專利名稱：光活化殺蟲劑氨基甲酸多炔苯基酯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)藥領(lǐng)域，具體地涉及一類具有光活化殺蟲活性的氨基甲酸酯類農(nóng)藥。
背景技術(shù)：
氨基甲酸酯類殺蟲劑是一大類傳統(tǒng)的殺蟲劑，作用迅速，其殺蟲譜廣，對很多害蟲高效，有很多品種有內(nèi)吸活性。氨基甲酸酯類殺蟲劑的作用機(jī)制在于抑制了乙酰膽堿酯酶，使昆蟲神經(jīng)突觸后膜乙酰膽堿不能被及時分解成膽堿和乙酸，乙酰膽堿不停地刺激神經(jīng)后膜，破壞神經(jīng)沖動的正常傳導(dǎo)從而使昆蟲中毒。乙酰膽堿酯酶分解乙酰膽堿的過程可用反應(yīng)式表示如下
EH為乙酰膽堿酯酶，AX為乙酰膽堿(A為乙?；琗為膽堿)，首先形成酶——底物絡(luò)合物(EH·AX)，接著膽堿(X)從絡(luò)合物(EH·AX)分離，?；D(zhuǎn)移到酯酶分子上去形成乙酰化酶(EA)，然后乙酰化酶迅速水解使酶復(fù)活。
氨基甲酸酯類殺蟲劑與乙酰膽堿酯酶的反應(yīng)同乙酰膽堿與乙酰膽堿酯酶的反應(yīng)非常相似
CX表示氨基甲酸酯，E表示乙酰膽堿酯酶，氨基甲酸酯首先與乙酰膽堿酯酶形成復(fù)合體E·CX，接著分離X形成氨基甲?；窩E，最后CE經(jīng)過水解脫氨基甲?；姑笍?fù)合，但在神經(jīng)突觸內(nèi)水解反應(yīng)比乙酰膽堿酯酶與乙酰膽堿的反應(yīng)慢得多，低千倍以上，因此乙酰膽堿酯酶被抑制，突觸后膜過量的乙酰膽堿不能及時分解，不停地刺激后膜，使后膜長時間處于興奮狀態(tài)，阻礙了神經(jīng)沖動的正常傳導(dǎo)，中毒昆蟲慢慢進(jìn)入痙攣、麻痹，以至死亡。但是害蟲在進(jìn)化中已對此類藥劑產(chǎn)生了相當(dāng)?shù)倪m應(yīng)性，途徑之一表現(xiàn)在對氨基甲?；窩E的水解能力的增強(qiáng)，使被藥劑抑制的乙酰膽堿酯酶的活性得以恢復(fù)，從而表現(xiàn)出抗藥性。
氨基甲酸酯類殺蟲劑在防治害蟲上曾經(jīng)起了重要作用，由于不合理使用，害蟲對此類殺蟲劑的抗藥性越來越嚴(yán)重。如何延緩害蟲抗藥性產(chǎn)生，延長現(xiàn)有農(nóng)藥的使用壽命，對害蟲防治具有重大意義。
多炔類殺蟲劑屬于光活化殺蟲劑，又稱為光敏化合物或光敏毒素，其作用機(jī)理是接受光能后將自身活化，活化能可轉(zhuǎn)移給細(xì)胞內(nèi)的重要分子。例如，將能量轉(zhuǎn)移給氧分子，使氧分子轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸饔酶鼮閺?qiáng)大的單線態(tài)氧，這種單線態(tài)氧可氧化細(xì)胞內(nèi)的其它重要的生物分子，如生物膜上的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和部分氨基酸，造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)迅速破壞，使正常的生理代謝中斷，細(xì)胞死亡。這種作用機(jī)制稱為光動力學(xué)反應(yīng)(Photodynamic respones)。光敏化合物接受光能后還能自身轉(zhuǎn)化為自由基或者轉(zhuǎn)移能量使其它分子轉(zhuǎn)變自由基，皆以自由基形式破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。還有的光敏分子在光作用下與細(xì)胞內(nèi)的DNA分子結(jié)合形成加合物，從而影響細(xì)胞DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，造成細(xì)胞遺傳毒性，即所謂光誘發(fā)遺傳毒性反應(yīng)(Photogenotoxicrespones)。
研究發(fā)現(xiàn)，存在于菊科植物豬毛蒿中的光敏化合物-1-苯基-2，4-己二炔(茵陳二炔)對一些害蟲如致倦庫蚊和棉花紅蜘蛛具有顯著的光活化毒殺作用，現(xiàn)已能以茵陳二炔為母體合成其它的多炔類化合物。在有近紫外光照射下，這些多炔類化合物可產(chǎn)生單線態(tài)氧或自由基，氧化生物大分子，破壞生物體細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)與代謝，最終導(dǎo)致昆蟲死亡。
