5的點。反應結束后，抽濾，用30 mL甲醇溶液洗滌白色濾渣2次。取濾液，加入25 mL的NaHSO3溶液后，攪拌，用過氧化物試紙對其進行過氧化物測試。在確定溶液中沒有過氧化物后，對濾液進行減壓蒸餾除去溶劑。去除甲醇后的濾液出現分層，將有機相與水相兩相分離，用50 mL乙酸乙酯對水相進行萃取3次，收集合并有機相，再次使用過氧化物試紙對有機相進行過氧化物測試后，無水硫酸鈉干燥有機相，濃縮，濃縮物用柱色譜純化［流動相：石油醚-乙酸乙酯（20∶1，V/V）］，獲得淡黃色液體0.48 g。

1.3 儀器測試條件

1H NMR、13C NMR及19F NMR核磁共振譜圖分別對應于400、101及377 MHz的頻率測定出；化學位移（ppm）分別參照基準物質四甲基硅烷、四甲基硅烷及三氟甲烷磺酸記錄。紅外光譜的樣品通過用點樣管把樣品滴在溴化鉀窗片上，抹勻，在紅外光譜儀上進行測試記錄；采用定量方法為面積歸一化法，以乙腈為流動相，柱箱溫度為40℃；流動相速度為1.0 mL/min。

2 結果與討論

2.12 -巰基噻唑的核磁共振氫譜和HPLC分析

2-巰基噻唑熔點：79～80℃，產率：80.2%，純度經HPLC測定為99.9%。1H NMR（400 MHz，CDCl3，ppm）δ：11.74（s，1H，SH）、7.02（s，1H，CH of Thiazole）、6.68（s，1H，CH of Thiazole）。13C NMR（101 MHz，CDCl3，ppm）δ：188.34（s）、127.42（s）、114.38（s）。FT-IR（KBr壓片，cm-1）：υ（C-H）3048、υ（S-H）2587、υas（C=C）1545、υs（C=N）1459、υs（C-N）1328、υas（C-S）1046。

從圖2中2-巰基噻唑的1H NMR我們可以看出δ=11.74 ppm處的單峰歸屬于巰基，δ=7.02和6.68 ppm處出現的吸收峰歸屬于噻唑環(huán)上2個芳基氫。從2-巰基噻唑的HPLC分析中看出其保留時間為3.204 min。

2.24 -溴-1,1,2-三氟-1-丁烯的核磁共振氫譜和HPLC分析

4-溴-1,1,2-三氟-1-丁烯收率為78%，純度由HPLC測定為93.2%。1H NMR（400 MHz，CDCl3，ppm）δ：3.49（t，J=6.8 Hz，2H，CH2）、2.90～2.80（m，2H，CH2）。13C NMR（101 MHz，CDCl3，ppm）δ：153.86（td，J1=287.0 Hz，J2=274.4 Hz，J3=45.7 Hz）、126.43（td，J1=234.6 Hz，J2=53.4 Hz，J3=17.1 Hz）、29.35（dd，J1=21.2 Hz、J2=2.1 Hz）、26.57～26.48（m）。19F NMR（377 MHz，MeOD，ppm）δ：-105.27～-105.70（td，J1=30.16 Hz，J2=46.24 Hz，J3=82.94 Hz）、-122.99～-123.53（td，J1=3.77 Hz，J2=86.71 Hz，J3=16.87 Hz）、-176.2～-177.49（td，J1=339.3 Hz，J2=116.87 Hz，J3=147.03 Hz）。FT-IR（KBr壓片，cm-1）：υ（C-H）2923、υ（FC=CF2）1792，υ（C-H）1485、υ（（C-F）1054、υ（C-Br）680。

通過觀察4-溴-1,1,2-三氟-1-丁烯的1H NMR我們可以看出，在δ=3.49 ppm處出現的三重峰為靠近溴原子的亞甲基氫BrCH2CH2-的特征吸收峰，在δ=2.90～2.80 ppm處出現的多重峰歸屬于鄰近三氟乙烯基團亞甲基氫的特征吸收峰。從HPLC分析中看出其保留時間為4.863 min。

