CN102657156B

CN102657156B - 林业害虫驱避剂(E)-2-己烯醛的β-环糊精缓释微胶囊的制备及测定方法

Info

Publication number: CN102657156B
Application number: CN 201210107809
Authority: CN
Inventors: 王大伟; 杨斌; 赵宁
Original assignee: Southwest Forestry University
Current assignee: Southwest Forestry University
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: CN102657156A

Abstract

林业害虫驱避剂(E)-2-己烯醛的β-环糊精缓释微胶囊的制备及测定方法，涉及林业病虫害防治和药物缓释领域。本发明制备方法采用β-环糊精作为壁材对害虫驱避剂(E)-2-己烯醛进行包合，得到具有缓释效果的β-环糊精微胶囊。连续通入速率恒定的空气30天，用紫外分光光度法定量测定吸收装置中(E)-2-己烯醛24小时的释放量。结果表明，该方法制备的β-环糊精微胶囊具有良好的缓释效果，可以作为林业领域控制害虫之用。

Description

林业害虫驱避剂(E)-2-己烯醛的β-环糊精缓释微胶囊的制备及测定方法

技术领域

本发明涉及林业病虫害防治和药物缓释领域，具体涉及一种害虫驱避剂的β-环糊精缓释微胶囊的制备方法。

背景技术

在植物和植食性昆虫两者关系中，植物气味在其取食和产卵定位中起着重要作用。而利用植物挥发性气味特质对昆虫的引诱或驱避作用来进行昆虫种群的治理，是当前害虫综合防治研究中的亮点。(E)-2-己烯醛，又叫反式-2-己烯醛、青叶醛，是绿色植物叶子合成的一种挥发性物质。在生物学方面，对许多昆虫来讲(E)-2-己烯醛是一种信息物质，它对有些种类的昆虫来说具有引诱性，对另一些则表现出驱避性。

１．(E)-2-己烯醛作为寄主植物的一种挥发成分

有研究者在研究绿盲蝽对性信息素类似物和植物挥发物的触角电位反应中发现绿盲蝽对(E)-2-己烯醛表现出较强的EAG反应；其后，Y形嗅觉仪试验和罩笼试验结果都表明(E)-2-己烯醛对绿盲蝽雌成虫有诱集作用（陈展册等，昆虫学报，2010，53，47-54；张尚卿等，华北农学报，2011，26，189-194）。

２．(E)-2-己烯醛作为非寄主植物的一种挥发成分

云南切梢小蠹是危害云南松最为严重的一种害虫（叶辉，刘宏屏，林业科学研究，2006，19，289-294），我们从小蠹虫的非寄主植物滇朴、藏柏提取的挥发性成分中分离出了(E)-2-己烯醛，并通过大量研究证实(E)-2-己烯醛能够引起云南切梢小蠹的趋避行为，还能够减少该虫的产卵数量。

因此，(E)-2-己烯醛不管是作为昆虫的引诱剂，还是驱避剂都可以用来防治林业害虫，而且与化学农药相比，植物的天然挥发性成分更加高效环保。但由于(E)-2-己烯醛的挥发性很强，定量控制释放量目前还无法实现；同时，由于(E)-2-己烯醛化学性质活泼，暴露在空气中很容易被氧化变质。这些特点使(E)-2-己烯醛在野外、林间大规模人工应用受到很大的限制。因此需要找到一种载体，它能够使得(E)-2-己烯醛缓慢地释放出来，达到相对定量控制释放量的目的，同时又能够使其在较长时间内不被氧化变质。

β-环糊精是由7个葡萄糖分子以α-1，4糖苷键连接而成的中空筒状分子。该分子一端开口较大，另一端较小，内径为6.0-6.5à；分子内部呈疏水性，外部呈亲水性。大小合适的疏水性分子容易进入β-环糊精的中间孔洞内，形成包合物，被包合的分子与β-环糊精以氢键和范德华力相互作用，使进入β-环糊精的中间孔洞内的疏水性分子所形成的包合物具有较好的稳定性。基于β-环糊精的特殊的分子结构，β-环糊精经常作为壁材被用于药物、香精缓释微胶囊的制备，以达到药物和香精缓慢释放并且延缓氧化变质的目的（Loftsson, T.Pharmaceutical Sciences. 1996,85,1017-1024.）。

