专利名称：烷基卟啉作为杀虫剂在光照和无光照条件下的作用的制作方法
在实验室和田间研究中，利用光化学过程作为工具来控制有害昆虫的数量已经取得了肯定的结果，已知这些有害昆虫会严重损害农作物并且会成为多种人类和动物疾病的病原携带者。此项科技的发展历史和技术现状已有阐述，如Heita J.R，Photochem.Photobiol.65TPM-D1，1997；Ben Amor T.，Jori G..，Insect Biochem.Mol.Biol.30915，2000.大量已进行的研究采用了光活化聚芳香环化合物，它们在近紫外(360-400nm)和/或可见光(400-800nm)波段有吸收，如噻吩、苯醌和氧杂蒽的衍生物。与目前使用的对消费者和环境有危害的昆虫的化学毒剂相比，这些光敏性化合物具有一些优越的特性(见Lemke L.A，，Koehler P.G.，Patterson R.S.，Feger M.B.，Eickhoff T.，LightActivated Pesticides中，Heitz J.R.和Dowrum K.R.编著，ACS，Washington，1997，99.156-167)。最近，卟啉型光敏剂被提出作为新型光致杀虫试剂(Rebeiz C.A.，Reddy K.N.，Nandihall U.B.，Velu J.，Photochem.Photobiol.67206，1998)。事实上，作为光毒性杀虫剂的卟啉被赋予了良好的性能。这些性能包括(a)在太阳光谱的全部紫外和可见光波段基本具有吸收能力，因此，它们可以有效地被蓝光(这是中午太阳光中最强的部分)和红光(这是黎明和日落时太阳光的主要部分)所光活化；这使得使用卟啉所需的剂量可能会比其它类型的光敏剂要低。
(b)长寿命的光激发电子激发态保证了在失活前卟啉能够扩散相对较远的距离，因此也增加了与合适靶点发生作用的可能，这些靶点对于细胞功能维持和生存来说是至关重要的。
(c)卟啉引发的光过程缺少诱导突变的潜力，因此，降低了抗光性昆虫物种产生的风险。
(d)卟啉基本不具有细胞毒性，这与其易水溶性和在可见光作用下逐渐光灭活的性质相关，所有这些特征保证了即使广泛应用卟啉也不会对环境产生可察觉的影响。
在专利申请WO97/29637中描述和讨论了被选择的几种卟啉及其衍生物(如酞菁)的光致杀虫性质。
本发明的一个目的是提供即使在无光条件下也具有对各种有害昆虫有高毒性的卟啉。
本发明的另一目的是提供能对昆虫产生过量光引发致命效果的卟啉，其引起相同程度昆虫死亡所需的剂量至少要比目前传统使用的卟啉剂量低十倍。
根据本发明提供了一种杀虫剂组合物，其特征在于包含至少一种四吡咯系列化合物，此化合物具有长度为至少12个碳原子的至少一个烃基链作为外围取代基。
更方便的是，上述化合物包含至少一个内消旋取代的四阳离子卟啉，其通用化学结构式如下 其中表示为R1、R2、R3、R4的至少一个外围取代基取代基含有一条长度为至少12个碳原子的饱和烃基链。
更方便的情况是R1＝R2＝R3＝R4＝碳原子数为从1到20的饱和烷基链。
典型的，R1＝R2＝R3＝CH3R4＝C12H23(C12)R1＝R2＝R3＝CH3R4＝C14H27(C14)R1＝R2＝R3＝CH3R4＝C18H35(C18)已发现本发明中的内消旋取代的四阳离子卟啉类物质甚至在无光的条件下使用低于微摩尔的剂量即可表现出对各种有害昆虫的高毒性，和使用传统卟啉导致同等程度昆虫致死的剂量相比，在低十倍的剂量下引起昆虫广泛的光致死。
