專利名稱：光活化殺蟲劑氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯的制作方法
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式表示如下
EH為乙酰膽堿酯酶，AX為乙酰膽堿(A為乙?；?，X為膽堿)，首先形成酶——底物絡合物(EH·AX)，接著膽堿(X)從絡合物(EH·AX)分離，酰基轉(zhuǎn)移到酯酶分子上去形成乙?；?EA)，然后乙酰化酶迅速水解使酶復活。
氨基甲酸酯類殺蟲劑與乙酰膽堿酯酶的反應同乙酰膽堿與乙酰膽堿酯酶的反應非常相似
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合體E·CX，接著分離X形成氨基甲酰化酶CE，最后CE經(jīng)過水解脫氨基甲?；姑笍秃希谏窠?jīng)突觸內(nèi)水解反應比乙酰膽堿酯酶與乙酰膽堿的反應慢得多，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，中毒昆蟲慢慢進入痙攣、麻痹，以至死亡。但是害蟲在進化中已對此類藥劑產(chǎn)生了相當?shù)倪m應性，途徑之一表現(xiàn)在對氨基甲酰化酶CE的水解能力的增強，使被藥劑抑制的乙酰膽堿酯酶的活性得以恢復，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。
噻吩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，其作用機理是接受光能后將自身活化，活化能可轉(zhuǎn)移給細胞內(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饔酶鼮閺姶蟮膯尉€態(tài)氧，這種單線態(tài)氧可氧化細胞內(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，造成細胞結(jié)構(gòu)迅速破壞，使正常的生理代謝中斷，細胞死亡。這種作用機制稱為光動力學反應(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胞結(jié)構(gòu)。還有的光敏分子在光作用下與細胞內(nèi)的DNA分子結(jié)合形成加合物，從而影響細胞DNA的復制與轉(zhuǎn)錄，造成細胞遺傳毒性，即所謂光誘發(fā)遺傳毒性反應(Photogenotoxicrespones)。
研究發(fā)現(xiàn)，萬壽菊、孔雀草和鯉腸提取物中均含有光敏化合物-α-三聯(lián)噻吩(α-T)和它的類似物。在有近紫外光照射下，α-T對斜紋夜蛾、菜粉蝶、小菜蛾和淡色庫蚊的SOD(超氧化歧化酶)活性，對蚊蟲乙酰膽堿酯酶活性都有明顯的抑制作用。在電鏡下觀察，α-T能破壞菜粉蝶幼蟲的胸部表皮結(jié)構(gòu)，可導致核膜溶解，核仁變型，染色體擴散，線粒體嚴重受損。利用電子自旋共振技術(shù)測得α-T能顯著增加細胞活性氧自由基濃度，誘導細胞產(chǎn)生單線態(tài)氧，表明α-T為光動力學反應機制。
噻吩類殺蟲劑進入蟲體后廣泛分布，在昆蟲體內(nèi)沒有專一的靶標，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，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)，這就要求噻吩類殺蟲劑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和光活化殺蟲劑噻吩類化合物的活性基團結(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聯(lián)噻吩酯，以提高光活化殺蟲劑噻吩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在抑制乙酰膽堿酯酶的同時，光活化殺蟲劑的活性基團受到光的激發(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)明所提供的氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯是一類新型光活化殺蟲劑，它的作用機理是氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯進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，氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯由于含有氨基甲酸酯類殺蟲劑的活性基團，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噻吩類化合物的活性基團，當氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯與乙酰膽堿酯酶結(jié)合后，其光活化基團能在光的激發(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聯(lián)噻吩酯，其母體結(jié)構(gòu)是氨基甲酸二聯(lián)噻吩酯，其結(jié)構(gòu)式為 或 氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯的特征在于1.氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯既含有氨基甲酸酯類殺蟲劑的活性基團，又含有光活化殺蟲劑多聯(lián)噻吩類化合物的活性基團。
2.氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯的N原子上有兩個取代基R1、R2，二聯(lián)噻吩的5’位上有一個取代基R3。
3.氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯的取代基R1可以是-H，或-CH3。
4.氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯的取代基R2可以是-H，或-CH3，或-COCH2SCH3，或-COCH2OCH3，或-COCH3，或-SCCl3，或-CHC(C2H5)2，或-COCH2Cl。
5.氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯的取代基R3可以是-CN，或2-噻吩基，或2-氰基-5-噻吩基，結(jié)構(gòu)式為 2-噻吩基 2-氰基-5-噻吩基6.氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯包括甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯，甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯和甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯三種高效氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯類殺蟲劑。
甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯的結(jié)構(gòu)式為 甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯的結(jié)構(gòu)式為 甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯的結(jié)構(gòu)式為 氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯類化合物有如下優(yōu)點1.氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯類化合物的兩種活性基團可產(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.氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯類化合物還能提高噻吩類殺蟲劑的靶向性，具有使光活化殺蟲劑噻吩酯類化合物向神經(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噻吩類的活性部位，這樣當氨基甲酸酯的活性部位抑制乙酰膽堿酯酶的同時，噻吩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.光活化毒素在發(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聯(lián)噻吩酯類化合物的優(yōu)點。
實驗證明，氨基甲酸多聯(lián)噻吩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，在光照條件下對乙酰膽堿酯酶的抑制活性大大增強，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[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯處理牛紅細胞，提取乙酰膽堿酯酶。然后每種處理取50μl酶液，加入2.8ml0.1mol/L磷酸緩沖液、50μ10.075mol/L碘化乙酰膽堿、0.1ml0.01mol/LDTNB，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活的解離常數(shù)和抑制中濃度。
表1幾種化合物對牛紅細胞乙酰膽堿酯酶在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[2，2，5，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯5.8×10-5甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯 2.4×10-5甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯 3.3×10-5從表1的Ka可以看出，西維因、甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-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。