发明内容

本发明的目的是利用β-环糊精作为壁材对害虫驱避剂(E)-2-己烯醛进行包合，提供一种具有缓释效果的(E)-2-己烯醛的β-环糊精微胶囊制备方法，并同时提供一种对于该β-环糊精缓释微胶囊中(E)-2-己烯醛释放效果定量地测试方法，以解决林业领域防治害虫时趋避剂(E)-2-己烯醛的缓慢稳定释放的技术问题。

本发明目的通过以下方式实现：

（一）(E)-2-己烯醛的β-环糊精缓释微胶囊的制备方法

包括以下步骤：

（1）用量筒量取100 mL乙醇和水的混合溶液，二者体积比为V_乙醇: V_水=1:2，混合液浓度为33.3%，置入250 mL的三口圆底烧瓶中，称取β-环糊精，快速搅拌下加入到以上圆底烧瓶中，将温度上升到35℃并继续搅拌5分钟，再用注射器吸取 (E)-2-己烯醛，缓慢滴加到圆底烧瓶中，且在滴加过程中保持快速搅拌，滴加完毕后保持35℃继续反应3小时；

以上步骤中，反应物(E)-2-己烯醛与β-环糊精的物质的量之比为1.5:1。

（2）反应结束后将溶液在室温10～15℃下冷却，使微胶囊晶体慢慢析出，24小时后减压抽滤，晶体每次用3mL水洗涤3次，制得缓释微胶囊产品，该产品为白色粉末状固体，粒径为10～30 μm。

所述的制备方法是将步骤（2）所制备的产品于35℃鼓风干燥1小时，除去微胶囊表面吸附的溶剂和(E)-2-己烯醛，然后低温密闭保存。

（二）定量地测定缓释微胶囊中(E)-2-己烯醛释放效果的方法

包括以下步骤：

a)以无水乙醇为溶剂，用紫外分光光度法扫描，λ_max=314 nm，配制一系列浓度梯度的(E)-2-己烯醛的乙醇溶液在波长314 nm处测定吸光度，在直角坐标系中以浓度为横坐标、吸光度为纵坐标绘制工作曲线，经拟合后得线性方程；

b) 用空气导管（6）依次串联连接气泵（1）、气流计（2）、无底的玻璃管（3）及装有吸收剂（5）的三个吸收瓶，组成三级吸收装置；其中，吸收剂（5）为无水乙醇，每个吸收瓶有50mL无水乙醇；

c)在无底的玻璃管（3）中装入10.0g (E)-2-己烯醛的β-环糊精缓释微胶囊作为测量样本，用适量棉花封堵玻璃管（3）两端，然后在玻璃管（3）两端装上中间带孔的橡皮塞，装入管内的样本应利于气流充分并顺利地通过；

d)气流计控制通入空气的速率恒定为0.1 L/min，向玻璃管（3）中的样本持续通入空气30天，连续或间隔1～2天于波长314 nm处测量吸收液中(E)-2-己烯醛的吸光度；

e)根据步骤a所得到的工作曲线计算出吸收液中(E)-2-己烯醛的浓度；

以上测量步骤均在室温10～15℃下进行。

（三）利用本发明缓释微胶囊在防治林业病虫害中的用途

本发明技术效果的原理是：

在步骤（1）中，选择β-环糊精作为壁材，加热条件下，在乙醇和水的混合溶液中与(E)-2-己烯醛反应，使(E)-2-己烯醛分子进入到β-环糊精分子疏水性的空腔中，从而形成稳定的包结化合物。根据包合机理，一个β-环糊精分子，它的疏水性空腔大小只能容纳一个(E)-2-己烯醛分子进入，因此，要使达到平衡时β-环糊精的包合率提高就要让(E)-2-己烯醛过量，但考虑到制备反应的经济效益，(E)-2-己烯醛的物质的量过量0.5倍为宜，因而，适宜的反应物(E)-2-己烯醛与β-环糊精的物质的量之比为1.5:1。反应溶剂乙醇和水的体积比为1：2，以保证β-环糊精和(E)-2-己烯醛都有较大的溶解度，使反应速率加快。

