专利名称：光活化杀虫剂氨基甲酸多联噻吩酯的制作方法
技术领域：
本发明属于农药领域，具体地涉及一类具有光活化杀虫活性的氨基甲酸酯类农药。
背景技术：
氨基甲酸酯类杀虫剂是一大类传统的杀虫剂，作用迅速，其杀虫谱广，对很多害虫高效，有很多品种有内吸活性。氨基甲酸酯类杀虫剂的作用机制在于抑制了乙酰胆碱酯酶，使昆虫神经突触后膜乙酰胆碱不能被及时分解成胆碱和乙酸，乙酰胆碱不停地刺激神经后膜，破坏神经冲动的正常传导从而使昆虫中毒。乙酰胆碱酯酶分解乙酰胆碱的过程可用反应式表示如下
EH为乙酰胆碱酯酶，AX为乙酰胆碱(A为乙酰基，X为胆碱)，首先形成酶——底物络合物(EH·AX)，接着胆碱(X)从络合物(EH·AX)分离，酰基转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复活。
氨基甲酸酯类杀虫剂与乙酰胆碱酯酶的反应同乙酰胆碱与乙酰胆碱酯酶的反应非常相似
CX表示氨基甲酸酯，E表示乙酰胆碱酯酶，氨基甲酸酯首先与乙酰胆碱酯酶形成复合体E·CX，接着分离X形成氨基甲酰化酶CE，最后CE经过水解脱氨基甲酰基使酶复合，但在神经突触内水解反应比乙酰胆碱酯酶与乙酰胆碱的反应慢得多，低千倍以上，因此乙酰胆碱酯酶被抑制，突触后膜过量的乙酰胆碱不能及时分解，不停地刺激后膜，使后膜长时间处于兴奋状态，阻碍了神经冲动的正常传导，中毒昆虫慢慢进入痉挛、麻痹，以至死亡。但是害虫在进化中已对此类药剂产生了相当的适应性，途径之一表现在对氨基甲酰化酶CE的水解能力的增强，使被药剂抑制的乙酰胆碱酯酶的活性得以恢复，从而表现出抗药性。
氨基甲酸酯类杀虫剂在防治害虫上曾经起了重要作用，由于不合理使用，害虫对此类杀虫剂的抗药性越来越严重。如何延缓害虫抗药性产生，延长现有农药的使用寿命，对害虫防治具有重大意义。
噻吩类杀虫剂属于光活化杀虫剂，又称为光敏化合物或光敏毒素，其作用机理是接受光能后将自身活化，活化能可转移给细胞内的重要分子。例如，将能量转移给氧分子，使氧分子转变为氧化作用更为强大的单线态氧，这种单线态氧可氧化细胞内的其它重要的生物分子，如生物膜上的脂质、蛋白质和部分氨基酸，造成细胞结构迅速破坏，使正常的生理代谢中断，细胞死亡。这种作用机制称为光动力学反应(Photodynamic respones)。光敏化合物接受光能后还能自身转化为自由基或者转移能量使其它分子转变自由基，皆以自由基形式破坏细胞结构。还有的光敏分子在光作用下与细胞内的DNA分子结合形成加合物，从而影响细胞DNA的复制与转录，造成细胞遗传毒性，即所谓光诱发遗传毒性反应(Photogenotoxicrespones)。
研究发现，万寿菊、孔雀草和鲤肠提取物中均含有光敏化合物-α-三联噻吩(α-T)和它的类似物。在有近紫外光照射下，α-T对斜纹夜蛾、菜粉蝶、小菜蛾和淡色库蚊的SOD(超氧化歧化酶)活性，对蚊虫乙酰胆碱酯酶活性都有明显的抑制作用。在电镜下观察，α-T能破坏菜粉蝶幼虫的胸部表皮结构，可导致核膜溶解，核仁变型，染色体扩散，线粒体严重受损。利用电子自旋共振技术测得α-T能显著增加细胞活性氧自由基浓度，诱导细胞产生单线态氧，表明α-T为光动力学反应机制。
噻吩类杀虫剂进入虫体后广泛分布，在昆虫体内没有专一的靶标，若分布于神经系统以外的组织，即使发挥了光活化作用也不能迅速杀死害虫，而要以最快的速度杀死害虫，就必须破坏害虫的神经系统，这就要求噻吩类杀虫剂尽可能地分布于神经系统。
技术内容本发明的目的在于通过将氨基甲酸酯类杀虫剂的活性基团和光活化杀虫剂噻吩类化合物的活性基团结合在一个分子上，形成一类新型光活化杀虫剂氨基甲酸多联噻吩酯，以提高光活化杀虫剂噻吩类化合物在害虫体内的靶向性，使之定向地分布于害虫的神经系统，这样使氨基甲酸酯的活性基团在抑制乙酰胆碱酯酶的同时，光活化杀虫剂的活性基团受到光的激发后也作用于乙酰胆碱酯酶，这两方面的功效造成了乙酰胆碱酯酶的永久失活，从而延缓害虫抗药性产生。
本发明所提供的氨基甲酸多联噻吩酯是一类新型光活化杀虫剂，它的作用机理是氨基甲酸多联噻吩酯进入虫体后能分布于神经突触，且能与乙酰胆碱酯酶较好地结合，氨基甲酸多联噻吩酯由于含有氨基甲酸酯类杀虫剂的活性基团，因而能抑制乙酰胆碱酯酶起到神经毒剂的作用；另外，由于本类杀虫剂含有光活化杀虫剂噻吩类化合物的活性基团，当氨基甲酸多联噻吩酯与乙酰胆碱酯酶结合后，其光活化基团能在光的激发下还能够氧化破坏乙酰胆碱酯酶，这两方面的效果会造成乙酰胆碱酯酶的不可逆抑制。
本发明所提供的氨基甲酸多联噻吩酯，其母体结构是氨基甲酸二联噻吩酯，其结构式为 或 氨基甲酸多联噻吩酯的特征在于1.氨基甲酸多联噻吩酯既含有氨基甲酸酯类杀虫剂的活性基团，又含有光活化杀虫剂多联噻吩类化合物的活性基团。
2.氨基甲酸多联噻吩酯的N原子上有两个取代基R1、R2，二联噻吩的5’位上有一个取代基R3。
