一类脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖及其制备方法与应用
【专利摘要】本发明提供了一类脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖，其分子结构式如式(I)所示，该衍生物的制备方法为：先将脱氢松香酸进行羟基保护得到苄基化脱氢松香酸，再采用SOCl2进行酰胺化，并与壳聚糖共聚得到苄基化脱氢松香酸羧基?壳聚糖衍生物，再在Pd/C催化剂作用下，通入氢气，脱保护得所需脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖。本发明所提供的新型脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖对松线虫病具有优良的防治效果，可用于制备农药、园艺等领域的杀虫、杀菌剂，具有高效、低毒、环境友好的优点。其中n为自然数，壳聚糖为分子量300～2000的低分子壳聚糖。
【专利说明】
一类脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖及其制备方法与应用
技术领域
[0001] 本发明属于农药技术领域，具体涉及一种可以作为有害生物防治剂活性成分的脱 氢松香酸衍生物接枝壳聚糖及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 随着人类对农药破坏环境以及危害人类等的重视，部分高毒、安全性差的农药被 禁止使用，研究开发低毒、安全性高、高效的农药成了目前的新目标。近年来，部分新合成的 植物源农药已经代替了卤代烃类、硫代异硫氰酸酯类、氨基甲酸酯类和有机磷类等高毒农 药，脱氢松香类衍生物就是其中一类。
[0003] 脱氢松香酸(脱氢枞酸），具有抗菌、抗病毒、拒食活性、缓释活性等活性。松香可以 通过歧化反应方便地得到脱氢松香酸，因此廉价易得。而由松香制备的植物源农药，由于使 用成本低，环境相容性好，是从保护环境的角度寻求控制线虫的新方法，目前研究、开发植 物源农药成为防治根结线虫的新发展趋势。利用脱氢松香酸为原料可以合成多种具有生物 活性的化合物，在抗菌、杀虫等方面有显著的效果。脱氢松香酸化学结构如下：
[0004]
[0005] 壳聚糖在农业上可应用于植物生长调节，并且因无毒、无害、无污染、可安全降解 等特点而具有广泛应用。壳聚糖对植物氨同化关键酶具有明显的生理调节功能，可以提高 植物同化NH 4+的能力，有利于蛋白质的生物合成与积累，改善植物的营养品质及园艺性状； 并能迅速激发植物的防卫反应，启动植物的防御系统，有效地提高植物的抗病性。同时通过 壳聚糖结合蛋白的分离、纯化及其生化特性的研究为进一步确定壳聚糖的作用机制奠定了 基础。
【发明内容】
[0006] 本发明的第一个目的是提供对松线虫害虫具有优良防治效果，同时具有高效、低 毒、低残量、环境相容性好等特点的一类脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖，以满足松科植物保 护对高效安全杀虫、杀菌剂的需求。
[0007] 本发明解决技术问题所采用的技术方案如下；
[0008] -类脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖，其分子结构式如式(I)所示：
[0009]
[0010] 其中η为自然数，壳聚糖为分子量300~2000的低分子壳聚糖。
[0011 ]作为优选，所述壳聚糖为分子量1500~2000的低分子壳聚糖。
[0012]本发明的第二个目的是提供一种制备化合物（I)的方法，所述制备方法包括如下 步骤：
[0013] ⑴羟基的保护
[0014] 称取脱氢松香酸，用甲醇溶解，加入苄基氯和催化剂碳酸氢钠，在50°C下搅拌4~ 6h后，加水搅拌，用二氯甲烷萃取，取下层溶液，旋转蒸发，再用甲醇重结晶，即得苄基化脱 氢松香酸粗品；
[0015]
[0016] 、一 …一,。
[0017]称取苄基化脱氢松香酸装入反应容器中，采用DMS0溶解，再缓慢滴加 S0C12,滴加 完毕缓慢升温到110°C，控制反应容器真空度为0.1 MPa，回流反应3~5h，一边反应一边采用 20%Na0H水溶液吸收反应产生的气体，反应结束后，蒸出剩余的DMS0和略微过量的S0C12， 再向反应容器中加入壳聚糖-水悬浊液，常温搅拌反应1~3h后，过滤，滤饼干燥，再用甲醇 重结晶得所需苄基化脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖；
[0018]
[0019] ⑶脱保护
[0020]在反应容器中加入步骤(2)所得苄基化脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖，水作溶剂， Pd/C作催化剂，通入氢气，于80°C下搅拌lh，过滤，滤饼干燥，再用甲醇重结晶就可以得到脱 氢松香酸衍牛物接枝壳聚糖。
[0021
[0022]作为优选，步骤(2)中所述壳聚糖-水悬浊液的质量浓度为15%。
[0023]作为优选，所述壳聚糖的分子量在300~2000之间。