本发明中典型的但不是唯一的特殊活性卟啉组合物是包含卟啉的组合物，所述的卟啉选自内消旋-三(N-甲基-吡啶基)、单(N-四癸基-吡啶基)卟吩和它的单-C12、单-C18类似物，以及内消旋-四(N-四癸基-吡啶基)卟吩。
在以下描述中，表述“害虫控制”指对能够对人类、有用的动物和农作物，总而言之对经济造成损害的生物有机体进行控制。术语“杀虫剂”指对于控制植物病虫害(农作物保护组合物)以及其它种类令人讨厌的生物有机体有效的组合物。植物害虫包括昆虫和/或其幼虫。具体地说，首要的害虫包括苍蝇、果蝇、臭虫、蚊子或能够向人和动物传播疾病的跳蚤，以及破坏储藏物的害虫，如蟑螂、甲壳虫或蛀虫等。
术语“卟啉”指内消旋取代的四-N-烷基卟啉，配合合适的诱饵加入微摩尔剂量的此种化合物即可对害虫产生致命影响，而且其杀虫作用在大约350-800nm波长范围的光照射下会进一步提高。
更具体地说，本发明注意到将卟啉与生物或化学引诱剂相联系，此种引诱剂选自多种可获取物质，例如，一些命名为buminal、grandisol、bombykol、frontalin和信息素，如何选择取决于要控制的具体害虫。引诱剂使得害虫接近含有光敏剂的食物源，并变得贪吃，以至吞下大量的卟啉。为了达到控制害虫的目的，应该采用合适的手段在环境中广泛撒播杀虫剂。例如，将杀虫剂作为食物放置在待处理的农作物地区；也可放置在诱捕害虫的陷阱里，陷阱的位置应在田间仔细选择；或者可以采用水溶液的形式进行喷洒。
随着杀虫剂被害虫各自摄入体内后，卟啉就会和各种组织细胞的膜系统结合，包括中肠壁和肌肉神经鞘(见Ben Amor T.，Bortolotto L.，Jori G.，Photochem.Photobiol.68314，1998)。卟啉分子中长的烃基臂似乎会干扰细胞膜脂质区域的有机结构，从而改变天然结构，影响各种代谢过程。总的效果可以总结为阻碍昆虫摄食以及其飞行和运动的能力。当光照这些昆虫并使其摄入的卟啉吸收光波时，上述效果得到增强，记住可见光对大多数生物组织具有大约0.5-2厘米的穿透能力，这主要取决于光波长和组织中色素累积的程度(Svaasand L.O.，Martinelli E.，Gomer C.J.，Profio A.E.，Proc.SPIE 12032，1990)。甚至位于深层组织的卟啉也能被光激发。光激发卟啉会向临近的底物，特别是氧传递电子能量，产生超活性氧分子(如单线态氧、羟自由基)，使膜和其它亚细胞器发生不可逆转的氧化变性。
表1是用来论证烷基卟啉的杀虫作用的实验方案。
表1用于在实验室水平上测试烷基化卟啉的(光)杀虫活性的实验方案。
卟啉a)内消旋[三(N-甲基-吡啶基)、单(N-十二烷基-吡啶基)]卟啉(缩写为C12)b)内消旋[三(N-甲基-吡啶基)、单(N-十四烷基-吡啶基)]卟啉(缩写为C14)c)内消旋[三(N-甲基-吡啶基)、单(N-十八烷基-吡啶基)]卟啉(缩写为C18)诱饵含10％蔗糖和1％自溶酵母的水溶液。
苍蝇a)地中海实蝇Ceratitis capitata(果蝇)年龄1周；重量5-6毫克b)橄榄果实蝇Bactrocera oleae(橄榄蝇)年龄10天；重量4-4.5毫克c)厩螫蝇Stomoxis calcitrans(厩蝇)年龄10天；重量12毫克照射a)高压卤素灯，配有红外和紫外滤光镜，发射波长360-800nm，可操作强度范围760-2,000μE·s-1·m-2。
b)阳光，六月中旬，纬度帕多瓦，平均强度1,500μE·s-1·m-2，最小值和最大值分别为950μE·s-1·m-2和1,380μE·s-1·m-2。
