Pyraziflumid的開發(fā)

葉 萱 編譯

(中國(guó)農(nóng)藥工業(yè)協(xié)會(huì)，北京 100026)

農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，能防治作物病蟲草害，增加作物產(chǎn)量。到目前已開發(fā)了許多種類的農(nóng)藥，然而由于抗性、毒性和安全等問題，需要不斷開發(fā)新的具有優(yōu)異生物活性，對(duì)哺乳動(dòng)物和環(huán)境安全，可靈活應(yīng)用的農(nóng)化產(chǎn)品。

Pyraziflumid是日本Nihon Nohyaku Co., Ltd.發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的新穎殺菌劑，是 SDHI抑制劑，被殺菌劑抗性行動(dòng)委員會(huì)(FRAC)分為第7組。其具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中含有3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺基團(tuán)(圖1)。

圖1 pyraziflumid的化學(xué)結(jié)構(gòu)

Pyraziflumid 對(duì)子囊菌和擔(dān)子菌有優(yōu)異的生物活性，對(duì)田間多種病害有很好的防治活性。從2012年開始日本植物保護(hù)協(xié)會(huì)(JPPA)進(jìn)行了大田試驗(yàn)評(píng)估了此物質(zhì)的防效，2018年3月在日本登記。到目前上市了 3個(gè)商業(yè)產(chǎn)品，分別為用于蔬菜的PARADE?20FL，用于水果作物的 PARADE?15FL和用于草坪的DECIDE?FL。在2018年pyraziflumid在韓國(guó)登記，目前在其他國(guó)家正在開發(fā)中。

1 發(fā)現(xiàn)歷史

1.1 先導(dǎo)物的發(fā)現(xiàn)

1990年，Mitsubishi Kasei Corporation發(fā)現(xiàn)了BC723。此物質(zhì)抑制琥珀酸脫氫酶，不僅對(duì)擔(dān)子菌而且對(duì)子囊菌有殺菌活性，是實(shí)踐中對(duì)子囊菌引起灰霉病和白粉病等病害有活性的第一個(gè) SDHI殺菌劑。

在2012年Mitsubishi Chemical Corporation把農(nóng)化業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)給 Nihon Nohyaku Co., Ltd.后，Nihon Nohyaku Co., Ltd.開始研究對(duì)植物病害有優(yōu)異活性，環(huán)境友好的下一代SDHI殺菌劑。在先前對(duì)BC723衍生物的研究基礎(chǔ)上，推斷3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺類化合物有很大的潛力作為先導(dǎo)物(圖2)。而在新的殺螨劑發(fā)現(xiàn)研究中，Kazuhiko Kikutake等人合成了新穎化合物3-(三氟甲基)-2-吡嗪羧酸，并進(jìn)行了一系列取代研究，發(fā)現(xiàn)3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺類化合物(3)不僅對(duì)灰霉病和褐銹病，而且對(duì)白粉病的活性要高于吡啶甲酰胺化合物(表1)?；钚缘脑黾涌赡苁?-三氟甲基取代所致。

圖2 pyraziflumid的發(fā)現(xiàn)

1.2 構(gòu)效關(guān)系

據(jù)報(bào)道一些N-(聯(lián)苯基)-2-甲酰胺類化合物對(duì)植物病害的活性，與N-(1,1,3-三甲基茚滿)-4-甲酰胺類化合物的相似。因此，Kazuhiko Kikutake等人把殺菌活性化合物的研究范圍擴(kuò)展到N-(不同取代的聯(lián)苯基-2-基)-3-(三氟甲基)吡嗪甲酰胺類化合物。這些物質(zhì)的殺菌活性列于表 2。它們的構(gòu)效關(guān)系表明對(duì)灰霉病的防治活性可能是 4'-位取代(4,5,6)所致，而對(duì)褐銹病的活性可能受 3'-位取代(7、8)影響。4'-位或3'-位的立體特異性取代影響可能是獨(dú)立的，但這兩個(gè)位置同時(shí)取代對(duì)灰霉病和褐銹病的活性(9、10、11、12)增加了。沒有發(fā)現(xiàn)立體特異性取代對(duì)白粉病的防治活性有影響，但在任何位置含有氟原子的二取代化合物都具有高活性(9、11、12、13、14)。對(duì)這3個(gè)病害防治活性的構(gòu)效關(guān)系研究結(jié)果表明N-(3',4'-二氟聯(lián)苯-2-基)-3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺，即pyraziflumid(9)是其中最優(yōu)異的殺菌劑化合物。

