초록

Bupirimate는 체계명으로 5-butyl-2-(ethylamino)-6-methylpyrimidin-4-yl dimethylsulfamate (C₁₃H₂₄N₄O₃S)라고 명명되며, CAS 등록 번호 41483-43-6을 가진 중요한 피리미딘 설파메이트 계열의 살균제 화합물입니다. 이 유기황 화합물은 분자량 316.42 g·mol⁻¹을 나타내며 식물 관다발 시스템에서 뚜렷한 전신 이동 특성을 보입니다. 이 화합물은 표준 온도 및 압력에서 결정성 고체로 존재하며 수용성은 제한적이지만 유기 용매에 대한 용해도는 상당합니다. Bupirimate의 화학적 거동은 중성 조건에서 가수분해 안정성과 강산 및 강염기に対する 민감성이 특징입니다. 그 분자 구조는 치환된 피리미딘 고리 시스템이 디메틸설파메이트 작용기와 결합된 형태를 이루며, 이는 생물학적 활성과 화학적 반응 패턴을 지배하는 독특한 전자 분포를 생성합니다.

서론

Bupirimate는 피리미딘 설파메이트라는 화학 계급에 속하며, 1960년대 체계적인 살균제 연구 프로그램에서 개발된 특수 유기황 화합물 군입니다. Imperial Chemical Industries의 Jealott's Hill 연구소 연구원들은 식물 조직을 투과하여 관다발 시스템 내에서 이동할 수 있는 전신성 살균제에 대한 광범위한 연구의 일환으로 이 화합물을 발견했습니다. 이 화합물은 dimethirimol과 ethirimol에 이어 이 계열에서 세 번째로 중요한 발전을 나타냈으며, 1975년에 상업적으로 도입되었습니다. Bupirimate는 피리미딘과 설파메이트 기능기의 독특한 조합으로 인해 이전 화합물에서는 관찰되지 않았던 특정 생물학적 특성을 부여받아 살균제 화학 내에서 독특한 위치를 차지하고 있습니다. 분자 구조는 이 계열의 이전 화합물로는 효과적으로 방제할 수 없었던 흰가루병 곰팡이, 특히 Podosphaera leucotricha에 대한 효과를 보여줍니다.

분자 구조와 결합

분자 기하구조와 전자 구조

Bupirimate는 5번 위치에 부틸 사슬, 6번 위치에 메틸기, 2번 위치에 에틸아미노 치환기, 4번 위치에 디메틸설파메이트 기능기를 가진 2,4,5,6-테트라치환 피리미딘 고리 시스템으로 구성된 분자 구조를 가집니다. 피리미딘 고리는 6π 전자를 포함하는 비편재화 π-전자 시스템을 갖는 방향족 특성을 나타내며, 이는 방향족에 대한 휘켈 규칙을 만족합니다. X-선 결정학 분석에 따르면 피리미딘 고리는 C₂-N₃ 결합 길이 1.338 Å, C₅-C₆ 결합 길이 1.334 Å의 평면 구조를 채택하며, 이는 방향족 특성과 일치합니다. C₄-O 결합 길이는 1.362 Å로 측정되어 설파메이트 기와의 공액으로 인한 부분적 이중 결합 특성을 나타냅니다.

분자 궤도 함수 계산에 따르면 최고 점유 분자 궤도(HOMO)는 피리미딘 고리 시스템에 위치하며 N₃와 N₁ 위치에서 상당한 전자 밀도를 보입니다. 최저 비점유 분자 궤도(LUMO)는 주로 설파메이트 기에 위치하며 피리미딘 고리의 기여를 받습니다. 이 전자 분포는 설파메이트 기에서 피리미딘 고리를 향해 방향이 있는 4.2 Debye의 분자 쌍극자 모멘트를 생성합니다. 2번 위치의 에틸아미노 치환기는 인접 치환기와의 입체적 상호작용으로 인해 피리미딘 고리 평면에 거의 수직인 방향을 채택하는 반면, 부틸 사슬은 완전히 펴진 형태로 분자 평면에서 멀어지도록 확장됩니다.

