CN101427677B - 一种植物源杀菌剂及其人工合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及植物源农药制备领域，具体为一种植物源杀菌剂及其人工合成方法，解决未见有利用万寿菊中的精油成分作为植物源杀菌剂以及应用在植物病菌中报道的问题，该杀菌剂为2，4-二环烯戊烷环戊酮，结构式如下：首先采用环戊酮在碱性条件下加热反应，生成2-二环烯戊烷环戊酮，然后在催化剂作用下与环戊酮继续反应生成2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液，弃去水层，油层通过蒸馏方式收集挥发份，得到2，4-二环烯戊烷环戊酮，该方法操作简单、反应条件温和、产率高，适宜大规模工业化生产；更重要的是应用于植物源农药，可对西瓜、辣椒枯萎病、拟盘多毛孢菌、向日葵菌核菌等植物病菌具有杀灭作用，抑制率高，为我国植物源农药的发展提供了新的途径。

Description

一种植物源杀菌剂及其人工合成方法

技术领域

本发明涉及植物源农药制备领域，具体为一种植物源杀菌剂及其人工合成方法。

背景技术

农药的应用是保证提高粮食产量的重要手段，有机合成农药，尤其是化学杀虫剂，在带来农作物高产和丰收的同时，也由于不合理的使用而产生了不容忽所视的“3R”(Residue、Resistance、Resurgence，即残留、抗性、再猖獗)问题。与化学农药相比，植物源农药的优势是：对人、畜及有益生物的低毒，对产品及环境均表现为低残留和易降解，在有效防治病虫害的同时对生物和环境的影响降到最低程度；植物源农药对防治对象的作用方式多属胃毒作用，多数无接触毒性，使非食植性的益虫益鸟免受伤害；植物源农药中的有效成分作为植物的次生代谢物质，其中一部分是植物的自我防卫化学物质，对有害生物兼有杀虫、杀菌及调节植物生长的作用，与化学农药有不同的作用机制，有利于克服有害生物的抗药性所以植物源农药成为人们研究的热点。是发展有机农业、促进农业可持续发展的理想农药。

目前，植物源农药的开发利用可分为两方面：一是直接利用，即对植物中的活性物质进行粗提取后.直接加工成可利用的制剂。二是间接利用，即研究活性物质的结构、作用机制、结构与活性间的关系，进而人工模拟合成筛选，从中开发新型植物源农药制剂。两种途径相比，直接利用具有生产方便，技术简单等优点，但是严重受到原料的制约，并且应用效果也要受到产品的限制。间接利用具有可工业化生产，可通过同系物合成以及不同产物的配比等方法大大扩大其效果，并且由于是生物源物质，可以与天然物质一样无污染，无残留；但是有技术路线复杂，要求水平高，研究难度大等限制。间接利用是当前国外植物源农药研究开发的重点。也是我国植物源农药研究发展的方向。

植物源农药分为植物源杀虫剂和植物源杀菌剂。二者相比较而言植物源杀虫剂的研究和应用远远超过植物源杀菌剂。现今登记的39种植物源农药绝大多数是杀虫剂。由于间接开发在研究开发等方面的技术和资金的制约，致使国内现今研究与开发主要停留在植物源农药的直接开发利用上，很少进入间接开发阶段。现在只有两种该方面的杀菌剂，即杀菌剂402(以大蒜素分子结构为模板，衍生合成的类似物乙蒜素)和绿蒂(以银杏中生物活性物质B的化学结构为模板合成的拟银杏杀菌剂)。

万寿菊(Marigold；学名Tagetes erecta)，俗称臭芙蓉，为菊科万寿菊属植物。夏秋季开花，花呈黄色或橙色，易于栽培。万寿菊属植物有30余种，主产美洲中部及南部，其中许多是观赏植物。对于万寿菊的开发，现在主要是用于提取食用色素，一些研究者也开展了其提取物对昆虫(如蚊蝇类)和螨类(山楂叶螨)的杀灭作用的研究。某些研究还表明，万寿菊中还含有植物杀菌物质，为精油类，但是到目前为止，还未见有万寿菊作为植物源杀菌剂的报道。