多炔類殺蟲劑進(jìn)入蟲體后廣泛分布，在昆蟲體內(nèi)沒有專一的靶標(biāo)，靶向性很差，若分布于神經(jīng)系統(tǒng)以外的組織，即使發(fā)揮了光活化作用也不能迅速殺死害蟲，這就造成了藥劑的浪費，而要以最快的速度殺死害蟲，就必須破壞害蟲的神經(jīng)系統(tǒng)，這就要求提高多炔類殺蟲劑的靶向性，使之盡可能地分布于神經(jīng)系統(tǒng)。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的在于通過將氨基甲酸酯類殺蟲劑的活性基團(tuán)和光活化殺蟲劑多炔類化合物的活性基團(tuán)結(jié)合在一個分子上，形成一類新型光活化殺蟲劑氨基甲酸多炔苯基酯，以提高光活化殺蟲劑多炔類化合物在害蟲體內(nèi)的靶向性，使之定向地分布于害蟲的神經(jīng)系統(tǒng)，這樣使氨基甲酸酯的活性基團(tuán)在抑制乙酰膽堿酯酶的同時，光活化殺蟲劑的活性基團(tuán)受到光的激發(fā)后也作用于乙酰膽堿酯酶，這兩方面的功效造成了乙酰膽堿酯酶的永久失活，從而延緩害蟲抗藥性產(chǎn)生。
本發(fā)明所述的氨基甲酸多炔苯基酯是一類新型光活化殺蟲劑，它的作用機(jī)理是氨基甲酸多炔苯基酯進(jìn)入蟲體后能分布于神經(jīng)突觸，且能與乙酰膽堿酯酶較好地結(jié)合，氨基甲酸多炔苯基酯由于含有氨基甲酸酯類殺蟲劑的活性基團(tuán)，因而能抑制乙酰膽堿酯酶起到神經(jīng)毒劑的作用；另外，由于本類殺蟲劑含有光活化殺蟲劑多炔類化合物的活性基團(tuán)，當(dāng)氨基甲酸多炔苯基酯與乙酰膽堿酯酶結(jié)合后，其光活化基團(tuán)能在光的激發(fā)下還能夠氧化破壞乙酰膽堿酯酶，這兩方面的效果會造成乙酰膽堿酯酶的不可逆抑制。
本發(fā)明所提供的氨基甲酸多炔苯基酯，其母體結(jié)構(gòu)是氨基甲酸苯基酯，結(jié)構(gòu)式為 氨基甲酸多炔苯基酯的特征在于1.氨基甲酸多炔苯基酯既含有氨基甲酸酯的活性基團(tuán)，又含有具有光活化作用的共軛多炔類化合物的活性基團(tuán)。
2.N原子上有一個取代基R1，苯環(huán)的鄰位、間位和對位上有三個取代基R2、R3、R4。其中取代基R1可以是-H，或-CH3，或-COCH2SCH3，或-COCH2OCH3，或-COCH3，或-SCCl3，或-CHC(C2H5)2，或-COCH2Cl；取代基R2、R3、R4中至少有一個是1，3-丁二炔-1-基或2，4-戊二炔-1-基。
3.取代基R2可以是-H，或-CH3，或1，3-丁二炔-1-基，或2，4-戊二炔-1-基。
4.取代基R3可以是-H，或-CH3，或1，3-丁二炔-1-基，或2，4-戊二炔-1-基。
5.取代基R4可以是-H，或-CH3，或1，3-丁二炔-1-基，或2，4-戊二炔-1-基。
6、氨基甲酸多炔苯基酯包括甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯和甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯兩種光活化殺蟲劑。甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯的結(jié)構(gòu)為 甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯的結(jié)構(gòu)為 氨基甲酸多炔苯基酯類化合物有如下優(yōu)點
1.氨基甲酸多炔苯基酯類化合物的兩種活性基團(tuán)可產(chǎn)生協(xié)同作用，沒有光照時發(fā)揮神經(jīng)毒劑的作用，有光照則還會發(fā)揮光活化殺蟲作用，活性倍增。生態(tài)環(huán)境中無處不存在太陽光和氧，光活化殺蟲劑施用田間后，它能充分利用環(huán)境中的光和氧，提高對害蟲的防治效果，提高幅度從幾十倍到上百倍。