表2幾種化合物對牛紅細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 1.5×10-61.1×10-60.73三聯(lián)噻吩8×10-72.4×10-530甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯4×10-73.7×10-578.8甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯 6.9×10-72.8×10-540.6甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯 6×10-73.2×10-553.3從表2可以看出，西維因沒有光活化作用，三聯(lián)噻吩、甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯都表現(xiàn)出光活化活性，其活性增加順序為甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯＞甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯＞甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯＞三聯(lián)噻吩。
實驗證明，氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯類殺蟲劑在光照條件下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、三聯(lián)噻吩、甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-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 1.2三聯(lián)噻吩0.047 1.9137.9甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯0.032 3.1297.5甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯 0.041.9448.5甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯 0.036 2.1660.3從表3可以看出，西維因沒有光活化作用，而三聯(lián)噻吩、甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯都表現(xiàn)出光活化活性，其活性增加順序為甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯＞甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯＞甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯＞三聯(lián)噻吩。
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 3.681.36 22.6三聯(lián)噻吩0.047 0.39 8.4甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯0.032 0.16 5.1甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯 0.04 0.2566.4甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯 0.036 0.21 5.8從表4可看出，小菜蛾3齡幼蟲對西維因、三聯(lián)噻吩、甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯的抗性指數(shù)分別為11.3、4.4、3.2、2.4、2.9，說明小菜蛾對西維因極易產(chǎn)生抗藥性，而對三聯(lián)噻吩、甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-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聯(lián)噻吩酯的實例，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[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯取0.01mol 2-酚鈉-[5，2’]二聯(lián)噻吩在20ml的甲苯中溶解后，置入100ml三頸瓶中，三頸瓶浸在0℃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1小時后，用真空泵減壓蒸餾除去溶劑及未反應的甲基胺，用水洗去CH3NH2·HCl，可得87％以上的產(chǎn)物甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-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分子式相吻合。
由說明書附圖1反映的質(zhì)譜歸屬與目標分子一致。
由說明書附圖2和3反映的C13NMR譜圖及其歸屬與目標分子一致。實例2用異氰酸酯法制備甲基-氨基甲酸-5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯取0.01mol 2-羥基-5’-氰基-[2’，5]二聯(lián)噻吩溶于20ml的乙醚中，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附產(chǎn)物，可得94％的甲基-氨基甲酸-5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-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分子式相吻合。
由說明書附圖4反映的質(zhì)譜歸屬與目標分子一致。
由說明書附圖5和6反映的C13NMR譜圖及其歸屬與目標分子一致。實例3用與實例2相同的方法，以2-羥基[5，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩為原料可制得甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-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分子式相吻合。
由說明書附圖7反映的質(zhì)譜歸屬與目標分子一致。
由說明書附圖8和9反映的C13NMR譜圖及其歸屬與目標分子一致。


附圖1甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯的質(zhì)譜歸屬圖附圖2甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯C13NMR譜圖附圖3甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯C13NMR譜圖的歸屬附圖4甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯的質(zhì)譜歸屬附圖5甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯的C13NMR譜附圖6甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯的C13NMR譜歸屬附圖7甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯的質(zhì)譜歸屬附圖8甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯的C13NMR譜圖附圖9甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯的C13NMR譜圖的歸屬
權(quán)利要求
1.一種光活化殺蟲劑氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯，其特征在于氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯既含有氨基甲酸酯類殺蟲劑的活性基團，又含有光活化殺蟲劑多聯(lián)噻吩類化合物的活性基團。
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聯(lián)噻吩酯的母體結(jié)構(gòu)是氨基甲酸二聯(lián)噻吩酯，其結(jié)構(gòu)式為 或
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光活化殺蟲劑，其特征在于N原子上有兩個取代基R1、R2，二聯(lián)噻吩的5’位上有一個取代基R3。
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R1可以是-H，或-CH3。
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R2可以是-H，或-CH3，或-COCH2SCH3，或-COCH2OCH3，或-COCH3，或-SCCl3，或-CHC(C2H5)2，或-COCH2Cl。
6.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-CN，或2-噻吩基，或2-氰基-5-噻吩基，結(jié)構(gòu)式為 2-噻吩基 2-氰基-5-噻吩基
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光活化殺蟲劑，其特征在于該殺蟲劑包括甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯，甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯和甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯三種高效氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯類殺蟲劑，甲基-氨基甲酸[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯的結(jié)構(gòu)式為 甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二聯(lián)噻吩-5-酯的結(jié)構(gòu)式為 甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三聯(lián)噻吩-5-酯的結(jié)構(gòu)式為
全文摘要
本發(fā)明涉及一類新型光活化殺蟲劑氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯。氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯既含有光活化殺蟲劑噻吩類化合物的活性基團，又含有氨基甲酸酯類殺蟲劑的活性基團。氨基甲酸多聯(lián)噻吩酯既保留了氨基甲酸酯類殺蟲劑高效的優(yōu)點，又具備噻吩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A01N47/10GK1425295SQ0214973
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