DE2321523C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind die im Hauptanspruch angegebenen 2-(Nitromethylen)piperidine und ihre Verwendung als Insektizide.

Die neuen Verbindungen entsprechen der allgemeinen Formel:

in der n 0,1 oder 2 ist und X für ein Bromatom oder eine Methylthiogruppe steht.

Mit eingeschlossen sind die äquimolaren Komplexverbindungen von 2-(Nitromethylen)piperidin mit einer Alkansulfonsäure. Besonders bevorzugt wird hierbei 2-(Nitromethylen)piperidin-methansulfonatmonohydrat.

Im einzelnen haben sich als vorteilhaft erwiesen:

• 2-(Nitromethylen)piperidin
  2-(Nitromethylen)-3-brompiperidin
  3-(Methylthio)-2-(nitromethylen)piperidin
  3,3-Dibrom-2-(nitromethylen)piperidin

Die Verbindungen der allgemeinen Formel I lassen sich nach zwei allgemeinen Verfahren herstellen.

• (a) Analog dem in US-PS 35 60 523 beschriebenen Verfahren zur Herstellung von 2-(Nitromethylen)pyrrolidinen mit der Abwandlung, daß δ-Valerolactam (2-Piperidon) als Ausgangsmaterial eingesetzt wird. Bei dieser Abfolge von Verfahrensschritten wird das Lactam mit einem Dialkylsulfat (R₂SO₄) oder mit einem Trialkyloxoniumfluoborat (BF₄OR₃), R=Alkyl, und darauf mit einer Base behandelt, wobei man das entsprechende 2-(RO)-3,4,5,6-Tetra-hydropyridin erhält, das dann mit Nitromethan oder einem entsprechend substituierten Nitromethan oder mit einem 1-Nitroalkan zu Umsetzung gebracht wird. δ-Valerolactam ist eine bekannte Verbindung.
• (b) Durch Behandeln des gemäß (a) hergestellten 2-(Nitromethylen)piperidins mit einem entsprechenden Reagens, um gegebenenfalls einen gewünschten Substituenten einzuführen und anschließende Behandlung mit einem weiteren Reagens zur Herstellung einer weiteren angestrebten Verbindung.

Die Verbindungen nach der Erfindung können in zwei geometrisch isomeren Formen auftreten, je nach der Stellung der Substituenten in bezug auf die Doppelbindung zwischen der Nitromethylengruppe und dem Ringkohlenstoffatom; mit anderen Worten, es gibt cis- und trans-Isomere. Es wird angenommen, daß die Verbindungen nach der Erfindung hauptsächlich in der cis-Form auftreten, bei welcher die beiden stickstoffhaltigen Molekülhälften auf der gleichen Seite der Doppelbindung liegen.

Die Verbindungen nach der Erfindung sind äußerst wirksam gegenüber Insekten. Zwar wurde die Wirkungsweise noch nicht mit Sicherheit aufgeklärt; sie unterscheidet sich jedoch deutlich von der bekannten Art und Weise, in der Chemikalien auf Insekten wirken. Im Falle mancher Insekten verursachen die neuen Verbindungen den Tod; in anderen Fällen verursachen sie Immobilität und/oder fehlende Koordination und/oder andere Wirkungen. Die Verbindungen wirken schnell und immobilisieren Fluginsekten, wie Stubenfliegen, so daß diese gesammelt und vernichtet werden können. Die neuen Verbindungen können daher als Mittel mit überaus schnell eintretender Anfangswirkung (knockdown-Effekt) verwendet werden. Im Falle mancher Raupen vor allem Pflanzenblätter fressender Raupen, wirken die neuen Verbindungen tödlich. Raupen sind im Sinne dieser Beschreibung die geschlechtsunreifen Formen (Larven) der Insekten. Ganz besonders wichtig sind hierbei die Larven oder Raupen der Schmetterlingsinsekten (Lepidoptera). In manchen Fällen verursachen die neuen Verbindungen mangelnde Koordination, so daß die Insekten von der Pflanze auf den Boden fallen oder im Falle von überfluteten Reisfeldern ins Wasser. Die immobilisierten oder in ihrer Koordination gestörten Insekten werden auch sehr viel leichter eine Beute von Raubtieren (Raubvögeln), Parasiten und/oder ungünstigen klimatischen Bedingungen.

Einige der neuen Verbindungen wirken systemisch: Wenn sie auf das Wurzelwerk einer Pflanze aufgebracht werden, wandert der Wirkstoff in der Pflanze aufwärts und greift dann die Insekten an, die sich vom Pflanzensaft oder von den Pflanzenblättern ernähren. Die neuen Verbindungen sind nicht oder nur sehr wenig phytotoxisch und völlig unschädlich für die Pflanzen bei Dosierungen, die zur wirksamen Bekämpfung von Schadinsekten notwendig sind. Die Verbindungen nach der Erfindung werden auch in die Pflanzen aufgenommen oder absorbiert, wenn sie auf das Blattwerk der Pflanzen aufgebracht werden.