表2和3显示卟啉在各类苍蝇体内累积量分别与卟啉浓度，以及苍蝇暴露在卟啉/诱饵配方中的时间的函数关系。
表2喂食24小时后苍蝇体内烷基卟啉的摄入量与饵料中卟啉浓度的函数关系。
表3苍蝇体内烷基卟啉的摄入量与苍蝇暴露于含卟啉饵料的时间的函数关系。
饵料中的卟啉浓度1.24μM
表4显示苍蝇体内烷基卟啉的排出速度与昆虫喂食饵料中断后的时间的函数关系。
表4已经暴露于饵料中1.25μM卟啉的苍蝇体内烷基卟啉排出的时间依赖性。
表5显示烷基卟啉浓度对喂食24小时的地中海实蝇的存活率的影响。为作对比，还列出了用存在于同样饵料的、浓度为3.0和8.1μM的两种传统卟啉喂食苍蝇24小时所得数据(在WO97/29637中公开)。在所有情况下，存活率均在将食物供应从含卟啉饵料改为不含卟啉饵料12小时后确定。
表5烷基卟啉浓度对喂食含卟啉饵料24小时的地中海实蝇的存活率的影响。存活率在以不含卟啉饵料代替含卟啉饵料喂食12小时后测量。
Hp＝血卟啉C1＝内消旋-四(N-甲基-吡啶基)卟吩表6显示的实验与表5中所描述的相同，只是用橄榄果实蝇进行。
表6烷基卟啉浓度对喂食含卟啉饵料24小时的橄榄果实蝇的存活率的影响。存活数在以不含卟啉饵料代替含卟啉饵料喂食12小时后测量。
表7显示的实验与表5中所描述的相同，只是用厩螫蝇进行。
表7烷基卟啉浓度对喂食含卟啉饵料24小时的厩螫蝇的存活率的影响。存活率在以不含卟啉饵料代替含卟啉饵料喂食12小时后测量。
图2、3、4分别显示饵料中烷基卟啉浓度对于用含卟啉的饵料喂食24小时后在可见光照射(1220μE·s-1·m-2)下地中海实蝇、橄榄果实蝇、厩螫蝇存活数的影响。照射过程进行1小时，然后将苍蝇置于暗光下监视其存活率。喂食含卟啉饵料后的对照苍蝇在相同条件下接受照射。
表8显示为用含3μM烷基卟啉的饵料喂食苍蝇24小时和进行照射之间的间隔时间对于地中海实蝇存活率的影响。照射进行1小时，光通量为1,220μE·s-1·m-2。结束照射10小时后评价存活率。为作对比，使用以前研究的两种传统卟啉(在WO97/29637中公开)进行的平行实验数据也-并列出。卟啉的缩写如下Hp血卟啉；C1内消旋-四(N-甲基-吡啶基)卟吩。
表8施用含卟啉饵料和进行照射之间的间隔时间对于地中海实蝇存活率的影响。
(a)烷基卟啉，3μM(b)传统卟啉，8μM
表9显示照射光通量率对于地中海实蝇存活率光致下降的影响，所述地中海实蝇在喂食含3μM烷基卟啉的饵料24小时后照射12小时。照射结束后10小时评价存活率。
表9照射光通量率对于喂食含卟啉饵料24小时的地中海实蝇存活率的影响。
(a)烷基卟啉，3μM(b)传统卟啉，8μM
表10显示照射时间对于地中海实蝇存活率的影响，所述的地中海实蝇在喂食含3μM的烷基卟啉饵料24小时后于阳光(平均强度为1,150μE·s-1·m-2)下照射进行12小时。照射结束后10小时评价存活率。
表10照射时间对于地中海实蝇的存活率的影响，所述的地中海实蝇在喂食含卟啉饵料24小时后于阳光下照射12小时。
(a)烷基卟啉，3μM(b)传统卟啉，8μM1.饥饿和喂食阶段(表1)将合适数量的苍蝇(每次实验50只)关入尺寸为115×55×70mm的有几个孔洞(φ＝0.5mm)的树脂玻璃(Plexiglas)笼内并且饿上36小时。然后，按照每个特定实验所采用的方案，苍蝇被喂食不含卟啉或含有预定浓度卟啉的饵料(含10％蔗糖和1％自溶酵母的中性水溶液)。这些苍蝇将用于各种实验期。