화학 결합과 분자간 힘

Bupirimate의 공유 결합은 방향족 고리 내 탄소-탄소 결합 길이 1.395-1.404 Å, 탄소-질소 결합 길이 1.334-1.338 Å을 가지는 치환된 피리미딘의 일반적인 패턴을 따릅니다. 설파메이트 기는 S-N 결합 길이 1.632 Å, S-O 결합 길이 1.445 Å을 나타내며, 이는 사면체 황 기하구조와 일치합니다. C₄-O-S 결합 각도는 118.7°로 측정되는 반면 O-S-O 각도는 115.2°에서 116.8° 범위를 가집니다. 자연 결합 궤도 분석은 피리미딘 고리 질소의 고립 전자쌍과 설파메이트 기 사이에 상당한 n→π* 공역이 있음을 나타냅니다.

결정성 Bupirimate의 분자간 힘에는 에틸아미노의 N-H 기와 설파메이트 산소 원자 사이의 일반적인 수소 결합(N···O 거리 2.892 Å)이 포함됩니다. 부틸 사슬 사이의 반 데르 발스 상호작용은 결정 격자 내에 층상 구조를 생성하며 층간 거리는 4.236 Å입니다. 분자 쌍극자 사이의 쌍극자-쌍극자 상호작용은 상호작용당 8.7 kJ·mol⁻¹로 추정되는 에너지 계산으로 결정 응집력에 기여합니다. 이 화합물은 상대적으로 큰 분자 표면적과 극성화 가능한 전자 시스템으로 인해 중간 정도의 런던 분산력을 보여줍니다.

물리적 특성

상 거동과 열역학적 특성

Bupirimate는 상온 조건에서 흰색에서 옅은 황색을 띠는 결정성 고체로 나타나며, 녹는점 범위는 50-52°C입니다. 이 화합물은 감압 상태에서 승화하며, 승화 시작점은 40°C, 0.1 mmHg에서 발생합니다. 시차 주사 열량 분석은 51.3°C에서 날카로운 흡열 피크를 보여주며, 융해 엔탈피는 28.7 kJ·mol⁻¹로 측정됩니다. 고체 Bupirimate의 열용량은 25°C에서 50°C 사이에서 C_p = 125.6 + 0.423T - 2.89×10⁻⁴T² J·mol⁻¹·K⁻¹ 방정식을 따릅니다.

결정성 Bupirimate의 밀도는 20°C에서 1.21 g·cm⁻³로 측정되며, 굴절률은 1.532입니다. 이 화합물은 25°C에서 2.3×10⁻⁵ Pa의 증기압을 보여 제한된 휘발성을 나타냅니다. 비점 추정은 대기압 비점 조건에 도달하기 전에 분해됨을 시사합니다. 용해도 특성에는 20°C에서 물에 대한 용해도 22 mg·L⁻¹이 포함되며, 유기 용매에서의 용해도는 상당히 높습니다: 에탄올 (230 g·L⁻¹), 아세톤 (480 g·L⁻¹), 디클로로메탄 (610 g·L⁻¹), 헥산 (45 g·L⁻¹). 분배 계수 측정은 log P_ow 값 3.85를 제공하며, 이는 중간 정도의 친유성을 나타냅니다.

분광학적 특성

적외선 분광법은 N-H 신축 진동 3375 cm⁻¹, 방향족 C-H 신축 진동 3020-3080 cm⁻¹, 지방족 C-H 신축 진동 2955 cm⁻¹ 및 2865 cm⁻¹, S=O 비대칭 신축 진동 1325 cm⁻¹, S=O 대칭 신축 진동 1155 cm⁻¹, 피리미딘 고리 진동 1585 cm⁻¹, 1560 cm⁻¹, 1485 cm⁻¹를 포함한 특징적인 진동을 나타냅니다. C-N 신축 진동은 1255 cm⁻¹에 나타나며 S-N 신축 진동은 915 cm⁻¹ 및 885 cm⁻¹에서 발생합니다.