Die neuen Verbindungen zeichnen sich weiterhin durch ihre niedrige Säugetiertoxizität aus und können daher relativ sicher gehandhabt werden.

Die letale Wirkung der Verbindungen nach der Erfindung kann noch erhöht werden, indem sie mit üblichen Synergisten kombiniert werden, die zusammen mit pyrethrinartigen Insektiziden verwendet werden, d. h. mit Verbindungen, die die Methylendioxyphenyl-Gruppe enthalten, wie Piperonylbutoxid, Piperonylcyclonen, n-Propylisomer. Eine kurze Zusammenfassung dieser Synergisten wird auf Seiten 215 bis 218 von "Insects", U.S.D.A. Yearbook of Agriculture (1952) gegeben.

Die Verbindungen nach der Erfindung werden in der zur Bekämpfung von Insekten gebräuchlichen Art eingesetzt; die verschiedenen Methoden werden beispielsweise in US-Patent 31 16 201 beschrieben. So können sie entweder versprüht oder auf andere Weise in Form einer Lösung oder Dispersion angewandt oder auf einem inerten feinverteilten Feststoff adsorbiert und als Stäubemittel zur Anwendung kommen. Brauchbare Lösungen für Versprühen, Aufbürsten oder Eintauchen werden mit Hilfe beliebiger allgemein bekannter und gartenbautechnisch inerter Lösungsmittel hergestellt, beispielsweise mit neutralen Kohlenwasserstoffen, wie Kerosin und anderen mäßig viskosen und mäßig flüchtigen leichten Erdöldestillaten.

Hilfsmittel, wie Verteilungsmittel oder Netzmittel können ebenfalls enthalten sein. Beispiele hierfür sind Fettsäureseifen, harzsaure Salze, Saponine, Gelatine, Casein, langkettige Fettalkohole, langkettige Fettsulfonate, Phenol-Äthylenoxid-Kondensationsprodukte oder Ammoniumsalze. Die Lösungen werden als solche verwendet oder vorzugsweise in Wasser dispergiert oder emulgiert und die erhaltene wäßrige Dispersion oder Emulsion wird als Spray verwendet. Feste Trägerstoffe sind z. B. Talk, Bentonit, Kalk, Gips und ähnliche inerte feste Verdünnungsmittel. Gegebenenfalls können die Verbindungen nach der Erfindung auch als Aerosol zur Anwendung kommen, indem sie mit Hilfe eines komprimierten Gases in die Atmosphäre verteilt werden. Die Konzentration der mit einem Träger anzuwendenden Verbindung hängt von zahlreichen Faktoren ab, darunter von dem verwendeten Träger selbst, dem Verfahren und den Bedingungen der Anwendung und der Insektenart, die bekämpft werden soll. Die Beurteilung und das Aufeinanderabstimmen dieser verschiedenen Faktoren ist dem Fachmann auf dem Gebiet der Insektenbekämpfung geläufig. Allgemein läßt sich jedoch angeben, daß die erfindungsgemäßen Verbindungen in so geringen Konzentrationen wie etwa 0,001% bis 0,5%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mittels, wirksam sind; unter manchen Umständen kann die Konzentration sogar nur 0,0001% betragen oder bis zu etwa 2% oder darüber ansteigen; damit werden gute Ergebnisse bei der Insektenbekämpfung erzielt. Für den Verkauf geeignete Konzentrate, die vor der Anwendung verdünnt werden und/oder für Spray-Anwendungen mit außerordentlich wenig Volumen gedacht sind, können sogar 25 bis 50 Gew.-% oder mehr insektiziden Wirkstoff enthalten.

Bei der Bekämpfung von Insekten werden die Verbindungen nach der Erfindung entweder als einziger Wirkstoff oder kombiniert mit anderen insektizid wirksamen Stoffen eingesetzt. Beispiele für andere insektizide Stoffe, die mitverwendet werden können, sind die natürlich vorkommenden Insektizide, wie Pyrethrum, Rotenon oder Sabadilla sowie die zahlreichen synthetischen Insektizide, wie Benzolhexachlorid, Thiodiphenylamin, Cyanide, Tetraäthyl-pyrophosphat, Diäthyl-p-nitrophenylthiophosphat, Dimethyl-2,2-dichlorvinylphosphat, 1,2-Dibrom-2,2-dichlor-äthyldimethylphosphat, Azobenzol sowie die zahlreichen Verbindungen von Arsen, Blei und/oder Fluor.