2.氨基甲酸多炔苯基酯類化合物還能提高多炔類殺蟲劑的靶向性，具有使光活化殺蟲劑多炔類化合物向神經(jīng)系統(tǒng)定向轉(zhuǎn)移的功能，由于氨基甲酸噻吩酯含有氨基甲酸酯類殺蟲劑和光活化殺蟲劑多炔類的活性部位，這樣當(dāng)氨基甲酸酯的活性部位抑制乙酰膽堿酯酶的同時，多炔類殺蟲劑的活性部分在受光的激發(fā)后也會氧化破壞乙酰膽堿酯酶，這兩種效果會造成乙酰膽堿酯酶的不可逆抑制，因此活性很高并且不易產(chǎn)生抗藥性。
3.光活化殺蟲劑在發(fā)揮藥效的同時也是被分解的過程。因此，光活化殺蟲劑不會造成在環(huán)境中的累積。這類殺蟲劑正是人們所期盼的環(huán)境和諧型殺蟲劑，符合人們對環(huán)保和綠色食品的要求。
為了更好地理解發(fā)明的實質(zhì)，下面用實例來說明氨基甲酸多炔苯基酯類化合物的優(yōu)點。
實驗證明，氨基甲酸多炔苯基酯類殺蟲劑能很好地與乙酰膽堿酯酶結(jié)合并抑制乙酰膽堿酯酶的活性，在光照條件下(紫外光照24小時)對乙酰膽堿酯酶的抑制活性大大增強(qiáng)，結(jié)果見表1和表2。
實驗方法用相同濃度的西維因、甲基-氨基甲酸-2-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯處理牛紅細(xì)胞，提取乙酰膽堿酯酶。然后每種處理取50μl酶液，加入2.3ml0.1mol/L磷酸緩沖液、50μl0.075mol/L碘化乙酰膽堿、0.1ml0.01mol/L DTNB，在25℃水浴中保溫15min，加入0.1ml1×10-3mol/L毒扁豆堿，410nm處比色，測定乙酰膽堿酯酶活力，計算每種藥物對乙酰膽堿酯酶的解離常數(shù)和抑制中濃度。
表1幾種化合物對牛紅細(xì)胞乙酰膽堿酯酶在38℃及pH7.0-7.4的解離常數(shù)Ka(mol/min)西維因 1.1×10-5甲基-氨基甲酸-2-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯5.3×10-3甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯2.1×10-4甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯3.7×10-4從表1的Ka可以看出，西維因、甲基-氨基甲酸-2-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯都能與乙酰膽堿酯酶很好地結(jié)合，西維因?qū)σ阴Ｄ憠A酯酶的結(jié)合力最強(qiáng)。
表2幾種化合物對牛紅細(xì)胞乙酰膽堿酯酶的抑制作用I50(mol/L)光照 黑暗 光活化比西維因 1.1×10-61.5×10-61.361-苯基-2，4-己二炔 3×10-72.44×10-68.13甲基-氨基甲酸-2-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯3.15×10-69.7×10-530.8甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯3.58×10-73.8×10-610.6甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯7.6×10-75.2×10-66.8
從表2可以看出，西維因沒有光活化作用，1-苯基-2，4-己二炔、甲基-氨基甲酸-2-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯都表現(xiàn)出光活化活性。
實驗證明，氨基甲酸多炔苯基酯類殺蟲劑在光照條件下(紫外光照24小時)對致倦庫蚊的活性大大提高，并能延緩致倦庫蚊對此類殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性，結(jié)果見表3和表4。
實驗方法將西維因、1-苯基-2，4-己二炔、甲基-氨基甲酸-2-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯設(shè)置5個濃度梯度，喂養(yǎng)致倦庫蚊，計算致死中濃度。用以上藥物在光照條件下將致倦庫蚊喂養(yǎng)15代后再測定致死中濃度，計算抗性指數(shù)。