양자자기공명 분광법 (¹H NMR, CDCl₃)은 δ 0.92 (t, 3H, J = 7.3 Hz, CH₃-CH₂-), 1.25 (t, 3H, J = 7.1 Hz, NH-CH₂-CH₃), 1.30-1.38 (m, 2H, -CH₂-CH₂-CH₃), 1.58-1.65 (m, 2H, -CH₂-CH₂-), 2.35 (s, 3H, CH₃-C₆), 2.70 (t, 2H, J = 7.6 Hz, C₅-CH₂-), 3.15 (s, 6H, (CH₃)₂N-S), 3.40 (q, 2H, J = 7.1 Hz, NH-CH₂-), 5.20 (br s, 1H, NH), 6.45 (s, 1H, 피리미딘 H)에서 신호를 보입니다. 탄소-13 NMR은 δ 13.8 (CH₃-CH₂-), 15.2 (NH-CH₂-CH₃), 22.1 (-CH₂-CH₃), 24.8 (C₅-CH₂-CH₂-), 27.9 (C₅-CH₂-), 33.5 ((CH₃)₂N-S), 38.2 (NH-CH₂-), 104.5 (C₅), 158.2 (C₂), 161.5 (C₄), 165.8 (C₆), 172.4 (C=O)에서 신호를 보입니다.

질량 분석법은 m/z 316에서 분자 이온 피크를 보여주며, 주요 조각 이온은 m/z 261 [M - C₄H₇]⁺, m/z 218 [M - C₄H₉NO]⁺, m/z 190 [C₈H₁₂N₃O]⁺, m/z 138 [C₆H₈N₃]⁺, m/z 110 [C₅H₈N₂]⁺입니다. 자외선-가시광선 분광법은 에탄올 용액에서 272 nm (ε = 12,400 M⁻¹·cm⁻¹) 및 220 nm (ε = 8,700 M⁻¹·cm⁻¹)에서 흡수 최대값을 나타냅니다.

화학적 특성과 반응성

반응 메커니즘과 동역학

Bupirimate는 pH 7, 25°C에서 반감기 32일로 중간 정도의 가수분해 안정성을 보입니다. 가수분해는 25°C에서 속도 상수 2.1×10⁻⁷ s⁻¹ (pH 5), 8.9×10⁻⁸ s⁻¹ (pH 7), 3.2×10⁻⁶ s⁻¹ (pH 9)를 가지는 유사 1차 반응 동역학을 따릅니다. 가수분해에 대한 활성화 에너지는 pH 7에서 86.4 kJ·mol⁻¹로 측정됩니다. 산 촉매 가수분해는 피리미딘 질소의 양성자화 후 C₄ 위치에서의 친핵성 공격을 통해 진행됩니다. 염기 촉매 가수분해는 설파메이트 황 원자에서의 수산화 이온 공격 및 이후 디메틸아민과 해당 피리미디닐 설페이트로의 분해를 포함합니다.

광화학적 분해는 모의 햇빛 조건에서 반감기 15시간으로 1차 반응 동역학을 따릅니다. 주요 광분해 경로에는 N-S 결합 절단, 에틸아미노기의 탈알킬화, 부틸 사슬의 산화가 포함됩니다. 이 화합물은 일반적인 산화제에 대한 산화에 안정성을 보이지만 강한 환원제와는 빠른 절단을 겪습니다. 열분해는 180°C에서 디메틸아민의 제거로 시작되며 이후 피리미딘 고리의 분열이 뒤따릅니다.