In den folgenden Beispielen sind Teile jeweils auf das Gewicht bezogen, wenn nicht anders angegeben, und Gew.-Teile stehen zu Vol.-Teilen im gleichen Verhältnis wie Kilogramm zu Liter. Die Identität der Verbindungen wurde in allen Fällen durch Elementaranalyse und durch Spektralanalyse bestätigt.

Beispiel 1 2-(Nitromethylen)piperidin (Verbindung 1)

Zu einer Lösung aus 100 Teilen δ-Valerolactam in 300 Vol.-Teilen Benzol unter Rückfluß wurden 126 Teile Dimethylsulfat im Verlauf von 2½ h gegeben und das Ganze weitere 16 h unter Rückfluß gekocht. Das Zweiphasensystem wurde in einem Eisbad abgekühlt und langsam mit überschüssiger 50%iger wäßriger Kaliumcarbonatlösung versetzt. Die wäßrige Phase wurde zweimal mit Benzol ausgezogen und die kombinierten Auszüge über Magnesiumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel wurde unter vermindertem Druck bei Raumtemperatur abgezogen und der Rückstand im Vakuum destilliert. Ausbeute 76 g 2-Methoxy-3,4,5,6-tetrahydropyridin (A) als farblose Flüssigkeit mit Siedepunkt 68 bis 71°C (60 mbar).

Eine Lösung aus 33,9 Teilen (A) und 36,6 Teilen Nitromethan wurde 3 Tage lang unter Rückfluß gehalten, abgekühlt und in einem Liter kaltem Äther abgeschreckt. Der Niederschlag wurde abfiltriert; Ausbeute 34,4 Teile Substanz mit Schmelzpunkt 79 bis 81°C. Durch Eindampfen des Filtrates und Verreiben des Rückstandes mit kaltem Äther wurden weitere 2,6 Teile erhalten.

10 Teile der rohen Verbindung wurden kontinuierlich in einem Soxhlet-Apparat mit Äther 18 Stunden lang extrahiert; danach hinterblieb nur eine geringe Menge eines dunklen Öls. Der Lösungsmittelbehälter, der jetzt kristallisierte Substanz enthielt, wurde abgekühlt und die feste Substanz abfiltriert. Erhalten wurden 8,8 Teile reines, blaßgelbes 2-(Nitromethylen)piperidin mit Schmelzpunkt 80,5 bis 81°C.

Beispiel 2 2-(Nitromethylen)-3-brompiperidin (2)

5 Teile 2-(Bromnitromethylen)piperidin, das durch Versetzen einer wäßrigen Lösung von 2-(Nitromethylen)piperidin mit einer gesättigten wäßrigen Bromlösung als gelb-braune Substanz mit Schmelzpunkt 113°C erhalten worden war, wurden mit 100 ml Kohlenstofftetrachlorid gemischt und das Gemisch 30 Minuten lang unter Rückfluß erwärmt. Das Piperidin löste sich. Die erhaltene Lösung wurde filtriert und abgekühlt. Es kristallisierten 3,8 Teile 2-(Nitromethylen)-3-brompiperidin als gelbe feste Substanz mit Schmelzpunkt 117 bis 118°C aus.

Beispiel 3 3,3-Dibrom-2-(nitromethylen)piperidin (3)

Eine Suspension aus 5 Teilen 3-Brom-2-(bromnitromethylen)-piperidin, das aus 3-Brom-2-(nitromethylen)piperidin und N-Bromsuccinimid als gelbe feste Substanz mit Schmelzpunkt 108,5 bis 109,5°C erhalten worden war, in 100 Vol.-Teilen Kohlenstofftetrachlorid wurde 1 Stunde unter Rückfluß gehalten. Die heiße Lösung wurde filtriert, um Spuren ungelöster Substanz zu entfernen und anschließend gekühlt. Dabei fielen 3,4 Teile 3,3-Dibrom-2-(nitromethylen)piperidin aus in Form einer glänzend gelben festen Substanz mit Schmelzpunkt 97 bis 99°C.