[0024] 作为优选，步骤(1)中所述脱氢松香酸、苄基氯与碳酸氢钠的摩尔比是1:2~2.4:2 ~2.4〇
[0025] 作为优选，步骤(2)中所述苄基化脱氢松香酸与壳聚糖的质量比是1:0.8~1.5。
[0026] 作为优选，步骤(3)中所述苄基化脱氢松香酸羧基-壳聚糖和水的质量比是1:7,苄 基化脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖和Pd/C催化剂的质量比为500:1。
[0027]本发明的第三个目的是提供脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖的应用，以脱氢松香酸 衍生物接枝壳聚糖为活性成分，加入农药助剂制成杀虫、杀菌的水乳剂、微乳剂、乳剂或可 湿粉剂。
[0028]常用的农药助剂包括：
[0029] 液体载体，如水;有机溶剂，如甲苯、二甲苯、甲醇、丁醇、乙二醇、丙醇、二甲亚砜、 动物和植物油或脂肪酸;乳化剂、分散剂，有助于农药成分分散;稳定剂、控制释放助剂、增 效剂，有助于延长药效;消泡剂、警戒色、防漂移剂，增加安全性;其他助剂，如湿润剂或增稠 剂。
[0030]式（I)所示的脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖用作杀虫、杀菌剂中的活性成分时，所 制备杀虫剂可以根据制备剂型在1 %~99%进行选择。通常，在水乳剂中含有5-40% (重量 百分比，下同）所述的活性成分，优选其含量为25-40%;在微乳剂中含有5-40%的活性成 分，优选其含量为25-30% ;在乳油中含有1-90%的活性成分，优选其含量为25-90%。
[0031]本发明的有益效果为：
[0032] 1、本发明所提供的新型脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖对松线虫病具有优良的防 治效果，可用于制备农药、园艺等领域的杀虫、杀菌剂，具有高效、低毒、环境友好的优点。
[0033] 2、由廉价易得的脱氢松香酸和壳聚糖为原料制备脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖， 方法简单，操作简便，原料廉价易得，适用于工业化生产。
【具体实施方式】
[0034]下面结合具体实验实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明不受实施例限 制。
[0035] 实施例1脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖的制备
[0036] (1)羟基的保护
[0037] 称取10.0(^(0.033111〇1)的脱氢松香酸，用甲醇溶解，加入9.0(^(0.07111〇1)苄基氯 和5.7g(0.068mol)催化剂碳酸氢钠，在50°C下搅拌6h后，加水搅拌，用二氯甲烧萃取，取下 层溶液，旋转蒸发，再用甲醇重结晶得15.92g苄基化脱氢松香酸淡黄色晶体，收率83.8%， 纯度96.5%。
[0038] (2)酰胺化
[0039]称取10.00g苄基化脱氢松香酸导入装有球形冷凝管（带气体吸收装置，以20% NaOH溶液作为洗手液），恒压滴液漏斗和温度计的250ml三口烧瓶中。将原料以适量的DMS0 溶解，然后缓慢滴加 S0C12 2.5g，滴加完毕缓慢升温到110°C，在减压条件下（真空0.1 MPa) 回流4h，反应结束后改为蒸馏装置，减压蒸出反应体系发的DMS0和略微过量的S0C12,再向 烧瓶中加入溶解有67g 15 %壳聚糖-水悬浊液，常温搅拌反应2h，加入200ml水析出，并用水 洗涤三遍，旋蒸，再用甲醇重结晶得16.62g苄基化脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖淡黄色晶 体，收率83.1%，纯度92.6%。
[0040] (3)脱保护
[0041] 在反应容器中加入步骤(2)所得10.00g苄基化脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖，用 70ml水溶解，以0.02g Pd/C为催化剂，进行加氢去保护，得到8.86g脱氢松香酸衍生物接枝 壳聚糖淡黄色晶体，收率88.6%，纯度93.2%。产品的红外数据分析为:3522.3cnf 1 (N-H伸缩 振动），3420 · 2cm-1 (OH伸缩振动），3019 · 2cm-1 (苯环CH伸缩振动），2983 · 5cm-1 (甲基C-H伸缩 振动），1697. lcm-1 (酰胺C = 0伸缩振动），1591.0cm-Η苯环呼吸振动），1537.7cm-1 (苯环呼吸 振动），1446.8cm-1 (C-H弯曲振动），1371.6cm-1 (C-H摇摆振动）。
[0042] 实施例2 [0043] (1)羟基的保护
[0044] 称取10.0(^(0.033111〇1)的脱氢松香酸，用甲醇溶解，加入9.58(0.075111〇1)苄基氯 和6.20g (0.074mol)催化剂碳酸氢钠，在50 °C下搅拌4h后，加水搅拌，用二氯甲烧萃取，取下 层溶液，旋转蒸发，再用甲醇重结晶得16.34g苄基化脱氢松香酸淡黄色晶体，收率83.7%， 纯度95.4%。