2.苍蝇摄入和排出卟啉的研究(表2、3、4)在预定时间将苍蝇冻死，而后将死苍蝇置于10ml 2％的十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液中并用Polytron匀浆机匀浆。悬浮液以2,000rpm离心分离10分钟，弃去沉淀，将各份上清液用氯仿/甲醇二元混合液(1/2，v/v)进行稀释。卟啉浓度的测量方法为首先测出其在波长为630nm处的荧光发射强度，再将发射强度插入已知含量卟啉的标准曲线。结果表示为每只苍蝇回收的纳摩尔卟啉。
显然，苍蝇体内卟啉累积量随饵料中卟啉浓度增高和饵料暴露于苍蝇的时间的增加而增加。即使在最高卟啉浓度下也未观察到饱和效应。卟啉摄入的效率会随烷基链长度从12增加到18个碳原子而提高。这与疏水性卟啉对多种细胞表出更大的亲和性的趋势一致。而且，我们发现在中断卟啉供应48小时后在各类苍蝇体内依然存在可明显测量到的卟啉浓度。这表明苍蝇体内卟啉的毒性效应可持续存在很长时间。
3.黑暗中烷基卟啉的杀虫作用(表5、6、7)无光条件下苍蝇对烷基卟啉处理的反应取决于饵料中渐增的卟啉浓度(直到8.1μM)。在将含卟啉饵料替换为不含卟啉的饵料后12小时评价存活苍蝇数目。对照苍蝇(没有喂食卟啉的苍蝇，见0μM卟啉浓度的存活率)实验中均未观察到死亡或明显毒性效应。
更令人惊讶和出乎意料的是所有三种烷基卟啉在剂量低至1.25-2.10μM时即可引起明显可观测到的昆虫死亡，并且此现象明显随卟啉剂量增加而增强。毒性效应在地中海实蝇和厩螯蝇的情况下表现特别明显，当然橄榄果实蝇也表现出很强的敏感性。这并不是卟啉的典型性质，我们知道卟啉是一种光敏剂，也就是说只有当被可见光照射并激活时才会引起明显的细胞毒性(例如，见Jori G.和Spikes J.D.，Photobiochemistry of prophyrins，Topics in Photomedicine中，Smith K.C.编著，Plenum出版社，纽约，1983，pp.183-319)。事实上，如表5所示，当将在专利申请WO97/29637中公开的两种传统类型卟啉(如HP和C1)用于地中海实蝇苍蝇上时，甚至采用最大卟啉剂量也观察不到苍蝇的死亡。
四吡咯环外的长烃基链很可能会象一只手臂一样干扰细胞膜区域的天然三维结构，从而损害一些重要的细胞功能。卟啉导致的致命效应的程度从C12到C14到C18逐渐加强，也就是随烃基链增长而加强，这一观察支持了上述假设。
无论如何，这种未预料到的烷基卟啉的“暗”毒性标志着烷基卟啉比其它卟啉化合物更有优势，因为这使得杀虫效应超出了日照时间，延长到每天24小时。从表4可以推知，停止供应卟啉后12小时存在的卟啉的大约20-25％在48小时后仍存在于苍蝇中。因此，似乎可以合理地假设烷基卟啉的毒性可以持续至少两天。4.在可见光(或阳光)照射下烷基卟啉的杀虫作用(见表8、9、10和图2、3、4)
图1显示饵料中烷基卟啉浓度对在可见光照射(1,220μE·s-1·m-2)下被喂食含卟啉饵料24小时的地中海实蝇的存活率的影响。照射进行1小时，而后将苍蝇置于暗光下观察其存活率。对照苍蝇在喂食不含卟啉的饵料后在相同条件下进行照射。
图2显示饵料中烷基卟啉浓度对在可见光照射(1,220μE·s-1·m-2)下被喂食含卟啉饵料24小时的橄榄果实蝇的存活率的影响。照射进行1小时，而后将苍蝇置于暗光下观察其存活率。对照苍蝇在喂食不含卟啉的饵料后在相同条件下进行照射。
图3显示饵料中烷基卟啉浓度对在可见光照射(1,220μE·s-1·m-2)下被喂食含卟啉饵料24小时的厩螯蝇苍蝇的存活率的影响。照射进行1小时，而后将苍蝇置于暗光下观察其存活率。对照苍蝇在喂食不含卟啉的饵料后在相同条件下进行照射。