2.32 -(3,4,4-三氟-3-丁烯基硫)噻唑的核磁共振氫譜和HPLC分析

2-(3,4,4-三氟-3-丁烯基硫)噻唑產率：76.8%，純度由HPLC測定，為99.8%。1H NMR（400 MHz，CDCl3，ppm）δ：7.65（d，J=4.0 Hz，1H，CH of Thiazole）、7.20（d，J=4 Hz，1H，CH of Thiazole）、3.37（t，J=8 Hz，2H，CH2）、2.81～2.71（m，2H，CH2）。13C NMR（101 MHz，CDCl3，ppm）δ：163.13（s）、153.84（td，J1=46.46 Hz，J2=274.72 Hz，J3=287.85 Hz）、142.74（s）、126.41（td，J1=234.8 Hz，J2=53.4 Hz，J3=16.4 Hz）、119.18（s）、29.85（s）、26.54（t，J=1.01 Hz）。19F NMR（377 MHz，CDCl3，ppm）δ：-103.18～-103.49（dd，J1=33.93 Hz，J2=86.71 Hz）、-122.37～-122.90（dd，J1=82.94 Hz，J2=113.1 Hz）、-175.42～-175.81（dd，J1=30.16 Hz，J2=113.1 Hz）。FT-IR（KBr壓片，cm-1）：υ（C-H）3087、υas（C-H）2932、υs（C-H）2852，υas（FC=CF2）1799，υ（C=C）1606，υ（C=N）1500，υas（C-N）1299、υs（C-S）1087、υ（C-F）1020。

從2-(3,4,4-三氟-3-丁烯基硫)噻唑的1H NMR中我們可以看出，δ=3.37 ppm處出現的峰為硫原子相連碳上亞甲基氫的特征吸收峰，δ=2.81～2.71 ppm處出現的峰為與三氟乙烯基團相連碳上亞甲基氫的特征吸收峰，受三氟乙烯基團的影響，該峰分裂為多重峰。從HPLC分析中看出2-(3,4,4-三氟-3-丁烯基硫)噻唑保留時間為5.180 min。

2.45 -氯-2-(3,4,4-三氟-3-丁烯基硫)噻唑的核磁共振氫譜和HPLC分析

5-氯-2-(3,4,4-三氟-3-丁烯基硫)噻唑產率：70.6%，純度由HPLC測定為98.5%。1H NMR（400 MHz，CDCl3，ppm）δ：7.44（s，1H，CH of Thiazole）、3.35（t，J=4.0 Hz，2H，CH2）、2.80～2.70（m，2H，CH2）。13C NMR（101 MHz，CDCl3，ppm）δ：161.78（s）、153.55（td，J1=46.46 Hz，J2=275.73 Hz，J3=288.86 Hz）、140.56（d，J=1.01 Hz）、127.88（dd，J1=53.53 Hz，J2=17.17 Hz）、125.57（dd，J1=319.57 Hz，J2=353.50 Hz）、29.55（s）、26.11（dd，J1=22.22 Hz，J2=3.03 Hz）。19F NMR（377 MHz，CDCl3，ppm）δ：-102.92～-103.23（dd，J1=33.93 Hz，J2=49.01 Hz）、-122.20～-122.72（dd，J1=82.94 Hz，J2=113.1 Hz）、-175.47～-175.87（dd，J1=33.93 Hz，J2=116.87 Hz）。FT-IR（KBr壓片，cm-1）：υ（C-H）3096、υas（C-H）2932、υs（C-H）2843、υas（FC=CF2）1795、υ（C=C）1674、υ（C=N）1500、υs（C-N）1300、υs（C-S）1087、υ（C-F）1036、υs（C-Cl）732。

在5-氯-2-(3,4,4-三氟-3-丁烯基硫)噻唑的1H NMR中，δ=7.44 ppm處出現的單峰歸屬于噻唑環(huán)上氫，δ=3.35 ppm處出現三重峰，歸屬于與硫原子相連亞甲基氫的特征吸收峰，δ=2.80～2.70 ppm處的峰為與三氟乙烯基相連的亞甲基氫的特征吸收峰，與2-(3,4,4-三氟-3-丁烯基硫)噻唑的對應氫的化學位移相近。從HPLC分析顯示該化合物保留時間為7.140 min。