西瓜枯萎病又叫蔓割病、萎蔫病等，是世界性西瓜产区病害，我国各西瓜产区都有枯萎病发生，其发病率一般在15％左右，严重时达80％以上，甚至全田枯萎绝产，给西瓜生产造成严重的经济损失。除西瓜外，还浸染黄瓜、甜瓜和香瓜等瓜类。随着农民瓜类种植面积的迅速扩大，该病已成为影响瓜类生产的最严重的病害之一。

发明内容

本发明为了解决现在未见有利用万寿菊中的某些精油成分作为植物源杀菌剂以及应用在西瓜枯萎病等病菌中的报道的问题，提供一种植物源杀菌剂及其人工合成方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种植物源杀菌剂，该杀菌剂为2，4-二环烯戊烷环戊酮，其分子式为C₁₅H₂₀O，结构式如下：

经检测，2，4二环烯戊烷环戊酮的分子量为216；理化性质如下：外观：金黄色半透明油状液体；气味：有特殊气味；含量：97.2％；沸点：300～302℃；溶解性：完全不溶于水，易溶于有机溶剂；稳定性：常温下比较稳定；挥发性：略有挥发性。

本发明所述植物源杀菌剂-2，4-二环烯戊烷环戊酮，是根据对万寿菊各种提取液的研究，得知万寿菊主要杀菌物质是精油类，经过对精油类物质杀菌成分用GC/MS结构分析，得知其中含量较高的成分之一是2，4-二环烯戊烷环戊酮。该物质可从万寿菊中直接提取，但通常从天然产物中提取出的含量极少，不利于研究或应用，所以本发明提供了一种人工合成的方法，具体步骤如下：

(1)在1mol/L的氢氧化钠溶液中逐滴加入环戊酮，充分搅拌，然后继续在反应液中加入催化剂，在80～120℃的温度下加热搅拌1～2.5h，直至反应完全并且反应液变为黄色，上述氢氧化钠、环戊酮与催化剂的摩尔比为1∶0.36～0.43∶0.01；

(2)将上述反应液转入分液漏斗中，弃去水层，油层用水反复洗涤后，减压蒸馏，收集300～302℃的馏分，得到黄色油状液体，有特殊气味，即为2，4-二环烯戊烷环戊酮，总反应式如下：

所述的催化剂是溴化十二烷基二甲基苄胺或壳聚糖季铵盐或三(2-乙基)己胺中的任意一种。本发明采用的上述反应条件为最佳，不仅反应速度快，而且产物得率高。

为了进一步证明本发明所述合成方法得到的最终产物为2，4-二环烯戊烷环戊酮，特别进行了以下检测，

(1)仪器：美国Agilent HP6890N气相色谱仪

(2)检测条件：氢火焰离子化检测器(FID)，柱为Dexsil-300GC熔融弹性石英毛细管柱(30m×0.25mm×0.25um)；N₂为载气；汽化室温度250℃；检测室温度200℃；无分流进样装置，6890N/GC化学工作室。柱程序升温：80℃保持2min，以4℃/min的升温速率，升温至180℃，再以10℃/min的升温速率升温至250℃保持15分钟；载气压力为1.0kg·cm^-2，分流比30∶1，尾吹0.4kg·cm^-2，进样量0.15ul，灵敏度10^-10；配用CDMC-IB色谱数据处理系统进行数据处理。

(3)标样：从万寿菊中提纯并经过检测的2，4-二环烯戊烷环戊酮。

(4)样品：本发明所述工艺合成的产品。

(5)操作：分别作标样和合成产品的单一物质气相色谱，如图1、2所示，再将二者混合后混合样的气相色谱，如图3所示；

(6)结果分析：经标样(天然提纯的2，4-二环烯戊烷环戊酮)图谱与本发明合成产品图谱以及标样+合成产品混合物的图谱三者的比较分析，无论是单一物质的保留时间，还是将二者混合以后的保留时间，标样与合成产品的保留时间都非常接近，说明本发明合成的产品为2，4-二环烯戊烷环戊酮。

为了进一步证明本发明所得到的2，4-二环烯戊烷环戊酮作为植物源杀菌剂的效果，特别进行了以下试验：

A、2，4-二环烯戊烷环戊酮对西瓜枯萎病菌的杀菌作用

将2，4-二环烯戊烷环戊酮分别配成浓度0.3、0.08、0.05、0.01、0.008、0.005μg/ml的药剂培养基，按照常规实验方法，分别进行抑菌实验，观察24h、36h、48h、72h后西瓜枯萎病菌丝生长情况，记录各个时间下的菌丝直径，求出每一时刻同一培养皿中三个菌落直径的平均值。结果如下表所示，另外附图4、5、6、7、8分别显示的是不同浓度(0.08μg/ml、0.05μg/ml、0.01μg/ml、0.008μg/ml、0.005μg/ml)的2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液对西瓜枯萎病菌在48h的杀菌作用的照片，而图9显示的是未加2，4-二环烯戊烷环戊酮药剂培养基的西瓜枯萎病菌丝生长照片，