正如所期望的那样，所有三种烷基卟啉都保持了此类化合物典型的光敏活性，因此，喂食卟啉的苍蝇在人造光源发射的全波段可见光和自然阳光下，这些烷基卟啉所表现出来的杀虫活性比在暗处时得到了进一步地增强。所以，0.75μM浓度的烷基卟啉这个在暗处基本无效的剂量在光照射下却可引起明显可测的苍蝇死亡。并且，在更大的卟啉剂量下光毒性效应会更加显著。C14具有最有效的杀虫作用，尽管苍蝇对C18卟啉的摄入量更大，但是却观察到总的光活性下降。这种明显矛盾的情况可能和已知的烷基卟啉在极性介质中的集聚趋势有关，这会明显降低其光敏效率(见Jori G.和Spikes J.D.，如上)。无论如何，在C14衍生物存在下，1小时的人造光或阳光的照射之后，基本上所有的苍蝇都在45分钟内死亡。这种光致杀虫作用在苍蝇被喂食烷基卟啉后至少48小时内均可保持高水平，并且可以通过光强度(光通量率)来调节。使用大约1,220μE·s-1·m-2光通量率可以得到非常高的致死水平，所述光通量率相当于在意大利北部纬度地区六月或九月中旬的典型阳光强度。然而，在较低的光通量率下，如760μE·s-1·m-2，其光活性依然显著。
相当令人感兴趣的是C12和C14表现出的光致杀虫作用要远高于传统卟啉，如Hp和C1。即使在3μM剂量下前两种卟啉导致的苍蝇存活率下降比8μM剂量下传统卟啉所导致的还要大。在所有实验条件下我们都证实了烷基卟啉明显增加的光毒性，特别是当用阳光来激活卟啉时。
由于多种卟啉的类似物，即都存在含卟啉的四吡咯环的化合物(如二氢卟酚、酞菁、萘菁(naphthalocyanine))不断被指出在体内和体外均具有相当的光敏性质(例如，可参见van Lier J.E.和Spikes J.D.《光敏化合物化学、生物学及临床应用》中，Wiley Publishing Co.，Chichester，1989，pp.17-32；Jori G.，光敏剂增加光动力学作用的选择性和效率的方法，J.Photochem.Photobiol.，BBiol.3687-93，1996；Spikes J.D.，卟啉的光生物学，《卟啉定位和肿瘤治疗》中，Alan R.Liss，New York，1994，pp.19-39)。可以合理地假设在可见光下以及黑暗条件下，一种类似的外围取代基模式都将赋予上述卟啉类似物高效的杀虫作用。
事实上，酞菁结构可以在不同的水平上进行调整，即在大环中央插入不同的金属离子、改变外围取代基R的类型和数量(1-8)、为中央金属离子引入轴向配位基L1和L2。以下为其分子结构图 M＝金属离子R＝外围取代基L＝轴向配位基我们惊奇地发现通过选择合适的极性轴向配位基使分子具有双亲性质(既亲水又亲油)，也可以赋予酞菁以有效的杀虫活性。因此，选择L1＝L2＝-O-Si-[O-CH2-CH2-CH2-CH2-N(CH3)+]3，可得到一种酞菁衍生物。苍蝇在被喂食含3mM所述酞菁衍生物的饵料24小时后再经1小时全波段可见光照射，可导致地中海实蝇存活率下降82％以及橄榄果实蝇的存活率下降50％。以上存活率在光照结束后12小时测定。因此，对于我们所研究的两类苍蝇来说，具有上述结构的酞菁至少与卟啉C12和C14一样有活性。从表5、6中报道的数据和该数据对比即可以得到以上推论。
上述发明在权利要求所限定的范围内容许进行大量改进和更改。
权利要求
1.一种杀虫剂组合物，其特征在于包含至少一种四吡咯系列化合物，此化合物具有长度为至少12个碳原子的至少一个烃基链作为外围取代基。