表1 N-(1,2,3-三甲基茚滿-4-基)吡啶或吡嗪-甲酰胺類化合物和它們的生物活性

2 合 成

Pyraziflumid的合成路線：3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酸甲酯(15)[3-(trifluoromethyl)-2-pyrazine carboxylic acid ester]與3',4'-二氟-2-苯胺(17)反應(yīng)或3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酸(16)和 3',4'-二氟-2-苯胺(17)縮合而成(圖 3)。

主要的中間體(15)最初是由 3-氯-2-吡嗪甲酸甲酯(18)和三氟甲基化試劑合成(圖4)。

筆者開發(fā)了新的經(jīng)濟(jì)、有效的合成路線，這些路線沒有使用價(jià)高的三氟甲基化試劑。具體路線如下：⑴ 乙二胺和三氟丙酮酸甲酯(19)縮合反應(yīng)；⑵乙二醛和2-氨基三氟丙酸胺(21)縮合反應(yīng)；⑶ 酮酯和乙二胺縮合反應(yīng)(圖5)。

表2 N-(不同取代聯(lián)苯基-2-基)-3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺類化合物和它們的生物活性

圖3 pyraziflumid(9)的合成

圖4 3-(三氟甲基)-2-吡嗪羧酸甲酯(15)的合成

圖5 三氟甲基吡嗪新的制備方法

3 理化特性

通用名：pyraziflumid，試驗(yàn)代號(hào)：NNF-0721，CAS注冊(cè)號(hào)：942515-63-1，化學(xué)名稱：N-(3',4'-二氟聯(lián)苯-2-基)-3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺。分子式：C18H10F5N3O，分子量：379.28，外觀：淺黃色晶體，熔點(diǎn)：119 ℃，水中溶解度：2.32 mg/L(20 ℃)，分配系數(shù)：logPO/W=3.51(25 ℃)。

4 生物活性

4.1 抗真菌譜

表3列出了pyraziflumid的抗真菌活性。在PDA(馬鈴薯葡萄糖瓊脂)、YBA(酵母膏、細(xì)菌蛋白胨和乙酸鈉)和 YB(酵母膏和細(xì)菌蛋白胨)培養(yǎng)基的瓊脂平板生測(cè)中，pyraziflumid具有高的抗真菌活性。其對(duì)灰葡萄孢、瓜枝孢、山扁豆生棒孢、瀉根亞隔孢殼、蘋果雙殼、柑橘痂囊腔菌、痂囊腔菌、蘋果鏈核盤菌、葡萄假尾孢、白腐小核菌、核盤菌、蘋果黑星菌和細(xì)盾殼霉等子囊菌的EC50低于0.1 mg a.i./L。研究也表明此化合物對(duì)鏈格孢屬和黑脛莖點(diǎn)霉等不完全菌，立枯絲核菌和齊整小核菌等擔(dān)子菌也有活性。然而，pyraziflumid在100 mg a.i./L對(duì)刺盤孢屬、柑橘間座殼、尖鐮孢菌番茄?；?、指狀青霉、彌澤那擬盤多毛孢、福士擬莖點(diǎn)霉和馬鈴薯晚疫病原菌沒有活性。

表3 pyraziflumid抑制植物病原真菌的菌絲體的生長(zhǎng)

續(xù)表

除了對(duì)菌絲生長(zhǎng)和孢子萌發(fā)的影響外，pyraziflumid對(duì)核盤菌(Sclerotinia sclerotiorum)的子囊盤的形成也有抑制活性。

4.2 生物特性

為了評(píng)估pyraziflumid的生物特性，用核盤菌菌絲瓊脂塊的離體方法(detached-leaf test)測(cè)定了pyraziflumid對(duì)甘藍(lán)菌核病的活性，結(jié)果為其具有優(yōu)異、穩(wěn)定的預(yù)防、治療和殘留活性，且耐雨水沖刷(圖6)。

圖6 pyraziflumid防治甘藍(lán)菌核病的生物特性(detached-leaf test)

4.3 田間試驗(yàn)

圖7和圖8為JPPA和Nihon Nohyaku Co.,Ltd.所進(jìn)行的大田試驗(yàn)結(jié)果。由試驗(yàn)可知pyraziflumid對(duì)甘藍(lán)菌核病、草莓灰霉病、黃瓜白粉病和番茄葉霉病有好的防效(圖7)。Pyraziflumid對(duì)葉菜、果菜類蔬菜、豆類和洋蔥作物的菌核病有特別高的活性。