[0045] (2)酰胺化
[0046]称取10.00g苄基化脱氢松香酸导入装有球形冷凝管（带气体吸收装置，以20% NaOH溶液作为洗手液），恒压滴液漏斗和温度计的250ml三口烧瓶中。将原料以适量的DMS0 溶解，然后缓慢滴加 S0C12 2.5g，滴加完毕缓慢升温到110°C，在减压条件下（真空0.1 MPa) 回流3h，反应结束后改为蒸馏装置，减压蒸出反应体系发的DMS0和略微过量的S0C12,再向 烧瓶中加入溶解有77g 15 %壳聚糖-水悬浊液，常温搅拌反应lh，加入200ml水析出，并用水 洗涤三遍，旋蒸，再用甲醇重结晶得18.20g苄基化脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖淡黄色晶 体，收率75.7 %，纯度90.9 %。
[0047] (3)脱保护
[0048]在反应容器中加入步骤(2)所得10.00g苄基化脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖，用 70ml水溶解，以0.02g Pd/C为催化剂，进行加氢去保护，得到8.90g脱氢松香酸衍生物接枝 壳聚糖淡黄色晶体，收率89.0%，纯度94.2%。
[0049] 实施例3
[0050] (1)羟基的保护
[0051 ] 称取10 · 00g(0 · 033mol)的脱氢松香酸，用甲醇溶解，加入8 · 40g(0 · 066mol)苄基氯 和5.60g (0.066mol)催化剂碳酸氢钠，在50 °C下搅拌5h后，加水搅拌，用二氯甲烧萃取，取下 层溶液，旋转蒸发，再用甲醇重结晶得14.75g苄基化脱氢松香酸淡黄色晶体，收率80.16%， 纯度96.1%。
[0052] (2)酰胺化
[0053]称取10.00g苄基化脱氢松香酸导入装有球形冷凝管（带气体吸收装置，以20% NaOH溶液作为洗手液），恒压滴液漏斗和温度计的250ml三口烧瓶中。将原料以适量的DMS0 溶解，然后缓慢滴加 S0C12 2.5g，滴加完毕缓慢升温到110°C，在减压条件下（真空0.1 MPa) 回流5h，反应结束后改为蒸馏装置，减压蒸出反应体系发的DMS0和略微过量的S0C12,再向 烧瓶中加入溶解有70g 15 %壳聚糖-水悬浊液，常温搅拌反应3h，加入200ml水析出，并用水 洗涤三遍，旋蒸，再用甲醇重结晶得18.70g苄基化脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖淡黄色晶 体，收率81.3%，纯度92.1%。
[0054] (3)脱保护
[0055]在反应容器中加入步骤(2)所得10.00g苄基化脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖，用 70ml水溶解，以0.02g Pd/C为催化剂，进行加氢去保护，得到9.20g脱氢松香酸衍生物接枝 壳聚糖淡黄色晶体，收率88.6%，纯度93.9%。
[0056] 下列实施例描述以本发明化合物为活性成分的制剂例，所述的制剂可用作农业、 园艺和花卉栽培领域的杀虫、杀菌剂。本发明的实施方式并不局限以下内容。
[0057] 实施例4脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖的应用
[0058]取实验例1脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖产物10g溶于由40g二甲苯和35g二甲基 甲酰胺组成的混合溶剂中，然后加入土温80乳化剂15g，搅拌并均匀混合得到活性成分为 10%的乳油。
[0059] 下面将叙述以本发明化合物为活性成分的杀虫、杀菌剂的试验例。但是，本发明的 实施方式并不限于以下内容。
[0060] 实施例5松材线虫的杀虫实验
[0061] 取10g木肩，用贝曼漏斗法分离得到松线虫，采用番茄灰葡萄孢在25°C很恒温下进 行室内培养。将培养的线虫用无菌水洗出，离心消毒浓缩配制成每mL含2 500条左右的线虫 悬液，供试验备用。
[0062] 采用实验室(悬浮液+农药直接触杀法)进行杀虫效果测试。用纯净水将实施例4所 得的杀虫、杀菌剂乳油进行稀释，稀释10倍，20倍，30倍。在培养皿内同时加入lmL测试浓度 的杀虫剂和1 ml线虫悬浮液，震动混合后放置lh，2h。在显微镜下检查线虫的成活情况，统 计线虫死亡率，评价其杀虫效果。实验结果见表1:
[0063] 表1脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖对松材线虫的杀虫效果
[0064] LOOM」买施例6对致病菌的汆菌试验
[0066]供试菌种为中国浙江虫株上分离的优势细菌为泛菌属的Pantoea toletana，中国 江苏溧水虫株分离的菌株与另一个日本菌株为同一种，即阴沟肠杆菌，线虫株成团泛菌。