3.氨基甲酸多联噻吩酯的取代基R1可以是-H，或-CH3。
4.氨基甲酸多联噻吩酯的取代基R2可以是-H，或-CH3，或-COCH2SCH3，或-COCH2OCH3，或-COCH3，或-SCCl3，或-CHC(C2H5)2，或-COCH2Cl。
5.氨基甲酸多联噻吩酯的取代基R3可以是-CN，或2-噻吩基，或2-氰基-5-噻吩基，结构式为 2-噻吩基 2-氰基-5-噻吩基6.氨基甲酸多联噻吩酯包括甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯，甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯和甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯三种高效氨基甲酸多联噻吩酯类杀虫剂。
甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯的结构式为 甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯的结构式为 甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯的结构式为 氨基甲酸多联噻吩酯类化合物有如下优点1.氨基甲酸多联噻吩酯类化合物的两种活性基团可产生协同作用，没有光照时发挥神经毒剂的作用，有光照则还会发挥光活化杀虫作用，活性倍增。生态环境中无处不存在太阳光和氧，光活化杀虫剂施用田间后，它能充分利用环境中的光和氧，提高对害虫的防治效果，提高幅度从几十倍到上百倍。
2.氨基甲酸多联噻吩酯类化合物还能提高噻吩类杀虫剂的靶向性，具有使光活化杀虫剂噻吩酯类化合物向神经系统定向转移的功能，由于氨基甲酸噻吩酯含有氨基甲酸酯类杀虫剂和光活化杀虫剂噻吩类的活性部位，这样当氨基甲酸酯的活性部位抑制乙酰胆碱酯酶的同时，噻吩类杀虫剂的活性部分在受光的激发后也会氧化破坏乙酰胆碱酯酶，这两种效果会造成乙酰胆碱酯酶的不可逆抑制，因此活性很高并且不易产生抗药性。
3.光活化毒素在发挥药效的同时也是被分解的过程。因此，光活化杀虫剂不会造成在环境中的累积。这类杀虫剂正是人们所期盼的环境和谐型杀虫剂，符合人们对环保和绿色食品的要求。
为了更好地理解发明的实质，下面用实例来说明氨基甲酸多联噻吩酯类化合物的优点。
实验证明，氨基甲酸多联噻吩酯类杀虫剂能很好地与乙酰胆碱酯酶结合并抑制乙酰胆碱酯酶的活性，在光照条件下对乙酰胆碱酯酶的抑制活性大大增强，结果见表1和表2。
实验方法用相同浓度的西维因、甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯处理牛红细胞，提取乙酰胆碱酯酶。然后每种处理取50μl酶液，加入2.8ml0.1mol/L磷酸缓冲液、50μ10.075mol/L碘化乙酰胆碱、0.1ml0.01mol/LDTNB，在25℃水浴中保温15min，加入0.1ml1×10-3mol/L毒扁豆碱，410nm处比色，测定乙酰胆碱酯酶活力，计算每种药物对乙酰胆碱酯酶活的解离常数和抑制中浓度。
表1几种化合物对牛红细胞乙酰胆碱酯酶在38℃及pH7.0-7.4的解离常数Ka(mol/min)西维因 1.1×10-5甲基-氨基甲酸[2，2，5，2”]三联噻吩-5-酯5.8×10-5甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯 2.4×10-5甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯 3.3×10-5从表1的Ka可以看出，西维因、甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯都能与乙酰胆碱酯酶很好地结合，西维因对乙酰胆碱酯酶的结合力最强。
表2几种化合物对牛红细胞乙酰胆碱酯酶的抑制作用I50(mol/L)光照黑暗 光活化比西维因 1.5×10-61.1×10-60.73三联噻吩8×10-72.4×10-530甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯4×10-73.7×10-578.8甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯 6.9×10-72.8×10-540.6甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯 6×10-73.2×10-553.3从表2可以看出，西维因没有光活化作用，三联噻吩、甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯都表现出光活化活性，其活性增加顺序为甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯＞甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯＞甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯＞三联噻吩。