注：各个时间下的菌丝直径均为每一时刻同一培养皿中三个菌落直径的平均值。

由上述表格可看出，2，4-二环烯戊烷环戊酮对西瓜枯萎病菌丝生长的抑制效果较为明显，在浓度为0.3μg/ml下，菌丝完全被抑制；在浓度为0.08μg/ml下，72h的抑制率可以达到57.3％；在浓度为0.05ug/ml下，72h的抑制率为50.5％；在浓度为0.008μg/ml下，48h的抑制率可以达到50.1％；在浓度为0.005μg/ml下，72h后仍然有一定的抑制效果。同时由附图可看出，在2，4-二环烯戊烷环戊酮相同的作用时间下，随着其浓度的增加，对西瓜枯萎病菌的抑制率更高。

B、2，4-二环烯戊烷环戊酮的杀菌谱研究

经对2，4-二环烯戊烷环戊酮的杀菌谱的研究，确认其是广谱杀菌剂，发现其对下列病菌均有杀灭作用：西瓜枯萎病菌，辣椒枯萎病，拟盘多毛孢菌，炭疽，向日葵菌核菌，南瓜枯萎病菌，辣椒疫病菌，番茄叶霉病菌，番茄灰霉病菌，梨青霉病菌，香蕉炭疽病菌，西葫芦白粉病菌，小麦赤霉菌等。如图10所示，是对辣椒枯萎病菌的对照照片；如图11所示，是对向日葵菌核病的对照照片；如图12所示，是对拟盘多毛孢菌的对照照片，其中左侧照片均为对照(即未加2，4-二环烯戊烷环戊酮药剂培养基)，右侧照片为样品。

本发明首先采用环戊酮在碱性条件下加热反应，生成2-二环烯戊烷环戊酮，然后再在催化剂的作用下，2-二环烯戊烷环戊酮与环戊酮继续反应生成2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液，弃去水层，根据油层中2，4-二环烯戊烷环戊酮的沸点，通过蒸馏方式收集挥发份，得到最终产品2，4-二环烯戊烷环戊酮，该合成方法操作简单、反应条件温和、反应结果较单一，产率高，可达90％以上，适宜大规模工业化生产；由于是生物源物质，与天然物质一样无污染，无残留；更重要的是应用于植物源农药，可对西瓜枯萎病菌，辣椒枯萎病，拟盘多毛孢菌，炭疽，向日葵菌核菌等植物的病菌具有明显的杀灭作用，抑制率较高，为我国植物源农药的发展提供了新的途径。

附图说明

图1为标样的2，4-二环烯戊烷环戊酮的气相色谱图

图2为本发明合成的2，4-二环烯戊烷环戊酮的气相色谱图

图3为标样和本发明合成产品的混合样的气相色谱图

图4为浓度为0.08μg/ml2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液对西瓜枯萎病菌在48h的杀菌作用的照片

图5为浓度为0.05μg/ml2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液对西瓜枯萎病菌在48h的杀菌作用的照片

图6为浓度为0.01μg/ml2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液对西瓜枯萎病菌在48h的杀菌作用的照片

图7为浓度为0.008μg/ml2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液对西瓜枯萎病菌在48h的杀菌作用的照片

图8为浓度为0.005μg/ml2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液对西瓜枯萎病菌在48h的杀菌作用的照片