表3幾種化合物對致倦庫蚊4齡幼蟲的毒力(24h)LC50(μg/ml)光照黑暗光活化比西維因 3.6 4.2 1.21-苯基-2，4-己二炔 0.181.9110.6甲基-氨基甲酸-2-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯0.9120.48 22.5甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯0.473.948.4甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯0.684.837.1從表3可以看出，西維因沒有光活化作用，而1-苯基-2，4-己二炔、甲基-氨基甲酸-2-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯都表現(xiàn)出光活化活性。
表4致倦庫蚊4齡幼蟲對幾種化合物的抗性指數(shù)(施藥后15代)LC50(μg/ml)敏感品系 抗性品系抗性指數(shù)西維因 3.692.16 25.61-苯基-2，4-己二炔 0.18 1.518.4甲基-氨基甲酸-2-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯0.91 6.467.1甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯0.47 3.958.4甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯0.68 5.3 7.8從表4可看出，小菜蛾3齡幼蟲對西維因、1-苯基-2，4-己二炔、甲基-氨基甲酸-2-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯的抗性指數(shù)分別為25.6、8※.4、7.1、8.4、7.8，說明小菜蛾對西維因極易產(chǎn)生抗藥性，而對1-苯基-2，4-己二炔、甲基-氨基甲酸-2-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯、甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯不易產(chǎn)生抗藥性。
為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)給出兩種不同的制備氨基甲酸多炔苯基酯的實例，本發(fā)明包括但不限于此兩種制備方法。實例1用光氣法制備甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯取0.010mol1，3-丁二炔通入液氨的金屬鈉溶液，在-40□C緩慢反應(yīng)2小時后升溫至室溫，液氨蒸發(fā)，獲1，3-丁二炔鈉固體，將該固體與0.01mol的3-氯酚鈉共同放置在20ml的DMF溶液中回流1小時后蒸干DMF溶劑，再將所獲的3-(1，3-丁二炔-1-基)酚鈉溶于20ml的甲苯中溶解后，置入100ml三頸瓶中，三頸瓶浸在0□C冰水混合水浴中，在攪拌條件下，2小時內(nèi)通入光氣0.02mol，反應(yīng)放出的HCl用水吸收，再撤去冰水浴，將三頸瓶置于室溫，加入甲基胺0.018mol，攪拌反應(yīng)1小時后，用真空泵減壓蒸餾除去溶劑及未反應(yīng)的甲基胺，用水洗去CH3NH2口HCl，可得80％以上的產(chǎn)物甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯，再通過硅膠柱分離提純可得純化合物。
經(jīng)元素分析，各元素的百分含量與目標(biāo)分子式相吻合。
由說明書附圖1反映的質(zhì)譜歸屬與目標(biāo)分子一致。
由說明書附圖2反映的C13NMR譜圖歸屬與目標(biāo)分子一致。實例2用異氰酸酯法制備甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯取0.010mol1，3-丁二炔通入液氨的金屬鈉溶液，在-40□C緩慢反應(yīng)2小時后升溫至室溫，液氨蒸發(fā)，獲1，3-丁二炔鈉固體，將該固體與0.01mol的4-氯酚鈉共同放置在20ml的DMF溶液中回流1小時后蒸干DMF溶劑，加水溶解，通入CO2氣體2升后用乙醚20ml萃取4-(1，3-丁二炔-1-基)炔苯酚鈉，置入100ml三頸瓶中，加入0.02mol異氰酸甲酯，電磁攪拌，加入0.001mol三乙醇胺，加熱回流3小時后，加熱減壓蒸餾除去乙醚及異氰酸甲酯，加水洗去三乙醇胺及副產(chǎn)物，可得86％的甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯，再通過硅膠柱分離提純可得純化合物。