산-염기 및 산화환원 특성

Bupirimate는 주로 피리미딘 N₃ 위치에서 양성자화가 발생하는 약한 염기성을 나타냅니다. 짝산의 pK_a는 3.2이며, 이는 환경 조건에서 화합물이 주로 중성 형태로 존재함을 나타냅니다. 에틸아미노기는 방향족 시스템과의 공역으로 인해 무시할 수 있는 염기도를 보입니다. 산화환원 특성에는 표준 수소 전극 기준 -1.23 V의 1전자 환원 전위가 포함되어 있으며, 이는 중간 정도의 환원 감수성을 나타냅니다. 산화 전위는 +1.56 V로 측정되어 상온 조건에서 산화에 대한 저항성을 시사합니다.

전기화학 연구는 피리미딘 고리의 순차적 환원에 해당하는 -1.45 V 및 -1.85 V에서 비가역적 환원 파를 나타냅니다. 산화는 설파메이트 기를 포함하는 비가역적으로 +1.70 V에서 발생합니다. 이 화합물은 pH 4-9 범위에서 안정성을 보이며 최적 안정성은 pH 6-7에서 나타납니다. 완충 능력 연구는 pH 단위당 완충 지수 0.003 mol·L⁻¹으로 최소한의 완충 작용을 보여줍니다.

합성 및 제조 방법

실험실 합성 경로

Bupirimate의 실험실 합성은 일반적으로 4,6-다이하이드록시-2-메틸티오피리미딘에서 시작하여 순차적 기능화를 거칩니다. 합성 경로는 염기 존재 하에서 4번 위치의 O-알킬화(디메틸설파모일 클로라이드 사용)를 포함하며, 이후 2-메틸티오기의 친핵성 치환(에틸아민 사용)이 뒤따릅니다. 5번 위치의 부틸화는 무수 조건 하에서 부틸 리튬 또는 부틸 마그네슘 브로마이드를 사용합니다.

대표적인 절차는 4,6-다이클로로-2-메틸티오피리미딘 (1.0 당량)을 무수 테트라하이드로퓨란 중에서 나트륨 하이드라이드 (1.2 당량)를 염기로 사용하여 0°C에서 2시간 동안 디메틸설파모일 클로라이드 (1.1 당량)와 반응시키는 것을 포함합니다. 중간체는 4번 위치에서 선택적 치환을 거쳐 4-클로로-6-하이드록시-2-메틸티오피리미딘 디메틸설파메이트를 생성합니다. 이후 에탄올 중 에틸아민 (2.0 당량)과 4시간 환류 반응을 통해 2-메틸티오기가 치환됩니다. 마지막으로, 테트라하이드로퓨란 중 -78°C에서 부틸리튬 (1.1 당량)을 사용한 부틸화 후 물로 quenching하면 헥산-에틸 아세테이트로부터 재결정화 후 총 수율 45-50%로 Bupirimate를 얻습니다.

산업적 생산 방법

산업적 생산은 바르비투르산 유도체에서 시작하는 더 효율적인 경로를 사용합니다. 이 공정은 에틸우레아와 다이에틸 부틸말로네이트의 축합, 이후 염소화 및 설파모일화를 포함합니다. 주요 단계에는 산성 조건 하에서의 고리화, 인산 옥시클로라이드를 사용한 4번 위치의 선택적 염소화, 3급 아민 염기 존재 하에서 디메틸설파모일 클로라이드와의 반응이 포함됩니다.

공정 최적화는 다이에스터 생성 최소화를 위한 설파모일화 중 반응 온도 제어(0-5°C) 및 생성물 분리를 용이하게 하는 용매 선택에 중점을 둡니다. 일반적인 생산 규모는 500-1000 kg 배치로 운영되며, 고리화 단계 반응 시간 8-12시간, 설파모일화 반응 시간 4-6시간이 소요됩니다. 정제는 이소프로판올-물 혼합물로부터의 분별 결정화를 사용하여 순도 95% 이상의 기술 등급 Bupirimate를 생산합니다. 폐기물 흐름에는 주로 무기 염과 용매 잔류물이 포함되며, 이들은 증류 회수 및 생물학적 처리를 거칩니다.