Beispiel 4 3-(Methylthio)-2-(nitromethylen)piperidin (4)

50 Vol.-Teile einer 2,1m Methyllithiumlösung in Äther wurde im Verlauf von 5 Minuten unter Rühren zu einer bei -78°C gehaltenen Lösung aus 10 Vol.-Teilen Methylmercaptan in 100 Vol.-Teilen trockenem Tetrahydrofuran gegeben. Diese Lösung wurde auf einmal mit einer auf -20°C gekühlten Aufschlämmung aus 22,1 Teilen 3-Brom-2-(nitromethylen)piperidin in 200 Vol.-Teilen trockenem Tetrahydrofuran versetzt. Die Temperatur des Gemisches wurde über Nacht langsam auf Raumtemperatur ansteigen gelassen; darauf wurde in Eiswasser abgeschreckt und filtriert, um etwas unlösliche Substanz abzutrennen und schließlich mit Methylenchlorid ausgezogen. Der Auszug wurde über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und mit Aktiv-Kohle (Norite) entfärbt. Das Lösungsmittel wurde verdampft; es hinterblieben 18 Teile Öl, das aus Äther kristallisierte. Ausbeute 15 Teile einer gelben festen Substanz mit Schmelzpunkt 55 bis 56°C, die beim Umkristallisieren aus Äther 3-(Methylthio)-2-(nitromethylen)piperidin als gelbe feste Substanz mit Schmelzpunkt 60 bis 61°C lieferte.

Beispiel 5

Die insekticide Aktivität wurde in entsprechenden Testversuchen bestimmt, wobei die LC₅₀-Dosis (g Testverbindung je 100 ml Lösungsmittel, benötigt in der als Spray verwendeten Lösung oder Suspension, um 50% der Versuchsinsekten abzutöten) von erfindungsgemäßen Verbindungen gegenüber verschiedenen Insektenarten ermittelt wurde. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt. Der zur Herstellung der Lösung oder Suspension verwendete flüssige Träger bestand aus 2 Vol.-Teilen Aceton, 8 Vol.-Teilen Wasser und 0,05 Gew.-Teilen handelsüblichem, nichtionogenem biologisch abbaubarem Emulgator für den Pflanzenschutz.

Tabelle 1

Beispiel 6

Das "knockdown"-Vermögen wurde durch Beobachten der Stubenfliegen während der in Tabelle 1 aufgeführten Versuche bestimmt. Eine Testverbindung wurde dann als wirksames Mittel mit schnell einsetzender Anfangswirkung angesehen, wenn 80% der Stubenfliegen in 30 Minuten immobilisiert wurden und zwar bei einer Konzentration von 0,5% Gew./Vol. im verwendeten Spray. Die Verbindungen 1, 3 und 4 erfüllten diese Bedingung.

Beispiel 7

Die Verbindungen, die den Test nach Beispiel 6 positiv bestanden, wurden in einer Dosis von 0,1% Gew./Vol. im Spray geprüft. Jede Verbindung, die 50% der Stubenfliegen innerhalb von 30 Minuten immobilisierte, wurde unter Anwendung des gleichen Verfahrens weiter geprüft, um den KT₅₀-Wert zu bestimmen, d. i. die Anzahl Minuten, die benötigt werden, um 50% der Fliegen bei einer Spray-Dosis von 0,1% Gew./Vol. zu immobilisieren. Für die Verbindung Nr. 1 wurde ein KT₅₀-Wert von 2,0 min ermittelt.

Beispiel 8

Verbindung 1 mit einem KT₅₀-Wert von ≦ 3 min wurde als Aerosol in einer Peet-Grady-Kammer geprüft. Sie erwies sich auch in diesem Versuch als Mittel mit schnell einsetzender Anfangswirkung.

Beispiel 9

Die systemische Aktivität wurde in folgender Weise geprüft: Saubohnenpflanzen (Vicia faba) wurden mit ihren Wurzeln in wäßrige Lösungen, enthaltend die Testverbindungen in unterschiedlichen Konzentrationen getaucht; darauf wurden Larven des Kornkäfers in der dritten Entwicklungsstufe auf die Blätter gesetzt und die Mortalität der Raupen 48 Stunden später festgestellt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben und zwar als in ppm angegebene Testverbindung in der Lösung, die benötigt wird, um 50% der Insekten bzw. Raupen abzutöten.

Tabelle 2

Verbindung Nr.LC₅₀

115 237

Beispiel 10

Der Effekt von Synergisten auf die Aktivität von Verbindungen nach der Erfindung wurde mit Stubenfliegen als Testinsekt bestimmt. Es wurde wie im Beispiel 5 gearbeitet mit der Abwandlung, daß die Fliegen gleichzeitig mit der Lösung oder Suspension der Testsubstanz auch mit einer 1%igen Lösung den Synergisten Sesamex besprüht wurden. Die Ergebnisse sind als LC₅₀-Werte angegeben und in der folgenden Tabelle 3 zusammengefaßt.

Tabelle 3

Claims (2)

1. 2-(Nitromethylen)-piperidine der allgemeinen Formel: in der n 0,1 oder 2 ist und X für ein Bromatom oder eine Methylthiogruppe steht.

2. Verwendung der Verbindungen nach Anspruch 1 als Insektizide.