CN111961095A - 一种防治植物病毒病的离子液体化合物及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防治植物病毒病的离子液体化合物及其制备和应用，属于精细化工的技术领域。一种防治植物病毒病的离子液体化合物，表示为下述式(Ⅰ)：
Description
技术领域
本发明涉及精细化工的技术领域，具体涉及一种防治植物病毒病的离子液体化合物及其制备和应用。
背景技术
病毒病已成为危害我国农业生产的第一大类病害，严重制约我国农业产业的健康持续发展。病毒病防治困难，素有“植物癌症”之称，是世界难题。植物病毒病害的爆发十分广泛，危害严重，几乎所有蔬菜、粮食作物、果木等都会感染病毒病，降低产品品质，并严重促使植物其它生理性病害的发生，使农业生产受到巨大损失。
壳聚糖为天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能，广泛应用于食品添加剂、纺织、农业、环保、美容保健、化妆品、抗菌剂、医用纤维、医用敷料、人造组织材料、药物缓释材料、基因转导载体、生物医用领域、医用可吸收材料、组织工程载体材料、医疗以及药物开发等众多领域和其他日用化学工业。壳聚糖作为药物载体可以稳定药物中的成分，促进药物吸收，延缓或控制药物的溶解速度，帮助药物达到靶器官，并且抗酸、抗溃疡，防止药物对胃的刺激。壳聚糖在农业上的应用主要体现在诱导植物自身防卫反应，产生广谱抗性物质，使作物自身免疫能力提高，一旦病菌侵犯，这些抗性物质就能从多个靶位对之加以消灭，作用持久。可以诱导植物抗性蛋白的产生；诱导木质素的产生；改变植物的酚类代谢；诱导植物产生愈创葡聚糖，增强植物细胞壁。壳聚糖还对线虫、蚜虫和红蜘蛛等有一定的趋避效果，可分解昆虫外皮、内壁的几丁质结构，从而使其失去了生物被膜而丧失生存条件，经常使用壳聚糖的作物很少发生虫害。壳聚糖还能促进根系生长、活化根际状态、增强植物的吸肥吸水能力，增强抗旱、抗倒伏能力，能促使植物种子提前发芽，根系发达，根毛、须根、次生根数量增加，使氮、磷、钾等养分能得到植物充分有效的吸收。由于诸多优点和特性，壳聚糖已经在农业上被正式登记为氨基寡糖素、几丁聚糖等名称用于植物病毒病和其他病害的防除；壳聚糖对植物病毒病主要是起预防增强免疫作用，一般都是早期在播种时种子处理或者苗期喷雾处理来增强植物的免疫能力、预防植物病毒病的发生，对已经发生的病毒病不具有治疗和铲除作用，因此植物一旦感染病毒病后使用壳聚糖类产品没有活性。
在人类、动物病毒的防治药物中很大一部分化合物都具有氨基酸结构。在植物病毒的防治中，尤其是对烟草花叶病毒的防治药物中，也是含有氨基酸结构的化合物活性较高。经文献检索，期刊《中国烟草学报》2001年第7卷第1期26-31报道了复方氨基酸对烟草花叶病具有一定的预防效果，防效达58.3％，治疗效果亦达52.1％；期刊《烟草科技·病虫害防治》1996年第1期43-45报道了氨基酸对黄瓜花叶病毒病具有较好的防治效果。中国发明专利ZL201210216723.6《一种含二硝基三氟甲苯结构的氨基酸衍生物及其制备方法和应用》报道了甘氨酸、天门冬氨酸、天冬酰胺、半胱氨酸、谷氨酸、组氨酸、苯丙氨酸分别与3,5-二硝基-4-氯-三氟甲苯发生亲核反应制备抗番茄黄化曲叶病毒病新化合物，该类氨基酸衍生物对番茄黄化曲叶病毒具有良好的生物活性。