분석 방법과 특성 분석

동정과 정량

크로마토그래피 방법은 Bupirimate 분석의 주요 수단을 제공합니다. 불꽃 이온화 검출기를 사용한 기체 크로마토그래피는 DB-5 모세관 컬럼 (30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)을 사용하며, 온도 프로그램은 100°C에서 280°C까지 10°C·min⁻¹입니다. 일반적인 머무름 시간은 12.4분이며 검출 한계는 0.05 mg·L⁻¹입니다. 272 nm에서 UV 검출을 사용한 고성능 액체 크로마토그래피는 C18 역상 컬럼과 아세토니트릴-물 (70:30) 이동상, 유속 1.0 mL·min⁻¹을 사용하며, 머무름 시간 6.8분, 검출 한계 0.02 mg·L⁻¹을 제공합니다.

질량 분석 검출은 m/z 316 [M]⁺, 261 [M - C₄H₇]⁺, 218 [M - C₄H₉NO]⁺의 특징적인 이온으로 특이성을 향상시킵니다. 액체 크로마토그래피-탠덤 질량 분석법은 다중 반응 모니터링 전이 316→261 및 316→218을 사용하여 검출 한계 0.001 mg·L⁻¹을 달성합니다. 검증 매개변수에는 선형성 범위 0.01-10 mg·L⁻¹ (r² > 0.999), 정확도 95-105%, 정밀도(상대 표준 편차 5% 미만)가 포함됩니다.

순도 평가와 품질 관리

기술 등급 Bupirimate에 대한 품질 관리 규격은 최소 순도 95.0%를 요구하며, 특정 불순물에 대한 최대 한도가 있습니다: 4,6-다이하이드록시-2-에틸아미노피리미딘 (1.0%), 4-클로로-2-에틸아미노-6-메틸피리미딘 (0.5%), 비스(디메틸설파메이트) 유도체 (0.8%). 결정은 기체 크로마토그래피 또는 고성능 액체 크로마토그래피에서 면적 정규화를 사용합니다. 잔류 용매 한도에는 메탄올 (<0.5%), 테트라하이드로퓨란 (<0.2%), 헥산 (<0.1%)이 포함됩니다.

가속 조건(40°C, 상대 습도 75%) 하에서의 안정성 테스트는 6개월 동안 2% 미만의 분해를 보여줍니다. 강제 분해 연구는 주요 분해 생성물로 5-부틸-2-에틸아미노-6-메틸피리미딘-4-올(가수분해 생성물) 및 N-데스에틸 Bupirimate(산화적 탈알킬화 생성물)를 확인했습니다. 유통기한 결정은 30°C 미만의 온도에서 원래 포장으로 적절히 보관된 물질에 대해 36개월로 추정합니다.

응용 분야와 사용

산업 및 상업적 응용

Bupirimate는 주로 농업 및 원예 제형에서 살균제 유효 성분으로 사용됩니다. 상업 제품은 일반적으로 유화 농축제 또는 수화성 분말 제형에서 활성 성분 25-30%를 포함합니다. 적용량은 경작지 작물의 경우 0.5-1.0 kg·ha⁻¹, 원예용 사용의 경우 0.1-0.3% 농도 범위입니다. 이 화합물은 사과, 배, 핵과류, 박과 작물, 장미, 딸기, 구즈베리, 까치밥나무, 라즈베리, 홉, 비트 작물의 흰가루병에 특히 효과적입니다.

제형 기술은 종종 Bupirimate를 다른 살균제 또는 살충제와 결합하여 활동 범위를 확장합니다. 시장 분석에 따르면 전 세계 연간 생산량은 약 500-700미터톤이며, 주요 생산 시설은 유럽과 아시아에 있습니다. 경제적 평가에 따르면 기술 등급 원료의 생산 비용은 kg당 $25-30, 시장 가격은 kg당 $40-50입니다. 이 화합물은 가치 기준으로 전 세계 살균제 시장의 약 2-3%를 차지합니다.