2.5 氟噻蟲砜譜學分析

2.5.1 氟噻蟲砜的傅里葉變換-紅外光譜（FT-IR）分析

我們可以看到在3100 cm-1有一個清楚的尖峰，歸屬于噻唑環(huán)不飽和C-H的伸縮振動峰，2932、2860 cm-1處出現的強吸收峰分別為飽和C-H的伸縮振動峰，1800 cm-1處出現的明顯的尖峰為FC=CF2的伸縮振動峰，氟噻蟲砜中砜基的不對稱伸縮振動峰和伸縮振動峰分別在1340、1140 cm-1處。

2.5.2 氟噻蟲砜的核磁共振氫譜和HPLC分析

氟噻蟲砜產率：82.7%，純度由HPLC測定為99.1%。1H NMR（400 MHz，CDCl3，ppm）δ：7.86（s，1H，CH of Thiazole）、3.61（t，J=8.0 Hz，2H，CH2）、2.95～2.85（m，2H，CH2）。13C NMR（101 MHz，CDCl3，ppm）δ：162.59（s）、156.12～150.06（m）、143.46（s）、135.52（s）、131.24～123.68（m）、50.47（s）、19.98（d，J=3.03 Hz）。19F NMR（377 MHz，CDCl3，ppm）δ：-101.19～-101.50（dd，J1=33.93 Hz，J2=79.17 Hz）、-120.32～-120.84（dd，J1=79.17 Hz，J2=113.1 Hz）、-175.65～-176.04（dd，J1=339.3 Hz，J2=113.1 Hz）。FT-IR（KBr壓片，cm-1）：υ（C-H）3100、υas（C-H）2932、υs（C-H）2860、υas（FC=CF2）1800、υ（C=C）1675、υ（C=N）1634、υas（O=S=O）1340和1140、υs（C-N）1330、υs（C-S）1090、υ（C-F）1042、υs（C-Cl）754。

在氟噻蟲砜的1H NMR中共有3種吸收峰，其中，化學位移為δ=7.86 ppm處的單峰歸屬為噻唑環(huán)上的氫，δ=3.61 ppm處的三重峰為與硫原子相連亞甲基的氫，δ=2.95～2.85 ppm處出現的多重峰歸屬為與三氟乙烯基相連亞甲基的氫。從HPLC分析中看出其保留時間為4.604 min。

2.5.3 氟噻蟲砜的核磁共振碳（13C NMR）譜和核磁共振氟（19F NMR）譜

通過觀察氟噻蟲砜的13C NMR我們可以看出，譜圖中含有7種不同類型的吸收峰。其中，在化學位移為δ=162.59 ppm處的單峰歸屬為氟噻蟲砜中噻唑環(huán)上2位碳的特征吸收峰，δ=156.12～150.06 ppm處出現的多重峰歸屬于CF2碳的特征吸收峰，δ=143.46 ppm出現的單峰歸屬為噻唑環(huán)上4位碳的特征吸收峰，δ=135.52 ppm出現的單峰為CF碳的特征吸收峰，δ=50.47 ppm處出現的單峰為CH2S特征吸收峰，δ=19.98 ppm為CH2CF碳的特征吸收峰。

氟噻蟲砜的19F NMR中共有3種吸收峰，化學位移 分 別 在δ=-101.19～-101.50 ppm、δ=-120.32～-120.84 ppm、δ=-176.65～-175.04 ppm處。其中，δ=-101.19～-101.50 ppm、δ=-120.32～-120.84 ppm處出現的峰分別歸屬為氟噻蟲砜中三氟乙烯基團上同一個碳原子上取代的2個氟的特征吸收峰，δ=-175.04～-175.65 ppm處出現的峰歸屬為氟噻蟲砜中三氟乙烯基團上另一個碳原子上氟的特征吸收峰。

3 結 論

我們以二硫代氨基甲酸銨、氯乙醛及三氟溴乙烯為原料，經過環(huán)化反應，格式試劑親核加成反應，親核取代反應以及氯代、低溫氧化反應得到產物氟噻蟲砜，比較詳細地提供了氟噻蟲砜的譜學分析與純度分析。本研究開發(fā)了一條高效的高純度氟噻蟲砜合成路線，該路線的起始原料可在商業(yè)上獲得，且價格低廉。此外，該方法有助于實現氟噻蟲砜的工業(yè)化生產。