在该条件下，本发明制备的缓释微胶囊包合率可达91%。

在步骤（2）中，将步骤（1）反应结束后获得的溶液在室温10～15℃下静置冷却，慢慢析出大量缓释微胶囊晶体，重结晶时间24小时后，减压抽滤，用水洗涤晶体，获得粒径主要在10～30 μm之间的白色粉末状固体，即纯品β-环糊精缓释微胶囊。

进一步的步骤中，将所制备的β-环糊精缓释微胶囊低温密闭保存。原因是，β-环糊精与(E)-2-己烯醛以分子间氢键缔合在一起，低温使分子间的氢键不易断裂，同时低温使(E)-2-己烯醛分子运动的动能减小；密闭条件下可以保证环境中(E)-2-己烯醛维持较大的蒸汽压。

本发明所提供的β-环糊精缓释微胶囊及其测定方法具有以下优点：

1）工艺简单、反应条件温和，使用的所有化学试剂，包括β-环糊精，(E)-2-己烯醛，乙醇都安全无毒。本制备方法使液态的(E)-2-己烯醛与β-环糊精形成固态粉末状微胶囊，在储存、运输和使用时十分方便。

2）所制备的β-环糊精缓释微胶囊依据本发明提供的测量装置，并采用紫外分光光度法测定其缓释效果，而有关紫外分光光度法测定(E)-2-己烯醛的研究目前尚未见于文献。

3）通过向测量装置内持续通入空气30天的实验结果表明：缓释微胶囊能够稳定的释放出(E)-2-己烯醛；β-环糊精作为壁材能够有效保护空腔内以氢键相结合的(E)-2-己烯醛分子不被氧化变质。因此，本发明产品通过控制缓释微胶囊的施用量可以长效、稳定、定量地释放(E)-2-己烯醛，达到控制驱避剂释放浓度的目的。

4）本发明涉及的驱避剂(E)-2-己烯醛是植物绿叶挥发性成分的一种组分，比使用化学农药防治虫害更加有益于环境，因而，本发明β-环糊精缓释微胶囊在林业病虫害的防治领域有很好的应用前景。

为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明进行详细的描述。

附图说明

图1～图4分别是本发明实施例中制备的β-环糊精缓释微胶囊的扫描电镜图。

图5是本发明实施例中制备的β-环糊精缓释微胶囊的鼓风释放实验装置图，包括：气泵1、气流计2、玻璃管3、铁架4、吸收剂5、空气导管6。

图6是本发明实施例中(E)-2-己烯醛紫外吸收工作曲线图。

图7是本发明实施例中制备的β-环糊精缓释微胶囊连续通入空气30天，(E)-2-己烯醛释放量的变化曲线图。

具体实施方式

（一）(E)-2-己烯醛的β-环糊精缓释微胶囊的制备方法

用量筒量取100 ml体积比V_乙醇：V_水=1:2的乙醇和水的混合溶液，混合液的乙醇浓度为33.3%，置于250 mL的三口圆底烧瓶中，然后称取5.0 gβ-环糊精（4.4 m mol），快速搅拌下加入到圆底烧瓶中，将温度上升到35℃并继续在35℃下搅拌5分钟，让β-环糊精充分溶解；再用注射器吸取0.8 mL (E)-2-己烯醛（6.9 m mol），慢慢滴加到圆底烧瓶中，且在滴加过程中保持快速搅拌，滴加完毕后继续搅拌反应3小时。加热升温至35℃，反应结束后将溶液在室温条件下冷却，使微胶囊晶体慢慢析出，24小时后减压抽滤，晶体每次用3mL水洗涤3次，制得缓释微胶囊产品。产品为白色粉末状固体，粒径主要为10～30 μm（如图1）。