為了證實(shí)對(duì)蘋果病害的長(zhǎng)時(shí)間作用，在2010年和2013年在Aomori Prefecture進(jìn)行了田間試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，pyraziflumid對(duì)Marssonina blotch具有優(yōu)異的殘留活性(圖8)。此外，對(duì)蘋果和其他水果作物的其他病害，例如瘡痂病、褐腐病和環(huán)腐病有活性。

5 安全性

Pyraziflumide和其制劑產(chǎn)品具有低的急性哺乳動(dòng)物毒性，對(duì)眼睛和皮膚沒有刺激作用。雖然pyraziflumide對(duì)皮膚有輕微的致敏作用，但不屬于Globally Harmonized System(GHS)類別。致癌性、致畸形、生殖毒性和基因毒性研究表明其對(duì)人類健康沒有負(fù)面影響。

Pyraziflumid對(duì)魚的急性毒性和水生無脊椎動(dòng)物的毒性低，在生物體內(nèi)的蓄積少。因此，按使用標(biāo)準(zhǔn)使用的話，pyraziflumid對(duì)環(huán)境安全。

圖7 PARADE?20FL對(duì)蔬菜作物病害的田間試驗(yàn)效果

圖8 PARADE?15FL對(duì)蘋果marrsonnina blotch的田間試驗(yàn)效果

6 作用機(jī)制

6.1 對(duì)核盤菌的琥珀酸脫氫酶有抑制活性

Pyraziflumid與BC723的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，根據(jù)BC723的研究結(jié)果預(yù)測(cè) pyraziflumid的作用機(jī)制為抑制線粒體復(fù)合體Ⅱ的琥珀酸脫氫酶(SDH)活性。采用二氯靛酚(DCIP)方法進(jìn)行了驗(yàn)證，并測(cè)定了pyraziflumid的抑制活性。所用病原菌為從日本田間采集的核盤菌。

經(jīng)對(duì)核盤菌的 24個(gè)菌株活性的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)pyraziflumid對(duì)琥珀酸脫氫酶有抑制活性，IC50為1.1～10 nM(中值為1.8 nM)，圖9為其濃度和抑制活性關(guān)系圖。

6.2 對(duì)其他植物病原真菌、作物和動(dòng)物的琥珀酸脫氫酶的抑制活性

Pyraziflumid也對(duì)多種植物病原真菌(表4)呈現(xiàn)抑制活性。Pyraziflumid對(duì)子囊菌綱的小核盤菌、灰葡萄孢菌、小麥白粉病菌、蘋果黑心病菌和蕓薹鏈格孢菌的IC50為0.7～18.9；對(duì)擔(dān)子菌綱的隱諾柄銹菌、立枯絲核菌的IC50分別為14.4、5.9 nM；而對(duì)卵菌綱的瓜果腐霉的琥珀酸脫氫酶沒有抑制活性；對(duì)甘藍(lán)、番茄和黃瓜等作物和小鼠非靶標(biāo)琥珀酸脫氫酶沒有抑制活性。這些結(jié)果表明pyraziflumid對(duì)植物病原真菌和非靶標(biāo)有高的選擇性。其對(duì)植物和哺乳動(dòng)物毒性風(fēng)險(xiǎn)低。

表4 pyraziflumid對(duì)植物病原菌、作物和哺乳動(dòng)物的琥珀酸脫氫酶的抑制活性

7 結(jié) 語

新穎的SDHI殺菌劑 pyraziflumid是在BC723和殺螨劑pyflubumide的研究基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的。

截至2020年5月pyraziflumid已在日本和韓國(guó)登記，2018年在日本商業(yè)化，產(chǎn)品的商品名為PARADE?。目前 Nihon Nohyaku Co.,Ltd.正在更多作物上登記該殺菌劑，用于防治更多的病害。此外，PARADE?具有優(yōu)異的內(nèi)吸活性，可登記用于噴淋葉菜的育苗盤，預(yù)防移栽后菌核病的侵染，可大大節(jié)約勞力，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

目前準(zhǔn)備在其他多個(gè)國(guó)家登記pyraziflumid，此產(chǎn)品有望為全球農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展做出貢獻(xiàn)。