[0067] 取冰冻的菌种，在37°C温水下进行复苏，离心去除上清液，取等量菌种分别置于相 同培养皿中在28°C下培养24h。24h后，取2ml实施例4杀虫剂，滴于培养皿中间，培养7d，观察 结果见表2:
[0068] 表2脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖的杀菌效果
[0069]
[0070] 并计算得MIC(Pantoea toletana) = 12yg/mL [0071 ]实施例7大鼠毒性试验
[0072]取一定量实验例1脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖产物，通过灌胃测大鼠经口吸入 LD50。实验分为对照组(无脱氢松香酸)与混有脱氢松香酸食物（l，1.5,2,2.5,3g/Kg)组，每 天灌胃一次，连续两周，观察大鼠行动，并记录中毒表现、症状出现和消失、死亡时间等。通 过计算得LD50 = 2.6g/Kg，毒性较低。
[0073]通过实施例5、6、7的实验结果可以看出，本发明所述脱氢松香酸衍生物接枝壳聚 糖具有较好的杀虫杀菌效果，且毒性较低。
[0074]以上仅列举了本发明的优选实施方案，本发明的保护范围并不限制于此，本领域 技术人员在本发明权利要求范围内所作的任何改变均落入本发明保护范围内。
【主权项】
1. 一类脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖，其分子结构式如式(I)所示：其中η为自然数，壳聚糖为分子量300~2000的低分子壳聚糖。2. 如权利要求1所述的脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖，其特征在于，所述壳聚糖为分子 量1500~2000的低分子壳聚糖。3. 制备如权利要求1所述脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖的方法，其特征在于，所述制备 方法为： (1) 羟基的保护 称取脱氢松香酸，用甲醇溶解，加入苄基氯和催化剂碳酸氢钠，在50°C下搅拌4~6h后， 加水搅拌，用二氯甲烷萃取，取下层溶液，旋转蒸发，再用甲醇重结晶，即得苄基化脱氢松香 酸粗品； (2) 酰胺化 称取苄基化脱氢松香酸装入反应容器中，采用DMSO溶解，再缓慢滴加 SOCl2，滴加完毕缓 慢升温到110 °C，控制反应容器真空度为0 . IMPa，回流反应3~5h，一边反应一边采用20 % NaOH水溶液吸收反应产生的气体，反应结束后，蒸出剩余的DMSO和略微过量的SOCl2,再向 反应容器中加入壳聚糖-水悬浊液，常温搅拌反应1~3小时后，过滤，滤饼干燥，再用甲醇重 结晶得所需苄基化脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖； (3) 脱保护 在反应容器中加入步骤(2)所得苄基化脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖，水作溶剂，Pd/C 作催化剂，氢气气氛下，于80°C下搅拌lh，过滤，滤饼干燥，再用甲醇重结晶就可以得到脱氢 松香酸衍生物接枝壳聚糖。4. 如权利要求3所述的脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖制备方法，其特征在于，步骤(2) 中所述壳聚糖-水悬浊液的质量浓度为15%。5. 如权利要求3或4所述的脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖制备方法，其特征在于，所述 壳聚糖为分子量300~2000的低分子壳聚糖。6. 如权利要求3所述的脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖制备方法，其特征在于，步骤（1) 中所述脱氢松香酸、苄基氯与碳酸氢钠的摩尔比是1:2~2.4:2~2.4。7. 如权利要求3所述的脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖制备方法，其特征在于，步骤(2) 中所述苄基化脱氢松香酸与壳聚糖的质量比是1:0.8~1.5。8. 如权利要求3所述的脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖制备方法，其特征在于，步骤(3) 中所述苄基化脱氢松香酸羧基-壳聚糖和水的质量比是1:7,苄基化脱氢松香酸衍生物接枝 壳聚糖和Pd/C催化剂的质量比为500:1。9.如权利要求1所述脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖的应用，其特征在于：以权利要求1 所述的脱氢松香酸衍生物接枝壳聚糖为活性成分，加入农药助剂制成杀虫、杀菌的水乳剂、 微乳剂、乳剂或可湿粉剂。
【文档编号】C07H15/256GK106008620SQ201610374069
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】童耀阳, 闫晓玉, 黄洁, 金志敏, 周良普
【申请人】浙江工业大学