以上所得缓释微胶囊产品可进一步在35℃鼓风干燥1小时，除去微胶囊表面吸附的溶剂和(E)-2-己烯醛，然后低温密闭保存。

（二）定量地测定本发明缓释微胶囊中(E)-2-己烯醛释放效果的方法

包括步骤：

a) (E)-2-己烯醛分子中双键与羰基共轭，因此在紫外区有较强的吸收峰。(E)-2-己烯醛易溶于无水乙醇，以无水乙醇为溶剂，在紫外区扫描吸收情况，得λ_max=314 nm，配制一系列浓度梯度的(E)-2-己烯醛的乙醇溶液，在波长314 nm处测定其吸光度，在直角坐标系中以浓度为横坐标、吸光度为纵坐标绘制工作曲线，经拟合后得线性方程（见附图3）。

b) 如图２，用空气导管6依次串联连接气泵1、气流计2、无底的玻璃管3及装有吸收剂5的三个吸收瓶4，组成三级吸收装置。每个吸收瓶4装有50mL无水乙醇。

c)在无底的玻璃管中装入10.0g新制的 (E)-2-己烯醛的β-环糊精缓释微胶囊作为测量样本，样本未经35℃鼓风干燥1小时，两端用适量棉花封堵，然后在玻璃管两端装上中间带孔的橡皮塞。管内装入的样本充满管壁且较疏松，以利于气流充分且顺利地通过所有样本。

用气泵1向三级吸收装置通入空气，使稳定的气流通过玻璃管3中的样本，然后依次进入三个吸收瓶4，气流中的(E)-2-己烯醛分别被吸收瓶4中的无水乙醇吸收。吸收装置的空气流量可通过气流计2控制并读数。

d)为定量测定该缓释微胶囊的缓释效果，本发明向玻璃管中的样本持续通入空气30天，通入空气的速率恒定为0.1L/min，每次连续吸收24～48小时，取此过程中17个单天的释放量进行测定。测定是用光度计在波长314 nm处测量吸收液中(E)-2-己烯醛的紫外吸收数值，在室温21～23℃下进行。其中前1～8天每天测一次，以后每隔1～2天测定一次。根据步骤a) 获得的(E)-2-己烯醛紫外吸收工作曲线以及由测量所得到的吸光度，计算出吸收液中(E)-2-己烯醛的浓度，进而计算出一天释放的总量。

持续通入空气条件下各单天的(E)-2-己烯醛释放量见下表和附图4。

由表和附图4可以看出，本发明所制备的缓释微胶囊在前３天释放量较大，且释放量下降较快，从第４天一直到第30天释放量都比较稳定。前三天释放量大而且下降快的原因是新制备的β-环糊精缓释微胶囊在表面也吸附了一定量的(E)-2-己烯醛分子，这部分(E)-2-己烯醛分子通过相对较弱的分子间作用力（范德华力）与β-环糊精结合，故最先被释放出来；而处于β-环糊精疏水性空腔内的(E)-2-己烯醛分子通过相对稳定的氢键与β-环糊精结合，故在通气过程中能够长期稳定的释放出来，这与实验结果是相互印证的。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的详细说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的修改，如扩大制备量，都应当视为本发明的保护范围。

Claims

1.林业害虫驱避剂(E)-2-己烯醛的β-环糊精缓释微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

以上步骤中，反应物(E)-2-己烯醛与β-环糊精的物质的量之比为1.5:1；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是将步骤（2）所制备的产品于35℃鼓风干燥1小时，除去微胶囊表面吸附的溶剂和(E)-2-己烯醛，然后低温密闭保存。

3.一种定量测定如权利要求1或2所述的缓释微胶囊中(E)-2-己烯醛释放效果的方法，包括以下步骤：

以上测量步骤均在室温10～15℃下进行。

4.一种利用如权利要求1～3所述的任意之一种缓释微胶囊在防治林业病虫害中的用途。