离子液体(Ionic liquids)，是一类全部由阴阳离子组成的熔点小于100℃的熔融盐。由于离子液体组成的特殊性，也赋予了其特异的理化性质，具有极低的蒸汽压，避免了由于挥发造成的环境问题；具有很好的光热稳定性，在较宽的温度范围内稳定，并有很大的化学和电化学稳定性。以药物活性成分为基础，配以各种类型的配对阴/阳离子，既能保证原有的药物活性又可以改善其缺陷的理化性质，是离子液体发展的新方向。离子液体的物理、化学和生物性质可以通过选择一系列广泛的阳离子和阴离子组合来改变，具有独特的可设计性和多样性，拥有一系列突出优点。
氨基寡糖是将壳聚糖经特殊的生物酶技术(也有使用化学降解、微波降解技术的报道)降解得到的一种聚合度在2～20之间寡糖产品，分子量≤3200Da，是水溶性较好、功能作用大、生物活性高的低分子量产品。它具有壳聚糖所没有的较高溶解度，全溶于水，容易被生物体吸收利用等诸多独特的功能，其作用为壳聚糖的10多倍。氨基寡糖分子结构中含有大量的氨基，因而带有正电荷，容易与有机阴离子发生化学反应生成新结构离子化合物，赋予氨基寡糖新的理化特性和生物活性。本研究结果表明，氨基寡糖尤其是小分子量的低聚物与氨基酸结合生产离子液体，表现出极好的防控植物病毒活性。经文献检索，到目前为止还没有有关氨基寡糖与氨基酸离子液体对植物病毒活性的报道。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种防治植物病毒病的离子液体化合物及其制备和应用，以解决上述技术问题。
一种防治植物病毒病的离子液体化合物，表示为下述式(Ⅰ)：
其中，n为2～20的整数。
一种防治植物病毒病的离子液体化合物的制备方法，其反应式如下：
本发明以氨基寡糖和天冬氨酸为原材料溶于溶剂中，在加热条件下，以氨水做催化剂，催化反应得到氨基寡糖氨基酸离子液体。
具体步骤如下：
搅拌下向反应器中加入溶剂、式(Ⅱ)化合物(氨基寡糖)和天冬氨酸，控制反应体系温度在50～100℃；滴加氨水控制反应体系pH，保温搅拌反应1～2h，得式(Ⅰ)离子液体化合物；反应结束后冷却至室温，用冰醋酸调节反应液pH为4.0～6.0。其中，式(Ⅱ)化合物中n为2～20的整数。
优选的，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙腈、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二氧六环、二甲基亚砜、乙二醇、丙三醇、乙二醇甲醚或N－甲基吡咯烷酮中的一种或几种的组合。
优选的，所述式(Ⅱ)化合物的平均分子量为500～3000Da。
优选的，所述式(Ⅱ)化合物的平均分子量为1000～2400Da。
优选的，所述式(Ⅱ)化合物中氨基糖单元与天冬氨酸投料量的摩尔比为0.5～2.0:1。
优选的，所述式(Ⅱ)化合物中氨基糖单元与天冬氨酸投料量的摩尔比为1.0～1.6:1。
优选的，所述反应体系温度为60～80℃。
优选的，所述反应体系pH为4.0～12.0。
优选的，所述反应体系pH为7.0～9.0。
式(Ⅰ)所示离子液体化合物化合物用于防治植物病毒病。
优选的，所述植物病毒病为番茄黄化曲叶病毒病或烟草花叶病毒病。
本发明的有益效果为：
本发明的含氨基寡糖-天冬氨酸离子液体化合物，表现出极好的防控植物病毒活性。尤其是在防治番茄黄化曲叶病毒病和烟草花叶病毒病方面，效果尤为突出。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
在带有电磁搅拌、加热套、冷凝回流管、温度计的250mL三口烧瓶中加入12.0mmol平均分子量约为1700Da氨基寡糖、0.1mol天冬氨酸、70mL去离子水和30mL二甲基甲酰胺，开动搅拌并滴加10％氨水溶液，维持体系pH值为7.0并控制反应温度80℃，25分钟滴加完毕，继续搅拌反应1小时。反应完毕冷却后用冰醋酸调节溶液的pH值为5.0左右，并用去离子水补齐至200克得到含量为13.78％棕黄色透明液体，以天冬氨酸计反应收率为93.8％；所得离子液体化合物的平均分子量为3084Da。