經(jīng)元素分析，各元素的百分含量與目標(biāo)分子式相吻合。
由說明書附圖3反映的質(zhì)譜歸屬與目標(biāo)分子一致。
由說明書附圖4反映的C13NMR譜圖歸屬與目標(biāo)分子一致。


附圖1甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯的質(zhì)譜歸屬圖附圖2甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯C13NMR譜圖的歸屬附圖3甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯的質(zhì)譜歸屬附圖4甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯的C13NMR譜圖歸屬
權(quán)利要求
1.一種光活化殺蟲劑氨基甲酸多炔苯基酯，其特征在于氨基甲酸多炔苯基酯既含有氨基甲酸酯的活性基團(tuán)，又含有具有光活化作用的共軛多炔類化合物的活性基團(tuán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光活化殺蟲劑，其特征在于氨基甲酸多炔苯基酯的母體結(jié)構(gòu)是氨基甲酸苯基酯，結(jié)構(gòu)式為 N原子上有一個取代基R1，苯環(huán)的鄰位、間位和對位上有三個取代基R2、R3、R4，其中取代基R1可以是-H，或-CH3，或-COCH2SCH3，或-COCH2OCH3，或-COCH3，或-SCCl3，或-CHC(C2H5)2，或-COCH2Cl；取代基R2、R3、R4中至少有一個是1，3-丁二炔-1-基或2，4-戊二炔-1-基。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光活化殺蟲劑，其特征在于取代基R2可以是-H，或-CH3，或1，3-丁二炔-1-基，或2，4-戊二炔-1-基。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光活化殺蟲劑，其特征在于取代基R3可以是-H，或-CH3，或1，3-丁二炔-1-基，或2，4-戊二炔-1-基。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光活化殺蟲劑，其特征在于取代基R4可以是-H，或-CH3，或1，3-丁二炔-1-基，或2，4-戊二炔-1-基。
6根據(jù)權(quán)利要求2所述的光活化殺蟲劑，包括甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯和甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯兩種光活化殺蟲劑，甲基-氨基甲酸-3-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯的結(jié)構(gòu)為 甲基-氨基甲酸-4-(1，3-丁二炔-1-基)苯基酯的結(jié)構(gòu)為
全文摘要
本發(fā)明涉及一類光活化殺蟲劑氨基甲酸多炔苯基酯。氨基甲酸多炔苯基酯既含有光活化殺蟲劑多炔類化合物的活性基團(tuán)，又含有氨基甲酸酯類殺蟲劑的活性基團(tuán)。氨基甲酸多炔苯基酯既保留了氨基甲酸酯類殺蟲劑高效的優(yōu)點，又具備多炔類光活化殺蟲劑低殘留的優(yōu)點，有利于提高藥效，延緩抗藥性產(chǎn)生。
文檔編號A01N47/18GK1425296SQ02149739
公開日2003年6月25日 申請日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
發(fā)明者徐漢虹, 胡林 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)