연구 응용 및 새로운 사용

연구 응용은 Bupirimate를 그 물관 이동 특성으로 인해 식물 내 전신 수송 연구를 위한 모델 화합물로 활용합니다. 연구는 알킬 사슬 길이와 설파메이트 치환 패턴이 생물학적 활성 및 물리화학적 특성에 미치는 영향을 특히 조사하여 피리미딘 설파메이트의 구조-활성 관계를 조사합니다. 이 화합물은 대사 및 환경 운명 연구를 위한 탄소-14 또는 황-35를 사용한 방사성 표지 유사체 제조를 위한 합성 중간체로 사용됩니다.

새로운 연구는 막대 모양의 분자 구조와 극성 말단기로 인해 액정 화합물을 위한 구성 단위로서의 잠재적 응용, 특히 재료 과학에서의 응용을 탐구합니다. 특허 분석은 개선된 환경 적합성 및 감소된 포유류 독성을 위한 변형된 알킬 사슬과 설파메이트 기를 가진 Bupirimate 유사체의 지속적인 개발을 보여줍니다. 최근 연구는 전이 금속과의 배위 화학을 조사하여 촉매 설계 및 분자 인식 시스템에서의 잠재적 응용을 밝혀냈습니다.

역사적 발전과 발견

Bupirimate의 발견은 1960년대 Imperial Chemical Industries의 Jealott's Hill 연구소에서의 체계적인 연구에서 비롯되었습니다. 연구원들은 확립된 감염을 bekämpfung하기 위해 식물 조직을 투과하여 체계적으로 이동할 수 있는 살균제를 찾고 있었습니다. 초기 발견에는 다양한 곰팡이병에 효과를 보였지만 사과 흰가루병에 대해서는 한계를 보인 dimethirimol (1968)과 ethirimol (1970)이 포함되었습니다.

Bupirimate는 이 계열에서 세 번째 세대를 나타내며, 1972년에 처음 합성되었고 1975년에 상업적으로 도입되었습니다. 주요 혁신은 피리미딘 고리의 4번 위치에 설파메이트 기를 도입하는 것을 포함했으며, 이는 전신 이동을 향상시키고 저항성 곰팡이 균주에 대한 활성을 개선했습니다. 개발 작업은 알킬 치환기를 최적화하는 데 중점을 두었으며, 결국 활성, 이동성 및 환경 지속성의 최적 균형을 위해 부틸 사슬을 선택했습니다. 이 화합물은 1970년대 후반 여러 국가에서 규제 승인을 받았으며, 새로운 살균제 계급이 개발되었음에도 오늘날까지 사용되고 있습니다.

결론

Bupirimate는 피리미딘 고리 시스템과 설파메이트 기능기를 결합하여 독특한 전신 특성과 생물학적 활성을 가진 화합물을 생성함으로써 살균제 화학에서 중요한 성취를 나타냅니다. 그 분자 구조는 부틸 사슬로부터의 친유성과 설파메이트 기로부터의 극성 기능의 신중한 균형을 특징으로 하며, 이는 식물 조직으로의 투과와 관다발 시스템 내 이동성 모두를 가능하게 합니다. 이 화합물은 많은 동시대 살균제와 비교하여 중간 정도의 환경 지속성과 유리한 독성학적 프로필을 보여줍니다.

향후 연구 방향에는 지속성 감소를 위한 환경 친화적 유사체 개발, 재료 과학에서의 비농업적 응용 조사, 분자 수준에서의 작용 메커니즘 탐구가 포함됩니다. 지속적인 합성 노력은 개선된 선택성과 저항성 발생 가능성 감소를 위한 유사체 생성에 중점을 둡니다. Bupirimate의 기본 화학은 전신 살균제에 대한 구조-활성 관계와 생물학적 시스템 내 특정 분포 패턴이 필요한 화합물에 대한 설계 원칙에 대한 통찰력을 계속 제공하고 있습니다.