实验证明，氨基甲酸多联噻吩酯类杀虫剂在光照条件下对致倦库蚊的活性大大提高，并能延缓致倦库蚊对此类杀虫剂产生抗药性，结果见表3和表4。
实验方法将西维因、三联噻吩、甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯设置5个浓度梯度，喂养致倦库蚊，计算致死中浓度。用以上药物在光照条件下将致倦库蚊喂养15代后再测定致死中浓度，计算抗性指数。
表3几种化合物对致倦库蚊4龄幼虫的毒力(24h)LC50(μg/ml)光照黑暗光活化比西维因 3.6 4.2 1.2三联噻吩0.047 1.9137.9甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯0.032 3.1297.5甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯 0.041.9448.5甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯 0.036 2.1660.3从表3可以看出，西维因没有光活化作用，而三联噻吩、甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯都表现出光活化活性，其活性增加顺序为甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯＞甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯＞甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯＞三联噻吩。
表4致倦库蚊4龄幼虫对几种化合物的抗性指数(施药后15代)LC50(μg/ml)敏感品系 抗性品系 抗性指数西维因 3.681.36 22.6三联噻吩0.047 0.39 8.4甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯0.032 0.16 5.1甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯 0.04 0.2566.4甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯 0.036 0.21 5.8从表4可看出，小菜蛾3龄幼虫对西维因、三联噻吩、甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯的抗性指数分别为11.3、4.4、3.2、2.4、2.9，说明小菜蛾对西维因极易产生抗药性，而对三联噻吩、甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯、甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯不易产生抗药性。
为了更好地理解本发明，现给出两种不同的制备氨基甲酸多联噻吩酯的实例，本发明包括但不限于此两种制备方法。实例1用光气法制备甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯取0.01mol 2-酚钠-[5，2’]二联噻吩在20ml的甲苯中溶解后，置入100ml三颈瓶中，三颈瓶浸在0℃冰水混合水浴中，在搅拌条件下，2小时内通入光气0.02mol，反应放出的HCl用水吸收，再撤去冰水浴，将三颈瓶置于室温，加入甲基胺0.018mol，搅拌反应1小时后，用真空泵减压蒸馏除去溶剂及未反应的甲基胺，用水洗去CH3NH2·HCl，可得87％以上的产物甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯，再通过硅胶柱分离提纯可得纯化合物。
经元素分析，各元素的百分含量与目标分子式相吻合。
由说明书附图1反映的质谱归属与目标分子一致。