实施例1中含量的检测是通过氨基酸分析仪测定反应前后游离天冬氨酸含量变化来计算产物的含量。下述实施例中产品的含量均是通过此方法检测。
实施例2
在带有电磁搅拌、加热套、冷凝回流管、温度计的250mL三口烧瓶中加入0.017mol平均分子量约为1000Da氨基寡糖、0.1mol天冬氨酸、70mL去离子水和30mLN-甲基吡咯烷酮，开动搅拌并滴加10％氨水溶液，维持体系pH值为9.0并控制反应温度60℃，25分钟滴加完毕，继续搅拌反应2.0小时。反应完毕冷却后用冰醋酸调节溶液的pH值为6.0左右，并用去离子水补齐至200克得到含量为14.17％棕黄色透明液体，以天冬氨酸计反应收率为96.4％；所得离子液体化合物的平均分子量为1818Da。
实施例3
在带有电磁搅拌、加热套、冷凝回流管、温度计的250mL三口烧瓶中加入10.5mmol平均分子量约为1700Da氨基寡糖、0.1mol天冬氨酸、60mL去离子水和40mL异丙醇，开动搅拌并滴加10％氨水溶液，维持体系pH值为8.0并控制反应温度70℃，25分钟滴加完毕，继续搅拌反应1.5小时。反应完毕冷却后用冰醋酸调节溶液的pH值为4.0左右，并用去离子水补齐至200克得到含量为13.89％棕黄色透明液体，以天冬氨酸计反应收率为94.5％；所得离子液体化合物的平均分子量为3104Da。
实施例4
在带有电磁搅拌、加热套、冷凝回流管、温度计的250mL三口烧瓶中加入7.0mmol平均分子量约为2400Da氨基寡糖、0.1mol天冬氨酸、50mL去离子水和50mL甲醇，开动搅拌并滴加10％氨水溶液，维持体系pH值为7.0并控制反应温度60℃，25分钟滴加完毕，继续搅拌反应2.0小时。反应完毕冷却后用冰醋酸调节溶液的pH值为4.5左右，并用去离子水补齐至200克得到含量为13.84％棕黄色透明液体，以天冬氨酸计反应收率为94.2％；所得离子液体化合物的平均分子量为4368Da。
实施例5
在带有电磁搅拌、加热套、冷凝回流管、温度计的250mL三口烧瓶中加入0.020mol平均分子量约为1000Da氨基寡糖、0.1mol天冬氨酸、100mL去离子水，开动搅拌并滴加10％氨水溶液，维持体系pH值为7.0并控制反应温度75℃，25分钟滴加完毕，继续搅拌反应2.0小时。反应完毕冷却后用冰醋酸调节溶液的pH值为5.5左右，并用去离子水补齐至200克得到含量为14.23％棕黄色透明液体，以天冬氨酸计反应收率为96.8％；所得离子液体新化合物的平均分子量为1824Da。
实施例6
在带有电磁搅拌、加热套、冷凝回流管、温度计的250mL三口烧瓶中加入0.015mol平均分子量约为1700Da氨基寡糖、0.1mol天冬氨酸、60mL去离子水和40mL四氢呋喃，开动搅拌并滴加10％氨水溶液，维持体系pH值为8.0并控制反应温度70℃，25分钟滴加完毕，继续搅拌反应2.0小时。反应完毕冷却后用冰醋酸调节溶液的pH值为6.0左右，并用去离子水补齐至200克得到含量为14.08％棕黄色透明液体，以天冬氨酸计反应收率为95.8％；所得离子液体新化合物的平均分子量为3124Da。
实施例7
在带有电磁搅拌、加热套、冷凝回流管、温度计的250mL三口烧瓶中加入10.0mmol平均分子量约为2400Da氨基寡糖、0.1mol天冬氨酸、40mL去离子水、40mL甲醇和20mL二甲基亚砜，开动搅拌并滴加10％氨水溶液，维持体系pH值为9.0并控制反应温度60℃，25分钟滴加完毕，继续搅拌反应1.0小时。反应完毕冷却后用冰醋酸调节溶液的pH值为5.0左右，并用去离子水补齐至200克得到含量为13.74％棕黄色透明液体，以天冬氨酸计反应收率为93.5％；所得离子液体新化合物的平均分子量为4345Da。