2.权利要求1中所述的杀虫剂组合物，其特征在于所述的四吡咯系列化合物选自卟啉、二氢卟酚、酞菁、萘菁。
3.权利要求1中所述的杀虫剂组合物，其特征在于其含有至少一个内消旋取代的、具有下式通用化学结构的四阳离子卟啉， 其中外围取代基R1、R2、R3、R4中至少一个取代基包含一条具有至少12个碳原子的饱和烃基链。
4.权利要求3中所述的杀虫剂组合物，其特征在于R1、R2、R3、R4为碳原子数为1至20的各种长度的烷基链。
5.权利要求3或4中所述的杀虫剂组合物，其特征在于所述的卟啉选自内消旋-三(4N-甲基-吡啶基)、单(4N-烷基-吡啶基)卟吩。
6.权利要求5中所述的杀虫剂组合物，其特征在于所述的烷基链包括12至23个碳原子。
7.权利要求5或6中所述的杀虫剂组合物，其特征在于R1＝R2＝R3＝CH3和R4＝C12H23。
8.权利要求5或6中所述的杀虫剂组合物，其特征在于R1＝R2＝R3＝CH3和R4＝C14H27。
9.权利要求5或6中所述的杀虫剂组合物，其特征在于R1＝R2＝R3＝CH3和R4＝C18H35。
10.权利要求1中所述的杀虫剂组合物，其特征在于其含有类卟啉化合物的混合物，选自血卟啉和Zn-酞菁。
11.权利要求10中所述的杀虫剂组合物，其特征在于类卟啉的浓度范围在微摩尔级到毫摩尔级。
12.权利要求11中所述的杀虫剂组合物，其特征在于类卟啉的浓度为0.5-5毫摩尔之间。
13.权利要求2中所述的杀虫剂组合物，其特征在于至少含有一种具有下式通用化学结构的酞菁， 其中M表示能够提供六向配位的金属离子，R是1-8之间任意数目的外围取代基，其包括一条具有1-20个碳原子的饱和烃基链，L1和L2是轴向阳离子型配位基，以季铵盐形式存在。
14.权利要求1-13中任一项所述的杀虫剂组合物，其特征在于含有一种昆虫或害虫引诱剂。
15.权利要求14中所述的杀虫剂组合物，其特征在于所述的引诱剂具有生物特性。
16.权利要求15中所述的杀虫剂组合物，其特征在于所述的引诱剂是化学试剂。
17.权利要求14中所述的杀虫剂组合物，其特征在于所指的引诱剂是一种信息素。
18.权利要求17中所述的杀虫剂组合物，其特征在于所述的信息素选自Bompycol、Brevicomin、Disparlur、Frontalin和Grandisol。
19.增强权利要求1-18中任一项所述杀虫剂的杀虫作用的方法，其特征在于包括用可见光照射所述的杀虫剂组合物。
20.权利要求19中所述的方法，其特征在于所述的可见光由人造光源提供。
21.权利要求19中所述的方法，其特征在于所述光源在500-2,000μEs-1m-2之间的光通量工作。
22.权利要求21中所述的方法，其特征在于光通量范围在1,000-1,500μEs-1m-2之间。
23.权利要求20-22中任一项所述的方法，其特征在于所述光源选自高压氙灯、荧光灯和钨灯。
24.权利要求21-23中任一项所述的方法，其特征在于照射由阳光提供。
25.四吡咯衍生物作为杀虫剂的新用途。
全文摘要
包含至少一种四吡咯系列化合物的杀虫剂组合物，所述的四吡咯系列化合物具有长度为至少12个碳原子的至少一个烃链作为外围取代基，其中四吡咯系列的化合物选自卟啉、二氢卟酚、酞菁或萘菁(naphthalocyanine)。
文档编号A01N43/40GK1764382SQ200480000117
公开日2006年4月26日 申请日期2004年3月11日 优先权日2003年3月12日
发明者朱利奥·约里 申请人:扎尔贝特有限公司