由说明书附图2和3反映的C13NMR谱图及其归属与目标分子一致。实例2用异氰酸酯法制备甲基-氨基甲酸-5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯取0.01mol 2-羟基-5’-氰基-[2’，5]二联噻吩溶于20ml的乙醚中，置入100ml三颈瓶中，加入0.02mol异氰酸甲酯，电磁搅拌，加入0.001mol三乙醇胺，加热回流3小时后，加热减压蒸馏除去乙醚及异氰酸甲酯，加水洗去三乙醇胺及附产物，可得94％的甲基-氨基甲酸-5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯，再通过硅胶柱分离提纯可得纯化合物。
经元素分析，各元素的百分含量与目标分子式相吻合。
由说明书附图4反映的质谱归属与目标分子一致。
由说明书附图5和6反映的C13NMR谱图及其归属与目标分子一致。实例3用与实例2相同的方法，以2-羟基[5，2’，5’，2”]三联噻吩为原料可制得甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯，再通过硅胶柱分离提纯可得纯化合物。
经元素分析，各元素的百分含量与目标分子式相吻合。
由说明书附图7反映的质谱归属与目标分子一致。
由说明书附图8和9反映的C13NMR谱图及其归属与目标分子一致。
附图1甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯的质谱归属图附图2甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯C13NMR谱图附图3甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯C13NMR谱图的归属附图4甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯的质谱归属附图5甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯的C13NMR谱附图6甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯的C13NMR谱归属附图7甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯的质谱归属附图8甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯的C13NMR谱图附图9甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯的C13NMR谱图的归属
权利要求
1.一种光活化杀虫剂氨基甲酸多联噻吩酯，其特征在于氨基甲酸多联噻吩酯既含有氨基甲酸酯类杀虫剂的活性基团，又含有光活化杀虫剂多联噻吩类化合物的活性基团。
2.根据权利要求1所述的光活化杀虫剂，其特征在于氨基甲酸多联噻吩酯的母体结构是氨基甲酸二联噻吩酯，其结构式为 或
3.根据权利要求2所述的光活化杀虫剂，其特征在于N原子上有两个取代基R1、R2，二联噻吩的5’位上有一个取代基R3。
4.根据权利要求2所述的光活化杀虫剂，其特征在于取代基R1可以是-H，或-CH3。
5.根据权利要求2所述的光活化杀虫剂，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.根据权利要求2所述的光活化杀虫剂，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，结构式为 2-噻吩基 2-氰基-5-噻吩基
7.根据权利要求2所述的光活化杀虫剂，其特征在于该杀虫剂包括甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯，甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯和甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯三种高效氨基甲酸多联噻吩酯类杀虫剂，甲基-氨基甲酸[2，2’]二联噻吩-5-酯的结构式为 甲基-氨基甲酸5’-氰基-[2，2’]二联噻吩-5-酯的结构式为 甲基-氨基甲酸[2，2’，5’，2”]三联噻吩-5-酯的结构式为
全文摘要
本发明涉及一类新型光活化杀虫剂氨基甲酸多联噻吩酯。氨基甲酸多联噻吩酯既含有光活化杀虫剂噻吩类化合物的活性基团，又含有氨基甲酸酯类杀虫剂的活性基团。氨基甲酸多联噻吩酯既保留了氨基甲酸酯类杀虫剂高效的优点，又具备噻吩类光活化杀虫剂低残留的优点，有利于提高药效，延缓抗药性产生。
文档编号A01N47/10GK1425295SQ0214973
公开日2003年6月25日 申请日期2002年12月25日 优先权日2002年12月25日
发明者徐汉虹, 胡林 申请人:华南农业大学