应用例1
在温室内种植番茄苗，待生长到三叶期时，将实施例1得到的离子液体化合物分散到水溶液中并喷施到整株番茄苗上。12h后，利用注射接种法将摇培的浓度为2.25×108CFU/mL的侵染性克隆SH-2溶液接种在番茄茎杆部位，不接种的植株为空白对照。叶片接种后每两周记录发病情况，连续记录三次，设三次重复试验。离子液体浓度分别在50-1500mg/L之间。每次调查不同处理番茄的总植株数和病株率，用相对防效表示供试化合物对该病毒病的控制率，结果见表1：
表1-氨基寡糖-天冬氨酸离子液体对番茄黄化曲叶病毒的防效
应用例2
2019年4月在云南德宏州遮放镇，烟草移栽后花叶病毒病自然发生，发病程度中等，喷雾施药防治病害，药剂浓度分别500、1000、1500mg/L，采用小区对比试验，连续施药两次，每次间隔时期为10天，每个处理重复三次。于施药后14d调查防效。每次调查不同处理烟草的总植株数和病株率及程度，用相对防效表示供试化合物对该病毒病的控制率，其田间防效结果见表2。
表2-氨基寡糖-天冬氨酸离子液体对烟草花叶病毒病的防效
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种防治植物病毒病的离子液体化合物，其特征在于，表示为下述式(Ⅰ)：
其中，n为2～20的整数。
2.一种防治植物病毒病的离子液体化合物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
搅拌下向反应器中加入溶剂、式(Ⅱ)化合物(氨基寡糖)和天冬氨酸，控制反应体系温度在50～100℃；滴加氨水控制反应体系pH，保温搅拌反应1～2h，得式(Ⅰ)离子液体化合物；反应结束后冷却至室温，用冰醋酸调节反应液pH为4.0～6.0；其中，式(Ⅱ)化合物中n为2～20的整数。
3.如权利要求2所述的一种防治植物病毒病的离子液体化合物的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙腈、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二氧六环、二甲基亚砜、乙二醇、丙三醇、乙二醇甲醚或N－甲基吡咯烷酮中的一种或几种的组合。
4.如权利要求2所述的一种防治植物病毒病的离子液体化合物的制备方法，其特征在于，所述式(Ⅱ)化合物的平均分子量为500～3000Da；优选平均分子量为1000～2400Da。
5.如权利要求2所述的一种防治植物病毒病的离子液体化合物的制备方法，其特征在于，所述式(Ⅱ)化合物中氨基糖单元与天冬氨酸投料量的摩尔比为0.5～2.0:1；优选氨基糖单元与天冬氨酸投料量的摩尔比为1.0～1.6:1。
6.如权利要求2所述的一种防治植物病毒病的离子液体化合物的制备方法，其特征在于，所述反应体系温度为60～80℃。
7.如权利要求2所述的一种防治植物病毒病的离子液体化合物的制备方法，其特征在于，所述反应体系pH为4.0～12.0。
8.如权利要求2或7任一所述的一种防治植物病毒病的离子液体化合物的制备方法，其特征在于，所述反应体系pH为7.0～9.0。
9.式(Ⅰ)所示离子液体化合物在防治植物病毒病中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述植物病毒病包括番茄黄化曲叶病毒病和烟草花叶病毒病。
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