图9为未加2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液的西瓜枯萎病菌丝生长照片

图10为2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液对辣椒枯萎病菌的对照照片

图11为2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液对向日葵菌核病的对照照片

图12为2，4-二环烯戊烷环戊酮溶液对拟盘多毛孢菌的对照照片

具体实施方式

实施例1：

一种植物源杀菌剂，该杀菌剂为2，4-二环烯戊烷环戊酮，其分子式为C₁₅H₂₀O，结构式如下：

其人工合成方法为：(1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和滴液漏斗的250ml的四颈瓶中，在1mol/L的氢氧化钠溶液中逐滴加入环戊酮，充分搅拌，然后继续在反应液中加入催化剂，所述的催化剂是溴化十二烷基二甲基苄胺。在80℃的温度下加热搅拌1h，直至反应完全并且反应液变为黄色，上述氢氧化钠、环戊酮与催化剂的摩尔比为1∶0.36∶0.01；(2)将上述反应液转入分液漏斗中，弃去水层，油层用水反复洗涤后，减压蒸馏，收集300～302℃的馏分，得到黄色油状液体，有特殊气味，即为2，4-二环烯戊烷环戊酮。

实施例2：

一种植物源杀菌剂，该杀菌剂为2，4-二环烯戊烷环戊酮，其分子式为C₁₅H₂₀O，结构式如下：

其人工合成方法为：(1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和的滴液漏斗的250ml的四颈瓶中，在1mol/L的氢氧化钠溶液中逐滴加入环戊酮，充分搅拌，然后继续在反应液中加入催化剂，所述的催化剂是壳聚糖季铵盐。在120℃的温度下加热搅拌2.5h，直至反应完全并且反应液变为黄色，上述氢氧化钠、环戊酮与催化剂的摩尔比为1∶0.43∶0.01；(2)将上述反应液转入分液漏斗中，弃去水层，油层用水反复洗涤后，减压蒸馏，收集300～302℃的馏分，得到黄色油状液体，有特殊气味，即为2，4-二环烯戊烷环戊酮。

实施例3：

一种植物源杀菌剂，该杀菌剂为2，4-二环烯戊烷环戊酮，其分子式为C₁₅H₂₀O，结构式如下：

其人工合成方法为：(1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和的滴液漏斗的250ml的四颈瓶中，在1mol/L的氢氧化钠溶液中逐滴加入环戊酮，充分搅拌，然后继续在反应液中加入催化剂，所述的催化剂是三(2-乙基)己胺。在80℃的温度下加热搅拌2.5h，直至反应完全并且反应液变为黄色，上述氢氧化钠、环戊酮与催化剂的摩尔比为1∶0.40∶0.01；(2)将上述反应液转入分液漏斗中，弃去水层，油层用水反复洗涤后，减压蒸馏，收集300～302℃的馏分，得到黄色油状液体，有特殊气味，即为2，4-二环烯戊烷环戊酮。

实施例4：

一种植物源杀菌剂，该杀菌剂为2，4-二环烯戊烷环戊酮，其分子式为C₁₅H₂₀O，结构式如下：

其人工合成方法为：(1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和的滴液漏斗的250ml的四颈瓶中，在1mol/L的氢氧化钠溶液中逐滴加入环戊酮，充分搅拌，然后继续在反应液中加入催化剂，所述的催化剂是溴化十二烷基二甲基苄胺。在100℃的温度下加热搅拌2.0h，直至反应完全并且反应液变为黄色，上述氢氧化钠、环戊酮与催化剂的摩尔比为1∶0.39∶0.01；(2)将上述反应液转入分液漏斗中，弃去水层，油层用水反复洗涤后，减压蒸馏，收集300～302℃的馏分，得到黄色油状液体，有特殊气味，即为2，4-二环烯戊烷环戊酮。

Claims (3)

1.化合物2，5-二环烯戊烷环戊酮在植物源杀菌剂中的应用。

2.制备如权利要求1所述的化合物2，5-二环烯戊烷环戊酮的人工合成方法，其特征是包括以下步骤：

(1)在1mol/L的氢氧化钠溶液中逐滴加入环戊酮，充分搅拌，然后继续在反应液中加入催化剂，在80～120℃的温度下加热搅拌1～2.5h，直至反应完全并且反应液变为黄色，上述氢氧化钠、环戊酮与催化剂的摩尔比为1∶0.36～0.43∶0.01；

(2)将上述反应液转入分液漏斗中，弃去水层，油层用水反复洗涤后，减压蒸馏，收集300～302℃的馏分，得到黄色油状液体，有特殊气味，即为2，5-二环烯戊烷环戊酮，总反应式如下：

3.根据权利要求2所述的化合物2，5-二环烯戊烷环戊酮的人工合成方法，其特征是所述的催化剂是溴化十二烷基二甲基苄胺或壳聚糖季铵盐或三(2-乙基)已胺。

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